クッシング反射

クッシング反射（血管収縮反応、クッシング効果、クッシング反応、クッシング現象、クッシング反応、またはクッシングの法則とも呼ばれる）は、頭蓋内圧（ICP）の上昇に対する生理的な神経系の反応であり、血圧上昇、不規則な呼吸、徐脈というクッシングの三徴候を引き起こします。^{[ 1 ]}これは通常、急性頭部外傷の末期に見られ、脳ヘ​​ルニアが差し迫っていることを示している可能性があります。また、エピネフリンや類似の薬剤の静脈内投与後にも見られることがあります。^{[ 2 ]}これは、 1901年にアメリカの神経外科医ハーベイ・クッシングによって初めて詳細に記述されました。 ^{[ 3 ]}

クッシング反射は、典型的には収縮期血圧と脈圧の上昇、心拍数の減少（徐脈）、および不規則な呼吸として現れます。^{[ 4 ]}これは頭蓋内圧の上昇によって引き起こされます。^{[ 4 ]}これらの症状は、脳への血流不足（虚血）および細動脈の圧迫を示している可能性があります。^{[ 4 ] [ 5 ]}

頭蓋内圧（ICP）の上昇に反応して、呼吸サイクルの規則性と速度が変化する。異なるパターンは、脳の損傷が発生した場所が異なることを示している。^{[ 6 ]}換気の増加は、換気の深さではなく速度の増加として現れるため、クッシング反射はしばしばゆっくりとした不規則な呼吸と関連付けられる。^{[ 7 ] [ 8 ]}心拍数と血圧の調節が不完全になった結果、生理的反応は末梢の血流の減少であり、これはマイヤー波として現れることがある。これらは、HRトレース（すなわち、動脈線、心電図（ECG）など）に見られる病的な波であり、血管内血流の減少を反映している。この血流の減少はしばしば反射的な血管収縮を引き起こし、実際の血管内容量の減少にもかかわらず、血圧の全体的な上昇につながる。 ^{[ 7 ]}

クッシング反射が起こると、数秒から数分で死亡する可能性が非常に高くなります。そのため、クッシング反射は、直ちに治療が必要であることを示しています。その存在は高ICPの優れた検出手段であるため、医療分野、特に手術中にしばしば役立ちます。^{[ 1 ]}脳に対して行われる神経外科手術では、常に頭蓋内圧の上昇が起こる可能性があります。これを早期に認識することは、患者の健康にとって非常に重要です。ICPを直接測定することは可能ですが、常に正確とは限りません。過去には、医師や看護師は、血行動態の変化や徐脈（反射の後期の心拍数の低下）に頼ってICPの上昇を特定していました。クッシング反射の初期段階（徐脈と高血圧の組み合わせ）が発見されると、それは高ICPのより信頼性が高く迅速な警告サインとなりました。^{[ 9 ]}頭蓋内圧の上昇により脳灌流圧（CPP）が15 mmHgを下回ると、高血圧と徐脈が93%の確率で発生することがわかった。また、クッシング反射は頭蓋内圧の急性かつ長期の上昇によってのみ発生することが知られている。したがって、医師は頭蓋内圧の急性および慢性の上昇を区別するためのツールとしてこれを使用できる。^{[ 10 ]}

ICP の上昇によるクッシング反射の存在は、後頭蓋窩で虚血が発生したと結論づけることができるという報告もある。^{[ 9 ]}最後に、クッシング反射は、患者が移植臓器を拒絶したかどうかを特定する多くの方法の 1 つである可能性がある。先天的な自己免疫反応とは別に、拒絶されている移植臓器では頭蓋領域の虚血が検出されている。^{[ 11 ]}このように、ICP によるクッシング反射の存在は、異物臓器拒絶による虚血が発生している可能性を示唆する可能性がある。

ハーベイ・クッシングが最初に提唱したように、頭蓋内圧の上昇はクッシング反射の主な原因である。^{[ 3 ]}さらに、頭蓋内圧が中程度に上昇し続けると、クッシング反射が起こる。対照的に、急激で劇的な圧力上昇では、反射のメカニズムが十分に起こらない。^{[ 12 ]}頭蓋内圧の上昇は、くも膜下出血、虚血、髄膜炎、外傷（脳震盪を含む）、低酸素症、腫瘍、脳卒中など、脳障害の多くの経路から生じる可能性がある。ある研究では、くも膜下出血による頭蓋内圧の上昇が脳幹、特に延髄の機械的歪みを引き起こすことが確認された。クッシング反射のメカニズムにより、脳幹の歪みに続いてすぐに交感神経系の過活動が起こる。^{[ 13 ]}さらに、患者に対する典型的な神経外科手術、特に神経内視鏡技術を伴う手術では、脳室の頻繁な洗浄が頭蓋内圧の上昇を引き起こすことが知られています。^{[ 7 ]}クッシング反射は、特に 15 mmHg 未満の低 CPP によっても引き起こされる可能性があります。^{[ 14 ]} CPP は通常、成人では 70～90 mmHg、小児では 60～90 mmHg の範囲にあります。

脳プラトー波の変化はクッシング反射とも関連している。これらの波は頭蓋内圧の急激な上昇を特徴とし、脳灌流圧の低下を伴う。クッシング反射が起こると、高頭蓋内圧が消失するため、脳プラトー波の変化が消えることがわかっている。^{[ 9 ]}

クッシング反射は複雑で、一見矛盾しているように見える。^{[ 15 ]}この反射は、何らかの出来事によって頭蓋内圧（ICP）が上昇したときに始まる。脳脊髄液は頭蓋骨に囲まれた領域にあるため、ICPの上昇は結果として脳脊髄液自体の圧力を上昇させる。脳脊髄液の圧力は最終的に平均動脈血圧（MAP）に達し、徐々にそれを超えるまで上昇する。ICPがMAPを超えると、脳の大脳にある細動脈が圧迫される。圧迫によって脳への血流が減少し、脳虚血と呼ばれる状態になる。^{[ 7 ]}

頭蓋内圧の上昇中、交感神経系と副交感神経系の両方が活性化されます。反射の最初の段階では、交感神経系の刺激は副交感神経系の刺激よりもはるかに大きくなります。^{[ 13 ]}交感神経の反応はα1アドレナリン受容体を活性化し、体内の動脈を収縮させます。^{[ 16 ]}この収縮により血流の総抵抗が増加し、血圧が上昇します。これは高血圧として知られています。身体が誘発する高血圧は、虚血状態の脳への血流を回復させようとする試みです。交感神経の刺激は、心拍数と心拍出量も増加させます。 [ 17 ]^心拍数の増加は頻脈 としても知られています。これが高血圧と組み合わさって、クッシング反射の最初の段階となります。

一方、大動脈弓の圧受容体は血圧の上昇を感知し、迷走神経を介して副交感神経反応を引き起こします。これにより徐脈、つまり心拍数の低下が誘発され、反射の第2段階を示します。^{[ 18 ]}徐脈は、迷走神経の直接的な機械的歪みとそれに続く副交感神経反応による頭蓋内圧の上昇によっても引き起こされる可能性があります。さらに、この反射的な副交感神経活動の増加は、壁細胞の制御されない活性化により、胃のクッシング潰瘍の形成に寄与すると考えられています。血圧は、上昇した脳脊髄液の圧力よりも高いまま維持され、脳への血流が継続されます。圧力は、圧迫された動脈の抵抗圧力に打ち勝つところまで上昇し、血液が通過して脳の低酸素領域に酸素を供給します。血圧の上昇が動脈の圧迫を補償するのに十分でない場合、梗塞が発生します。^{[ 19 ]}

頭蓋内圧の上昇、頻脈、またはその他の内因性刺激により、脳幹の歪みや圧力増加が生じる可能性があります。脳幹は不随意呼吸を制御しているため、その恒常性の変化はしばしば不規則な呼吸パターンや無呼吸を引き起こします。^{[ 20 ]} これは反射の3番目で最後の段階です。

クッシング反射における中枢化学受容体の役割は不明である。ほとんどの正常な血圧反応では、化学受容体と圧受容体が協調して血圧を上昇または低下させる。クッシング反射では、中枢化学受容体は虚血の検出に関与し、反射の最初の段階で交感神経の急増と高血圧に寄与し、圧受容体とは反対に働き、交感神経と副交感神経の両方の活性化に寄与していると考えられる。^{[ 21 ]}

クッシング反射は、アメリカの神経外科医ハーヴェイ・ウィリアムズ・クッシング（1869-1939）にちなんで名付けられました。クッシングは、エミール・テオドール・コッハーと共にスイスのベルンで留学し、研究を開始しました。留学開始から1か月後、クッシングはエミール・テオドール・コッハーから、脳の圧迫が血管にどのような影響を与えるかをテストするよう正式な提案を受けました。クッシングはまた、血圧研究で有名なフーゴ・クロネッカーの協力を得ました。クロネッカーの支援とリソースを利用して、クッシングは研究を開始しました。クッシングは1901年にベルンを離れ、クロネッカーの元教え子であるアンジェロ・モッソと共にイタリアのトリノで研究を行いました。彼は同じ研究プロジェクトに取り組み続け、同時に血圧と頭蓋内圧の同時性を記録する方法を改良しました。 1901年6月、クッシングはジョンズ・ホプキンス病院紀要に「脳圧迫時の血圧を制御する血管運動中枢の明確な調節機構について」と題する最初の論文を発表した。^{[ 3 ]} 1901年から1903年にかけて、クッシングは血管収縮反応に関する研究に関する論文を5本発表した。これらの論文はドイツ語と英語で発表され、そのうち1本はエミール・テオドール・コッハーが執筆したものである。^{[ 4 ]}

1901年にハーベイ・クッシングが現在クッシング反射として知られるものの知識を初めて拡大して以来、多くの進歩があったものの、研究の多くの側面はまだ解明されていない。この疾患の正確な病因は未だ不明である。 ^{[ 8 ]}頭蓋内圧（ICP）がクッシング反射そのものの唯一の原因ではない可能性は、ICPの上昇前にクッシング血圧反応が起こったことから生じた。^{[ 8 ]}一部の研究では、通常のICPの上昇や髄質貧血を伴わずにクッシング反射の症状が観察されており、まだ研究が必要な他の原因が示唆されている。^{[ 8 ]} 軸性脳幹の歪みがクッシング反射の病因である可能性がある。^{[ 8 ]}

クッシング反応を媒介する受容体の性質も不明である。 ^{[ 31 ]}いくつかの研究では、特定のクッシング圧受容体反射を誘発する頭蓋内圧受容体の存在が示唆されている。^{[ 32 ]}シュミットと彼の同僚研究者による実験では、クッシング反射は自律神経系によって制御されていることが示された。なぜなら、その生理的変化は交感神経系と副交感神経系のバランスに関係しているからである。^{[ 32 ]}しかし、自律神経系の反応とクッシング反射およびその症状との具体的な関係はまだ特定されていない。^{[ 32 ]}

呼吸速度はクッシング反射の影響を受けることが分かっているが、誘発される呼吸変化については、さらなる研究が必要な分野である。^{[ 6 ]}一部の研究者は無呼吸を報告しているが、他の研究者は呼吸数の増加を報告している。^{[ 6 ]}他の研究者は、呼吸数の増加は頭蓋内圧の低下に続くことを発見したが、他の研究者は頭蓋内圧の上昇に対する反応であると述べている。^{[ 6 ]}初期の実験では麻酔薬の使用も考慮に入れなければならない。 ^{[ 6 ]}研究は当初、麻酔下の動物または患者で行われた。^{[ 7 ]}実験で使用された麻酔薬は呼吸抑制を引き起こし、結果に影響を与えた可能性がある。^{[ 6 ]}初期の実験では動物を人工呼吸器で換気したため、クッシング反射における呼吸に関する結論は限られていた。^{[ 7 ]} 麻酔薬の使用は、基礎状態または麻酔なしではクッシング反応を誘発することが困難であったため、今後の研究のアイデアを示唆している。^{[ 7 ]}

研究者の中には、クッシング反射の長期的な影響を示唆する者もいる。^{[ 7 ]}これまでのところ、即時の急性反応としてのみ観察されているが、血圧の長期的な上昇など、その影響が長引く可能性があることを示唆する証拠がいくつかある。^{[ 7 ]}動脈性高血圧につながる神経応答システムの感受性の亢進も考えられるが、検討されていない。^{[ 31 ]}

クッシング反射は、血流がほぼ停止したときの生理的反応として主に認識されていましたが、胎児期にもその活動が見られました。^{[ 7 ]}この活動は十分に調査されていないため、この分野ではさらなる研究が必要です。

細胞レベルでの反射の根本的なメカニズムはまだ解明されておらず、科学者や医師が研究に取り組むならば、おそらく次の研究分野となるだろう。

• ベインブリッジ反射
• 外傷性脳損傷