| 脳脊髄液 | |
|---|---|
| 詳細 | |
| 識別子 | |
| ラテン | 脳脊髄液 |
| 頭字語 | 脳脊髄液 |
| メッシュ | D002555 |
| TA98 | A14.1.01.203 |
| TA2 | 5388 |
| 解剖学用語 [Wikidataで編集] | |
脳脊髄液(CSF )は、すべての脊椎動物の脳と脊髄を取り囲む組織内に存在する無色透明の体液です。
脳脊髄液は、脳室の脈絡叢にある特殊な脳室上衣細胞によって生成され、くも膜顆粒に吸収されます。ヒトの場合、一度に約 125 mL の脳脊髄液が存在し、毎日約 500 mL が生成されます。脳脊髄液はショックアブソーバー、クッション、緩衝材として機能し、頭蓋骨内の脳に基本的な機械的および免疫学的保護を提供します。脳脊髄液は、脳血流の脳の自動調節においても重要な役割を果たします。
脳脊髄液は、くも膜下腔(くも膜と軟膜の間)と、脳と脊髄の周囲および内部の脳室系を占めています。脳室、槽、溝、脊髄の中心管を満たしています。また、くも膜下腔から内耳の骨迷路への接続も、外リンパ管を介してあり、外リンパは脳脊髄液と連続しています。脈絡叢の上衣細胞の頂端面には、拍動して脳室を通じて脳脊髄液を移動させる 複数の運動性繊毛があります。
腰椎穿刺により脊髄の周囲から CSF サンプルを採取することができ、これを使用して頭蓋内圧を検査したり、脳や周囲の髄膜の感染症などの疾患を特定したりすることができます。
ヒポクラテスによって記録されていたものの、何世紀にもわたって忘れ去られていましたが、18世紀にエマヌエル・スウェーデンボルグによって記述されました。1914年、ハーヴェイ・クッシングは脳脊髄液が脈絡叢から分泌されることを実証しました。
構造
循環


人間の脳脊髄液は常に約125~150 mLあります。[1]この脳脊髄液は脳の脳室系内を循環しています。脳室は脳脊髄液で満たされた一連の空洞です。脳脊髄液の大部分は2つの側脳室内で生成されます。ここから脳脊髄液は脳室間孔を通って第三脳室に、次に脳中脳水道を通って第四脳室に流れます。第四脳室から、脊髄液は4つの開口部(脊髄中心管、正中孔、2つの側方孔)を通ってくも膜下腔に流れ込みます。[1]脳脊髄液はくも膜下腔内に存在し、くも膜下腔は脳と脊髄を覆い、脊髄末端の下から仙骨まで伸びています。[1] [2]くも膜下腔から内耳の骨迷路までがつながっており、 93%の人では脳脊髄液が外リンパと連続しています。[3]
脳脊髄液は脳室から一方向に外側へ移動するが、くも膜下腔内では多方向に移動する。[4] [3]脳脊髄液の流れは脈動しており、心拍周期によって駆動される。[5]脳内の血管周囲腔(脳動脈の周囲)を通る脳脊髄液の流れは、動脈壁のポンプ運動によって得られる。[5]
コンテンツ
脳脊髄液は血漿から抽出され、血漿とほぼ同じですが、脳脊髄液は血漿に比べてタンパク質がほとんど含まれておらず、電解質レベルが若干異なります。脳脊髄液は製造方法により、血漿よりも塩化物レベルが低く、ナトリウムレベルが高くなります。[2] [6]
脳脊髄液には、採取部位に応じて約0.59%の血漿タンパク質、または約15~40 mg/dLが含まれています。[7]一般的に、球状タンパク質とアルブミンは、腰椎液や脳槽液と比較して脳室脳脊髄液中の濃度が低くなります。[8] この静脈系への連続的な流れにより、脳と脳脊髄液に浸透するより大きな脂質不溶性分子の濃度が薄まります。[9]脳脊髄液には通常赤血球が含まれておらず、最大でも1 mm 3あたり5個未満の白血球が含まれています(白血球数がこれより多い場合は多血症であり、炎症または感染症を示している可能性があります)。[10]
発達
発生の約5週目には、胚は外胚葉、中胚葉、内胚葉で覆われた3層の円盤になります。正中線には脊索と呼ばれる管状の構造が発達します。脊索は細胞外分子を放出し、その上にある外胚葉を神経組織に変化させます。[11]外胚葉から形成される神経管には、脈絡叢が発達する前の脳脊髄液が含まれています。[ 3]神経管の開いた神経孔は発生後1か月で閉じ、脳脊髄液圧が徐々に上昇します。[3]
胎生4週目までに脳の発達が始まる。3つの膨らみ(一次脳胞)が、頭部が形成される場所の近くの管の周りの胎芽内に形成される。これらの膨らみは、中枢神経系のさまざまな構成要素、すなわち前脳、中脳、および菱脳を表す。[11]くも膜下腔は、発達の32日目頃に菱脳の近くに初めて現れ、循環は41日目から見えるようになる。[3]この時点で、第四脳室にある最初の脈絡叢が見えるが、最初に脳脊髄液を分泌する時期はまだわかっていない。[3]
発達中の前脳は神経索を取り囲んでいます。前脳が発達するにつれて、その中の神経索は脳室になり、最終的には側脳室を形成します。両方の脳室の内面に沿って、脳室壁は薄いままで、脈絡叢が発達し、脳脊髄液(CSF)を産生して放出します。[11]脳脊髄液はすぐに神経管を満たします。[11]くも膜絨毛は発達の約35週目に形成され、約39週目にくも膜顆粒が見られ、18ヶ月齢まで発達し続けます。[3]
交連下器官はSCOスポンジンを分泌し、脳脊髄液中にライスナー線維を形成して脳水道を通る流れを補助する。これは子宮内早期に存在しているが、発達初期に消失する。[3]
生理
関数
CSF にはいくつかの目的があります。
- 浮力:人間の脳の実際の質量は約1400~1500グラムですが、脳脊髄液中に浮遊している脳の正味重量は25~50グラムの質量に相当します。[12] [1]そのため、脳は中性浮力状態で存在し、脳自身の重さによって密度が損なわれることなく脳の密度を維持することができます。脳脊髄液がなければ、脳脊髄液のない脳の下部では血液供給が遮断され、ニューロンが死滅することになります。 [6]
- 保護:脳脊髄液は衝撃や打撃を受けたときに脳組織を損傷から保護し、ある種の機械的損傷に対する衝撃吸収材として機能する液体緩衝材を提供します。 [1] [6]
- 脳虚血の予防:脳虚血の予防は、頭蓋内の限られた空間内の脳脊髄液の量を減らすことによって促進されます。これにより、頭蓋内圧が低下し、血液の灌流が促進されます。[1]
- 調節:脳脊髄液は、脳細胞間の物質の分配の恒常性調節を担っており、 [3]神経内分泌因子 がわずかに変化すると、神経系に問題や損傷を引き起こす可能性があります。例えば、グリシン 濃度が高いと体温や血圧の調節が乱れ、脳脊髄液のpHが高いとめまいや失神を引き起こします。[6]
- 老廃物の除去:脳脊髄液は脳から老廃物を除去する役割を果たしており、[1]グリンパティックシステムと呼ばれる脳のリンパ系において重要な役割を果たしています。[13]代謝老廃物は脳脊髄液に急速に拡散し、脳脊髄液が吸収されるにつれて血流に排出されます。[14]これがうまくいかないと、最も一般的な運動ニューロン疾患である筋萎縮性側索硬化症 のように、脳脊髄液が毒性を持つようになります。[15] [16]
生産
脳は1日あたり約500mLの脳脊髄液を1時間あたり約20mLの割合で生成します。[18]この細胞間液は絶えず再吸収されるため、一度に存在する量は125~150mLのみです。[1]
体重1kgあたりの髄液量は、成人に比べて小児の方が多くなっています。乳児の髄液量は4mL/kg、小児の髄液量は3mL/kg、成人の髄液量は1.5~2mL/kgです。髄液量が多いため、乳児ではより多くの局所麻酔薬(mL/kgベース)が必要となります。[19] さらに、髄液量が多いことが、小児の硬膜穿刺後頭痛の発生率が低い理由の1つである可能性があります。[20]
脳脊髄液の大部分(約3分の2から80%)は脈絡叢で産生される。[1] [2]脈絡叢は、脳の4つの脳室の一部に存在する血管のネットワークである。これは、脳水道と 側脳室の前頭角と後頭角を除く脳室系全体に存在している。[21]脳脊髄液は主に側脳室で産生される。[18]脳脊髄液は、脳室の内側を覆う柱状の単層の脳室上衣細胞、くも膜下腔の周囲の内層、および脳の周りの血管の周囲の小さな空間から直接産生される少量の物質でもある。 [2]
脳脊髄液は脈絡叢によって2段階で生成される。まず、濾過された血漿が脈絡叢の窓付き毛細血管から間質腔へと移動する。[1]この動きは、毛細血管内の血液と間質液の圧力差によって誘導される。[3]次に、この液体は脈絡叢の内層にある上皮細胞を通過して脳室に入る必要がある。この能動的なプロセスには、浸透圧を作り出して脳脊髄液に水を引き込むナトリウム、カリウム、塩化物の輸送が必要となる。[3]毛細血管から脈絡叢に流れる血液とは異なり、脈絡叢の内層にある上皮細胞は細胞間に密着結合を有し、ほとんどの物質が脳脊髄液に自由に流れ込むのを防ぐ働きをする。[22]上衣細胞の頂端面にある繊毛は、脳脊髄液の輸送を助けるために拍動する。 [23]
間質液からの水と二酸化炭素は上皮細胞に拡散する。これらの細胞内では、炭酸脱水酵素がこれらの物質を重炭酸イオンと水素イオンに変換する。これらは、間質に面した細胞表面でナトリウムと塩化物と交換される。[3]その後、ナトリウム、塩化物、重炭酸塩、カリウムが脳室腔に活発に分泌される。[2] [3]これにより浸透圧が生じ、水が脳脊髄液に引き込まれ、[2]アクアポリンによって促進される。[3]脳脊髄液には、血漿よりもはるかに少ないタンパク質陰イオンが含まれる。血液中のタンパク質は主に陰イオンで構成されており、各陰イオンには多くの負電荷がある。[24] その結果、電気的に中性を維持するために、血漿中の塩化物陰イオンの濃度はナトリウム陽イオンよりもはるかに低くなる。脳脊髄液には、血漿と同様の濃度のナトリウムイオンが含まれるが、タンパク質陽イオンの数が少なく、そのためナトリウムと塩化物間の不均衡が小さくなり、血漿よりも塩化物イオンの濃度が高くなります。これにより、血漿との浸透圧差が生じます。脳脊髄液には、カリウム、カルシウム、ブドウ糖、タンパク質が少なくなります。[6]脈絡叢は、成長因子、ヨウ素、[25] ビタミンB 1、B 12、C、葉酸、β-2ミクログロブリン、アルギニンバソプレシン、一酸化窒素も脳脊髄液に分泌します。[3]脈絡叢内皮の表面にあるNa-K-Cl共輸送体とNa /K ATPaseは、脳脊髄液の分泌と組成の調節に役割を果たしているようです。 [3] [1] 脳脊髄液は主に脈絡叢で生成されるのではなく、AQP-4によって制御され、毛細血管壁を通した周囲の脳組織の間質液への水濾過の結果として、脳脊髄液システム全体で恒久的に生成されるという仮説が立てられています。[26]
脳脊髄液の分泌には概日変動があり、そのメカニズムは完全には解明されていないが、一日を通しての自律神経系の活性化の違いに関連している可能性がある。 [3]
側脳室の脈絡叢は、前脈絡膜動脈から供給される動脈血から脳脊髄液を生成します。[27]第四脳室では、脳脊髄液は前下小脳動脈(小脳橋角部と外側陥凹の隣接部分)、後下小脳動脈(屋根と正中開口部)、および上小脳動脈からの動脈血から生成されます。[28]
再吸収
脳脊髄液は、くも膜顆粒を介して硬膜静脈洞に入り、血管系に戻ります。[2]これらは、くも膜が脳の周りの静脈洞に突出した袋で、一方通行の排出を確実にする弁が付いています。[2]これは、くも膜と静脈洞の圧力差によって起こります。[3]脳脊髄液は、篩骨板を通る嗅神経に沿った排出を介して、特に鼻の周りのリンパ管に排出されることも確認されています。その経路と範囲は現在不明ですが、[1]一部の脳神経に沿った脳脊髄液の流れが関与している可能性があり、新生児ではより顕著です。[3]脳脊髄液は、1日に3~4回の割合で入れ替わります。[2]脳脊髄液は、頭蓋神経鞘と脊髄神経鞘、および上衣を介して再吸収されることも確認されています。 [3]
規制
脳脊髄液の生成の組成と速度は、ホルモン、血液と脳脊髄液の含有量と圧力によって左右される。[3]例えば、脳脊髄液圧が高い場合、脈絡叢の毛細血管血液と脳脊髄液の圧力差が小さくなり、脈絡叢への体液の移動速度と脳脊髄液生成速度が低下する。[3]自律神経系は脈絡叢の脳脊髄液分泌に影響を及ぼし、交感神経系が活性化すると分泌が減少し、副交感神経系が活性化すると分泌が増加する。[3]血液の pHの変化は炭酸脱水酵素の活性に影響を与える可能性があり、一部の薬剤(Na-K-Cl 共輸送体に作用するフロセミドなど)は膜チャネルに影響を及ぼす可能性がある。[3]
臨床的意義
プレッシャー
腰椎穿刺で測定される髄液圧は、患者が横向きに寝ているときは10~ 18cmH2O( 8~ 15mmHgまたは1.1~ 2kPa ) 、座った状態では20~30cmH2O(16~24mmHgまたは2.1~3.2kPa)である。[ 30 ] 新生児では、髄液圧は8~10cmH2O ( 4.4~7.3mmHgまたは0.78~0.98kPa)の範囲である。ほとんどの変動は、咳や首の頸静脈の内部圧迫によるものである。横向きの場合、腰椎穿刺で推定される髄液圧は頭蓋内圧とほぼ同じである。
水頭症は脳室に異常に髄液が溜まる病気です。[31]水頭症は、感染症、外傷、腫瘤、先天異常などにより髄液の通過が妨げられることで起こります。[31] [32]髄液圧が正常であっても、閉塞を伴わない水頭症が起こることもあります。[31]症状としては、歩行や協調運動障害、尿失禁、吐き気や嘔吐、認知機能の進行性低下などが挙げられます。[32]乳児の場合、頭蓋骨がまだ癒合していないため水頭症によって頭部が肥大したり、発作、易刺激性、眠気が生じることがあります。[32] CTスキャンやMRIスキャンでは、片側または両側の側脳室の拡大、または原因となる腫瘤や病変が明らかになることがあります。[31] [32]また、腰椎穿刺は頭蓋内圧の上昇を明らかにし、場合によっては頭蓋内圧を軽減するために使用されることがあります。[33]水頭症は通常、脳室腹膜シャントなどのシャントを挿入して、体の別の部分に体液を流すことで治療されます。[31] [32]
特発性頭蓋内圧亢進症は原因不明の疾患で、髄液圧の上昇を特徴とする。頭痛、複視、視力障害、視神経乳頭腫脹を伴う。[31]ビタミンAやテトラサイクリン系抗生物質の使用に伴って発症することもあるが、特に若い肥満女性では原因が全く特定できない場合にも発症する。 [31]治療には、原因が判明している薬剤の中止、アセタゾラミドなどの炭酸脱水酵素阻害剤の投与中止、腰椎穿刺による反復排液、脳室腹腔シャントなどのシャント挿入などがある。 [31]
脳脊髄液漏出
脳脊髄液は、物理的外傷や腰椎穿刺などのさまざまな原因の結果として硬膜から漏れる可能性があり、原因不明の場合は自発性脳脊髄液漏出と呼ばれる。[34]これは通常、頭蓋内圧低下、すなわち脳脊髄液圧の低下を伴います。 [33]頭痛を引き起こす可能性があり、立ったり、動いたり、咳をしたりすることで悪化します。 [33] これは、低脳脊髄液圧により脳が下方に「たるみ」、その下部構造に圧力がかかるためです。 [ 33 ]漏出が確認された場合、漏出液のβ-2トランスフェリン検査が陽性であれば、脳脊髄液漏出の検出に非常に特異性と感度があります。[34]明らかな漏出は見つからないが脳脊髄液圧が低いことが確認された場合、CTスキャンやMRIスキャンなどの 医療画像診断を使用して、推定脳脊髄液漏出を調査することができます。[35] カフェインは、経口または静脈内投与され、多くの場合症状を緩和します。[35]漏出が確認された場合の治療には、硬膜外腔への血液注入(硬膜外血液パッチ)、脊椎手術、フィブリン接着剤の使用などが含まれる。[35]
腰椎穿刺

髄液は様々な神経疾患の診断のために検査することができ、通常は腰椎穿刺と呼ばれる処置によって採取される。[36]腰椎穿刺は滅菌状態で針をくも膜下腔(通常は第3腰椎と第4腰椎の間)に挿入して行われる。髄液は針を通して採取され、検査される。[34]腰椎穿刺後、約3分の1の人が頭痛を経験し、[34]針刺入部位の痛みや不快感がよく見られる。まれな合併症としては、打撲、髄膜炎、または腰椎穿刺後の髄液漏出の継続などがある。 [1]
検査には、髄液の色の観察、髄液圧の測定、髄液内の白血球と赤血球の計数と識別、タンパク質とグルコースのレベルの測定、髄液の培養が含まれることが多い。[34] [36]赤血球とキサントクロミアの存在はくも膜下出血を示している可能性がある一方、髄膜炎などの中枢神経系感染症は白血球レベルの上昇によって示される可能性がある。[36]髄液培養により感染を引き起こした微生物が得られる可能性があり、 [34] PCRを使用してウイルス性原因を特定できる可能性がある。[36]タンパク質の全種類と性質の調査により、多発性硬化症、腫瘍随伴症候群、全身性エリテマトーデス、神経サルコイドーシス、脳血管炎などの特定の疾患が明らかになる。[1]また、アクアポリン4などの特定の抗体を検査して、自己免疫疾患の診断に役立てることもできる。[1]髄液を排出する腰椎穿刺は、特発性頭蓋内圧亢進症や正常圧水頭症などの一部の疾患の治療の一環として使用されることもあります。[1]
腰椎穿刺は、特定の種類の水頭症で上昇する可能性がある頭蓋内圧を測定するためにも行われます。しかし、腫瘍などの特定の状況により頭蓋内圧の上昇が疑われる場合は、致命的な脳ヘルニアにつながる可能性があるため、腰椎穿刺は絶対に行わないでください。[34]
麻酔と化学療法
一部の麻酔薬や化学療法薬はくも膜下腔に注入され、脳脊髄液中に広がるため、血液脳関門を通過できない物質でも中枢神経系全体で作用し続けることができる。[37] [38] 比重とは、ある物質の密度をヒトの脳脊髄液の密度と比較したもので、局所麻酔において特定の薬剤がくも膜下腔内でどのように広がるかを判断するために使用される。[37]
液体フェレーシス
リクオルフェレーシスは、髄液を濾過して内因性または外因性の病原体を除去するプロセスです。この技術は現時点ではまだ実験段階ですが、完全に埋め込み可能な装置または体外装置によって実現できます。[39]
脳脊髄液(CSF)薬物送達
CSF 薬物送達とは、治療薬を BBB を迂回して CSF に直接投与し、CNS でより高い薬物濃度を達成するように設計されたいくつかの方法を指します。この技術は、脳腫瘍、感染症、神経変性疾患などの神経疾患の治療に特に有益です。腰部を介して CSF に薬物を直接注入する髄腔内注射と、脳室を標的とする脳室内注射は、一般的なアプローチです。これらの方法により、薬物が全身投与よりも効果的に CNS に到達できるため、治療結果が改善され、全身の副作用が軽減される可能性があります。この分野の進歩は、治療の精度と有効性を高める新しい送達システムと薬物製剤の継続的な研究によって推進されています。髄腔内擬似送達とは、治療薬が CSF に放出されて CNS 全体に分布するのではなく、髄腔内スペースに接続されたリザーバーに導入される特定の薬物送達方法を指します。このアプローチでは、薬剤がリザーバー内の標的と相互作用し、全身への放出なしに脳脊髄液の組成を変化させることができる。この方法は、有効性を最大化し、全身的な副作用を最小限に抑えるのに有利である。 [40]
歴史
古代の医師による様々なコメントは、脳脊髄液に言及していると解釈されている。ヒポクラテスは先天性水頭症を説明する際に脳を取り囲む「水」について論じ、ガレノスは脳室にある「排泄液」について言及し、それが鼻に排出されると信じていた。しかし、解剖学研究が続いていた16世紀ほどの間、脳脊髄液は文献で言及されなかった。これはおそらく、当時の解剖技術が一般的だったためで、脳を検査する前に頭部を切り落とし、脳脊髄液の証拠を取り除いていたためだろう。[41]
脳脊髄液の現代的再発見は、エマヌエル・スウェーデンボルグによるものとされている。スウェーデンボルグは1741年から1744年の間に執筆され、生前には出版されなかった原稿の中で、脳脊髄液は第四脳室の天井から延髄と脊髄まで分泌される「霊的リンパ」であると述べている。この原稿は最終的に1887年に翻訳されて出版された。[41]
スイスの医師で生理学者のアルブレヒト・フォン・ハラーは、1747年に出版した生理学の本の中で、脳内の「水」は脳室に分泌され、静脈に吸収され、過剰に分泌されると水頭症を引き起こす可能性があると記している。 [41] フランソワ・マジャンディは、生体解剖によって脳脊髄液の特性を研究した。彼は第四脳室天井の開口部であるマジャンディ孔を発見したが、脳脊髄液は軟膜から分泌されると誤って信じていた。[41]
トーマス・ウィリス(ウィリス動脈輪の発見者として知られる)は、髄膜炎では髄液の粘稠度が変化するという事実に注目した。[41] 1869年にグスタフ・シュヴァルベは、髄液の排出がリンパ管を介して起こる可能性があると提唱した。[1]
1891年、W・エセックス・ウィンターはくも膜下腔から髄液を採取することで結核性髄膜炎の治療を開始し、ハインリッヒ・クインケは診断と治療の両方の目的で腰椎穿刺を普及させ始めました。[41] 1912年、神経科医ウィリアム・メストレザットは髄液の化学組成について初めて正確な説明を行いました。[41] 1914年、ハーヴェイ・W・クッシングは髄液が脈絡叢から分泌されるという決定的な証拠を発表しました。[41]
その他の動物
系統発生の過程では、脳脊髄液は循環する前に神経軸内に存在していた。[3]硬骨魚類にはくも膜下腔がなく、その脳室に脳脊髄液が含まれている。 [3 ]くも膜下腔が存在する哺乳類では、そこに脳脊髄液が存在する。[3]脳脊髄液の吸収は有羊膜類やより複雑な種で見られ、種が次第に複雑になるにつれて、吸収システムは次第に強化され、吸収における脊髄硬膜外静脈の役割は次第に小さくなっていった。[3]
脳脊髄液の量は大きさや種によって異なります。[42]人間や他の哺乳類では、脳脊髄液は1日に3~5回の割合で入れ替わります。[ 42]水頭症につながる脳脊髄液循環の問題は、人間だけでなく他の動物でも発生する可能性があります。[42]
参照
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外部リンク
- 脳脊髄液(CSF)の循環 – インタラクティブツール
- 脳脊髄液 – 神経病理学のコース教材
- 脳脊髄液システムのダイナミクスの特定
