脊髓损伤后髓内压测量方法的研究进展

张鑫，李建军，杨德刚，刘长彬，张文豪，杨明亮，杜良杰，高峰，李大鹏，郭韵，蔡畅

·综述·

脊髓损伤后髓内压测量方法的研究进展

张鑫，李建军，杨德刚，刘长彬，张文豪，杨明亮，杜良杰，高峰，李大鹏，郭韵，蔡畅

在脊髓损伤研究中，髓内压的测量尤为重要。本文分析了脊髓损伤后影响髓内压的因素及测量方法。影响因素包括水肿、血管调节和出血、硬脊膜、软脊膜、脑脊液、椎管和体位等。测量方法包括直接测量法和间接测量法，直接测量法包括传感器置于脊髓实质内或髓外硬膜内测压、腰椎导管测压和离体测压等；间接测量法包括计算机建模测压和测量眼压等。

脊髓损伤；髓内压；影响因素；测量方法；研究进展；综述

[本文著录格式]张鑫，李建军，杨德刚，等.脊髓损伤后髓内压测量方法的研究进展[J].中国康复理论与实践,2017,23(8): 919-923.

CITED AS:Zhang X,Li JJ,Yang DG,et al.Advance in measurement methods of intramedullary pressure after spinal cord injury(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(8):919-923.

脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统疾病，其中创伤性脊髓损伤的全球发病率约为23/100万[1]，可导致运动功能、感觉功能以及自主神经功能障碍，致残率高，严重影响患者生活质量，且尚无有效治愈方法。深入研究脊髓损伤病理生理机制是寻找治疗新策略的重要途径。

脊髓损伤后髓内压变化可能是影响神经恢复的一项重要因素，目前大家对脊髓损伤后髓内压的认识很少。正常生理活动情况下，脊髓内部不会产生显著的异常应力，而脊髓损伤后髓内压可能会升高[2-3]，髓内压显著升高的患者长期神经学和组织学结局较差[4]。

目前脊柱脊髓损伤的治疗方法主要关注解除脊椎骨折、脱位等造成的脊髓外压迫，而较少关注髓内压变化。Werndle等[3]定义了一些变量，如椎管内压(intraspinal pressure)、脊髓灌注压(spinal cord perfusion pressure)、脊柱压力反应指数(spinal pressure reactivity index)和脊柱储备容量指数(spinal reserve capacity index)，它们可能会帮助解释髓内压升高是否会加重脊髓损伤，并可能用于指导脊髓损伤后的治疗；这些变量与对应的脑外伤中变量，如颅内压(intracranial pressure)、脑灌注压(cerebral perfusion pressure)、压力反应指数(pressure reactivity index)和储备容量指数(reserve capacity index,RAP)，有类似的变化规律。

目前尚未形成监测脊髓损伤后髓内压的标准方法，描述脊髓压力的词语也尚未统一，如椎管内压、脊髓间质压、囊内压、脊髓实质内压以及髓内压等。本文分析影响髓内压的因素，根据测量位置不同对髓内压的测量方法进行分类，并对每种方法做出评价。

1 影响因素

1.1 水肿

脊髓损伤后水肿一般在损伤部位的中心出现，随着时间推移，相邻区域也相继出现水肿[5]。脊髓肿胀可能产生从头端到尾端的放射性力，由于大多数神经元纤维从头端到尾端走行，脊髓水肿将射线样扩散，压迫硬脊膜[6]。水肿形成可能会导致损伤部位的髓内压升高，且不同时间点的髓内压升高与出血和水肿增加均相关。髓内压在伤后3 d达到最大值，主要与水肿显著增加有关，水肿将持续1周[7]。水肿造成脊髓组织血流减少、营养供应缺乏，最终导致细胞死亡和更严重的功能缺失[8-9]。组织水肿与水分积累相关，即使脊髓损伤后进行手术干预，水分也持续积累[10]。所以，脊髓水肿被定义为脊髓继发性损伤的主要事件[7]。

1.2 血管调节和出血

脊髓损伤后脊髓血管的变化被认为是影响脊髓压力的重要方面之一。脊髓损伤可直接导致脊髓血供被阻断，未损伤的血管发生痉挛和水肿，病变部位立即出现脊髓血流大量减少，造成缺血性损伤。

脊髓损伤后早期出血量显著增加，是伤后5 h影响病变体积的主要因素，很有可能是早期髓内压增加的主要因素[7]。同时髓内压升高也会进一步阻碍脊髓的血液灌注，导致缺血和脊髓组织更严重的损伤[11]。

1.3 硬脊膜

硬脊膜是脊髓损伤后脊髓受压的重要因素[3,11]。由于硬脊膜特殊的生物力学性质，绝大多数急慢性脊髓损伤患者的硬脊膜均保持完整，致压物多数通过硬脊膜作用于脊髓使其持续受压。脊髓损伤后行椎板切除，观察到损伤部位的硬膜囊直径与高于或低于损伤部位的相同，损伤部位髓内压仍然很高，说明硬脊膜几乎无弹性[6]。

硬膜外减压被认为是一种很重要的干预措施，然而有研究发现，重度脊髓损伤即使椎板切除进行充分减压，磁共振成像观察到肿胀的脊髓占满蛛网膜下腔，肿胀部位蛛网膜下腔看不到脑脊液，说明髓内压并没有得到缓解[3,12-14]。随后发生的水肿和出血可能会导致受损的脊髓肿胀，肿胀的脊髓仍然受到周围无弹性的硬脊膜压迫[15]。Smith等[16]发现，硬脊膜破裂后肿胀的脊髓在切开部位膨出。有研究表明[3]，脊髓损伤患者椎板切除后，切口软组织直接压迫硬膜囊，反而会导致髓内压显著升高，但未行椎板切除术的患者，没有观察到类似变化。这些观察表明，由于硬脊膜的特性，髓内压升高大部分是由周围硬脊膜直接压迫导致。目前的临床实验[13]和动物实验[16-18]表明切开硬脊膜能更有效地释放肿胀脊髓的压力。

1.4 软脊膜

软脊膜是决定脊髓刚度的主要因素，因为它的弹性系数比脊髓实质高460倍[19]。脊髓损伤急性期，软脊膜限制脊髓体积膨胀，导致髓内压升高[20]。研究显示在损伤的急性期，软脊膜切开导致压力降低53.5%，而在亚急性期，仅导致压力下降14.6%[21]。Gen-long等[22]对16例颈部脊髓损伤患者行软脊膜切开和单开门椎板成形术，术后发现日本骨科协会(Japanese Orthopaedic Association,JOA)评分比术前高，说明软脊膜切开对脊髓损伤患者有效。

1.5 脑脊液

目前几项研究强调将脑脊液与脊髓损伤实验模型结合起来，因为它在脊髓压力传导中起到重要的生物力学作用[23]。正常情况下，硬膜囊内脑脊液通过吸收震荡的机制为脊髓提供保护作用。然而，急性脊髓损伤后肿胀的脊髓与周围硬脊膜之间无脑脊液或仅有很少。这种状况与脑损伤后脑组织肿胀有相似特征：脑组织进一步肿胀或容量扩张时，缺少脑脊液可能会降低局部压力-容量补偿储备[24]。无弹性的硬脊膜不能为脑脊液提供缓冲，导致损伤部位髓内压升高。但有研究者认为，硬膜囊受压堵塞脑脊液流动不一定代表着脊髓持续受压[25]。脊髓损伤后，损伤部位的头、尾端脑脊液压力不同[3,18]。通常认为脑脊液在日常活动中能保护脊髓，但一些研究者提出，脊髓损伤过程中，由于压力或应力波通过脑脊液和脊髓组织传播，反而会损伤远离损伤部位的组织[26]。

1.6 椎管

颅骨和椎管之间存在解剖结构差异。具体来说，脊髓的纵向结构允许液体向头端和尾端流动；脑外伤中颅骨是封闭的，受损的脑组织就像被困在一个“紧闭的盒子”里，最终造成脑疝[10]，而椎管能提供一定的空间来容纳脊髓水肿膨胀。Monro-Kellie假说认为，成人颅内有血液、脑脊液和体积相对稳定的脑组织；一种成分的体积增加，另一种成分将等量减少[27-28]。随着脊髓损伤后脊髓发生肿胀，当脑脊液和静脉血移位的代偿机制无法再代偿时，髓内压增高，损伤部位的椎管可能服从Monro-Kellie假说[6]。

1.7 体位

与侧卧位相比，仰卧位导致脊髓损伤患者髓内压升高2～4 mmHg[13]。相比颈部脊髓损伤，这种压力差异在胸椎更显著[29]，可能因为仰卧位时，颈椎生理性前凸导致颈髓压迫较小，而胸椎生理性后凸使得胸髓压迫更严重。在非椎板切除的患者中，没有观察到这种差异。Phang等[13]发现，椎板切除术后4 d内，患者应侧卧，或仰卧时在伤口周围放置环形枕头；术后5 d，仰卧位对髓内压无影响。

2 测量方法

2.1 直接测量法

2.1.1 传感器置于脊髓实质内测压

Dong等[30]制作大鼠脊髓损伤模型后，用静脉穿刺针平行于脊髓矢状面斜行穿透硬脊膜进入脊髓实质，插入微型压力导管，发现脊髓损伤后髓内压力与损伤程度呈正相关。Saadoun等[31]制作小鼠T6节段脊髓损伤模型，将微型压力导管穿过硬脊膜插入T6脊髓实质内测量压力，研究小鼠脊髓损伤后水肿对神经功能的影响。Khaing等[21]使用大鼠胸髓中度损伤模型，将探针从尾端距损伤中心约4 mm处插入，朝向头端进针直至损伤中心记录压力值，然后以损伤部位为中心，沿脊髓轴线每隔2.5 mm，头尾端对称测量一次压力，他们发现损伤后30 min压力升高为正常值的3倍，并保持高压状态7 d。

该测压方法可较为准确地测量髓内压，缺点是侵入性操作，存在一些潜在风险，包括脑脊液漏、假性硬脊膜膨出、伤口感染、损伤脊髓和损伤部位出现血肿等[29]。

2.1.2 传感器置于髓外硬膜内测压

Werndle等[3]提出测量脊髓压力的新方法，即脊髓损伤患者行椎板切除术后，将针折弯至90°以防穿入时损伤脊髓，穿透损伤部位下一节段的硬脊膜，插入探针并移至脊髓最肿胀的部位测量压力。Phang等[32]用同样方法在术中监测胸髓完全性脊髓损伤患者损伤部位以上、损伤部位和损伤部位以下这三个部位的硬膜下压力，发现损伤部位压力最高，相差超过10 mmHg；继续在脊髓肿胀节段每隔5 mm测量压力，然后将探针留置在压力最大的部位，术后继续监测。Leonard等[7]用兔脊髓压迫模型进行研究，气球压迫脊髓T10节段，椎板切除后，探针穿透硬脊膜，沿脊髓背侧表面移动至损伤中央，实时观察并记录，发现压力早期5 h升高，伤后3 d达到最大值。Jones等[33]使用猪脊髓损伤模型进行研究，微型光纤压力传感器沿脊髓背侧冠状面插入50 mm，鞘内放置4个压力传感器，分别在脊髓头端和尾端距离损伤中心20 mm和100 mm处测量压力，验证此方法可以用于测量大动物脊髓压力。Iida等[34]采用球囊法测量犬髓内压，将连接压力传感器的球囊塞入硬膜下，对T5脊髓施加牵引负荷，发现牵拉水平的髓内压迅速上升，髓内压与拉伸强度呈线性相关。Soubeyrand等[35]制作大鼠T10节段脊髓损伤模型，穿刺针穿透骶尾部硬脊膜进入硬膜下腔，记录压力，发现脊髓损伤后压力显著升高。Martirosyan等[36]将椎板切除暴露T3-8脊髓，制作猪轻度脊髓损伤模型，探针置于T5硬脊膜下，监测压力，实验显示脊髓损伤没有增加硬膜下压力。

大多数研究者选择将传感器置于硬脊膜下监测髓内压，相比插入脊髓实质内测量，侵入性小，但硬膜下压力和髓内压有差异。重度脊髓损伤，脊髓肿胀压迫硬脊膜时，在脊髓最肿胀的部位(即损伤部位)，硬膜下压力和髓内压类似[6,32]。轻度脊髓损伤，脊髓不压迫硬脊膜，此时损伤部位的硬脊膜下压力和髓内压的关系未知。前两种方法均需要进行椎板切除，后续还需要切除黄韧带和硬膜外脂肪，再加上硬膜表面使用粘合剂凝胶，改变了该系统的自然状态，可能会影响压力的测量。开放的手术方式允许植入微型压力传感器，可以直接接触脑脊液进行压力测量，但植入传感器时不可避免会有脑脊液流失，可能会影响测量结果。Phang等[29]检测了探针的安全性，没有遇到严重并发症，如髓膜炎或损伤脊髓。Werndle等[3]持续监测硬脊膜下压力长达1周，也没有出现并发症。该方法可能比监测颅内压的严重并发症更少，因为显微镜下可直接观测探针放置在硬膜下的过程，而颅内压探针插入脑实质且通过锥颅探查法无法观察插入过程，增大损伤的风险[29]。

2.1.3 腰椎导管测压

Kwon等[25]在脊髓损伤患者L2/3或L3/4间插入腰椎鞘内导管，导管连接引流和监测系统监测脑脊液压力，在脊髓减压术中和术后观察到压力显著升高。Kong等[37]用相同方法测量脑脊液压力，研究脊髓损伤后患者的血流动力学特征。Altaf等[38]用同样方法研究血管加压药对脊髓损伤患者髓内压的影响。

腰椎穿刺蛛网膜下腔置管可以准确监测脑脊液压力的变化，但脑脊液压力并不能准确描述受损脊髓的压力情况。当脊髓压迫硬脊膜时，这种方法的测量结果与损伤部位髓内压不同。人体[25]和动物实验[18]显示，脊髓损伤后损伤部位两端的脑脊液压力可能有差异，强调需要分别测量损伤部位头端和尾端的脑脊液压力，而该方法只测量了损伤部位一端的脑脊液压力。Kwon等[25]用该方法发现脊髓减压术中和术后压力显著升高，与最初预想的压力降低存在差异。脊髓损伤后各种原因阻断脑脊液流动，从而在损伤部位建立了一个相当大的压力梯度。减压可能缓解了蛛网膜下腔的堵塞，但高压分向损伤部位邻近的硬膜囊内，在腰椎穿刺处放置导管则监测到手术减压后压力反而迅速升高。另外，目前已建立的啮齿类动物脊髓损伤模型不适合研究与损伤相关的脑脊液压力，因为空间受限，传感器只能放置在小脑延髓池和腰大池[39]。

2.1.4 离体测压

Harwell等[40]从新鲜尸体标本中分别取下幕上大脑和脊髓，分别在双侧额叶、顶叶，以及颈髓、胸髓中央放置压力监测器，样本放置在低渗溶液中模拟水肿同时记录压力；沿脊髓背侧中线切开软脊膜后再次监测压力。Winestone等[41]用新鲜尸体标本建立脊柱后凸畸形模型，分别在颈、胸脊髓节段放置髓内压力监测器，记录髓内压。动物的脊髓与人尚存在一定差异，使用人体标本进行离体研究能尽可能减少这项差异。该方法的优点是安全、条件易于控制且操作简便，但模拟的真实性还有待验证。

2.2 间接测量法

间接测量法包括计算机建模测压、测量眼压等，但相关技术和研究还不太成熟。Sparrey等[42]运用平面应变、非线性几何、有限元等技术建立了人体胸髓模型，研究脊髓灰质、白质和软脊膜对脊髓受压时组织水平应力和应变的作用。Stoverud等[43]建立孔隙弹性模型，研究软脊膜、脊髓中央管、正中裂、灰质和白质在压力波传播和脑脊液流动中的作用。椎管内部结构的位移及内在的应力变化仅凭病理过程猜测，缺乏客观的实验支持。三维有限元技术可检测到标本内在应力和内在位移的变化，已广泛应用于骨科生物力学研究[44-45]。计算机建模的优点是节约资源、实验变量和结果的可重复性高，但模型复杂，需要专业技术人员且费用高。

有研究[46]显示，青光眼患者的眼压与腰椎穿刺测得的颅内压呈相关性，可通过测量眼压反映颅内压的变化，而关于眼压与髓内压是否有相关性，还需要进一步研究。

3 总结与展望

压力类似于体温、脉搏、呼吸，是人体一项重要的生理参数。其中动脉血压已经是临床常规检测项目，而目前组织压力还未列入常规检测项目，主要原因是没有长期安全有效的测量方法。急性脊髓损伤后通常要维持平均动脉压在85～90 mmHg，以期能提供合适水平的脊髓血管灌注[47-48]；然而脊髓灌注压不仅由平均动脉压决定，实际是由平均动脉压和髓内压之间差值决定[25]。因此，需要临床监测髓内压来保证脊髓组织足够的血液灌注，且强调需要治疗性干预措施降低髓内压。监测髓内压能够指导脊髓损伤后手术减压的时机和疗效。髓内压力可能是脊髓损伤后继发性损伤的重要病理生理机制，我们需要更深入了解脊髓损伤后髓内压的变化，从而形成针对抑制髓内压升高的新的治疗方法。另外，髓内压监测也可以用于很多其他方面，如导致脊髓肿胀的疾病(如纵向延伸的横贯性脊髓炎等)[49-50]、确定髓内注射水凝胶的最佳治疗使用剂量[51]等。

本文分析了测量髓内压的影响因素并且归纳总结了髓内压的测量方法，该研究领域进一步的发展方向可能是实时无创活体监测髓内压的动态变化。相信随着遥测技术、三维有限元技术以及计算机图像处理技术的发展与应用，人们一定能够更加精准地监测髓内压，从而更好地了解脊髓损伤的病理生理机制。

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Advance in Measurement Methods of Intramedullary Pressure after Spinal Cord Injury(review)

ZHANG Xin,LI Jian-jun,YANG De-gang,LIU Chang-bin,ZHANG Wen-hao,YANG Ming-liang,DU Liang-jie, GAO Feng,LI Da-peng,GUO Yun,CAI Chang
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.Department of Spinal and Neural Function Reconstruction,China Rehabilitation Research Center,Beijing Bo'ai Hospital,Beijing 100068,China;3.Center of Neural Injury and Repair,Beijing Institute for Brain Disorders,Beijing 100068,China;4.Beijing Key Laboratory of Neural Injury and Rehabilitation,Beijing 100068,China

LI Jian-jun.E-mail:crrc100@163.com

The measurement of intramedullary pressure is particularly important in the research of spinal cord injury.This article analyzed the influence factors and the measurement methods of intramedullary pressure.The influence factors included edema,vascular regulation and bleeding,spinal dural,pia mater spinalis,cerebrospinal fluid,canalis vertebralis and body position,etc.The measurement methods included direct measurement methods,as the sensor placed in the parenchyma of spinal cord,intradural extramedullary or lumbar catheter, and measuring in vitro,and indirect measurement methods,as computer modeling and intraocular pressure measuring.

spinal cord injury;intramedullary pressure;influence factors;measurement methods;research progress;review

R651.2

A

1006-9771(2017)08-0919-05

2017-01-18

2017-02-03)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.08.010

1.国家自然科学基金项目(No.81272164)；2.中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(No.2015CZ-6)；3.国家“十二五”科技支撑计划项目(No.2012BAI34B02)。

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院脊柱脊髓神经功能重建科，北京市100068；3.北京脑重大疾病研究院神经损伤与修复研究所，北京市100068；4.北京市神经损伤与康复重点实验室，北京市100068。作者简介：张鑫(1994-)，女，汉族，山东淄博市人，硕士研究生，主要研究方向：脊柱脊髓损伤的康复与治疗。通讯作者：李建军，男，教授，主任医师，博士，博士后导师，主要研究方向：骨科及脊柱脊髓损伤的康复与治疗。E-mail:crrc100@163.com。