摘要：与缺血性和外伤性脑损伤一样，颅内压（ICP）升高是常见的危及生命的脑出血（ICH）并发症。颅内压升高可导致脑缺血、脑脊液流动受损和脑疝。顺应性机制适应于降低颅内压升高，但在大出血后，这些机制往往不堪重负，因此需要治疗来降低颅内压。啮齿类动物、犬科动物和非人灵长类动物被用来建模模拟脑出血，研究高ICP的后果和治疗方法。然而，用于研究ICP的方法可能昂贵且具有技术挑战性，导致该领域的研究匮乏。同样，由于ICP设备、测量位置和数据分析的差异，实验室间的复制也很困难。许多降低颅内压的治疗方法已经被研究，其中一些目前被用于临床实践，如外科干预和渗透疗法，但往往缺乏强有力的证据。在这里，我们回顾了ICP升高在确定脑出血后不良结局中的机制重要性，特别是在临床前研究中准确建模和测量ICP的困难，以及这可能如何影响研究转化。

关键词：颅内压  脑出血  中风 水肿  转化研究 动物模型 

简介：脑出血是一种由脑出血引起的毁灭性中风。大约40%的脑出血患者死亡，部分原因是颅内高压（ICP）。颅内压增高是由血肿的肿块效应引起的，血肿占据了颅骨的空间。脑出血后脑水肿的形成可进一步增加颅内压。危险的高颅内压与预后不良相关，可导致脑血流量（CBF）减少，可能缺血，甚至因脑疝而死亡。降低ICP严重升高的治疗方法，如渗透剂和手术干预，但这些治疗的有效性有限和/或不清楚。动物模型被用来评估脑出血的病理学以及筛选潜在的治疗方法。总结了颅内压升高在出血性中风中的有害作用，介绍了临床前研究以及它们与临床发现的关系。回顾颅内压的病理生理学、研究技术、治疗方法、转化失败的可能原因，以及为加强未来研究而提出的改进建议。

颅内出血导致颅内压增高：颅内出血相关颅内压增高的因素分析：脑出血后颅内压增高的原因很多，包括血肿的大量形成、水肿的发展、梗阻性脑积水以及其他继发性并发症如癫痫、发热等。血肿在硬性颅骨中占据空间，不能增大体积。颅内压增高会导致脑移位和脑疝，压力会导致脑组织通过颅孔突出。此外，静压力本身也会直接导致神经元损伤。静水压力或颅骨中诸如血液或脑脊液之类的液体施加的压力可上调凋亡因子并导致神经元活力降低和细胞死亡。大脑在一定程度上可以适应颅内增加的肿块，但严重脑出血后，这些顺应性机制不足以适应大血肿和随后的肿胀。

图1、大出血后，血肿和水肿的肿块效应导致中线移位，脑脊液减少，脑室受压，在某些情况下导致脑疝。图为人类正常大脑的冠状切面（a）和血肿导致的脑移位（B）。比较脑出血前（C）和后（D）的大鼠脑。在这两种情况下，脑室或蛛网膜下腔血肿可通过阻碍脑脊液流动而进一步增加颅内压。

脑水肿是脑组织的肿胀，可引起肿块效应，并在ICH后引起ICP升高。脑出血后水肿主要位于血肿周围，在大鼠脑出血后72小时水肿达到高峰，在人类脑出血后4-12天水肿达到高峰。细胞毒性水肿是最早的水肿形式，通常在中风发作后几分钟内形成。在细胞毒性水肿中，离子流入（Na+，Cl-等）导致细胞肿胀，因为水跟随离子从细胞外间隙进入细胞。细胞外空间的离子被耗尽，产生离子性和血管源性水肿的驱动力。在BBB被破坏之前，离子通过通道流入大脑，补充细胞外空间的离子，导致水分涌入。BBB损伤后，蛋白质流入大脑导致血管源性水肿。静水压是血管源性水肿的主要驱动力之一。颅内压升高会影响静水压，并导致更多血管源性水肿。其他出血性脑出血导致血液周围水肿的因素包括血清析出、凝血酶生成和红细胞降解。在凝血过程中，血清从血肿中析出，增加了大脑的含水量。此外，血清中的蛋白质含量会产生渗透梯度，从而带来额外的水分。凝血酶导致水肿形成，并且红细胞分解过程与延迟水肿的形成有关。

除了血肿和水肿的肿块效应外，脑出血的其他后果也会导致颅内压升高。例如，脑室出血可导致梗阻性脑积水，从而使颅内压明显升高。此外，脑出血后癫痫发作很常见，并与颅内压增高有关。癫痫发作引起脑代谢增加，脑血容量增加，这可能是颅内压升高的原因。发烧是ICH的另一种后果，可引起血管收缩，心率增加和血压升高，所有这些均可进一步增加ICP。临床上，颅内压在脑出血后数小时内升高，可持续数天。在啮齿动物中，ICP会在数小时内开始升高，这与胶原酶模型中血肿形成的情况相吻合。同样，ICP仍会升高约三天，这取决于水肿消退的进展和血肿清除的开始。在最初的出血后，血清在凝块形成和稳定过程中被析出，溶入到颅骨的液体中。然而，随后的血肿清除涉及血细胞溶解，因此减少了颅内内容物。例如在微球充气过程中，当气球充气时，颅内压保持升高，并在放气后几分钟恢复到基线水平。因此，在血肿清除和水肿消退开始之前，ICP一直保持升高并不奇怪。 血肿和水肿进展会影响ICP治疗的选择和时机。

图2、脑灌注压（CPP）=平均动脉压（MAP）-颅内压（ICP）。健康患者的CPP约为60mmhg，MAP约为70mmhg，ICP约为10mmhg。在高血压患者中，MAP的升高会导致CPP的升高，而ICP则没有变化。 在ICP升高的高血压患者（例如中风患者）中，MAP和ICP的升高可能导致CPP从健康水平升高或降低。这些变化在啮齿类动物中是相似的，尽管ICP值较低。脑出血后，CPP降低可能导致缺血性损伤。

脑顺应性机制：正如Monro和Kellie在1783年所概述的，血容量，特别是静脉血，以及脑脊液（CSF）都会减少，以在头盖骨中留出空间。正常情况下，人类平均拥有约150毫升的脑脊液和约50–75毫升的脑静脉血，而平均脑容量为1400毫升。相比之下，大鼠有90μL的血液，95μL的CSF40和~2ml的脑容量。这些液体量为适应肿块效应提供了绝对的上限，但当然并非所有的CSF或血液都可以被置换-在某些时候会导致严重的并发症（例如局部缺血）。成人颅内压升高10毫米汞柱所需的体积约为26毫升。如果增长速度较慢，人们能够适应更大幅度的增长，这意味着至少有些合规机制会在数小时或更长时间内发生。最近的一项研究发现，大鼠脑出血合并颅内压增高后，血肿远端的神经元体积减小，彼此紧密地堆积在一起，很可能适应了肿块效应。这些顺应性机制可在大面积脑出血后迅速超负荷，并且由于脑损伤导致的自动调节功能（局部血流调节）受损，可能会改变顺应性反应。例如，通常ICP较高的患者的依从性降低。在创伤性脑损伤（TBI）后，高血压猪的颅内压升高，适应损伤的肿块效应的能力降低。当患者的动脉血容量较高时，颅内压会不成比例地增加，以应对刺激，如逐渐增加的脑水肿。大脑顺应性机制如果不超负荷，可以防止脑疝和死亡，但是它们也会带来负面影响。 脑灌注压（CPP）与ICP直接相关，如方程式所示：CPP =平均动脉压– ICP。如果血压恒定，则随着ICP的增加，脑血流量会减少，而这种CBF的减少会导致缺血性损伤。 许多研究发现血肿周围的CBF急剧降低。但是，这种降低的CBF并不总是会导致缺血性损伤。尽管CBF降低，但血肿周围区域组织的代谢需求也可能降低，这导致氧提取率没有增加，结果是缺乏缺血性损伤。如果脑脊液的产出减少，为肿块效应腾出空间，这将导致废物清除率降低和体内平衡受损。在发生诸如ICH之类的伤害之后，废物清除尤为重要，因为血肿被分解并且从伤害区域清除了包括铁在内的有毒血液制品。

颅内出血后颅内压与预后：在动物研究中，许多作者并未衡量ICP与功能结局之间的关系。 因此，即使一项研究发现动物的ICP升高，例如CBF降低，或者是短暂的，在没有持续损害的情况下得到解决。其他动物研究没有明确报告死亡率。在血肿体积有限的情况下，颅内压（ICP）反应和预后的范围必然有限，而颅内压（ICP）与预后之间的真正关系变得难以评估。因此，如果研究人员希望提高临床相关性和预测治疗反应的能力，他们应该在模型中考虑更大的脑出血量。

ICH模型：ICH模型中的ICP：临床前，最常见的是使用胶原酶和AWB模型诱发原发性ICH。 在第一个模型中，细菌胶原酶被注入大脑，导致胶原蛋白分解并在数小时内出血。AWB模型涉及将血液（例如从尾动脉获得的血液）注入大脑，并导致大脑中的血肿比胶原酶模型具有更少的继发性损伤。脑出血的微球模型应用较少。在这里，一个小气球被植入大脑，并被充气以模拟血肿的肿块效应，而不会因凝血或血液分解产物而造成二次损伤。同样，注射惰性物质（例如油）可以模仿与ICH相关的肿块效应，同时避免血液的影响。相反，可以注入血液成分以专门检查由血肿的某些成分（例如铁）引起的损害。较不常用的脑出血模型是自发性脑出血模型，使用易中风的自发性高血压大鼠。这种模型导致血脑屏障通透性增加，水肿，并可能损害自身调节。没有模型可以完美地模仿临床ICH，并且所有模型都代表ICH病理生理学的某些方面。胶原酶模型与颅内压显著升高有关。颅内压升高的程度取决于出血量，但与基线读数相比，上升幅度约为2-4倍。颅内出血后3-4天颅内压升高开始消退。尽管出血量较小，但胶原酶模型比AWB模型引起更大和更持久的颅内压升高，这可能是由于胶原酶模型中更多的继发性损伤和水肿所致。这种肿块效应和相应的颅内压升高与患者相似。

研究人员还对大鼠微球充气后的ICP反应进行了表征。当微球膨胀4小时时，只有在最大膨胀（100μL）的情况下，ICP峰值才上升（增加16毫米汞柱）。当微球在较低的充气量（25和50μL）时，颅内压没有明显增加。这表明在胶原酶和AWB模型中，至少可以容纳50μL的血液和水肿。在较短的充气时间（10分钟），观察到的ICP升高是短暂的，在放气后的几分钟内就恢复了。该模型不会引起明显的脑水肿，因此，通过放气微球消除质量效应，解决了ICP反应。使用此模型，研究人员可以选择具有相对较高控制度的ICP持续时间。尽管该模型与其他模型相比临床意义较小，但当研究人员想要评估ICH的肿块效应而无因血液制品引起的继发性损伤（如铁介导的毒性和铁原体肥大症）时，微气球模型非常有用。在对ICH建模时，位置是另一个重要的考虑因素。 通常选择纹状体出血来模拟出血，这是人颅内出血的最常见部位，并伴有高血压。但是，鉴于胶原酶和AWB都是立体定向注射的，出血的位置很容易改变。 在动物模型中，很少有研究评估脑干，小脑或脑室内伸展等部位的ICH。然而，这些部位在颅内压的研究中是很重要的，因为脑干和小脑出血更容易导致脑干疝或脑干压迫，而且对手术治疗的反应可能不同。此外，脑室出血可导致脑积水和颅内压进一步升高。因此，出血的位置应根据实验的特定目的而变化，并且需要进一步研究以表征与不同ICH位置相关的ICP升高。无论在临床上还是在临床前，ICH后副作用都很常见。 但是，在动物模型中，很少评估这些副作用，并且对ICP的影响尚不清楚。例如，癫痫发作会增加脑血流量并增加颅内压。在胶原酶中观察到癫痫发作活性，但在AWB模型中未观察到。发烧是ICP增加的另一种副作用，但是不经常测量ICH模型中发烧的发生率。初步数据表明，位置可能是发烧发生率的重要因素，在胶原酶诱导的心室出血模型中发生高热，而在胶原酶诱导的纹状体脑出血中则较少。

物种差异：虽然ICP研究最常使用大鼠来模拟脑出血，但ICP也被用于其他物种，包括狗、猫、兔和非人灵长类动物。小鼠不常用，可能是由于将设备植入较小的颅骨内技术困难。ICH后，由于颅腔的差异，例如颅骨大小和脑，血和脑脊液的相对体积，ICP的反应因物种而异。啮齿类动物能够耐受肿块效应和颅内压升高，这与包括人类在内的其他物种相当。例如，在严重的大脑中动脉闭塞后，存活大鼠的颅内压升高达30毫米汞柱。这表明ICP耐受性与人类相似。然而，很难将其与其他物种进行比较，因为大多数脑出血研究都不会导致严重和危及生命的损伤。重要的是，ICH研究通常模拟较小出血范围，代表中度ICH。 总体而言，临床前研究并未涵盖患者中观察到的全部损伤。此外，临床前研究通常使用年轻健康的动物，这些动物可能比患有共同疾病的老年动物更能适应肿块效应。临床上，约40%的脑出血患者死亡，死亡率与平均颅内压增高有关。虽然约50%的死亡是由于神经系统后遗症（初次出血或再出血）导致的，但由于颅内压增高直接导致的死亡人数很难确定。动物研究直接量化可以忍受的ICP的增加将是有价值的，但具有挑战性，并且在伦理上难以实施。啮齿动物的总颅内含量（大脑，脑脊液和血液）约为2毫升，而人类约为1700毫升。因此，啮齿动物60μL的大血肿约占颅骨的3%。60毫升（大）患者血肿约占颅骨3.5%。导致颅内压增高的血肿的相对大小在物种间是相当一致的。

尽管ICH研究最常使用鼠模型，但较大的物种（例如灵长类动物，猫和狗）更能代表临床ICH的大脑生理。与啮齿动物相比，这些物种在进化上与人类的关系更为密切，它们的大脑是脑回的，白质的比例更为相似。犬脑出血后颅内压动力学的两项研究结果已在临床研究中重现。第一个发现是脑出血后降低血压对CBF或ICP没有有害影响；第二个发现是高渗盐水在控制ICP方面至少和甘露醇一样有效。因此，较大的动物物种可用于研究ICH后的脑生理，但必须考虑诸如成本和道德等因素。

与临床ICP相关的动物模型：在ICH模型中发现的ICP升高与在临床环境中观察到的相似。 但是，在解释临床研究时，必须考虑一些关键差异。啮齿类动物的基线颅内压比狗和人类低，因此脑出血后的升高似乎也较少。然而，当观察ICP的增加时，物种间的相对数量是相似的。啮齿类动物的颅内压从3-4mm汞柱增加到9-12mm汞柱，增加了300%。同样，犬发生ICH后，ICP几乎翻了三倍，从〜9 mmHg到〜25 mmHg。另外，啮齿类动物颅内压的更快解决可能反映出对颅内压的适应能力更好，或者与损伤相关的继发并发症（如感染和发热）较少，如前所述，在脑出血的啮齿动物模型中不太常见。动物和患者之间急性护理的差异可能会影响ICP与预后之间的关系。例如，患者经常接受治疗，如渗透疗法或外科干预；动物模型不使用这种疗法，除非他们是研究性的。除了镇痛药以外，动物通常不采取其他干预措施来进行与手术引起的伤害以及伤害本身有关的疼痛处理。这些镇痛剂，如丁丙诺啡，可能会影响颅内压。尽管有人发现丁丙诺啡在正常情况下不影响颅内压，但阿片类激动剂可引起通气不足，引起脑缺氧和颅内压升高。因此，ICH管理的差异会导致ICP研究中的转化失败。总之，动物模型的选择是准确预测临床结果的关键因素，可用于检查损伤的进展和对治疗的反应。除了模型选择之外，实验设计中还有许多其他重要的考虑因素会影响转换的可能性，例如随机化、复制、功率分析等。

测量ICP：ICP测量位置：动物颅内压通常从侧脑室、脑实质、脑池和硬膜外间隙测量。在脑出血后出现ICP梯度，在血肿附近ICP最高，在离血肿较远的地方，如硬膜外腔，ICP较低。这些压力梯度在啮齿类动物中较小，这是因为它们的大脑较小。

图3、ICP测量的常见位置是从冠状（A）和矢状（B）视图显示的。ICP通常通过脑实质内（绿色），硬膜外（红色），间隙（蓝色）或脑池（黄色）进行监测。 使用遥测技术，可以将ICP探头植入腹部（C），头部（D）或颈部下方的皮下空间（D）。

麻醉动物颅内压的测定：在临床前研究中，经常在麻醉下对ICP进行测量。 在某些研究中，在麻醉状态下连续数小时进行测量，而在其他研究中，将动物重复麻醉以进行多次测量。这两种方法都是有问题的，因为颅内压可能会受到挥发性麻醉剂如异氟醚和七氟醚以及注射麻醉剂如氯胺酮的影响。麻醉剂可以影响血压、脑代谢、体温、血气和自动调节，所有这些都可以改变颅内压。重要的是，麻醉效果会因病理生理学的不同而有所不同，在正常情况下会出现较小的影响，而在受伤后会出现较大的影响，如脑外伤。例如，大鼠弥漫性脑损伤后，与异氟醚相比，七氟醚麻醉动物的颅内压显著升高。同样，另一种挥发性麻醉剂氟烷会增加占位性病变患者的颅内压。另一方面，麻醉状态下的大鼠颅内压比清醒时低。麻醉剂对颅内压的影响也因所用麻醉剂的不同而有所不同，虽然挥发性麻醉剂可增加颅内压，但其他麻醉剂，如氯胺酮、异丙酚和巴比妥类药物，可导致颅内压降低。因此，实验结果应该根据他们使用的麻醉剂以及麻醉剂的剂量和持续时间来解释。

清醒动物的颅内压测定：麻醉状态下ICP测量方法可适用于有意识的动物。压力可通过插入侧脑室的套管进行测量。该方法可用于重复测量，但不适用于连续ICP监测。应尽量减少处理和约束，因为这可能导致应激引起的生理变化，如血压、体温和颅内压升高。还可以通过连续遥测获得动物的颅内压。压力传感器可以通过将导管插入硬膜外腔、侧脑室或脑实质来测量颅内压。在ICH诱导后进行ICP测量时，可将导管插入用于诱导出血的钻孔内，简化了手术程序。使用遥测技术，未受伤啮齿动物的平均ICP为3.4–6 mmHg。遥测的另一个优点是双压遥测可以同时测量颅内压和动脉血压。这使研究人员能够连续测量脑灌注压以及因ICH引起的ICP，血压和脑灌注压的动态变化。使用遥测时，必须考虑运动伪影及其对ICP测量的影响。 例如，双压力遥测仪通常被植入腹腔中，以允许同时测量ICP和血压。

ICP测量分析：在进行连续测量时，需要考虑的一个问题是如何有意义地表达和分析这些数据。大多数临床前研究都将测量值表示为一段时间内的平均ICP，但是尚不清楚这是否是死亡率或功能结局的最佳预测指标，或者其他参数（例如ICP峰值或ICP变异性）是否具有更强的关系。例如，一项临床研究发现高ICP变异性是死亡率的独立预测因素，并且与脑灌注压密切相关。另一项临床研究发现，平均颅内压或初始颅内压与预后没有关系。在动物中，一项测试乙酰唑胺降低颅内压的疗效的研究发现，该疗法并没有影响平均颅内压，但确实降低了颅内压峰值，降低了颅内压的不成比例的增加量，这表明颅内顺应性差。研究结果支持了这一点，即大鼠颅内压峰值与病变体积之间存在微弱关系，但脑出血后第3天的平均颅内压与水肿之间存在显著关系。平均颅内压、持续时间>20 mmHg和颅内压变异性是脑出血后预后的最有力的预测因素。然而，还需要进一步的研究来确定颅内压的不同方面与脑出血后的损伤之间的关系。

渗透疗法：在犬脑出血后，观察了HTS和甘露醇对ICP的影响。单剂量的HTS降低了ICP，当注射低剂量的HTS时，这种作用持续时间最长。在用微球将ICP升高至50 mmHg的致死颅内模型中，用HTS和甘露醇治疗的动物存活时间比对照组长，并且接受HTS的动物ICP最低。大鼠进行胶原酶ICH治疗后，甘露醇和HTS均可降低炎症标志物和中线移位，但两种治疗方法之间未发现差异。 在TBI大鼠模型中，尽管HTS和甘露醇对水肿的影响相同，但HTS对ICP降低和ICP降低持续时间的影响更大。

药物治疗：在脑出血胶原酶模型中，乙酰唑胺通过降低ICP峰值的大小和发生率来降低ICP的可变性，但并没有降低ICP的平均值。ICP变异性的降低并没有导致功能结果的改善。在犬脑积水模型中，与心室分流术相比，乙酰唑胺并不能减少临床症状，本研究也没有测量乙酰唑胺对颅内压的影响。乙酰唑胺使健康大鼠平均颅内压降低了50%以上。这表明乙酰唑胺的作用可能与损伤模型有关。

结论：在临床前ICH研究中，ICP尚未被充分研究，这可能是由于与ICP测量相关的技术挑战和费用。在脑出血治疗的疗效研究中，尽管水肿和颅内压之间以及水肿与预后之间缺乏一致的关系，但在缺乏颅内压测量的情况下，研究人员更倾向于将水肿作为替代指标。此外，水肿测量不能将血清与真正的血肿周围水肿区分开。提高ICP顺从性的机制被认为是有益的，但许多机制都有潜在的副作用（如缺血），还没有得到很好的研究。更好地了解大脑顺应性，特别是组织顺应性，可能会导致新的ICP治疗方法来提高顺从性或减少与顺从性相关的副作用。目前降低颅内压的治疗方法效果一般，而且很多都有相关的副作用，比如增加感染的风险。尽管很难测量动物模型的ICP，但ICH领域中这项研究的需求一直存在。

原文出自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589238X20300565