脳虚血の代償機構とペナンブラ｜misery perfusionとdiffusion-perfusion mismatch

先に結論：脳虚血の代償とペナンブラ

• 脳への血流が減ると、まず血管を広げて血流を保ち(自動調節)、それでも足りないと血液から酸素を多く取り込んで(酸素摂取率の上昇＝misery perfusion)しのぎます。さらに下がると神経が働かなくなり、やがて細胞が壊れて梗塞になります
• 神経は働いていないがまだ細胞は生きている領域がペナンブラで、早く血流を再開すれば救える部分です
• CT perfusionではCBFとCBVがともに下がった部分が梗塞の中心(コア)、MTT・Tmaxが延びてCBVが保たれた部分がペナンブラの目安です
• MRIでは拡散強調像の異常(すでに傷んだ中心部)より灌流画像の異常(血流が落ちた範囲)が広いdiffusion-perfusion mismatchがペナンブラの目安とされ、血栓回収療法の適応判断にも使われます

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脳虚血による脳の代償とペナンブラの関係

• 脳灌流圧が低下すると、まず脳の細い血管が拡張することにより脳血流量を保とうとする(自動調節能)。
• ところが脳灌流圧が自動調節の下限を下回ると血管拡張による代償機構はこれ以上使えず、脳細胞が酸素摂取率を上げようとすることで代償しようとする(misery perfusion)。
• さらに低下すると酸素摂取率を上げることでも代償できなくなり、脳細胞の酸素消費量が減っていく、つまり、虚血に陥る。

・脳血流量が下がり、神経機能が止まる値(機能障害の閾値)を下回ると症状が出るが、さらに低い値(梗塞の閾値)を下回ると細胞は壊死に陥る。この2つの閾値の間ならまだ逆戻り出来る可能性がある（ペナンブラ）(Astrup 1981)。PETでは、発症早期に脳血流量がおよそ12mL/100g/分を下回ることが不可逆的な障害の目安とされています(Heiss 1993)。
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CT perfusion(パーフュージョンCT)の見方

マップ	梗塞の中心(コア)	ペナンブラ
CBF(脳血流量)	著しく低下	低下
CBV(脳血液量)	低下	保たれる
MTT・Tmax(通過・到達の遅れ)	延長	延長

・コアの判定には相対的CBF(反対側の31%未満)が拡散強調像の異常と最もよく一致したと報告されています(Campbell 2011)。ペナンブラはTmaxの遅れを4〜6秒以上で区切るとよく反映したとされます(Olivot 2009)。

diffusion-perfusion mismatch

• 臨床的には拡散強調像高信号の多くは最終梗塞に至る。
• 拡散異常領域よりも広い範囲で灌流異常領域がある。
• 拡散異常領域は最終梗塞の最小範囲を示し、灌流異常領域は最大範囲を示す。
• 拡散強調画像で所見が出現する前に虚血を検出し、diffusion-perfusion mismatchを診断する必要がある。DEFUSE 3試験では、発症6〜16時間の内頸動脈・中大脳動脈近位部閉塞で、梗塞コア70mL未満かつ灌流異常域/梗塞コア比1.8以上の患者に血栓回収療法を行うと、90日後の機能予後が改善した。また DAWN 試験では、発症6〜24時間の頭蓋内内頸動脈・中大脳動脈近位部閉塞で、症状の重さに比べて梗塞体積が小さい(clinical-core mismatch)患者に血栓回収療法を行うと、90日後の機能的自立が49%(対照13%)に改善した。

脳虚血と灌流画像でよくある疑問(Q&A)

Q. misery perfusionと贅沢灌流(luxury perfusion)の違いは？
A. misery perfusionは血流が下がり酸素摂取率が上がった状態、贅沢灌流は反対に組織が必要とする以上に血流が多い(充血)状態です(Baron 1981、Lassen 1968)。

Q. CT perfusionで色が変わった所はすべて梗塞になりますか？
A. いいえ。CBVが保たれMTT・Tmaxだけが延びた部分は、早く血流が戻れば救える可能性があります。

あわせて読みたい：脳のCT perfusion・MR perfusionの見方

参考文献

1. Astrup J, Siesjö BK, Symon L. Thresholds in cerebral ischemia – the ischemic penumbra. Stroke. 1981;12(6):723-5. PubMed
2. Albers GW, Marks MP, Kemp S, et al. Thrombectomy for stroke at 6 to 16 hours with selection by perfusion imaging. N Engl J Med. 2018;378(8):708-18. PubMed
3. Nogueira RG, Jadhav AP, Haussen DC, et al. Thrombectomy 6 to 24 Hours after Stroke with a Mismatch between Deficit and Infarct. N Engl J Med. 2018;378(1):11-21. PubMed
4. Baron JC, Bousser MG, Rey A, et al. Reversal of focal “misery-perfusion syndrome” by extra-intracranial arterial bypass in hemodynamic cerebral ischemia. A case study with ¹⁵O positron emission tomography. Stroke. 1981;12(4):454-9. PubMed
5. Powers WJ, Rabinstein AA, Ackerson T, et al. Guidelines for the Early Management of Patients With Acute Ischemic Stroke: 2019 Update to the 2018 Guidelines for the Early Management of Acute Ischemic Stroke: A Guideline for Healthcare Professionals From the American Heart Association/American Stroke Association. Stroke. 2019;50(12):e344-e418. PubMed
6. Campbell BC, Christensen S, Levi CR, et al. Cerebral blood flow is the optimal CT perfusion parameter for assessing infarct core. Stroke. 2011;42(12):3435-40. PubMed
7. Olivot JM, Mlynash M, Thijs VN, et al. Optimal Tmax threshold for predicting penumbral tissue in acute stroke. Stroke. 2009;40(2):469-75. PubMed
8. Heiss WD, Podreka I. Role of PET and SPECT in the assessment of ischemic cerebrovascular disease. Cerebrovasc Brain Metab Rev. 1993;5(4):235-63. PubMed
9. Lassen NA. On the regulation of cerebral blood flow in diseases of the brain with special regard to the “Luxury Perfusion Syndrome” of brain tissue, i.e. a syndrome characterized by relative hyperemia or absolute hyperemia of the brain tissue. Prog Brain Res. 1968;30:121-4. PubMed