Россия
Россия
Россия
В статье показаны на анатомической модели спинного мозга и спинномозгового нерва изменения токаспинномозговой жидкости, которые происходят при различных патологиях, зафиксированных снимками МРТ [4,5]. Эти изменения влияют на динамические параметры оттока спинномозговой жидкости [2] и растворенного в ней СО2, приводя к снижению газообмена изаставляя организмснижать свои функциональные резервы.
спинномозговая жидкость, CO2, микроспинальная полость, мануальная терапия, остеопатия
Введение
В статье приведены 2 класса патологий в спинальной полости: биомеханические (структуральные), связанные спатологиями опорно-двигательного аппарата (ОДА) икраниосакрального механизма(КСМ), и гидродинамические(жидкостные), когда происходит формирование опухолей и смещение– птозы мягких тканей. В обоих случаях происходит изменение динамических параметров спинномозговой жидкости (СМЖ): давления, скорости, расхода. Однако построение моделей для жидкостных патологий сложнее, т.к. приходится учитывать пульсацию СМЖ и деформированную 3D-геометрию измененных объёмов спинальной и микроспинальной полостей. Если не рассматривать вирусно-инфекционный подход, то развитие большинства патологий связано с дисфункциейпозвоночно-двигательного сегмента (ПДС)[1]. Она приводит к нарушению биомеханики КСМ, деформации структур позвоночника, спинномозгового нерва и изменению гидродинамики в спинальной и микроспинальной полостях. На примере газообмена СО2 будет показано, как дефекты влияют на СМЖ[2]. Этот подход расширит знания о газообмене СО2 и улучшит понимание функционирования спинномозговых нервов,конечной структуры ЦНС, так как будет более научноописывать этот сложный процесс недостаточно изученного одного из её механизмов. Кроме этого можно будет более подробно анализировать влияние патологий на организм и точнее ставить диагноз.Ранние описания [3,4,8,16],недостаток расчетов и постановка диагноза только по снимкам МРТ, КТ и УЗИ дают ответ только поверхностно, констатируя лишь визуализацию.
Материалы и методы
Рассмотрим на рис.1 сложную схему спинальной и микроспинальнойполостейс одним спинномозговым нервом [2]. Для остальных спинномозговых нервовэта схема описания аналогичная.
Рис. 1. Схема спинальной и микроспинальной полостей [2]
Гидродинамику реальной анатомии можно описывать нестационарным пульсирующим движением СМЖ в кольцевой трубе, в которой её отток происходитв венозную систему оболочек мягкого спинного мозга и спинномозгового нерва [8,13], т.е. в их венозные капилляры.ПульсацияСМЖ происходит за счет синхронизациипульсации сердца, пульсации мозговых сосудов и биомеханики КСМ, которые в черепе из частипульсирующей артериальной крови вырабатывают СМЖ фильтрацией[6,10-13]. Одновременно в СМЖ при газообмене поступает СО2[14]. Далее СМЖпод действием КСМ в единой краниоспинальнойполости за счет диффузии всасывается в венозные капилляры спинномозгового нерва(мягкая мозговая оболочка (ММО) спинного мозга повторяет технологию оттока в венозные синусы черепа)[3]. Общая глубина микроспинальной полости небольшая, в том числе с учетом капиллярного эффекта, где раскрываются паутинные ворсинки, позволяющие облегчать диффузию СО2. Такая компактность связана с минимизацией расхода энергии и рациональным строением организма. Диффузия СМЖ в венозные капилляры спинномозгового нерва однонаправлена [5], она возникает при∆Р=3÷ 5мм рт. ст., времени диффузии 0.3÷0.75с, т.е. быстро прекращается с изменением ∆Р. За счёт пульсации СМЖ это происходит в фазу пика систолы, когда Рсмж в микроспинальной полости максимально.Также на рис.2 видно, что паутинные ворсинки находятся рядом с микрощелью, где образуется дисфункция ПДС.
Рис.2. Структура микроспинальной полости и образование паутинных ворсинок, A, B, C, g – паутинные ворсинки разной длины
Там же происходит поражение самих ворсинок[17],что является нарушением утилизации СО2 и оттока СМЖ в венозную систему самого спинномозгового нерва, а причина таже–дисфункция ПДС. Обратим внимание, что СМЖ в позвоночнике является амортизатором для спинного мозга. Также она является амортизатором для спинномозгового нерва, а сама конструкция кольцевой трубы дает возможность уравновешивать возникающее избыточное давление при патологиях на мягком спинном мозге и спинномозговом нерве по поперечному сечению.
Рассмотрим возможные патологии(рис.3, 4)[5,16], которые соответствуют снимкам МРТ.
Рис. 3. Аномалия Арнольда-Киари
Рис. 4. Патологии спинного мозга
При дисфункции ПДС, стенозе, дисфункции Вебстера[1,2,8], оссификации связок, остеофитах, спондилолистезе, различных видах опухолей (гидроцефалии), опущений(аномалияАрнольда-Киари) и сирингомиелии ведущей патологией (причиной) является дисфункция ПДС[1], а её следствием–локальный стеноз твердой мозговой оболочки (ТМО). Остальные патологии возникают впоследствии, поэтому вторичны. Генетические дефекты на клеточном уровне и грубые травмы различной этиологии в статье не рассматриваются. Таким образом, экспериментально видно, что вышеуказанные патологии:
- Уменьшают общий объем спинальной и микроспинальной полостей,снижая концентрацию СО2 в СМЖ.
- Изменяют средние скорости движения СМЖ, нарушают приток свежей СМЖ ниже самой патологии за счет нарушения пульсаций, то есть за счет повышения сопротивления при оттоке в фазе диастолы.
- В зоне недостатка СМЖ она меньше омывает спинномозговой нерв [2], нарушая морфологию паутинных ворсинок[17], снижая его работоспособность и функциональные возможности иннервируемых тканей, уменьшая газообмен CO2и отток в венозные капилляры самого нерва,снижая метаболизм.
- Снижение объёма СМЖ замедляет рассасывание отёка при травмах, т.к. снижает иммунитет, который техникой CV4 остеопат способен усилить вместо приёма лекарств.
5. В более тяжелых случаях патологии приводят к локальной блокаде тока СМЖ в соответствующем сегментеПДС, вместе со спинномозговым нервом.
Далее можно предположить[5],что отток СМЖ в спинальной полости и микроспинальной полости можно описывать аналогом уравнения Девсона, на основе уравнения Дарси:
.
.
|
r1 |
|
r1-d |
|
СМЖ |
|
ТМО |
|
Спинномозговой нерв |
Рис. 5. Схема поперечного сечения спинномозгового нерва, где ∆Р=3÷5 мм рт. ст.[4]
Этот подход уже разделяют многие авторы [3].В рамках инженерной задачи без учета паутинных ворсинокможно провести следующие средние расчеты:используя уравнение Фика и уравнение расхода(оттока) [18] рассчитаем удельную газопроницаемостьk оболочки спинномозгового нерва. Средние анатомические параметры его и СО2:
=0,875 Па с вязкостью СО2r1 =10-3м,r2 = r1-dd=0.5 10-6м, толщина оболочки спинномозгового нерваD=1,24 10-9 м2/с, коэффициент диффузии СО2Ссмж=2,48 ммоль/л,Скрови=0,65 ммоль/л.Соответствующие концентрации СО2 в СМЖ и СО2вкрови венозного капилляра[18,19] h=2 10-2м
(1)
(2)
Подставляя (2) в (1) получаем:
(3)
Итого Q(СО2) = 0.82 мл/мин, k = 0,05 см2.
Таким образом патологии изменяют величину динамических параметров: снижая концентрацию СО2 и проницаемость оболочки спинномозгового нерва (оттока СО2), что приводит к ненужному повышению внутричерепного давления (ВЧД). А при физических нагрузках –к избыточному напряжению тканей, т.е. холостому использованию собственной энергии.
Заключение
В статье приведена визуализация патологий,которая видна на МРТ позвоночника[5,16]. Однако главной патологией остается дисфункция ПДС и стеноз как следствие этой дисфункции либо как самостоятельное нарушение КСМ в черепно-спинальной полости, которые постепенно запускают остальные процессы(рис.3,4).При глубоких стенозах и множественных опухолях в спинальной полости вполне возможно произойдёт сокращение её объема. Возможно, это приведёт к соотношению 12-16:1 краниоспинального пространства[12].Тем не менее без патологий сохранится соотношение 2:1 [3], даже несмотря на то, что внутри спинальной полости существуют дополнительные структуры: спинномозговые нервы, зубчатые связки, паутинные трабекулы. Несложные расчёты показывают, что объём этих структур 6х10-6м3[16], компенсирует объём микроспинальной полости 6,5х10-6м3,всех спинномозговых нервов. Это позволяет остеопатам, мануальным терапевтам и неврологам активно исправлять начальную патологию в виде дисфункции ПДС, регулируя КСМ,и останавливать или снижать вторичные патологии. А самое главное, независимо от возраста, восстанавливать работоспособность спинномозгового нерва, давая возможность мышцам при их тренировке вернуть утраченную силу. Кроме этого приведены расчеты диффузии СО2 в венозные капилляры спинномозгового нерва через отток (расход) Q и проницаемость оболочки спинномозгового нерва, которые дают объяснения работоспособности спинномозгового нерва(элемента ЦНС).Таким образом, общие рассуждения об оттоке СМЖ, СО2 в позвоночнике преобразуются в анализ малоизученного механизма ЦНС–функционирования спинномозгового нерва. Это позволяет специалистам и самостоятельно тренирующимся понять,почему применение апробированных алгоритмов тренировок не всегда приводит к желаемым результатам. Также приведенные расчеты дополнят сухую теорию анатомии, преподаваемую в медицинских колледжах и вузах.
1. Зверев А.Г.,Новосельцев, С.В.,Якименко О.С. Современный взгляд на теории патологий позвоночника. Мануальная терапия, 2022, № 87 (3), С. 56-60.
2. Зверев А.Г., Новосельцев С.В. Якименко О.С. Влияние СМЖ на патологии позвоночника.Мануальная терапия
3. Pollay M. Review the function and structure of the cerebrospinal fluid outflow system. Cerebrospinal Fluid Research.2010. 7(1):9,
4. Andersson N. Cerebrospinal fluid infusion methods:development and validation on patients with idiopathic normal pressure hydrocephalus. Umea. UMEA University medical dissertations.2007. New series № 1116.
5. Sudres P. Biomechanics between the cerebrospinal fluid and the spinal central nervous system: towards a modelling of fluid-structure interactions. 2021.
6. Токарев А.С., Талыпова Д.А., Терёхин И.А., Гринь А.А. Качественная и количественная оценка ликвородинамики. Журнал им. Н.В. Склифосовского «Неотложная медицинская помощь». 2022;11(1).С86-95
7. Bert R.J., SettipalleN., TiwanaE. et al. The relationships among spinal CSF flows, spinal cord geometry, and vascular correlations: evidence of intrathecal sources and sinks.The American Physiological Society.2019. P. 470-484.
8. Thea Overgaard Wichmann et al. A Brief Overview of the Cerebrospinal Fluid System and Its Implications for Brain and Spinal Cord Diseases.2021.
9. Bruno Chikly, JörgenQuaghebeur, Reassessing Cerebrospinal Fluid (CSF) Hydrodynamics A Literature Review Presenting a Novel Hypothesis for CSF Physiology. JournalofBodywork&MovementTherapies.2013.
10. Москаленко Ю.Е. и др. Медленноволновые колебания в краниосакральном пространстве: гемо-ликвородинамическая концепция происхождения, Физиологический журнал России им. С.И Сеченова, 2008, Том 94 № 4. С. 441-447.
11. Зверев А.Г., Новосельцев С.В., Якименко О.С. Влияние гидродинамических частот на краниосакральный механизм тела человека / Мануальная терапия, 2022, том 85, № 1. C. 85-92.
12. Brierly J.B.The penetration of particulate matter from the CSF into spinal ganglia peripheral nerves and perivascular space of the CNS. J.Neurol/1950.15 P203- 215.
13. Naimark A.et. al. Effect of DLF on gas exchange and CSF A- B State in Chromic CO2 Respiratory Failure.Canad Med Ass J.1966. Vol.94
14. Sass L.R., Khani M., Conley G.A., Natividad et al. A 3D subject-specific model of the spinal subarachnoid space with anatomically realistic ventral and dorsal spinal cord nerve rootlets.Fluids and Barriers of the CNS. 2017. vol. 14(1). P. 1-16.
15. Linninger A.L., Tangen K.,Hsu C-Y, Frim D. Cerebrospinal Fluid Mechanics and Its Coupling to Cerebrovascular Dynamics
16. K. Bechter, B.L. Schmitzy Cerebrospinal fluid outflow along lumbar nerves and possible relevance for pain research: case report and review, Croatian Medical J. 2014, №55 P.399-404
17. Kido D.K. et al. Human spinal Arachnoid Villi and Granulations. Neuroradiology 1976 vol. 11 P. 221-228.
18. Иовлева О.В., Ларионов В.М. Основы тепломассообмена и гидродинамики, Казанский федеральный университет, Казань – 2019.
19. Anik, Y., Demirci, A., Anik, I., Etus, V., & Arslan, A. Apparent Diffusion Coefficient and Cerebrospinal Fluid Flow Measurements in Patients with Hydrocephalus. Journal of Computer Assisted Tomography 2008, 32(3), P. 392–396.
20. Корячкин В.А., Эмануэль В.Л., Страшнов В.И. Диагностическая деятельность, 2-е изд.,испр. и доп. М. 2019. C. 507.
