顱內壓的Monro-Kellie法則

張和

“顱內壓（ICP）”的概念、正常顱內壓與異常顱內壓、顱內容量與腦組織和血液的關系，由Monro 和Kellie 最早提出。 Alexander Monro（1733-1817 年，圖1）是蘇格蘭解剖生理學家、醫師和醫學教育家，來自有名望的Monro 家族，該家族創建了愛丁堡大學。Monro對醫學的主要貢獻是描述淋巴系統，完善骨骼肌系統的描述，并在醫學教育中引入臨床醫學部分。在神經系統研究中，Monro 提出“顱內壓”的概念，并與他的學生George Kellie（1770-1829 年）共同創建了 Monro-Kellie法則（Monro-Kellie doctrine，圖2），即（1）顱腔不可擴張，顱內容量固定。（2）腦實質幾乎不可壓縮。（3）顱腔內腦血流幾乎恒定。（4）持續通暢的腦靜脈血流是動脈血進入腦循環的前提條件。

圖 1 Alexander Monro 教 授（1733-1817 年，作者提供圖片）Figure 1 Prof.Alexander Monro(1733-1817)

圖2 顱內壓Monro-Kellie 法則（作者提供圖片）Figure 2 Monro -Kellie doctrine

1783 年 ，Monro［1］發 表“Observations on the structure and functions of the nervous system”一文，首先提出“顱內壓”的觀點，因為顱骨是恒定的，所以血流也必須恒定，他認為如果水分子或其他物質從血管中溢出，則等量血液也必然外流，以保持顱內體積平衡。他還描述了連接側腦室與第三腦室的孔，并被后人命名為“Monro孔”［1］。

圖3 John Abercrombie教授（1780-1844年，作者提供圖片）Figure 3 Prof. John Abercrombie (1780-1844)

George Kellie 是一名蘇格蘭外科醫師，他的主要研究成果是建立了顱內壓與顱內容量的關系，為后世的顱內壓增高研究奠定了病理生理學基礎。1822 年，Kellie［2］解剖了兩具暴雨后發現的尸體，試圖找出死因，他發現不管是自縊死亡還是失血致死，腦組織基本正常，腦膜和腦表面靜脈充盈，但動脈蒼白無血，他認為由于尸體暴露于暴雨導致衰竭，造成腦循環障礙，動脈血減少而靜脈血淤滯，因此腦血容量是恒定的。他也考慮了其他可能原因，顱骨下陷時腦中液體必須流出以代償失去的空間，因此血液輸入和循環減少。隨即他將這一發現與他的老師 Alexander Monro 和Monro 的另一位學生 John Abercrombie（1780-1844 年，圖 3）分享。一方面，Monro提出的“顱內壓”概念一直存在于他的心里；另一方面，Abercrombie［3］于 1818 年提出了類似的顱內壓法則，他認為顱骨骨折、顱腔變小時，機體以腦血流量減少或腦組織受壓適應減小的顱內空間。為了驗證這一顱內壓法則，Kellie 研究了羊和狗的腦循環，經放血法或氰化鉀毒死的動物雖死因不同，但腦靜脈血容量變化并不明顯，放血致死的動物肢體蒼白、臟器失血，但腦外觀和顏色如常；氰化鉀毒死的動物雖改變體位后重心引力不同，但對腦循環并無影響，因此他認為，外周血減少后腦動脈阻力增加，動脈血進入腦循環減少，但腦靜脈擴張以維持腦血容量的恒定。1828 年，Abercrombie 在神經病理學著作——“Pathological and practical researches on diseases of the brain and spinal cord”中，提到這一顱內壓法則并命名為“Monro-Kellie 法則”。因此，關于顱內壓的理念，首先是Monro提出科學設想，Kellie 經動物實驗和人體解剖研究驗證，Abercrombie 同意這一概念并命名為“Monro-Kellie法則”，使這一顱內壓法則聞名和流傳于世。必須強調的是，Monro認為，顱腔容量是恒定的，顱內壓與腦血容量尤其是靜脈血容量有關；而Kellie 在Monro 的基礎上加入腦實質因素，認為腦血容量和腦實質這兩項因素共同影響顱內壓。Abercrombie 提出設想，人（動物）竭盡全力維持腦循環，并采用放血法驗證這一設想，放血至死亡前動物腦循環相對正常，提示顱內壓恒定［4］。因此，早期對“顱內壓”概念的理解主要基于腦血容量，如動脈血進入腦循環的條件是腦靜脈血流通暢，流入與流出平衡，否則顱內壓增高。那時人們對腦脊液尚缺乏認識，故顱內壓的相關成分并未提及腦脊液。

圖4 Andreas Vesalius教授（1514-1564年，作者提供圖片）Figure 4 Prof. Andreas Vesalius (1514-1564)

圖5 George Burrows教授（1801-1887年，作者提供圖片）Figure 5 Prof. George Burrows (1801-1887)

現代解剖學的鼻祖Andreas Vesalius（1514-1564年，圖4）最早提出腦室內有液體，他反對Galen 等古希臘醫學認為腦室內充滿“生命原氣（Gas/Spirit）”的觀點，但在當時，Vesalius 的觀點遭到學術界的一致反對。直至1842年，法國生理學家Francois Magendie（1783-1855年）首次證實腦室內存在腦脊液，并展示了腦脊液在蛛網膜下腔與第四腦室之間的流動［5］。由此，連接蛛網膜下腔與第四腦室的孔命名為Magendie 孔。1846年，英國 George Burrows 醫生（1801-1887 年，圖 5）反復重復Abercrombie 的放血實驗和Kellie 的重力實驗，發現腦脊液與腦血容量有關，二者總是處于“你增我減”的境地［6］。至此，Monro-Kellie 法則被進一步完善：血液、腦脊液與腦組織和平共處，在不變的顱腔內達成平衡，三者中有一者增加，必然造成另外一者或兩者的減少。此后，將顱內壓與血液、腦脊液、腦組織和腦灌注壓（CPP）的關系稱為Monro-Kellie 法則。腦組織是不會減少的，相反腦腫脹時腦組織增加，故只有血液和腦脊液減少；動脈血因為壓力較高一般不受影響，所以靜脈血減少則是對顱內壓增高的主要代償。腦脊液因素的加入使Monro-Kellie 法則更加完善，但也可能產生誤導，因此而忽略腦靜脈血流在顱內壓調節中的作用。腦脊液每分鐘生成0.35 ml，腦血流量是每分鐘700 ml，因此腦靜脈回流受阻對顱內壓的影響顯著高于腦脊液。

靜止狀態下，人顱腔容積大約是1473 ml，腦血容量為100 ～130 ml，其中動脈血占15%、靜脈血占40%、微循環占45%；腦脊液75 ml，相當于5 秒的腦血流量。由此可見，雖然減少腦脊液可以降低顱內壓，但是腦脊液產生緩慢，因此急性腦損傷時腦脊液增加導致顱內壓增高是罕見的。腦灌注壓的計算公式為腦灌注壓=平均動脈壓（MAP）-顱內壓。應強調的是，這一公式在顱內壓正常時是成立的，但當顱內壓增高時未考慮到壓迫靜脈對顱內壓的影響。例如，約50%的正常人以一側橫竇為主，一旦橫竇受壓或阻塞，顱內壓必然增高；正常人輕壓頸靜脈也可增高顱內壓。早在1897 年，Hill即發現腦靜脈壓與腦脊液壓力（5 ～15 mm Hg，1 mm Hg=0.133 kPa）是一致的，可通過眼底靜脈壓反映顱內壓，并指出顱內壓主要受腦靜脈血流的影響。此后有學者發現，中心靜脈壓增高導致顱內壓增高，形成腦水腫和腦腫脹。全腦腫脹造成的Starling 阻力（圖6）壓迫整個顱內靜脈系統，進而加劇腦靜脈壓升高-腦腫脹-腦靜脈壓升高的惡性循環。超聲監測腦靜脈竇血流可推測顱內壓。頭部CT 主要通過眼上靜脈提示腦靜脈壓，眼上靜脈正常寬度2.2 mm，雙側擴大提示全腦腫脹。顱內壓監測臨床意義重大，1965 年Nils Lundberg（圖7）發明了腦室壓力的床旁監測裝置［7］，這在當時引起了一場神經科的醫療革命，現已成為神經外科和神經重癥監護病房的常規手段。2016 年，英國Mark H. Wilson 醫生再次強調了腦靜脈血流對顱內壓的作用。

通過對顱內壓維持腦循環平衡的認識，人們開始關注顱內壓增高的病理生理現象。早在公元前6000多年即已有“開顱手術（Trephination）”，是為減緩“壓力”造成的頭痛。1866 年，德國Leyden 最早報告了顱內壓增高的致死性作用，他在動物實驗中觀察到顱內壓增高導致脈搏減慢，呼吸困難，最終呼吸停止。1890 年，英國Spencer［8］在腦腫瘤患者中發現，至疾病后期患者顱內壓增高而呼吸停止。自此，顱內壓增高與腦損傷致死亡聯系在了一起。轉年，德國Quincke［9］發明了腰椎穿刺測量腦脊液壓力的方法，并反復應用于臨床。1900年，德國外科醫師 Theodor Kocher（1841-1917 年，圖8）首次采用去骨瓣減壓術以降低顱內壓［10］。當時，與Kocher 一起工作的還有后來成為神經外科鼻祖之一的Harvey Cushing（1869-1939 年，圖 9），Cushing 進一步在生理學上證實了“顱內壓”的概念并將其引入臨床實踐中。他在動物實驗中發現，靜脈予以高滲液體可以減少腦血容量。1903 年，他探尋到通過臨床檢查檢測顱內壓增高的方法，即“Cushing 三主征”——脈壓增大、呼吸減慢、心跳和脈搏減慢［11］。Cushing 將Monro-Kellie 法則進一步定量化，認為腦容量、腦脊液容量和腦血容量的總和是恒定的，若一者增加，必然引起另一者或兩者的減少。

圖6 Starling阻力示意圖（作者提供圖片）Figure 6 Starling resistor diagram

圖7 Nils Lundberg教授（作者提供圖片）Figure 7 Prof. Nils Lundberg

圖8 Theodor Kocher教授（1841-1917年，作者提供圖片）Figure 8 Prof. Theodor Kocher (1841-1917)

圖9 Harvey Cushing教授（1869-1939年，作者提供圖片）Figure 9 Prof. Harvey Cushing (1869-1939)

由此可見，Monro-Kellie 法則對顱內壓的病理生理學研究及其在臨床的應用起到了劃時代的推動作用。隨著科學技術的發展，人們逐漸認識到該顱內壓法則也存在著不可避免的歷史局限性，其主要表現在未能認識到顱腔、腦組織、腦血循環和腦脊液等因素均存在“改變”與“不變”的潛在可能。所以我們既要不斷汲取醫學歷史進步長河中的“甘霖”，同時也要不斷開拓進取、勇于追求醫學科學真理、造福人類。

利益沖突無