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赵天智 三甲
赵天智 副主任医师
唐都医院 神经外科

儿童脑积水治疗进展

儿童脑积水通常是由于先天性或继发性因素导致脑脊液吸收障碍或循环通路梗阻而引起的。儿童脑积水的治疗方案、预后往往与发病年龄及脑积水的病因密切相关。如何安全有效的处理各种类型的儿童脑积水一直是神经外科医生研究的重点。唐都医院神经外科赵天智

Ernst Axel Key 和 Magnus Gustav Retzius在1875年,阐明了脑脊液产生、循环、吸收的生理过程。1913年,Walter Dandy和 Kenneth Blackfan通过对脑脊液循环的进一步研究,计算出每日脑脊液的产生量为160到400 cm3 ,并认为脑脊液是由脉络丛产生,通过蛛网膜粒吸收。这一系列研究为脑积水的病因治疗提供了理论基础[1]。目前,治疗儿童脑积水的主要方法有内镜下第三脑室造瘘术(ETV)和侧脑室腹腔分流术(VPS)。

1.内镜下第三脑室造瘘术  

 1923年2月6日,William Jason Mixter使用尿道镜及软质探针,对一例儿童先天性脑积水患者实施了医学史上第一例内镜下第三脑室造瘘术[1]。内镜下第三脑室造瘘术最初仅用于梗阻性脑积水[2]。近年来,随着内镜设备及内镜操作技术的不断进步,以及对内镜下第三脑室造瘘术效果研究的不断深入,内镜下第三脑室造瘘术的适应症逐步扩展,包括:导水管狭窄、特发性第四脑室侧孔及正中孔狭窄、孤立性四脑室、Dandy–Walker畸形、脑室内出血引起的脑积水、肿瘤性脑积水(包括:脑室内肿瘤、松果体区及四叠体区肿瘤、后颅窝肿瘤)、蛛网膜囊肿引起的脑积水(包括:鞍上区蛛网膜囊肿、松果体区蛛网膜囊肿、四叠体区蛛网膜囊肿)、感染后或出血后脑积水、小脑室综合症、正常压力性脑积水、非交通性脊髓空洞合并Chiari I型畸形及脑积水、脑膨出合并脑积水、脊柱闭合不全合并脑积水、结核性脑膜炎引起的梗阻性脑积水[3,4]。

目前的研究,多数是以脑积水的症状和体征改善及术后无需依赖分流作为内镜下第三脑室造瘘术成功的标准。据文献报道,内镜下第三脑室造瘘术成功率在22%-93.8%之间[5,6,7,8]。Schroeder等人对198例行内镜下第三脑室造瘘术患者进行了8年随访,总的成功率为66%,并发症发生率为15.6%[8]。Gangemi等人的研究显示,86.4%的患者行内镜下第三脑室造瘘术后不需要依赖分流,这些患者中93.5%是导水管狭窄的患者[5];Beems T等人的研究发现,在导水管狭窄的患者中,内镜下第三脑室造瘘术成功率为87%[9]。其他相关报道也证实,内镜下第三脑室造瘘术治疗导水管狭窄导致的脑积水成功率较高[10,11,12]。

目前的研究发现,内镜下第三脑室造瘘术的并发症发生率为0-22%[6,8,13]。并发症包括:脑室内出血[14]、下丘脑功能障碍[15]、心动过缓[16]、呼吸暂停[17]、术中心跳骤停及短暂性术后Horner’s综合症、精神症状[18]、尿崩[19]、癫痫、气颅[20]、硬膜下积液及血肿[21]、进行性肥大性多神经炎[22]。但是如果术前仔细评估患者病情,诊断明确,严格把握手术指征,注意术中操作及术后管理,内镜下第三脑室造瘘术仍然是较为安全的手术。

Tuli等人的回顾性研究发现,内镜下第三脑室造瘘术的失败率为44%,而侧脑室腹腔分流术治疗儿童脑积水的失败率为45%,两者并无统计学差异[23]。Dieter H等人的研究发现,在失败的内镜下第三脑室造瘘术的病例中,75%发生于术后6个月内。失败原因包括:造瘘口过小;未打开Liliequist膜;出血及感染导致脑脊液中蛋白和纤维蛋白原含量增加,从而导致脑脊液吸收减少;造瘘口瘢痕形成。

可能导致内镜下第三脑室造瘘术失败的危险因素包括:1、颅内感染:包括术前感染以及术后感染,因为感染可导致蛛网膜下腔粘连,进而影响脑脊液的循环和吸收;2、患者年龄较小:相同病因的患者中,年龄较小的患者的术后失败率较高,有报道认为2岁是分界点,也有报道以1岁或6个月为分界点。因为年龄较小的患者脑脊液吸收功能不完善,也有学者认为年龄较小的儿童的脑脊液循环与成人不同[13],而且这些患者通常同时存在吸收异常性及梗阻性因素[24]。3、术后脑膜炎:在随访期间出现脑膜炎,会导致造瘘口周围纤维组织增生,堵塞造瘘口[1]。

2.侧脑室腹腔分流术

Nulsen和Spitz在1949年进行了第一例分流手术,从那时起,人们就不断对分流装置进行改进。在上世纪60-70年代,分流装置广泛应用于临床,起初脑脊液都是被分流到静脉系统中,但这种方法引起血栓栓塞的风险极高,因此,这种方法被后来出现的侧脑室腹腔分流术(VPS)所取代。

侧脑室腹腔分流术的出现,改变了脑积水的治疗。但是侧脑室腹腔分流术仍然存在较高的失败率。在大规模的临床调查中发现,因分流而导致的死亡发生率为1.4%[25]。术后第1年失败率约40%左右,第2年为53%,第4年为60-62%[26,29,30]。分流术后10年内的失败率约为63-70%[23,29,30]。相关研究发现,分流管正常工作时间越长,分流失败的发生率越低。14%的分流失败发生在术后1个月内,但是仅有5%的分流失败发生于术后2年[25]。

分流失败的原因包括:分流过度、分流不足、分流管相关性感染、分流管脑室端或腹腔端堵塞、阀门故障等。

McGirt MJ等人研究表明:小于1岁的患者、早产的婴儿,更容易在分流术后早期发生分流失败。他们认为,患者的年龄,是否早产,分流更换次数都与分流管正常工作的时间长短有关,而脑积水病因与分流管生存时间无关。分流的手术时间也是导致感染的危险因素。为了降低失败率,一些学者认为,分流手术应该在40分钟内完成[25]。另外,由于年龄较小的儿童脑脊液吸收功能差,容易导致分流失败,所以对于脑脊液蛋白> 1,000 mg/dl及体重<2 kg的儿童一般不采用分流术。

分流管相关性感染发生率为5.1-15.2%[27,31,32,33,34]。在分流术后第一个月内发生分流失败的患者中,45%是因为分流管相关性感染。但是在术后2年后发生分流失败的患者中,仅有6%是由于分流管相关性感染[25]。在分流管相关性感染的病例中,有 70– 90% 的感染是由金黄色葡萄球菌及凝固酶阴性的葡萄球菌引起的[35]。因此,分流失败主要发生在分流术后早期,分流管相关性感染是导致早期分流失败的主要原因。

低龄和早产史都是导致分流管相关性感染的危险因素,这主要是由于:年龄较小的儿童及早产儿的免疫系统未发育完全,皮肤的一般情况较差,皮肤表面细菌密度大,败血症发生几率高。

针对分流管相关性感染的问题,研究发现,术前预防性使用抗生素并不能有效预防其发生,而使用抗生素浸泡分流管可以有效的杀灭分流管表面的菌群,降低分流管相关性感染发生率。南非的学者最早使用这种方法预防分流管相关性感染,相关随机对照实验表明,使用了抗生素浸泡过分流管后,分流管相关性感染的发生率降至1.2-5%[31,32,33,34]。

最近,约翰霍普金斯大学的研究发现,74名1岁以下患者共接受了108次分流术,手术均使用经0.054% 利福平和0.15%克林霉素浸泡过的分流管。术后随访超过9个月,分流管相关性感染发生率为4.6%。这一研究中未发现抗生素相关的毒副作用。因此认为,经抗生素浸泡过的分流管用于小于1岁及早产的脑积水患者可有效降低分流管相关性感染的发生率 [31]。澳大利亚的研究发现,使用了抗生素浸泡过的分流管后,分流感染率由6.5%降至1.2%。他们认为,此种方法仅对分流管进行浸泡,而储液囊及阀门并未经过处理,这使得分流术仍然存在发生分流管相关性感染的可能。但是,使用抗生素浸泡分流管仅能降低术后早期感染的发生率,不能降低晚期感染发生率,这是因为术后晚期感染主要是血行性感染,与分流管表面的细菌数量及手术过程无关[35]。

文献报道,分流过度的发生率约为1.5%-6.7%,最高的有人报道为37%[36]。分流过度导致硬膜下积液或血肿的发生率为3.4%[28]。

Robinson 等人报道1年内,在使用无阀门或低压力阀门的患者中,有17%的患者出现了分流过度的情况。5年后分流过度发生率达43%,7年后达到57%。在使用中、高压阀门分流管的患者中,1年后分流过度的发生率为2%,5年后为17%。与使用低压分流管的患者对比,使用中压及高压分流管的患者很少出现分流过度。其中可能的原因是,低压分流管比高压分流管可分流更多的脑脊液。过度分流脑脊液可导致脑室变小,从而导致分流管脑室端堵塞以及脑室进一步变小[27]。

儿童的颅内压力是随着年龄增长而不断变化的,目前,对于婴儿倾向于使用低压分流管,从而避免在婴儿前囟门未闭前脑室持续过大。随着年龄增长,他们需要使用高压力分流管来避免分流过度、低颅压,及医源性狭颅症[38]。

传统的分流装置是通过阀门的活瓣及其相关部件来控制脑脊液的流动,阀门压力可以预先设定为高压、中压、低压,当脑脊液压力高于阀门压力时,阀门即可开放,此时阀门活瓣对脑脊液流动的阻力非常小,如果患者处于站立位,那么重力作用将使脑脊液持续流出导致颅内压过低,这就是所谓的虹吸作用。虹吸作用是导致分流过度的原因之一,为了解决这一问题,多种不同类型的抗虹吸阀门应用于临床。

Delta Valve (Medtronic PS Medical, Goleta, CA)在原有阀门基础上增加了抗虹吸装置,它是由一对柔韧的隔膜组成,当脑脊液压力降低时,隔膜间开口变窄减少脑脊液流出。Orbis-Sigma Valve (Cordis, Miami, FL)是由一个压力敏感性圆环和一个粗细不均的圆杆组成。圆杆位于圆环之中,圆环可根据脑脊液压力围绕圆杆上下移动,因圆杆粗细不均,圆环与圆杆间空隙随着圆环上下移动而不断变化,从而调节脑脊液的流量。Drake JM等人对传统的分流装置及以上两种抗虹吸分流装置的临床对比研究表明,三者的分流失败率并无统计学差异。但是抗虹吸分流装置可以有效的减少患者站立时因虹吸作用而导致的脑脊液过度分流。使用Orbis-Sigma Valve的患者中,没有出现分流过度的情况。这一研究表明,阀门的设计仅能使导致分流失败的原因有所改变,但并不能降低分流失败的发生率[28,37]。

上世纪80年代出现了可调压分流管,可调压分流管的出现可使医生根据患者的年龄及脑室大小等情况无创性调节分流阀门压力,从而避免分流过度及再次手术风险[38]。因此,从理论上来讲,可调压分流管可以减少分流过度、分流不足及分流管脑室端堵塞的发生,从而降低侧脑室腹腔分流术的失败率。

约翰霍普金斯医院对279例分流患者情况进行分析显示,48%(135/279)的患者分流失败发生在术后17±13月内。分流管脑室端堵塞占24%,分流管相关性感染占6.4%,腹腔端堵塞占5%,分流管阀门故障占6.1%,分流管断裂、脱出等其它原因占5.7%。而使用可调压分流管后降低了分流管脑室端堵塞的发生率及分流管置换率[38]。

但是Kestle等人发现,初次置入可调压分流管1年内的分流成功率为67%,而不可调压分流管的成功率为61%,二者并无统计学差异。导致分流失败的原因包括:阻塞(17%)、分流过度(1.5%)、脑室分隔(2%)、感染(10.6%)。结果显示,可调压分流管不能降低所有脑积水患者的分流失败率[39]。Florian等人的研究也得到类似结论[40]。Drake等人的研究也同样证实无论何种阀门均无法降低分流失败的发生率[28]。

Aschoff等人研究发现,即使将Codman Hakim分流管压力调至200mmH2O,患者站立时因虹吸作用而导致的脑脊液分流可达到436ml/h,其原因是 Codman Hakim分流管缺乏抗虹吸装置导致[41]。另外,有报道显示,患者在接受磁共振检查时,磁场可以改变Codman Hakim可调压分流管阀门的压力,从而导致分流失败[42]。

近年来,为解决这一系列的问题,ProGAV可调压分流管(Aesculap-Miethke, Tuttlingen/Potsdam, Germany)应用于临床,它的阀门装置由一个重力阀门和一个可调压阀门组成,重力阀门的开放压力可设置为15,20,25,30cmH2O,但术后其压力不能够再调节。可调压阀门的压力可在0-20cmH2O范围内调节,并且术后可以在体外再次调节。这种设计使得患者在平卧及站立时均能保持阀门压力恒定,从而保证了脑脊液流动的稳定性。另外,ProGAV可调压分流管还有锁定装置,可以避免因阀门暴露于磁场而导致的阀门压力改变[43,44]。目前的研究已证实其安全性及有效性,但ProGAV可调压分流管的分流失败发生率是否低于其他分流管还需进一步研究[44]。

理想的分流管应具备以下几点:1、阀门开放压力接近正常生理情况下脑脊液流出的压力。2、脑脊液的流动应在不同压力条件下保持稳定。3、脑脊液的流动及阀门的开放、关闭压力不应因体位、体温、外界压力及脑脊液搏动压力的变化而变化。4、阀门能够阻止脑脊液逆流[42]。但遗憾的是,目前仍没有一种优势明显的分流管阀门[26]。

Enger等人研究显示,首次分流术后10年内分流装置更换率为69%[45]。Berry等人回顾性研究发现,37%(共1307名患者)的患者在分流术后5年内至少需要进行1次分流装置更换,20%的患者需要2次以上的分流装置更换[27]。

Berry等人发现,首次置入分流管时患者的年龄较低是需要行分流装置更换的危险因素。在小于30天的患者中,49.2%的患者需要行分流装置更换。30天至1岁的患者中35.8%需要行分流装置更换。但是,在大于1岁的患者中,首次置入分流管术后5年内分流装置更换率为28.6%。在脊柱裂患者中,首次分流术后有22%的患者需要行多次分流装置更换。作者认为,年龄小于80天是需要行多次分流装置更换的危险因素之一。梗阻性脑积水的患者有更高的分流装置更换率。脊柱裂的患者存在多次分流装置更换的潜在风险[46]。因此,更换分流装置不是治疗分流失败的好方法。

Cinalli等人评价了在梗阻性脑积水患者中以内镜下第三脑室造瘘术治疗分流失败的疗效,在30个患者中,有76.7%的患者不需再行分流术[47]。

Buxton等人分析了88例分流失败后接受内镜下第三脑室造瘘术的患者情况。在行内镜下第三脑室造瘘术后3年随访中,总成功率为52%,在梗阻性脑积水的患者中,成功率可达到73%。对比显示,患者行分流术后接受内镜下第三脑室造瘘术与首次接受内镜下第三脑室造瘘术同样安全可靠[48]。

O'Brien DF等人的报道显示,内镜下三脑室造瘘治疗分流失败的成功率为70%。他们认为,这是由于侧脑室腹腔分流术可以改变脑脊液循环的动力学,从而导致分流术后导水管狭窄,这就使得在分流术失败后,梗阻性因素成为脑积水的主要原因,所以内镜下第三脑室造瘘术可以作为有效的替代治疗方法[49]。

Liana Beni-Adani等人的研究得到类似的结果,他们认为,儿童脑积水通常同时存在梗阻及吸收异常两种原因,脑脊液吸收异常往往是因为感染、出血等因素造成,但随着年龄的增长这些导致脑脊液吸收异常的因素逐渐消失,因此内镜下第三脑室造瘘术可以获得很好效果[24]。

3、3D-CISS and Cine PC在脑积水诊断方面的应用

近年来,3D-CISS(3D-constructive interference in the steady state)序列的应用,为脑积水的诊断、治疗方案的选择及行内镜下第三脑室造瘘术后判断造瘘口通畅情况提供了重要信息。T2加权像由于空间分辨率较差,及受脑脊液流动的影响,不能很好的显示出脑室系统的一些细微结构,因而无法准确判断脑积水的病因。3D-CISS序列利用重T2WI的效果突出脑脊液的信号,加强了脑脊液与脑组织的信号对比,并且3D-CISS序列空间分辨率较高,可以达到无创性脑室造影的效果,并可以清楚的显示脑室及脑池内的膜性结构,如:Liliquist膜、导水管隔膜、室间孔隔膜等,而这些膜性结构大部分在T1、T2图像上是无法发现的。这为判断梗阻原因、梗阻部位以及选择治疗方案提供了准确依据[11,50]。Laitt RD等人研究发现,在感染后及出血后脑积水的患者中,通过3D-CISS序列图像可看到在斜坡与基底动脉间存在一些膜性结构(内镜下可见到同样结构),这些膜性结构影响了脑脊液的正常流动[10]。根据这一信息,在行内镜下第三脑室造瘘术的同时,破坏这些膜性结构,术后随访发现脑积水症状可完全缓解。

A. Dinçer等人的研究同样发现,在134例患者的T1、T2图像上,仅能发现57处膜性结构,而在这些患者的3D-CISS序列图像上,可发现157处膜性结构。根据T1、T2图像提供的信息,有46例患者被诊断为交通性脑积水,而根据3D-CISS序列图像的信息,在这46例被诊断为交通性脑积水的病例中,有26例患者的脑室或脑池系统中存在膜性结构,作者对这26例患者行脑室镜检查均发现脑室或脑池系统内存在隔膜,其部位与3D-CISS序列图像上显示的相吻合,这些患者接受内镜下第三脑室造瘘术后,脑积水均得到有效控制[50]。

另外,造瘘口的通畅情况是术后随访的重要内容。影像学方面评价内镜下第三脑室造瘘术的效果可通过脑室大小、造瘘口处液体流空效应及根据Cine PC序列对造瘘口处脑脊液流量的定量测定。                

Bargalló N等人发现,在行内镜下第三脑室造瘘术后,脑室的大小与术后症状的改善并无相关性。他们发现在术后症状改善的患者中,仅有38%的患者脑室较术前缩小。但是,在肿瘤压迫导致的导水管狭窄患者中,术后患者脑室均可不同程度缩小[12]。这表明,急性脑积水的患者行内镜下第三脑室造瘘术后脑室可明显变小,但是在慢性脑积水患者中,术后脑室的变化不明显。因此,仅凭脑室大小不能准确判断造瘘口的通畅情况。

在3D-CISS序列及T2加权像的图像上,我们可以根据造瘘口处液体流动的信号情况判断造瘘口通畅情况。在根据液体流动信号判断为造瘘口通畅的患者中,有高达50%的患者,其临床症状并未改善。而使用Cine PC序列对造瘘口处脑脊液流量的定量测定可以发现,在这些患者中,造瘘口虽然通畅,但其脑脊液流量较低[12]。

Cine PC序列能够无创性的研究脑脊液的流动和比较精确的测定脑脊液的流速、流量和方向。Cine PC序列可以利用相关软件,选择造瘘口为感兴趣的区域,并测定造瘘口处在一个心动周期内脑脊液的流动方向和流速。根据相关数据计算出脑脊液在一个心动周期内进出造瘘口的脑脊液总量。从而判断造瘘口的通畅情况。

Bargalló N等人利用Cine PC序列,研究发现在一个心动周期内,造瘘口处脑脊液流量>75mm3的患者,其脑积水症状均会改善;如果流量<75mm3,其术后脑积水症状改善不明显[12]。因此,对于衡量内镜下第三脑室造瘘术后造瘘口通畅情况,使用Cine PC序列比其他方法能够提供更多更准确的信息。

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