ⓔコラム6-2-5 意識障害の病態生理
(1) 意識
意識がある (consciousness) ということは，覚醒 (arousal) と，意識内容 (content) ・認識作用 (cognitive) の2つの要素で成り立っている．
a. 覚醒
覚醒とは，“自分自身”および”周囲からの情報や刺激”に対する受容にかかわる注意が保たれ目が覚めている状態で，外界に対していつでも反応できるように注意を向け刺激を受容していることである．覚醒度の障害は狭義の意識障害である．
覚醒はおもに脳幹機能により維持される．橋中部から吻側に広がり脳幹被蓋部を上行して中脳の傍正中網様体を通り複数の経路を介して視床・視床下部から大脳皮質へ投射する上行性網様体賦活系 (ascending reticular activating system: ARAS) と，汎性投射系とよばれ視床下部から前脳基底部 (Meynert基底核) や辺縁系に作用する視床下部調節系 (hypothalamic controlling system) が意識の維持に必要とされている1)(図1)．
頭部外傷や脳血管障害などの脳損傷による意識障害は，主として「覚醒度」の異常による意識レベルの低下 (＝意識混濁) である．
b. 意識内容・認識作用
意識内容・認識作用は，「自分自身と周囲の環境の認識」ということであり，外界から受容した情報や刺激に対して統合し反応する機能で，同時に自己の行動を正しく認識している状態である2)．意識内容や意識の質・運動反応が変化・障害された状態は，それぞれ「意識変容」「意識狭窄」と表現される．
意識内容・認識作用は優位半球を中心とした両側の広範な大脳皮質がその機能を担っている．
精神疾患，代謝性の脳障害や薬物の影響では，注意力や理解力の障害，せん妄，興奮，錯乱などの認知，思考，言語，行動，感情の異常として現れる．
(2) 脳障害部位と意識障害
意識障害は，網様体を含む脳幹から大脳までが関与する覚醒度の障害と，広範な大脳皮質の病変に起因する認識作用の障害が複雑に混在した病態である (図1)．
a. 両側大脳の広範な領域の損傷・機能不全
上行性覚醒系が刺激を投射する両側の大脳半球が広範囲に障害されることにより意識が障害される．局所的あるいは機能不全のみでは局所症状のみで意識障害までは起こさない．心停止による低酸素脳症が典型的で，くも膜下出血，広範な脳出血，てんかん発作，代謝性脳症などでみられる．
b. 間脳 (視床，視床下部) の損傷
視床は上位脳幹から大脳皮質に投射する中枢核である．意識障害は脳梗塞が広範囲な場合に加え，視床の広範囲損傷，視床を含めた脳出血や脳梗塞，腫瘍の浸潤で起こる．脳底動脈先端部症候群 (top of the basilar syndrome) では，脳底動脈先端部あるいは後大脳動脈P1部からの穿通枝が閉塞し，両側性に視床の梗塞を起こして意識が障害される．
視床下部は大脳皮質に投射する通過地点である．視床下部は占拠性病変による中心性ヘルニアなどにより穿通枝 (せんつうし) が伸展され血流不全を起こしやすい．下垂体腫瘍の鞍上伸展や視床下部に生じた悪性リンパ腫，グリオーマ，サルコイドーシス肉芽腫 (にくげしゅ) などにより意識が障害される．
c. 中脳，橋の損傷
上行性覚醒系は橋中部から間脳尾部にかけて中脳水道周囲灰白質腹側の傍正中被蓋領域にある．上行性覚醒系は小さな病変でも両側性に損傷されると意識が障害され，非常に大きな病変により破壊されると昏睡になる．
脳幹網様体の障害は，脳幹部の局所的な障害で生じ意識障害を起こす．脳幹部の出血，脳幹腫瘍，脳幹梗塞，大脳出血が鉤回ヘルニアを合併したことによる中脳圧迫などが典型例である．
閉じ込め症候群 (施錠症候群：locked–in syndrome) は，橋中部の被蓋と底部の損傷による．意識清明であるが眼球の垂直方向の運動と眼瞼 (がんけん) の開閉運動によってのみ意思疎通をはかることができる病態である．
意識障害は橋尾部あるいは延髄の損傷では起こらない．
(3) 頭蓋内圧亢進と脳ヘルニア
a. 頭蓋内圧亢進
ⅰ) 頭蓋内圧： 頭蓋内腔は頭蓋骨に囲まれた半閉鎖空間で，唯一大後頭孔により脊髄腔と交通している．頭蓋内圧 (intracranial pressure: ICP) とは，頭蓋内を構成する脳実質 (頭蓋内容積の約80％)，髄液 (約10％)，血液 (約10％) の相互作用で均衡した髄液圧のことである．通常これらの量はほぼ一定でありICPも同様にほぼ一定に維持されている．ICPの正常値は5〜15 mmHgである．
ⅱ) 頭蓋内コンプライアンスと頭蓋内圧亢進： 脳実質の腫脹や頭蓋内血腫が生じるとICPが上昇する．容積増加が軽度の場合は頭蓋内の容積を一定にしようと，髄液による緩衝作用 (CTで脳底槽消失，脳室狭小化として観察される)，血液による緩衝作用 (脳血流量低下，脳血液量低下) が働きICPはさほど増加しない (＝頭蓋内コンプライアンスが高い)．しかし，これらが生体の緩衝能力が破綻し，臨界点 (20〜25 mmHg) をこえると急速にICPが亢進する (＝頭蓋内コンプライアンスが低い)．この関係がMonro–Kellyの法則 (頭蓋内圧–容量曲線) である (図2)．
ⅲ) 脳灌流圧，血液ガスと脳血流量の調節機構： 脳血流量 (cerebral blood flow: CBF) は脳灌流圧 (cerebral perfusion pressure: CPP) によって駆動される (図3)．CPPは頭蓋内が均一の圧を有すると想定して，平均動脈圧 (mean arterial blood pressure: MABP) とICPの差で定義される．CBFとCPPの関係はCBF=CPP/脳血管抵抗で表される．脳血管抵抗は，血管径 (の4乗の逆数)，脳血管長 (一定)，血液粘度，で決定され，そのうち血液粘度はヘモグロビン (hemoglobin: Hb) 濃度によって左右される (図3)．
正常脳では，CBFには自己調節能が存在し，CPPが一定の範囲内 (50〜150 mmHg) においてCBFが一定に維持される (図3)．自己調節能の範囲であれば血圧が上昇しても脳血管は収縮し，脳血液量 (cerebral blood volume: CBV) が減少することによりCBFは一定に保たれ，ICPは上昇しない．また自己調節能の範囲であればCPPの低下が起きても脳血管が拡張し，脳血流を補うために機能してCBFは低下せず一定に保たれる．CPPが50 mmHgを下回るとCBFは急速に低下し意識障害の原因になる．
また，血液ガスの値もCBFに大きく影響する．CBFは，動脈血炭酸ガス分圧 (partial pressure of carbon dioxide in the arterial blood: PaCO2) が20〜80 Torrの範囲でPaCO2 1 Torrの増減に対して，CBFが2〜4％増減し，CBVが脳100 g当たり0.04 mL増減する (図6-2-7)．これを脳血管の炭酸ガス反応性という．PaCO2は脳血管拡張作用が強く，PaCO2が上昇して呼吸性アシドーシスになると脳血管は拡張してCBFが増加する．逆にPaCO2が40から20 Torrに減少すればCBFは50％となる．一方，動脈血酸素分圧 (partial pressure of oxygen in the arterial blood: PaO2) とCBFの関係においては，PaO2が50 Torr以下では代償性にCBFが増加して酸素運搬量を維持する (図6-2-7)．これは危機的状態に対する代償機構である．
ⅳ) 脳血流量の自己調節能の障害： 重症脳障害により自己調節能が破綻すると，不用意な血圧上昇はCBFの著明な増加をきたし，ICPは急激に上昇しうる．ICPが亢進すると自己調節能下限をこえてCPPが低下しCBFが低下しはじめ，脳虚血に起因する二次的脳損傷発生につながる．高齢者や未治療の高血圧患者では自己調節の範囲が右方にシフトしている場合があり，軽度の低血圧においてもCBFの低下つまり脳虚血に陥る可能性がある．一方，自己調節能が破綻した場合，通常では問題にならない程度の低血圧でもCBFの著明な減少が起こる (図6-2-9)．
b. 脳ヘルニア
頭蓋内腔は大脳鎌と小脳テントにより左右の大脳半球と，脳幹・小脳の3つの区画に分かれる．何らかの占拠性病変が出現した際には，区間間に圧勾配を生じ本来あるべき部位から隣り合った部位に脱出して脳ヘルニアが起こる．脱出した脳は部位により間脳，小脳，延髄を圧迫して意識障害と神経症状を呈する．
ⅰ) 脳ヘルニアの種類 (図4)：
a) 大脳鎌ヘルニア：占拠性病変は一側の大脳半球にある．これが大脳半球を大脳鎌に向かって押し付け大脳鎌の下端をこえて嵌入 (かんにゅう) する．
b) 中心性テントヘルニア：占拠性病変は大脳半球にある．増大する占拠性による圧力が間脳に加わり，間脳が側方から押されて血流障害をきたす．
c) 鉤回ヘルニア：占拠性病変は一側の大脳半球にある．これが側頭葉内側を内下方へ押し下げ，テント遊離縁をこえてテント切痕内に嵌頓 (かんとん) する．
d) 上行性脳幹ヘルニア：占拠性病変は後頭蓋窩にある．急速に増大する病変により，テント切痕部において中脳が背側から圧迫され起こる．中脳水道の圧迫で急性水頭症を引き起こす．
e) 小脳扁桃ヘルニア：占拠性病変は後頭蓋窩にある．圧上昇で小脳扁桃が大孔に落ち込むことにより第4脳室からの髄液流出が障害されて急性水頭症を生じ，さらに延髄を圧迫して呼吸停止する．
ⅱ) 脳ヘルニアの症状：
a) 意識障害：頭蓋内圧亢進の初期症状は頭痛，嘔吐，興奮，無気力，眼の症状 (羞明，眼振，複視)，てんかん発作などさまざまである．頭蓋内圧亢進が進み脳ヘルニアに至る経過では意識レベルの低下あるいは変動が起こる．占拠性病変により脳ヘルニアが起こればテント切痕内にある組織が損傷される．意識障害の原因は，中心性ヘルニアによる間脳側方への偏位，鉤回ヘルニアでは中脳における上行性覚醒系のゆがみや灌流血管の伸展に起因する中脳虚血などである．脳ヘルニアを疑う所見として，意識障害，四肢の異常反応 (片麻痺)，瞳孔不同，呼吸パターンの異常がありこれらを見逃さないようにする．Full Outline of UnResponsiveness (FOUR) scoreでは脳ヘルニアに関連するこれらの4項目を評価できる．Glasgow Coma Scale (Glasgow昏睡尺度，GCS) scoreが8点以下，短時間の経過のなかでGCS scoreあるいはFOUR scoreで2点以上の低下は脳ヘルニアを疑う危険なサインである．
b) 四肢異常反射：
除皮質硬直：上肢屈曲や下肢伸展を認める (図6-2-12)．GCS Motor score 3に相当する．脳ヘルニアの進行により大脳半球，白質が広範囲に障害されると出現する．
除脳硬直：上肢と下肢の伸展を認める (図6-2-12)．GCS Motor score 2に相当する．脳ヘルニアの進行により間脳が障害されると出現する．
片麻痺：占拠性病変により側頭葉内側が鉤回ヘルニアを起こすと中脳大脳脚が圧迫され，対側に片麻痺が出現する．一方，占拠性病変により脳幹が偏位し，対側大脳脚がテント自由縁に圧迫されれば同側の片麻痺がみられると同時に，対側の動眼神経が障害され対側の瞳孔散大，動眼神経麻痺が起こる (Kernohan現象)．
c) 動眼神経麻痺：動眼神経麻痺の症状は病巣側の眼瞼下垂，瞳孔散大，眼球下外側偏倚であり頭蓋内圧亢進の初期では眼球運動障害，複視を訴える．動眼神経は中脳腹側から出て，脳底槽を走行して海綿静脈洞に入る間，側頭葉の内側縁に沿って走行するので，占拠性病変により側頭葉内側が鉤回ヘルニアとなりテント切痕内に嵌入すると動眼神経が損傷される (図4)．
d) 呼吸パターンの異常 (図6-2-8)：障害される脳幹の部位によって特徴的な呼吸パターンをとる．テント上占拠性病変が進行すると，間脳の障害によりCheyne–Stokes呼吸 (周期性呼吸パターン) を呈する．中脳から橋に及ぶと持続性規則性過呼吸となる．橋延髄境界部の障害で失調性呼吸がみられ，さらに延髄尾部の腹外側を両側損傷すると無呼吸になる．呼吸が不規則であることは重要な頭蓋内圧亢進のサインである．
e) Cushing現象：Cushing現象は，急激に頭蓋内圧が上昇する際にみられる収縮期血圧の増加 (脈圧の増加)，および緊張の強い徐脈である．頭蓋内圧が亢進して脳循環が障害されたとき，交感神経を介して血圧を上昇させることにより，これを改善しようとする機序で起こる．上記した”呼吸の不規則化”も加えてCushingの3徴ともいわれる．
ⅲ) 脳ヘルニアの治療： 救急外来では気道 (airway)，呼吸 (breathing)，循環 (circulation) を安定化しつつ速やかに脳ヘルニアを評価し，緊急頭部CT撮影を行う．保存的治療としては，頭部30°挙上，鎮静，浸透圧利尿薬の急速投与，さらに緊急避難的に過換気療法を行う．
頭部CTの結果より頭蓋内圧亢進に対する外科的治療の適応を判定し，穿頭術 (穿頭血腫除去，脳室ドレナージ，頭蓋内圧測定)，減圧開頭術を適切に行う．また占拠性病変があれば，その外科的除去，緊急減圧開頭術を考慮する．
ⅳ) 重症頭部外傷における頭蓋内圧管理および凝固線溶異常の時間的推移： 重症の頭部外傷では数日間以上の頭蓋内圧亢進がみられることがあり，頭蓋内圧モニタリングを考慮する．頭蓋内圧亢進の原因は，受傷から1〜3時間は線溶亢進による頭蓋内血腫増大，8時間を目安に脳内血腫増大，数日以内は自己調節能障害による脳過灌流である．受傷から1〜3時間の線溶亢進による頭蓋内血腫増大の治療として受傷3時間以内のトラネキサム酸投与が考慮されている．
(4) てんかん重積状態
定義
てんかん重積状態は「臨床的または電気的てんかん活動が少なくとも5分以上続く場合，またはてんかん活動が回復なく反復し5分以上続く場合」と定義されている3)．また継続時間では，発作が遷延 (せんえん) し持続的な発作に移行するまでの時間 (T1)，および発作が脳に長期的な影響を引き起こす時間 (T2) の概念が重要である4)．痙攣性てんかん重積状態 (generalized convulsive status epileptics: GCSE) の場合，T1は5分，T2は30分とされている．以上から，5分続けば重積発作と考え直ちに頓挫させることが必要で，30分以上持続すれば後遺障害が残る危険があるということを認識しなければならない．神経細胞の電気活動の異常興奮状態が続けば，エネルギー障害を生じて恒常性を保てなくなり細胞死に至るのである．
分類
てんかん重積状態は，GCSEと非痙攣性てんかん重積 (nonconvulsive status epileptics: NCSE) に分けられる．GCSEは全身性の強直性，または強直–間代性痙攣がみられるてんかん発作で，発作中は意識障害を伴うことが多い．NCSEでは臨床的に明らかな痙攣を伴わない．NCSEは，意識変容，意識障害の変動，顔面・四肢のミオクローヌス，口，顔面の動き，眼振・眼球運動異常や眼球偏倚，失語，せん妄，凝視，反複性瞬目，咀嚼運動，自動症などの症状がある場合に，NCSEを疑って脳波検査を施行し，脳波上一定の診断基準を満たす発作波を認めた場合に症状と併せて診断と治療を行う．
発作が5分以上継続している場合をてんかん重積状態 (status epileptics) として扱う．てんかん重積状態の患者は年間10万人当たり18～41人程度と報告され，そのうち約25～34％がNCSEといわれている5)．てんかん重積状態はNCSEも含め救急外来で遭遇する可能性が高く迅速な対応が望まれる．
病態
急性症候性発作は急性全身性疾患，急性代謝性疾患，急性中毒性疾患，急性中枢神経疾患 (感染症，頭部外傷，急性アルコール中毒，急性アルコール離脱など) と時間的に密接に関連して起こる発作である6)．痙攣発作が急性疾患と同時に1回起こることが多いが，急性疾患の再発とともに痙攣発作が再発することや，痙攣重積状態になることもある6)．
てんかん重積状態が継続すると全身では低酸素血症，高二酸化炭素血症，体温上昇，乳酸値上昇をきたす．またてんかん重積状態には全身合併症を伴うことが多い．誤嚥性肺炎，不整脈やたこつぼ心筋症，アシドーシス，頭蓋内圧亢進，横紋筋融解，急性腎不全などであり，適切な診断と治療が必要になる．
治療
まず気道，呼吸，循環と意識レベルの評価と安定化を行い，低血糖があればこれを治療することから始まる．抗てんかん薬を処方されている患者においてはその血中濃度測定を併せて行う．治療は3つの段階に分けられる．第1段階ではまずベンゾジアゼピン系の抗てんかん薬を選択する，第2段階は痙攣重積が頓挫しないあるいは容易に再発する場合に対して長時間作用性の抗てんかん薬 (ホスフェニトイン，レベチラセタム) を選択する．第3段階は難治性てんかん重積であるので気管挿管人工呼吸下に静脈麻酔 (プロポフォール，チオペンタールなど) を行う．
〔黒田泰弘〕
■文献
時実利彦：意識．脳の生理学 (時実利彦編)，朝倉書店，1966; 375–393.
Dosner JB, Saper CB, et al: Pathophysiology of signs and symptoms of coma (Posner JB, Saper CB, et al eds), Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma 4th ed, Oxford University Press, 2007; 3-37.
Brophy G, Bell R, et al: Guidelines for the evaluation and management of status epilepticus. Neurocrit Care, 2012; 17, 3–23.
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Hesdorffer, Logroscino G, et al: Incidence of status epilepticus in Rochester, Minnesota, 1965–1984, Neurology, 1998; 50: 735–741.
てんかん診療ガイドライン作成委員会編：てんかん診療ガイドライン2018，医学書院，2018.