Patofizjologiczne mechanizmy śmierci mózgu

Patofizjologiczne mechanizmy śmierci mózgu

Ciężkie uszkodzenia mechaniczne mózgu najczęściej występują w wyniku urazu spowodowanego nagłym przyspieszeniem o przeciwnym kierunku. Takie obrażenia najczęściej występują w wypadkach samochodowych, upadkach z dużych wysokości itp. Urazowe uszkodzenie mózgu w tych przypadkach jest spowodowane ostrym ruchem przeciwfazowym mózgu w jamie czaszki, który bezpośrednio niszczy części mózgu. Krytyczne nieurazowe uszkodzenie mózgu najczęściej występuje w wyniku krwotoku albo do substancji mózgowej, albo pod opony mózgowe. Ciężkie formy krwotoku, takie jak miąższowy lub podpajęczynówkowy, którym towarzyszy wylew dużej ilości krwi do jamy czaszki, wyzwalają mechanizmy uszkodzenia mózgu podobne do urazowego uszkodzenia mózgu. Anoksja, która występuje w wyniku chwilowego ustania czynności serca, prowadzi również do śmiertelnego uszkodzenia mózgu.

Wykazano, że jeśli krew całkowicie przestanie dopływać do jamy czaszki na 30 minut, powoduje to nieodwracalne uszkodzenie neuronów, których odbudowa staje się niemożliwa. Taka sytuacja ma miejsce w 2 przypadkach: przy gwałtownym wzroście ciśnienia wewnątrzczaszkowego do poziomu skurczowego ciśnienia tętniczego, przy zatrzymaniu akcji serca i niewystarczającym pośrednim masażu serca w określonym czasie.

Aby w pełni zrozumieć mechanizm rozwoju śmierci mózgu na skutek wtórnych uszkodzeń w przypadku przejściowego niedotlenienia, konieczne jest dokładniejsze przyjrzenie się procesowi powstawania i utrzymywania się ciśnienia śródczaszkowego oraz mechanizmom prowadzącym do śmiertelnego uszkodzenia tkanki mózgowej na skutek jej obrzęku i puchnięcia.

Istnieje kilka układów fizjologicznych zaangażowanych w utrzymanie równowagi objętości zawartości wewnątrzczaszkowej. Obecnie uważa się, że objętość jamy czaszki jest funkcją następujących wielkości:

Vtotal = Vkrew + Vleukocyty + Vmózg + Vwoda + Vx

Gdzie V _total to aktualna objętość zawartości czaszki; V _blood to objętość krwi w naczyniach śródmózgowych i zatokach żylnych; V _lkv to objętość płynu mózgowo-rdzeniowego; V _brain to objętość tkanki mózgowej; V _water to objętość wody wolnej i związanej; V _x to dodatkowa objętość patologiczna (guz, krwiak itp.), której normalnie nie ma w jamie czaszki.

W stanie normalnym wszystkie te składniki tworzące objętość zawartości czaszki znajdują się w stałej równowadze dynamicznej i wytwarzają ciśnienie wewnątrzczaszkowe o wartości 8-10 mm Hg. Każdy wzrost jednego z parametrów w prawej połowie wzoru prowadzi do nieuchronnego spadku pozostałych. Spośród normalnych składników _{najszybciej swoją objętość zmieniają Vwoda} i V leukv, a w mniejszym stopniu V _krew. Przyjrzyjmy się bliżej głównym mechanizmom prowadzącym do wzrostu tych wskaźników.

Płyn mózgowo-rdzeniowy powstaje w splotach naczyniowych (naczyniówkowych) z szybkością 0,3-0,4 ml/min, cała objętość płynu mózgowo-rdzeniowego jest całkowicie wymieniana w ciągu 8 godzin, tj. 3 razy dziennie. Powstawanie płynu mózgowo-rdzeniowego jest praktycznie niezależne od wartości ciśnienia śródczaszkowego i zmniejsza się wraz ze spadkiem przepływu krwi przez sploty naczyniówkowe. Jednocześnie wchłanianie płynu mózgowo-rdzeniowego jest bezpośrednio związane z ciśnieniem śródczaszkowym: wraz ze wzrostem wzrasta, a wraz ze spadkiem maleje. Ustalono, że związek między układem powstawania/wchłaniania płynu mózgowo-rdzeniowego a ciśnieniem śródczaszkowym jest nieliniowy. Zatem stopniowo rosnące zmiany objętości i ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego mogą nie ujawniać się klinicznie, a po osiągnięciu indywidualnie określonej wartości krytycznej następuje dekompensacja kliniczna i gwałtowny wzrost ciśnienia śródczaszkowego. Opisano również mechanizm powstawania zespołu zwichnięcia, który powstaje w wyniku wchłonięcia dużej objętości płynu mózgowo-rdzeniowego przy wzroście ciśnienia śródczaszkowego. Podczas gdy duża ilość płynu mózgowo-rdzeniowego została wchłonięta na tle niedrożności odpływu żylnego, ewakuacja płynu z jamy czaszki może ulec spowolnieniu, co prowadzi do rozwoju zwichnięcia. W tym przypadku przedkliniczne objawy narastającego nadciśnienia śródczaszkowego można z powodzeniem określić za pomocą EchoES.

W rozwoju śmiertelnego uszkodzenia mózgu ważną rolę odgrywa naruszenie bariery krew-mózg i cytotoksyczny obrzęk mózgu. Ustalono, że przestrzeń międzykomórkowa w tkance mózgowej jest niezwykle mała, a wewnątrzkomórkowe napięcie wody jest utrzymywane dzięki funkcjonowaniu bariery krew-mózg, której zniszczenie któregokolwiek ze składników prowadzi do przenikania wody i różnych substancji osocza do tkanki mózgowej, powodując jej obrzęk. Mechanizmy kompensacyjne, które umożliwiają ekstrakcję wody z tkanki mózgowej, są również uszkodzone, gdy bariera jest naruszona. Gwałtowne zmiany przepływu krwi, zawartości tlenu lub glukozy mają szkodliwy wpływ bezpośrednio na neurony i składniki bariery krew-mózg. Co więcej, zmiany te zachodzą bardzo szybko. Stan nieprzytomności rozwija się w ciągu 10 sekund po całkowitym zatrzymaniu przepływu krwi do mózgu. Tak więc każdemu stanowi nieprzytomności towarzyszy uszkodzenie bariery krew-mózg, co prowadzi do uwolnienia wody i składników osocza do przestrzeni pozakomórkowej, powodując obrzęk naczyniopochodny. Z kolei obecność tych substancji w przestrzeni międzykomórkowej prowadzi do uszkodzenia metabolicznego neuronów i rozwoju wewnątrzkomórkowego obrzęku cytotoksycznego. Łącznie te dwa składniki odgrywają główną rolę w zwiększaniu objętości wewnątrzczaszkowej i prowadzą do wzrostu ciśnienia wewnątrzczaszkowego.

Podsumowując powyższe, mechanizmy prowadzące do śmierci mózgu można przedstawić następująco.

Ustalono, że gdy przepływ krwi mózgowej ustaje i zaczynają się martwicze zmiany w tkance mózgowej, szybkość nieodwracalnej śmierci jej różnych części jest różna. Tak więc najbardziej wrażliwe na brak dopływu krwi są neurony hipokampa, neurony gruszkowate (komórki Purkinjego), neurony jądra zębatego móżdżku, duże neurony nowej kory mózgowej i jądra podstawy. Jednocześnie komórki rdzenia kręgowego, małe neurony kory mózgowej i główna część wzgórza są znacznie mniej wrażliwe na anoksję. Niemniej jednak, jeśli krew w ogóle nie dostanie się do jamy czaszki przez 30 minut, prowadzi to do całkowitego i nieodwracalnego zniszczenia integralności strukturalnej głównych części ośrodkowego układu nerwowego.

Tak więc śmierć mózgu następuje, gdy krew tętnicza przestaje dopływać do jamy czaszki. Gdy tylko dopływ substancji odżywczych do tkanki mózgowej ustaje, rozpoczynają się procesy martwicy i apoptozy. Autoliza rozwija się najszybciej w międzymózgowiu i móżdżku. Gdy sztuczna wentylacja jest wykonywana u pacjenta z ustaniem przepływu krwi mózgowej, mózg stopniowo staje się martwiczy, pojawiają się charakterystyczne zmiany, które bezpośrednio zależą od czasu trwania wspomagania oddechowego. Takie transformacje zostały po raz pierwszy zidentyfikowane i opisane u pacjentów, którzy byli na sztucznej wentylacji przez ponad 12 godzin w skrajnej śpiączce. W związku z tym w większości publikacji anglojęzycznych i rosyjskojęzycznych stan ten jest określany terminem „mózg oddechowy”. Według niektórych badaczy termin ten nie odzwierciedla w pełni związku zmian martwiczych ze sztuczną wentylacją, podczas gdy główną rolę przypisuje się zatrzymaniu przepływu krwi przez mózg. Niemniej jednak termin ten zyskał ogólnoświatowe uznanie i jest powszechnie stosowany do definiowania zmian martwiczych w mózgu u pacjentów, których stan spełnia kryteria śmierci mózgu przez ponad 12 godzin.

W Rosji L.M. Popowa przeprowadziła duży projekt badawczy mający na celu zidentyfikowanie korelacji między stopniem autolizy mózgu a czasem trwania sztucznej wentylacji u pacjentów spełniających kryteria śmierci mózgu. Czas trwania sztucznej wentylacji przed rozwojem dodatkowych skurczów wynosił od 5 do 113 godzin. W zależności od czasu przebywania w tym stanie zidentyfikowano 3 stadia zmian morfologicznych w mózgu, charakterystyczne specjalnie dla „mózgu oddechowego”. Obraz uzupełniała martwica 2 górnych segmentów rdzenia kręgowego (objaw obowiązkowy).

• W stadium I, odpowiadającym czasowi trwania skrajnej śpiączki 1-5 godzin, nie obserwuje się klasycznych morfologicznych objawów martwicy mózgu. Jednak już w tym czasie w cytoplazmie wykrywa się charakterystyczne lipidy i niebieskozielony drobnoziarnisty pigment. Zmiany martwicze obserwuje się w dolnych oliwkach rdzenia przedłużonego i jądrach zębatych móżdżku. Zaburzenia krążenia rozwijają się w przysadce mózgowej i jej lejku.
• W stadium II (12-23 godziny skrajnej śpiączki) objawy martwicy są wykrywane we wszystkich częściach mózgu i segmentach I-II rdzenia kręgowego, ale bez wyraźnego rozpadu i tylko z początkowymi objawami reaktywnych zmian w rdzeniu kręgowym. Mózg staje się bardziej wiotki, pojawiają się początkowe objawy rozpadu odcinków okołokomorowych i okolicy podwzgórza. Po izolacji mózg rozkłada się na stole, zachowuje się wzór budowy półkul mózgowych, podczas gdy zmiany niedokrwienne w neuronach łączą się z tłuszczowym zwyrodnieniem, rozpadem ziarnistym, kariocytolizą. W przysadce mózgowej i jej lejku nasilają się zaburzenia krążenia z małymi ogniskami martwicy w przysadce mózgowej.
• Stopień III (śpiączka ostateczna 24-112 h) charakteryzuje się narastającą rozległą autolizą martwiczej materii mózgowej i wyraźnymi objawami demarkacji martwicy w rdzeniu kręgowym i przysadce mózgowej. Mózg jest wiotki i słabo trzyma swój kształt. Obszary ściśnięte - obszar podwzgórza, haczyki zakrętów hipokampa, migdałki móżdżku i obszary okołokomorowe, a także pień mózgu - znajdują się w stadium rozpadu. Większość neuronów w pniu mózgu jest nieobecna. W miejscu dolnych oliwek występują liczne krwotoki z martwiczych naczyń, powtarzające swoje kształty. Tętnice i żyły powierzchni mózgu są rozszerzone i wypełnione zhemolizowanymi erytrocytami, co wskazuje na ustanie przepływu krwi w nich. W uogólnionej wersji można wyróżnić 5 patologicznych objawów śmierci mózgu:
  • martwica wszystkich części mózgu, powodująca śmierć wszystkich elementów materii mózgowej:
  • martwica pierwszego i drugiego odcinka szyjnego rdzenia kręgowego;
  • obecność strefy demarkacyjnej w przednim płacie przysadki mózgowej oraz na poziomie III i IV odcinka szyjnego rdzenia kręgowego;
  • zatrzymanie przepływu krwi we wszystkich naczyniach mózgowych;
  • objawy obrzęku i zwiększonego ciśnienia śródczaszkowego.

Bardzo charakterystyczną cechą przestrzeni podpajęczynówkowej i podtwardówkowej rdzenia kręgowego są mikrocząsteczki martwiczej tkanki móżdżku, przenoszone wraz z płynem mózgowo-rdzeniowym do odcinków dystalnych.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]