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脑弥漫性轴索损伤

来源:中国综合临床 作者:李建民 2004-9-28
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摘要: 虽然近20年来对颅脑损伤研究有了很大进展,诊断技术及治疗措施也在不断完善,但重型颅脑损伤的病死率仍未见明显下降。因此阐明重型颅脑损伤,特别是常见的弥漫性轴索损伤主要死亡原因及病理改变,将有助于提高颅脑损伤的诊治水平。闭合性颅脑损伤常被分为原发性与继发性两种,近十年来,又有将其分为局灶性和弥漫性脑损伤......


  随着经济建设、交通运输业的发展,近年我国颅脑外伤呈明显上升趋势。虽然近20年来对颅脑损伤研究有了很大进展,诊断技术及治疗措施也在不断完善,但重型颅脑损伤的病死率仍未见明显下降。因此阐明重型颅脑损伤,特别是常见的弥漫性轴索损伤主要死亡原因及病理改变,将有助于提高颅脑损伤的诊治水平。

  闭合性颅脑损伤常被分为原发性与继发性两种,近十年来,又有将其分为局灶性和弥漫性脑损伤[1,2](diffuse and focal brain injuries,DBI and FBI),并被愈来愈多的临床和病理学者所接受。前者包括脑挫裂伤、颅内血肿及由于脑疝或颅压高所引起的损害;后者包括以下4种基本类型的损伤①弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury,DAI);②弥漫性脑肿胀(diffuse brain swelling,DBS);③弥漫性血管损伤(diffuse vascular injury,DVI);④缺氧性脑损害(hypoxia brain clamage,HBC)。

  有人认为DAI是一种原发性弥漫性脑损伤[3,4],是目前最重要的脑外伤类型之一,是引起死亡、严重致残及植物生存的主要原因。在CT、MRI日臻完善的今天,局灶性脑损伤一般较易诊断,但弥漫性脑损伤的类型诊断仍较困难,标准也尚未统一。因此,充分认识有关DAI的病理改变与临床的关系,不仅可以解释部分脑外伤患者的症状、体征及病程进展,也有助于提高颅脑损伤的诊治水平。

  1 定义

  DAI是一种闭合性、弥漫性颅脑损伤,乃常见的特殊类型。以往有不同的命名[5]:脑白质弥漫性损伤(diffuse degeneration of the cerebral white matter),剪力性损伤(shearing injury),即刻损伤的白质弥漫性损害(diffuse damage to white matter of immediate impact type),弥漫性白质剪力性损伤(diffuse white matter shearing injury),脑深部损伤(inner cerebral trauma)。

  2 历史回顾

  1835年Game就提出:“组成脑组织的纤维非常娇嫩,头部受伤时容易断裂”。1942年和1945年物理学家Holbourn把物理学原理应用于脑损伤研究中,发现并提出了关于“脑剪应力伤”的概念,他认为头部在任何轴向突然旋转运动时,由于颅骨、脑膜、脑组织和脑脊液的质量不同,脑灰质和白质间的质量也有差别,因此其运动速度也不均等,使各种组织之间彼此相对移位,产生剪应力,而脑组织抗剪应力系数极低,这足以撕裂神经细胞轴索,甚至小血管。另外当头部沿某一方向旋转运动时,因脑对称部位的纤维在不同轴向上并非完全对称,故两侧半球的损伤程度也不尽相同,随之产生偏心性或不对称性损伤。

  1956年Strich报告5例严重闭合性脑外伤病人的尸检材料,患者伤后持续昏迷5~15个月,组织学检查发现大脑半球白质纤维减少和弥漫性退行性变,首次提出严重脑外伤后脑白质弥漫性退行性变,可能是受伤当时神经纤维遭受物理损伤所致。1961年Strich[4]再次对20例脑外伤致死病人进行了研究,认为发生在大脑半球和脑干白质的弥散病变,是在头部旋转加速运动时产生的剪应力使神经纤维断裂所致,其神经纤维剪应力伤是外伤性脑损害的一种原因。该研究成果为以后研究DAI奠定了基础。

  Nevin(1967),Peerless和Oppenheimer(1968),Adams(1977)等多数学者相继进行了广泛深入研究,一致认为因旋转暴力所产生的剪应力(Shear)是引起大脑白质弥散病变的原因。1982年被命名为DAI,并为国际学术界所公认。

  3 病因机理

  DAI是一种头部加速度运动引起的脑深部应变性损伤[6]。它主要是角加速度损伤,脑组织易受剪力作用发生应变,使神经轴索和血管折曲损伤。这种损伤好发于不同组织结构之间,如白质和灰质交界处,两大脑半球之间的胼胝体,以及大脑与小脑之间的脑干上端[3,6]。将DAI定为一种原发性脑损伤[3~6],Adams和Gennerelli做出了突出贡献。Gennerelli等1982年成功地制做了DAI动物模型,用45只猴在非打击性外力作用下分别沿矢状、斜向和冠状轴向以颈部为中心在11~22ms内做角加速度运动60弧度,造成外伤性昏迷,在伤后不同时间处死动物后做脑组织学检查,发现其病理改变与人类DAI表现相同,并发现动物昏迷时间、DAI的程度及其预后均与运动方向有关;其中以冠状方向运动对脑损害最为严重。同时作者指出,在实验过程中动物始终无低氧血症,伤后2h,即可有早期DAI病理改变。该实验说明DAI发生是旋转暴力所致,受伤的当时有一些轴索当即断裂,另一些轴索出现肿胀,肿胀的轴索内部发生离子浓度的变化最终使轴索受到损伤,这一过程大约需6~72h。1994年Marmarou成功建立了闭合性弥漫性颅脑损伤模型。并指出加、减速伤也能造成弥漫性轴索损伤,并在文章中加以证实,为研究弥漫性轴索损伤提供了新的模型。

  4 病理表现

  4.1 DAI的基本病变包括神经轴索的弥漫性损伤,胼胝体及上脑干背侧局灶性损伤,称之为DAI三联征[5,6]。前者需做组织学检查才能见到,后两者因有局灶性出血,在大体标本上即可发现。①胼胝体的局灶损伤。在脑冠状切面标本上,胼胝体的损伤常位于下方,向一侧偏,呈偏心性。损伤部通常有2~3mm以内的出血点,前后延续数厘米。②一侧或两侧脑干上部背外侧1/4的局灶性损伤,并常累及小脑上脚或大脑脚。③弥漫性轴索损伤,只能在显微镜下看到主要受累区在海马、穹窿、内囊、脑室旁和小脑脚等部位。

  根据患者存活时间的不同病理表现亦不同:①短期(几天)存活病人,在大脑半球、小脑和脑干的白质可见到大量的轴索收缩球(Axomal retraction ball,ARB)是诊断DAI的病理形态学依据。一般HE染色及银染即可看到[3]。②中期(几天至几周)存活病人用甲酚紫染色,在同一部位可见成簇的小胶质细胞(Microglia clusters)[3,5]。③长期(几个月)存活病人用Marchi制剂染色,在大脑半球,脑干和脊髓长传导束可见到神经纤维的非特异性退行性变(Wallerian型)[5]。并导致脑萎缩。

  关于ARB形成机理,过去认为是受伤导致轴索断裂,使在轴索内正常循环流动的轴浆在断裂处溢出积聚所致。近年来通过电镜检查,观察了神经轴索受损的早期趋势结构变化,认为轴索断裂处不是即刻的剪应力所造成的,而是伤后病理生理变化的结果。外伤后会导致轴索内的轴浆流动障碍,使轴索局部肿胀,呈远端轴索与神经胞体联系中断,并发生退变,但轴索的解剖形态早期可保存。随着轴索肿胀的加重,轴索断裂轴浆外溢,另外,由于外力致使轴索受到牵拉,轴索的钙通道受到破坏,通透性增加,致钙离子内流,使神经丝溶解或断裂,细胞结构崩解导致轴索肿胀,最终形成ARB。

  所以目前关于ARB的形成机理主要有3种学说[7]:(1)经典学说:认为不同伤情颅脑外伤瞬时产生剪应力和张力撕断脑神经元,使神经元轴索回缩,轴浆聚积成球状,轴索反应性肿胀,形成轴索回缩球。但近十年来大量颅脑伤实验研究结果并不支持经典学说,其主要证据包括:①实验性颅脑伤后立即做病理学检查未发现轴索撕裂和中断;②严重颅脑伤后数小时轴索回缩球形成时,轴索髓鞘通常保持完整;③颅脑伤后严重脑挫裂伤部位(最大剪应力和张力部位),与轴索损伤部位不一致,提示颅脑伤时剪应力和张力不是造成弥漫性轴索损伤的根本原因。(2)沃勒变性(Waller’s degeneration)学说:颅脑外伤瞬时产生剪应力和张力会导致轴浆流动障碍,轴索局部肿胀。轴索局部肿胀的近端仍与神经元细胞保持整体联系,而其远端与神经元细胞体中断联系,发生沃勒变性;此时轴索髓鞘仍保持完整,随后轴索局部肿胀的远端与近端轴索及神经元细胞体分离;此时神经元细胞体内产生的轴浆成分流至轴索肿胀分离部位再返流至细胞体,从而进一步加重轴索局部肿胀,继而形成轴索回缩球。轴索回缩球形成通常需要6~24h,伤情越重,轴索回缩球形成时间越短。(3)钙离子学说:在正常生理情况下,神经细胞外钙离子不能通


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