Диффузное аксональное повреждение
Медицинское состояние
Диффузное аксональное повреждение
Два изображения МРТ пациента с диффузным аксональным повреждением в результате травмы при напряженности поля 1,5 Тесла . Слева: обычное градиентное вызванное эхо (GRE). Справа: изображение, взвешенное по восприимчивости (SWI).
СпециальностьНеврология

Диффузное аксональное повреждение ( ДАП ) — это повреждение мозга , при котором рассеянные поражения возникают на обширной площади в тракте белого вещества, а также в сером веществе . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] ДАП — один из наиболее распространенных и разрушительных типов травматического повреждения мозга [8] и является основной причиной потери сознания и стойкого вегетативного состояния после тяжелой травмы головы. [9] Это происходит примерно в половине всех случаев тяжелой травмы головы и может быть основным повреждением, которое происходит при сотрясении мозга . Результатом часто является кома , причем более 90% пациентов с тяжелым ДАП никогда не приходят в сознание. [9] Те, кто выходит из комы, часто остаются значительно ослабленными. [10]

DAI может возникнуть во всем спектре тяжести черепно-мозговой травмы (ЧМТ), при этом тяжесть травмы увеличивается от легкой до тяжелой. [11] [12] Сотрясение мозга может быть более легким типом диффузного аксонального повреждения. [12] [13]

Механизм

DAI является результатом травматических сдвигающих сил, которые возникают, когда голова быстро ускоряется или замедляется, что может произойти при автомобильных авариях, падениях и нападениях. [14] Транспортные аварии являются наиболее частой причиной DAI; это также может произойти в результате жестокого обращения с детьми [15], например, при синдроме детского сотрясения . [16]

Немедленное отключение аксонов может наблюдаться при тяжелой травме мозга, но основное повреждение DAI — это отсроченное вторичное отключение аксонов, медленно развивающееся в течение длительного времени. [2] Пути аксонов, которые кажутся белыми из-за миелинизации , называются белым веществом . Повреждения как в сером, так и в белом веществе обнаруживаются в посмертных исследованиях мозга при КТ и МРТ. [9]

Помимо механического разрушения аксонального цитоскелета , патология DAI также включает вторичные физиологические изменения, такие как прерванный аксональный транспорт, прогрессирующие отеки, известные как аксональный варикоз , и дегенерация. [17] Недавние исследования связывают эти изменения с перекручиванием и смещением сломанных аксональных микротрубочек , а также с отложением тау-белка и белка-предшественника амилоида (APP). [17] [18]

Характеристики

Повреждения обычно обнаруживаются в белом веществе мозга, поврежденного DAI; эти поражения варьируются по размеру от 1 до 15 мм и распределены по характерному образцу. [9] DAI чаще всего поражает белое вещество в таких областях, как ствол мозга , мозолистое тело и полушария головного мозга .

Наиболее вероятной травмой являются лобная и височная доли мозга . [19] Другие распространенные места для DAI включают белое вещество в коре головного мозга , верхние ножки мозга , [16] базальные ганглии , таламус и глубокие ядра полушарий. [ необходимо разъяснение ] [20] Эти области могут быть более легко повреждены из-за разницы в плотности между ними и другими областями мозга. [20]

Гистологическая характеристика

DAI характеризуется аксональным разделением, при котором аксон разрывается в месте растяжения, а часть, дистальнее разрыва, деградирует в результате процесса, известного как валлеровская дегенерация . Хотя когда-то считалось, что основной причиной аксонального разделения является разрыв из-за механических сил во время травматического события, теперь понятно, что аксоны обычно не разрываются при ударе; скорее, вторичные биохимические каскады , которые возникают в ответ на первичную травму (которая возникает в результате механических сил в момент травмы) и происходят через часы или дни после первоначальной травмы, в значительной степени ответственны за повреждение аксонов. [21] [22] [23]

Хотя процессы, вовлеченные во вторичную травму мозга, все еще плохо изучены, в настоящее время принято считать, что растяжение аксонов во время травмы вызывает физическое разрушение и протеолитическую деградацию цитоскелета . [ 24] Это также открывает натриевые каналы в аксолемме , что приводит к открытию потенциалзависимых кальциевых каналов и поступлению Ca 2+ в клетку. [24] Внутриклеточное присутствие Ca 2+ запускает несколько различных путей, включая активацию фосфолипаз и протеолитических ферментов, повреждающих митохондрии и цитоскелет, а также активацию вторичных мессенджеров , что может привести к разделению аксона и гибели клетки. [21]

Нарушение цитоскелета

Иммунореактивные аксональные профили наблюдаются в виде гранулярных (B, G, H) или более вытянутых, веретенообразных (F) отеков в мозолистом теле и стволе мозга (H) через 24 часа после черепно-мозговой травмы . Пример иммунореактивных нейронов APP (наконечники стрелок), наблюдаемых в коре под местом удара (E, G). Окрашивание APP не наблюдалось у здоровых контрольных животных (D). [23]

Аксоны обычно эластичны, но при быстром растяжении они становятся хрупкими, и аксональный цитоскелет может быть сломан. Несоответствие элементов цитоскелета после растяжения может привести к разрыву аксона и гибели нейрона. Аксональный транспорт продолжается до точки разрыва цитоскелета, но не дальше, что приводит к накоплению транспортных продуктов и локальному отеку в этой точке. [25] Когда этот отек становится достаточно большим, он может разорвать аксон в месте разрыва цитоскелета, заставляя его втягиваться обратно к телу клетки и образовывать луковицу. [11] Эта луковица называется «ретракционным шаром», гистологическим признаком диффузного аксонального повреждения. [9]

Когда аксон разрывается, валлеровская дегенерация , при которой часть аксона, дистальнее разрыва, деградирует, происходит в течение одного-двух дней после травмы. [26] Аксолемма распадается, [26] миелин распадается и начинает отделяться от клетки в антероградном направлении (от тела клетки к концу аксона), [27] а близлежащие клетки начинают фагоцитарную активность, поглощая клеточный дебрис. [28]

Приток кальция

Хотя иногда нарушается только цитоскелет, часто происходит также разрушение аксолеммы , что приводит к притоку ионов Ca 2+ в клетку и запуску различных деградационных процессов. [26] [29] Повышение уровней Ca 2+ и Na + и падение уровней K + обнаруживаются в аксоне сразу после травмы. [21] [26] Возможные пути проникновения Ca 2+ включают натриевые каналы , поры, образованные в мембране во время растяжения, и отказ АТФ-зависимых транспортеров из-за механической блокировки или недостатка доступной метаболической энергии. [21] Высокие уровни внутриклеточного Ca 2+ , основная причина повреждения клеток после травмы, [30] разрушают митохондрии, [11] и запускают фосфолипазы и протеолитические ферменты, которые повреждают Na+ каналы и разрушают или изменяют цитоскелет и аксоплазму . [31] [26] Избыток Ca 2+ также может привести к повреждению гематоэнцефалического барьера и отеку мозга. [30]

Одним из белков, активируемых присутствием кальция в клетке, является кальпаин , Ca2 + -зависимая нелизосомальная протеаза . [ 31] Примерно через 15 минут - полчаса после начала повреждения начинается процесс, называемый кальпаин-опосредованным протеолизом спектрина, или CMSP. [32] Кальпаин расщепляет молекулу, называемую спектрином , которая удерживает мембрану на цитоскелете, вызывая образование пузырьков и разрушение цитоскелета и мембраны, и в конечном итоге гибель клетки. [31] [32] Другими молекулами, которые могут быть деградированы кальпаинами, являются субъединицы микротрубочек , белки, связанные с микротрубочками , и нейрофиламенты . [31]

Обычно это происходит через один-шесть часов после начала процесса травмы, вызванной растяжением, и наличие кальция в клетке инициирует каскад каспазы , процесс при повреждении клетки, который обычно приводит к апоптозу , или «запрограммированной гибели клетки». [32]

Митохондрии , дендриты и части цитоскелета, поврежденные в результате травмы, имеют ограниченную способность к заживлению и регенерации, процесс, который происходит в течение двух или более недель. [33] После травмы астроциты могут уменьшаться в размерах, что приводит к атрофии частей мозга. [9]

Диагноз

Диффузное аксональное повреждение после аварии на мотоцикле. МРТ через 3 дня: на T1-взвешенных изображениях повреждение едва заметно. На FLAIR , DWI и T2*-взвешенных изображениях определяется небольшое кровотечение.

DAI трудно обнаружить, поскольку он плохо отображается на КТ или других методах макроскопической визуализации, хотя он отображается микроскопически. [9] Однако существуют характеристики, типичные для DAI, которые могут или не могут быть отображены на КТ. Диффузное повреждение имеет больше микроскопических повреждений, чем макроскопических, и его трудно обнаружить с помощью КТ и МРТ, но его присутствие можно предположить, когда в мозолистом теле или коре головного мозга видны небольшие кровотечения . [34] МРТ более полезна, чем КТ, для обнаружения характеристик диффузного аксонального повреждения в подостром и хроническом периодах. [35] Более новые исследования, такие как диффузионно-тензорная визуализация, способны продемонстрировать степень повреждения волокон белого вещества, даже если стандартная МРТ дает отрицательный результат. Поскольку аксональное повреждение при DAI в значительной степени является результатом вторичных биохимических каскадов , оно имеет отсроченное начало, поэтому у человека с DAI, который изначально выглядит здоровым, позже может ухудшиться состояние. Таким образом, травмы часто оказываются более серьезными, чем это предполагается, и медицинские специалисты должны подозревать DAI у любого пациента, чьи результаты КТ кажутся нормальными, но у которого наблюдаются такие симптомы, как потеря сознания . [9]

МРТ более чувствительна, чем КТ, но все еще подвержена ложноотрицательным результатам , поскольку DAI определяется путем поиска признаков отека , которые не всегда могут присутствовать. [33]

DAI классифицируется по степеням в зависимости от тяжести травмы. При степени I присутствует обширное аксональное повреждение, но очаговых аномалий не наблюдается. При степени II повреждение, обнаруженное при степени I, присутствует в дополнение к очаговым аномалиям, особенно в мозолистом теле. Степень III включает в себя как степень I, так и степень II, а также ростральное повреждение ствола мозга и часто разрывы тканей. [36]

Уход

В настоящее время DAI не располагает специальными методами лечения, выходящими за рамки лечения любого типа черепно-мозговой травмы , которые включают стабилизацию состояния пациента и попытки ограничить повышение внутричерепного давления (ВЧД).

История

Идея DAI впервые возникла в результате исследований Сабины Стрих поражений белого вещества у людей, перенесших черепно-мозговую травму за несколько лет до этого. [37] Стрих впервые предложила эту идею в 1956 году, назвав ее диффузной дегенерацией белого вещества ; однако более краткий термин «диффузное аксональное повреждение» стал более предпочтительным. [38] Стрих исследовала связь между деменцией и черепно-мозговой травмой [37] и утверждала в 1956 году, что DAI играет неотъемлемую роль в конечном развитии деменции из-за черепно-мозговой травмы. [15] Термин DAI был введен в начале 1980-х годов. [39]

Известные примеры

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Strich SJ (август 1956 г.). «Диффузная дегенерация белого вещества мозга при тяжелой деменции после черепно-мозговой травмы». Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 19 (3): 163–85. doi :10.1136/jnnp.19.3.163. PMC  497203. PMID  13357957 .
  2. ^ ab Povlishock JT, Becker DP, Cheng CL, Vaughan GW (май 1983). «Аксональные изменения при незначительной травме головы». Журнал невропатологии и экспериментальной неврологии . 42 (3): 225–42. doi : 10.1097/00005072-198305000-00002 . PMID  6188807. S2CID  24260379.
  3. ^ Адамс Дж. Х. (март 1982 г.). «Диффузное аксональное повреждение при неракетной травме головы». Травма . 13 (5): 444–5. doi :10.1016/0020-1383(82)90105-X. PMID  7085064.
  4. ^ Christman CW, Grady MS, Walker SA, Holloway KL, Povlishock JT (апрель 1994 г.). «Ультраструктурные исследования диффузного аксонального повреждения у людей». Journal of Neurotrauma . 11 (2): 173–86. doi :10.1089/neu.1994.11.173. PMID  7523685.
  5. ^ Povlishock JT, Christman CW (август 1995). «Патобиология травматически вызванного аксонального повреждения у животных и людей: обзор современных мыслей». Journal of Neurotrauma . 12 (4): 555–64. doi :10.1089/neu.1995.12.555. PMID  8683606.
  6. ^ Vascak M, Jin X, Jacobs KM, Povlishock JT (май 2018 г.). «Легкая травматическая травма головного мозга вызывает структурное и функциональное разъединение локальных неокортикальных тормозных сетей через диффузное аксональное повреждение интернейронов парвальбумина». Cerebral Cortex . 28 (5): 1625–1644. doi :10.1093/cercor/bhx058. PMC 5907353 . PMID  28334184. 
  7. ^ Смит Д. Х., Хикс Р., Повлишок Дж. Т. (март 2013 г.). «Разработка терапии диффузного аксонального повреждения». Журнал нейротравмы . 30 (5): 307–23. doi :10.1089/neu.2012.2825. PMC 3627407. PMID 23252624  . 
  8. ^ Povlishock JT, Katz DI (январь 2005 г.). «Обновление невропатологии и неврологического восстановления после травматического повреждения мозга». Журнал реабилитации после травм головы . 20 (1): 76–94. doi :10.1097/00001199-200501000-00008. PMID  15668572. S2CID  1094129.
  9. ^ abcdefgh Вассерман Дж. и Кенигсберг РА (2007). Диффузное аксональное повреждение. Emedicine.com. Получено 26.01.2008.
  10. ^ Vinas FC и Pilitsis J. (2006). Проникающая травма головы. Emedicine.com. Получено 14.01.2008.
  11. ^ abc Smith DH, Meaney DF (декабрь 2000 г.). «Аксональное повреждение при травматическом повреждении мозга». The Neuroscientist . 6 (6): 483–95. doi :10.1177/107385840000600611. S2CID  86550146.
  12. ^ ab Blumbergs PC, Scott G, Manavis J, Wainwright H, Simpson DA, McLean AJ (август 1995 г.). «Топография аксонального повреждения, определяемая белком-предшественником амилоида и методом секторной оценки при легкой и тяжелой закрытой черепно-мозговой травме». Journal of Neurotrauma . 12 (4): 565–72. doi :10.1089/neu.1995.12.565. PMID  8683607.
  13. ^ Базариан Дж. Дж., Блит Б., Чимпелло Л. (февраль 2006 г.). «От скамьи к постели: доказательства повреждения мозга после сотрясения мозга — взгляд за пределы компьютерной томографии». Academic Emergency Medicine . 13 (2): 199–214. doi : 10.1197/j.aem.2005.07.031 . PMID  16436787.
  14. ^ Дженнарелли ТА (1993). «Механизмы повреждения мозга». Журнал неотложной медицины . 11 (Приложение 1): 5–11. PMID  8445204.
  15. ^ ab Hardman JM, Manoukian A (май 2002 г.). «Патология черепно-мозговой травмы». Neuroimaging Clinics of North America . 12 (2): 175–87, vii. doi :10.1016/S1052-5149(02)00009-6. PMID  12391630.
  16. ^ ab Смит Д. и Гринвальд Б. 2003. Лечение и стадирование травматического повреждения мозга. Emedicine.com. Получено из веб-архива 17 января 2008 г.
  17. ^ ab Johnson VE, Stewart W, Smith DH (август 2013 г.). «Аксональная патология при травматическом повреждении мозга». Experimental Neurology . Специальный выпуск: аксональная дегенерация. 246 : 35–43. doi :10.1016/j.expneurol.2012.01.013. PMC 3979341 . PMID  22285252. 
  18. ^ Tang-Schomer MD, Patel AR, Baas PW, Smith DH (май 2010 г.). «Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе замедленной эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов». FASEB Journal . 24 (5): 1401–10. doi : 10.1096/fj.09-142844 . PMC 2879950. PMID  20019243 . 
  19. ^ Boon R, de Montfor GJ (2002). "Травма головного мозга". Learning Discoveries Psychological Services . Архивировано из оригинала 2006-09-03 . Получено 17 января 2008 .
  20. ^ ab Singh J, Stock A (25 сентября 2006 г.). "Травма головы". Emedicine.com . Получено 17.01.2008 .
  21. ^ abcd Wolf JA, Stys PK, Lusardi T, Meaney D, Smith DH (2001). «Травматическое аксональное повреждение вызывает приток кальция, модулируемый чувствительными к тетродотоксину натриевыми каналами». Journal of Neuroscience . 21 (6): 1923–1930. doi :10.1523/JNEUROSCI.21-06-01923.2001. PMC 6762603. PMID  11245677 . 
  22. ^ Arundine M, Aarts M, Lau A, Tymianski M (сентябрь 2004 г.). «Уязвимость центральных нейронов к вторичным инсультам после механического растяжения in vitro». Journal of Neuroscience . 24 (37): 8106–23. doi :10.1523/JNEUROSCI.1362-04.2004. PMC 6729801 . PMID  15371512. 
  23. ^ ab Mouzon B, Chaytow H, Crynen G, Bachmeier C, Stewart J, Mullan M, Stewart W, Crawford F (декабрь 2012 г.). «Повторяющееся легкое травматическое повреждение мозга в мышиной модели вызывает дефицит обучения и памяти, сопровождающийся гистологическими изменениями» (PDF) . Journal of Neurotrauma . 29 (18): 2761–2173. doi :10.1089/neu.2012.2498. PMID  22900595.
  24. ^ ab Iwata A, Stys PK, Wolf JA, Chen XH, Taylor AG, Meaney DF, Smith DH (2004). «Травматическое аксональное повреждение вызывает протеолитическое расщепление потенциалзависимых натриевых каналов, модулируемых тетродотоксином и ингибиторами протеазы». The Journal of Neuroscience . 24 (19): 4605–4613. doi :10.1523/JNEUROSCI.0515-03.2004. PMC 6729402 . PMID  15140932. 
  25. ^ Staal JA, Dickson TC, Chung RS, Vickers JC (2007). «Лечение циклоспорином-А ослабляет отсроченные изменения цитоскелета и вторичную аксотомию после легкого аксонального растяжения». Developmental Neurobiology . 67 (14): 1831–1842. doi :10.1002/dneu.20552. PMID  17702000. S2CID  19415197.
  26. ^ abcde LoPachin RM, Lehning EJ (1997). "Механизм входа кальция во время повреждения и дегенерации аксона". Токсикология и прикладная фармакология . 143 (2): 233–244. Bibcode :1997ToxAP.143..233L. doi :10.1006/taap.1997.8106. PMID  9144441.
  27. ^ Cowie RJ, Stanton GB (2005). «Аксоплазматический транспорт и нейрональные реакции на травму». Медицинский колледж Университета Говарда. Архивировано из оригинала 29-10-2005 . Получено 17-01-2008 .
  28. ^ Hughes PM, Wells GM, Perry VH, Brown MC, Miller KM (2002). «Сравнение экспрессии матриксной металлопротеиназы во время валлеровской дегенерации в центральной и периферической нервной системе». Neuroscience . 113 (2): 273–287. doi :10.1016/s0306-4522(02)00183-5. PMID  12127085. S2CID  37213275.
  29. ^ Povlishock JT, Pettus EH (1996). «Травматически вызванное аксональное повреждение: доказательства стойких изменений в аксолеммальной проницаемости с сопутствующими цитоскелетными изменениями». Механизмы вторичного повреждения мозга при церебральной ишемии и травме . Т. 66. С. 81–86. doi :10.1007/978-3-7091-9465-2_15. ISBN 978-3-7091-9467-6. PMID  8780803. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  30. ^ ab Zhou F, Xiang Z, Feng WX, Zhen LX (2001). «Нейрональный свободный Ca 2+ и проницаемость ГЭБ и ультраструктура при черепно-мозговой травме с вторичным инсультом». Журнал клинической нейронауки . 8 (6): 561–563. doi :10.1054/jocn.2001.0980. PMID  11683606. S2CID  43789581.
  31. ^ abcd Castillo MR, Babson JR (1998). "Ca 2+ -зависимые механизмы повреждения клеток в культивируемых корковых нейронах". Neuroscience . 86 (4): 1133–1144. doi :10.1016/s0306-4522(98)00070-0. PMID  9697120. S2CID  54228571.
  32. ^ abc Büki A, Okonkwo DO, Wang KK, Povlishock JT (апрель 2000 г.). «Высвобождение цитохрома c и активация каспазы при травматическом повреждении аксонов». первичный. The Journal of Neuroscience . 20 (8): 2825–34. doi :10.1523/JNEUROSCI.20-08-02825.2000. PMC 6772193. PMID  10751434 . 
  33. ^ ab Corbo J, Tripathi P (2004). «Задержка проявления диффузного аксонального повреждения: отчет о случае». Trauma . 44 (1): 57–60. doi :10.1016/j.annemergmed.2003.11.010. PMID  15226709.
  34. ^ Крукс CY, Цумстег JM, Белл KR (ноябрь 2007 г.). «Травматическое повреждение головного мозга: обзор практического управления и последних достижений». Клиники физической медицины и реабилитации Северной Америки . 18 (4): 681–710, vi. doi :10.1016/j.pmr.2007.06.005. PMID  17967360.
  35. ^ Maas AI, Stocchetti N, Bullock R (август 2008 г.). «Умеренная и тяжелая травматическая травма головного мозга у взрослых». The Lancet. Neurology . 7 (8): 728–41. doi :10.1016/S1474-4422(08)70164-9. PMID  18635021. S2CID  14071224.
  36. ^ Lees-Haley PR, Green P, Rohling ML, Fox DD, Allen LM (август 2003 г.). «Повреждения при травматическом повреждении мозга: последствия для клинической нейропсихологии». Архивы клинической нейропсихологии . 18 (6): 585–94. doi : 10.1016/S0887-6177(02)00155-5 . PMID  14591433.
  37. ^ ab Pearce JM (2007). «Наблюдения за сотрясением мозга. Обзор». Европейская неврология . 59 (3–4): 113–9. doi : 10.1159/000111872 . PMID  18057896. S2CID  10245120.
  38. ^ Дженнарелли GA, Грэм DI (2005). «Нейропатология». В Silver JM, McAllister TW, Yudofsky SC (ред.). Учебник по травматическому повреждению мозга . Вашингтон, округ Колумбия: Американская психиатрическая ассоциация. стр. 34. ISBN 978-1-58562-105-7. Получено 10.06.2008 .
  39. ^ Granacher RP (2007). Травматическое повреждение мозга: методы клинической и судебной нейропсихиатрической оценки, второе издание. Boca Raton: CRC. стр. 26–32. ISBN 978-0-8493-8138-6. Получено 2008-07-06 .
  40. ^ «История Роберто Герреро».
  41. ^ "Жюль Бьянки: Семья подтверждает, что гонщик Формулы-1 получил черепно-мозговую травму в аварии на Гран-при Японии" . Получено 8 октября 2014 г.
  42. ^ "Пилот Формулы-1 Жюль Бьянки скончался от травм, полученных в результате аварии". BBC Sport . BBC. 2015-07-18 . Получено 18 июля 2015 г. .
  43. ^ "Фрэнк Мюллер, борьба всей его жизни". 2006 . Получено 14 декабря 2017 .
  • Изображения МРТ и КТ диффузного аксонального повреждения
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Диффузное_аксональное_повреждение&oldid=1242364317"