stringtranslate.com

Диффузное аксональное повреждение

Диффузное аксональное повреждение ( DAI ) – это повреждение головного мозга , при котором рассеянные поражения возникают на обширных участках как в белом , так и в сером веществе . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] DAI является одним из наиболее распространенных и разрушительных типов черепно-мозговой травмы [8] и является основной причиной потери сознания и стойкого вегетативного состояния после тяжелая травма головы. [9] Это происходит примерно в половине случаев тяжелой травмы головы и может быть основным повреждением, возникающим при сотрясении мозга. Исходом часто является кома , при этом более 90% пациентов с тяжелой формой DAI так и не приходят в сознание. [9] Те, кто выходит из комы, часто остаются значительно ослабленными. [10]

DAI может возникать в зависимости от степени тяжести черепно-мозговой травмы (ЧМТ), при этом бремя 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 срезающих сил, которые возникают при быстром ускорении или замедлении головы, что может произойти при автомобильных авариях, падениях и нападениях. [14] Транспортные происшествия являются наиболее частой причиной DAI; это также может произойти в результате жестокого обращения с детьми [15] , например, при синдроме тряски ребенка . [16]

Немедленное отключение аксонов может наблюдаться при тяжелой травме головного мозга, но основным повреждением DAI является отсроченное вторичное отключение аксонов, медленно развивающееся в течение длительного времени. [2] Участки аксонов, которые кажутся белыми из-за миелинизации , называются белым веществом . Поражения как серого, так и белого вещества обнаруживаются в посмертном мозге при КТ и МРТ. [9]

Помимо механического разрушения аксонального цитоскелета , патология DAI также включает вторичные физиологические изменения, такие как прерывание аксонального транспорта, прогрессирующие отеки, известные как аксональное варикозное расширение вен , и дегенерация. [17] Недавние исследования связали эти изменения с перекручиванием и смещением сломанных аксонных микротрубочек , а также с отложением тау-белка и белка-предшественника амилоида (APP). [17] [18]

Характеристики

Поражения обычно обнаруживаются в белом веществе мозга, поврежденном DAI; эти поражения различаются по размеру от 1 до 15 мм и располагаются характерным образом. [9] DAI чаще всего поражает белое вещество в таких областях, как ствол мозга , мозолистое тело и полушария головного мозга .

Чаще всего повреждаются лобные и височные доли мозга . [19] Другие распространенные места локализации DAI включают белое вещество коры головного мозга , верхние ножки головного мозга , [16] базальные ганглии , таламус и глубокие ядра полушарий. [ необходимо разъяснение ] [20] Эти области легче повредить из-за разницы в плотности между ними и другими областями мозга. [20]

Гистологические характеристики

DAI характеризуется разделением аксонов, при котором аксон разрывается в месте растяжения, а часть, расположенная дистальнее разрыва, разрушается в результате процесса, известного как валлеровская дегенерация . Хотя когда-то считалось, что основной причиной отделения аксонов был разрыв из-за механических сил во время травмы, теперь понятно, что аксоны обычно не рвутся при ударе; скорее, за повреждение аксонов в значительной степени ответственны вторичные биохимические каскады , которые возникают в ответ на первичное повреждение (которое возникает в результате воздействия механических сил в момент травмы) и происходят через несколько часов или дней после первоначального повреждения. [21] [22] [23]

Хотя процессы, связанные с вторичным повреждением головного мозга, до сих пор плохо изучены, в настоящее время признано, что растяжение аксонов во время травмы вызывает физическое разрушение и протеолитическую деградацию цитоскелета . [24] Он 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 отделению аксона и гибели клетки. [21]

Нарушение цитоскелета

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

Аксоны обычно эластичны, но при быстром растяжении они становятся хрупкими, и аксональный цитоскелет может быть разрушен. Смещение элементов цитоскелета после травмы растяжения может привести к разрыву аксона и гибели нейрона. Аксональный транспорт продолжается до момента разрыва цитоскелета, но не далее, что приводит к накоплению продуктов транспорта и локальному отеку в этом месте. [25] Когда этот отек становится достаточно большим, он может разорвать аксон в месте разрыва цитоскелета, заставляя его оттягиваться назад к телу клетки и образовывать луковицу. [11] Эту луковицу называют «шаром ретракции», что является гистологическим признаком диффузного аксонального повреждения. [9]

При разрыве аксона в течение одного-двух дней после повреждения происходит валлеровская дегенерация , при которой часть аксона, дистальная от разрыва, деградирует. [26] Аксолемма распадается, [26] миелин разрушается и начинает отделяться от клетки в антероградном направлении (от тела клетки к концу аксона), [27] и близлежащие клетки начинают фагоцитарную активность, поглощая клеточный мусор. [28]

Приток кальция

Иногда нарушается только цитоскелет, но нередко происходит разрушение и аксолеммы , что вызывает приток ионов Са 2+ в клетку и запускает разнообразные деградационные процессы. [26] [29] Увеличение уровней Ca 2+ и Na + и снижение уровня K + обнаруживаются внутри аксона сразу после повреждения. [21] [26] Возможные пути проникновения Ca 2+ включают натриевые каналы , поры, образующиеся в мембране во время растяжения, а также отказ АТФ-зависимых транспортеров из-за механической блокировки или отсутствия доступной метаболической энергии. [21] Высокие уровни внутриклеточного Ca 2+ , основной причины посттравматического повреждения клеток, [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 головного мозга. [30]

Одним из белков, активируемых присутствием кальция в клетке, является кальпаин , Са 2+ -зависимая нелизосомальная протеаза . [31] Примерно через 15 минут-полчаса после начала травмы начинает происходить процесс, называемый кальпаин-опосредованным протеолизом спектрина, или CMSP. [32] Кальпаин расщепляет молекулу под названием спектрин , 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 разрушаться кальпаинами, являются субъединицы микротрубочек , белки, связанные с микротрубочками , и нейрофиламенты . [31]

Обычно присутствие кальция в клетке происходит от одного до шести часов после повреждения после растяжения и инициирует каспазный каскад - процесс повреждения клетки, который обычно приводит к апоптозу или «запрограммированной гибели клеток». [32]

Митохондрии , дендриты и части цитоскелета, поврежденные в результате травмы, обладают ограниченной способностью к заживлению и регенерации, этот процесс происходит в течение двух или более недель. [33] После травмы астроциты могут сжиматься, вызывая атрофию частей мозга. [9]

Диагностика

Диффузное аксональное повреждение после аварии на мотоцикле. МРТ через 3 дня: на Т1-взвешенных изображениях повреждение едва заметно. На изображениях FLAIR , DWI и T2* можно обнаружить небольшое кровотечение.

DAI трудно обнаружить, поскольку он плохо проявляется при компьютерной томографии или других методах макроскопической визуализации, хотя обнаруживается под микроскопом. [9] Однако существуют характеристики, типичные для DAI, которые могут проявляться или не проявляться при компьютерной томографии. Диффузное повреждение имеет более микроскопическое повреждение, чем макроскопическое, и его трудно обнаружить с помощью КТ и МРТ, но о его наличии можно предположить, когда видны небольшие кровотечения в мозолистом теле или коре головного мозга . [34] МРТ более полезна, чем КТ, для выявления характеристик диффузного аксонального повреждения в подостром и хроническом периодах. [35] Новые исследования, такие как диффузионно-тензорная визуализация, способны продемонстрировать степень повреждения волоконных путей белого вещества, даже если стандартная МРТ отрицательна. Поскольку повреждение аксонов при DAI в значительной степени является результатом вторичных биохимических каскадов , оно имеет отсроченное начало, поэтому у человека с DAI, который первоначально выглядит хорошо, позже может ухудшиться. Таким образом, травма часто бывает более серьезной, чем предполагается, и медицинские работники должны подозревать DAI у всех пациентов, у которых КТ-сканы кажутся нормальными, но имеют такие симптомы, как потеря сознания . [9]

МРТ более чувствительна, чем компьютерная томография, но все же подвержена ложноотрицательным результатам , поскольку ДАИ выявляется путем поиска признаков отека , которые не всегда могут присутствовать. [33]

DAI подразделяется на степени в зависимости от тяжести травмы. При I степени имеется обширное аксональное повреждение, но очаговых аномалий не наблюдается. При II степени повреждения, обнаруженные при I степени, присутствуют в дополнение к очаговым аномалиям, особенно в мозолистом теле. Повреждение III степени включает как I, так и II степени плюс ростральное повреждение ствола головного мозга и часто разрывы тканей. [36]

Уход

В настоящее время в DAI отсутствует специальное лечение, помимо лечения любого типа травмы головы , которое включает в себя стабилизацию состояния пациента и попытки ограничить повышение внутричерепного давления (ВЧД).

История

Идея DAI впервые возникла в результате исследований Сабиной Стрич поражений белого вещества у людей, перенесших травму головы много лет назад. [37] Стрич впервые предложил эту идею в 1956 году, назвав ее диффузной дегенерацией белого вещества ; однако предпочтительным стал более краткий термин «диффузное аксональное повреждение». [38] Стрич исследовал взаимосвязь между деменцией и травмой головы [37] и в 1956 году утверждал, что DAI играет важную роль в возможном развитии деменции из-за травмы головы. [15] Термин DAI был введен в начале 1980-х годов. [39]

Яркие примеры

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стрич С.Дж. (август 1956 г.). «Диффузная дегенерация белого вещества головного мозга при тяжелой деменции после травмы головы». Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 19 (3): 163–85. дои : 10.1136/jnnp.19.3.163. ПМК  497203 . ПМИД  13357957.
  2. ^ ab Povlishock JT, Becker DP, Cheng CL, Vaughan GW (май 1983 г.). «Аксональные изменения при незначительной травме головы». Журнал невропатологии и экспериментальной неврологии . 42 (3): 225–42. дои : 10.1097/00005072-198305000-00002 . PMID  6188807. S2CID  24260379.
  3. ^ Адамс Дж. Х. (март 1982 г.). «Диффузное аксональное повреждение при неракетной травме головы». Рана . 13 (5): 444–5. дои : 10.1016/0020-1383(82)90105-X. ПМИД  7085064.
  4. ^ Кристман К.В., Грэди М.С., Уокер С.А., Холлоуэй К.Л., Повлишок Дж.Т. (апрель 1994 г.). «Ультраструктурные исследования диффузного аксонального повреждения у человека». Журнал нейротравмы . 11 (2): 173–86. дои : 10.1089/neu.1994.11.173. ПМИД  7523685.
  5. ^ Повлишок Дж.Т., Кристман К.В. (август 1995 г.). «Патобиология травматического повреждения аксонов у животных и людей: обзор современных мыслей». Журнал нейротравмы . 12 (4): 555–64. дои : 10.1089/neu.1995.12.555. ПМИД  8683606.
  6. ^ Васчак М., Джин X, Джейкобс К.М., Повлишок Дж.Т. (май 2018 г.). «Легкая черепно-мозговая травма вызывает структурное и функциональное отключение локальных неокортексных тормозных сетей через диффузное аксональное повреждение межнейронов парвальбумина». Кора головного мозга . 28 (5): 1625–1644. doi : 10.1093/cercor/bhx058. ПМК 5907353 . ПМИД  28334184. 
  7. ^ Смит Д.Х., Хикс Р., Повлишок Дж.Т. (март 2013 г.). «Разработка терапии диффузного аксонального повреждения». Журнал нейротравмы . 30 (5): 307–23. дои : 10.1089/neu.2012.2825. ПМК 3627407 . ПМИД  23252624. 
  8. ^ Повлишок Дж.Т., Кац Д.И. (январь 2005 г.). «Обновление невропатологии и неврологического восстановления после черепно-мозговой травмы». Журнал реабилитации после травм головы . 20 (1): 76–94. дои : 10.1097/00001199-200501000-00008. PMID  15668572. S2CID  1094129.
  9. ^ abcdefgh Вассерман Дж. и Кенигсберг РА (2007). Диффузное аксональное повреждение. Emedicine.com. Проверено 26 января 2008 г.
  10. ^ Винас ФК и Пилицис Дж. (2006). Проникающая травма головы. Emedicine.com. Проверено 14 января 2008 г.
  11. ^ abc Smith DH, Meaney DF (декабрь 2000 г.). «Аксональное повреждение при черепно-мозговой травме». Нейробиолог . 6 (6): 483–95. дои : 10.1177/107385840000600611. S2CID  86550146.
  12. ^ ab Blumbergs PC, Скотт Дж., Манавис Дж., Уэйнрайт Х., Симпсон Д.А., Маклин Эй.Дж. (август 1995 г.). «Топография аксонального повреждения, определяемая белком-предшественником амилоида, и метод оценки секторов при легкой и тяжелой закрытой травме головы». Журнал нейротравмы . 12 (4): 565–72. дои : 10.1089/neu.1995.12.565. ПМИД  8683607.
  13. ^ Базариан Дж. Дж., Блит Б., Чимпелло Л. (февраль 2006 г.). «Скамейка у постели: доказательства черепно-мозговой травмы после сотрясения мозга, помимо компьютерной томографии». Академическая неотложная медицина . 13 (2): 199–214. дои : 10.1197/j.aem.2005.07.031 . ПМИД  16436787.
  14. ^ Дженнарелли Т.А. (1993). «Механизмы черепно-мозговой травмы». Журнал неотложной медицины . 11 (Приложение 1): 5–11. ПМИД  8445204.
  15. ^ аб Хардман Дж. М., Манукян А. (май 2002 г.). «Патология черепно-мозговой травмы». Клиники нейровизуализации Северной Америки . 12 (2): 175–87, vii. дои : 10.1016/S1052-5149(02)00009-6. ПМИД  12391630.
  16. ^ аб Смит Д. и Гринвальд Б. 2003. Управление и стадия черепно-мозговой травмы. Emedicine.com. Получено из веб-архива 17 января 2008 г.
  17. ^ Аб Джонсон В.Е., Стюарт В., Смит Д.Х. (август 2013 г.). «Аксональная патология при черепно-мозговой травме». Экспериментальная неврология . Специальный выпуск: Аксональная дегенерация. 246 : 35–43. doi :10.1016/j.expneurol.2012.01.013. ПМЦ 3979341 . ПМИД  22285252. 
  18. ^ Тан-Шомер, доктор медицинских наук, Патель А.Р., Баас П.В., Смит Д.Х. (май 2010 г.). «Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе задержки эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов». Журнал ФАСЭБ . 24 (5): 1401–10. дои : 10.1096/fj.09-142844. ПМК 2879950 . ПМИД  20019243. 
  19. ^ Бун Р., де Монфор GJ (2002). "Травма головного мозга". Психологические услуги Learning Discovery . Архивировано из оригинала 3 сентября 2006 г. Проверено 17 января 2008 г.
  20. ↑ Аб Сингх Дж., Stock A (25 сентября 2006 г.). "Травма головы". Emedicine.com . Проверено 17 января 2008 г.
  21. ^ abcd Вольф Дж.А., Стис П.К., Лусарди Т., Мини Д., Смит Д.Х. (2001). «Травматическое повреждение аксонов вызывает приток кальция, модулируемый чувствительными к тетродотоксину натриевыми каналами». Журнал неврологии . 21 (6): 1923–1930. doi :10.1523/JNEUROSCI.21-06-01923.2001. ПМК 6762603 . ПМИД  11245677. 
  22. ^ Арундин М., Аартс М., Лау А., Тимянски М. (сентябрь 2004 г.). «Уязвимость центральных нейронов к вторичным повреждениям после механического растяжения in vitro». Журнал неврологии . 24 (37): 8106–23. doi :10.1523/JNEUROSCI.1362-04.2004. ПМК 6729801 . ПМИД  15371512. 
  23. ^ ab Музон Б, Чайтоу Х, Крайнен Г, Бахмайер С, Стюарт Дж, Муллан М, Стюарт В, Кроуфорд Ф (декабрь 2012 г.). «Повторяющаяся легкая черепно-мозговая травма на мышиной модели вызывает дефицит обучения и памяти, сопровождающийся гистологическими изменениями» (PDF) . Журнал нейротравмы . 29 (18): 2761–2173. дои : 10.1089/neu.2012.2498. ПМИД  22900595.
  24. ^ ab Ивата А., Стис П.К., Вольф Дж.А., Чен XH, Тейлор А.Г., Мини Д.Ф., Смит Д.Х. (2004). «Травматическое аксональное повреждение вызывает протеолитическое расщепление потенциалзависимых натриевых каналов, модулированных тетродотоксином и ингибиторами протеазы». Журнал неврологии . 24 (19): 4605–4613. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0515-03.2004. ПМК 6729402 . ПМИД  15140932. 
  25. ^ Стаал Дж.А., Диксон Т.К., Чунг Р.С., Викерс Дж.К. (2007). «Лечение циклоспорином-А ослабляет отсроченные изменения цитоскелета и вторичную аксотомию после легкого растяжения аксонов». Развивающая нейробиология . 67 (14): 1831–1842. дои : 10.1002/dneu.20552. PMID  17702000. S2CID  19415197.
  26. ^ abcde ЛоПачин Р.М., Ленинг Э.Дж. (1997). «Механизм поступления кальция при повреждении и дегенерации аксонов». Токсикология и прикладная фармакология . 143 (2): 233–244. дои : 10.1006/taap.1997.8106. ПМИД  9144441.
  27. ^ Коуи Р.Дж., Стэнтон ГБ (2005). «Аксоплазматический транспорт и реакция нейронов на повреждение». Медицинский колледж Университета Говарда. Архивировано из оригинала 29 октября 2005 г. Проверено 17 января 2008 г.
  28. ^ Хьюз ПМ, Уэллс ГМ, Перри В.Х., Браун MC, Миллер К.М. (2002). «Сравнение экспрессии матриксных металлопротеиназ при валлеровской дегенерации в центральной и периферической нервной системе». Нейронаука . 113 (2): 273–287. дои : 10.1016/s0306-4522(02)00183-5. PMID  12127085. S2CID  37213275.
  29. ^ Повлишок Дж.Т., Петтус Э.Х. (1996). «Травматическое повреждение аксонов: доказательства устойчивых изменений аксолемальной проницаемости с соответствующими изменениями цитоскелета». Акта Нейрохирургика . 66 : 81–86. дои : 10.1007/978-3-7091-9465-2_15. ISBN 978-3-7091-9467-6. ПМИД  8780803.
  30. ^ Аб Чжоу Ф, Сян Z, Фэн WX, Чжэнь LX (2001). «Проницаемость и ультраструктура нейронов без Ca 2+ и ГЭБ при травме головы с вторичным инсультом». Журнал клинической неврологии . 8 (6): 561–563. дои : 10.1054/jocn.2001.0980. PMID  11683606. S2CID  43789581.
  31. ^ abcd Кастильо М.Р., Бэбсон-младший (1998). «Ca 2+ -зависимые механизмы повреждения клеток в культивируемых корковых нейронах». Нейронаука . 86 (4): 1133–1144. дои : 10.1016/s0306-4522(98)00070-0. PMID  9697120. S2CID  54228571.
  32. ^ abc Буки А., Оконкво Д.О., Ван К.К., Повлишок Дж.Т. (апрель 2000 г.). «Высвобождение цитохрома С и активация каспаз при травматическом аксональном повреждении». начальный. Журнал неврологии . 20 (8): 2825–34. doi :10.1523/JNEUROSCI.20-08-02825.2000. ПМК 6772193 . ПМИД  10751434. 
  33. ^ аб Корбо Дж., Трипати П. (2004). «Замедленное проявление диффузного аксонального повреждения: отчет о случае». Травма . 44 (1): 57–60. doi :10.1016/j.annemergmed.2003.11.010. ПМИД  15226709.
  34. ^ Крукс С.Ю., Зумстег Дж.М., Белл КР (ноябрь 2007 г.). «Черепно-мозговая травма: обзор практики управления и последних достижений». Клиники физической медицины и реабилитации Северной Америки . 18 (4): 681–710, vi. дои : 10.1016/j.pmr.2007.06.005. ПМИД  17967360.
  35. ^ Маас А.И., Сточетти Н., Баллок Р. (август 2008 г.). «Средняя и тяжелая черепно-мозговая травма у взрослых». «Ланцет». Неврология . 7 (8): 728–41. дои : 10.1016/S1474-4422(08)70164-9. PMID  18635021. S2CID  14071224.
  36. ^ Лис-Хейли PR, Грин П., Ролинг М.Л., Фокс Д.Д., Аллен Л.М. (август 2003 г.). «Поражения при черепно-мозговой травме: значение для клинической нейропсихологии». Архив клинической нейропсихологии . 18 (6): 585–94. дои : 10.1016/S0887-6177(02)00155-5 . ПМИД  14591433.
  37. ^ аб Пирс Дж. М. (2007). «Наблюдения по поводу сотрясения мозга. Обзор». Европейская неврология . 59 (3–4): 113–9. дои : 10.1159/000111872 . PMID  18057896. S2CID  10245120.
  38. ^ Дженнарелли Г.А., Грэм Д.И. (2005). «Невропатология». В Сильвере Дж.М., Макалистере Т.В., Юдофски С.К. (ред.). Учебник черепно-мозговой травмы . Вашингтон, округ Колумбия: Американская психиатрическая ассоциация. п. 34. ISBN 978-1-58562-105-7. Проверено 10 июня 2008 г.
  39. ^ Гранахер РП (2007). Черепно-мозговая травма: методы клинической и судебно-психиатрической оценки, второе издание. Бока-Ратон: CRC. стр. 26–32. ISBN 978-0-8493-8138-6. Проверено 6 июля 2008 г.
  40. ^ «История Роберто Герреро».
  41. ^ «Жюль Бьянки: Семья подтверждает, что гонщик Формулы-1 получил черепно-мозговую травму в результате аварии на Гран-при Японии» . Проверено 8 октября 2014 г.
  42. ^ «Пилот Формулы-1 Жюль Бьянки умер от травм в результате аварии» . Би-би-си Спорт . Би-би-си. 18 июля 2015 г. Проверено 18 июля 2015 г.
  43. ^ «Фрэнк Мюллер, Борьба всей его жизни» . 2006 год . Проверено 14 декабря 2017 г.

Внешние ссылки