Диффузное повреждение аксонов - Diffuse axonal injury

Диффузное повреждение аксонов
Сравните SWI и GRE Trauma.png
Два изображения МРТ пациента с диффузным повреждением аксонов в результате травмы при напряженности поля 1,5 тесла . Слева: обычное градиентное вызванное эхо (GRE). Справа: изображение, взвешенное по восприимчивости (SWI).
Специальность Неврология

Диффузное повреждение аксонов ( DAI ) - это повреждение головного мозга, при котором рассеянные поражения возникают на обширных участках в трактах белого вещества, а также в сером веществе . DAI является одним из наиболее распространенных и разрушительных типов черепно-мозговой травмы и является основной причиной потери сознания и стойкого вегетативного состояния после тяжелой черепно-мозговой травмы. Это происходит примерно в половине всех случаев тяжелых травм головы и может быть первичным повреждением, возникающим при сотрясении мозга. Результатом часто является кома , более 90% пациентов с тяжелым ДАИ никогда не приходят в сознание. Те, кто просыпается, часто остаются в тяжелом состоянии.

DAI может возникать по всему спектру тяжести черепно-мозговой травмы (TBI), при которой бремя травмы увеличивается от легкой до тяжелой. Сотрясение мозга может быть более легким типом диффузного повреждения аксонов.

Механизм

DAI является результатом травмирующих сил сдвига, которые возникают при быстром ускорении или замедлении головы, что может произойти при автомобильных авариях, падениях и нападениях. Автомобильные аварии - самая частая причина DAI; это также может произойти в результате жестокого обращения с детьми, например, при синдроме тряски ребенка .

Немедленное отключение аксонов может наблюдаться при тяжелой черепно-мозговой травме, но основное повреждение DAI - это задержка вторичных отключений аксонов, которые медленно развиваются в течение длительного времени. 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.

Помимо механического разрушения аксонального цитоскелета , патология DAI также включает вторичные физиологические изменения, такие как прерывание аксонального транспорта, прогрессирующее опухание и дегенерация. Недавние исследования связали эти изменения с перекручиванием и смещением нарушенных микротрубочек аксонов , а также с отложением тау-белка и белка-предшественника амилоида (APP).

Характеристики

Поражения обычно существуют в белом веществе мозга, поврежденном DAI; Эти поражения варьируют по размеру от 1 до 15 мм и распределены характерным образом. ДАИ чаще всего поражает белое вещество в таких областях, как ствол мозга , мозолистое тело и полушария головного мозга .

В доли мозга , скорее всего, будет травмированного являются лобные и височные доли. Другие распространенные места для DAI включают белое вещество в коре головного мозга , верхние ножки головного мозга , базальные ганглии , таламус и ядра глубоких полушарий . Эти области легче повредить из-за разницы в плотности между ними и остальной частью мозга.

Гистологические характеристики

DAI характеризуется разделением аксонов, при котором аксон разрывается в месте растяжения, а часть, удаленная от слезы, разрушается. Хотя когда-то считалось, что основной причиной отделения аксонов был разрыв из-за механических сил во время травмы, теперь стало понятно, что аксоны обычно не разрываются при ударе; скорее, вторичные биохимические каскады , которые возникают в ответ на первичное повреждение (которое возникает в результате механических сил в момент травмы) и имеют место от нескольких часов до нескольких дней после первоначального повреждения, в значительной степени ответственны за повреждение аксонов.

Хотя процессы, вовлеченные во вторичное повреждение головного мозга, все еще плохо изучены, в настоящее время принято считать, что растяжение аксонов во время повреждения вызывает физическое нарушение и протеолитическую деградацию цитоскелета . Он также открывает натриевые каналы в аксолемме , что приводит к открытию потенциалозависимых кальциевых каналов и попаданию Ca 2+ в клетку. Внутриклеточное присутствие Ca 2+ запускает несколько различных путей, включая активацию фосфолипаз и протеолитических ферментов , повреждение митохондрий и цитоскелета и активацию вторичных мессенджеров , что может привести к разделению аксона и гибели клетки.

Нарушение цитоскелета

Иммунореактивные профили аксонов наблюдаются в виде гранулярных (B, G, H) или более удлиненных веретенообразных (F) вздутий в мозолистом теле и стволе головного мозга (H) через 24 часа после травмы головного мозга . Пример иммунореактивных нейронов АРР (стрелки), наблюдаемых в коре под местом удара (E, G). У здоровых контрольных животных окрашивания АРР не наблюдалось (D).

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. Транспорт аксонов продолжается до точки разрыва цитоскелета, но не дальше, что приводит к накоплению продуктов транспорта и локальному отеку в этой точке. Когда он становится достаточно большим, отек может разорвать аксон в месте разрыва цитоскелета, заставляя его отступать к телу клетки и образовывать луковицу. Эта луковица называется ретракционным шаром , что является признаком диффузного повреждения аксонов.

Когда аксон рассекается, валлеровская дегенерация , при которой деградирует часть аксона, дистальнее разрыва, происходит в течение одного-двух дней после травмы. Аксолемма распадается, миелин разрушается и начинает отделяться от клеток в антероградном направлении (от тела клетки к концу аксона), а соседние клетки начинают фагоцитарную активность, поглощая мусор.

Приток кальция

Хотя иногда нарушается только цитоскелет, часто также происходит разрушение аксолеммы , вызывая приток Са 2+ в клетку и вызывая множество процессов разложения. Увеличение уровней Ca 2+ и Na + и падение уровней K + обнаруживается в аксоне сразу после повреждения. Возможные пути поступления Ca 2+ включают натриевые каналы , поры, разорванные в мембране во время растяжения, и отказ АТФ-зависимых транспортеров из-за механической блокировки или недостатка энергии. Высокий уровень внутриклеточного Ca 2+ , основной причины посттравматического повреждения клеток, разрушает митохондрии и запускает фосфолипазы и протеолитические ферменты, которые повреждают каналы Na + и разрушают или изменяют цитоскелет и аксоплазму . Избыток Ca 2+ также может привести к повреждению гематоэнцефалического барьера и отеку мозга.

Одним из белков, активируемых присутствием кальция в клетке, является кальпаин , Ca 2+ -зависимая нелизосомальная протеаза . Примерно от 15 минут до получаса после начала травмы начинает происходить процесс, называемый опосредованным кальпаином протеолизом спектрина или CMSP. Кальпаин разрушает молекулу под названием спектрин , которая удерживает мембрану на цитоскелете, вызывая образование пузырьков и разрушение цитоскелета и мембраны и, в конечном итоге, гибель клетки. Другие молекулы , которые могут быть понижены кальпаин являются микротрубочками субъединиц, ассоциированными с микротрубочками белков , и нейрофиламенты .

Обычно происходит от одного до шести часов в процессе повреждения после растяжения, присутствие кальция в клетке запускает каспазный каскад, процесс повреждения клетки, который обычно приводит к апоптозу или «клеточному самоубийству».

Митохондрии , дендриты и части цитоскелета, поврежденные в результате травмы, имеют ограниченную способность к заживлению и регенерации, процесс, который происходит в течение 2 или более недель. После травмы астроциты могут сокращаться, вызывая атрофию частей мозга .

Диагностика

Диффузное повреждение аксонов после аварии на мотоцикле. МРТ через 3 дня: на Т1-взвешенных изображениях травма едва заметна. На изображениях, взвешенных по FLAIR , DWI и T2 *, заметен небольшой выход за обрез.

DAI трудно обнаружить, так как он плохо отображается на компьютерной томографии или с помощью других методов макроскопической визуализации, хотя обнаруживается микроскопически. Однако есть характеристики, типичные для DAI, которые могут или не могут отображаться на компьютерной томографии. Диффузное повреждение имеет больше микроскопических повреждений, чем макроскопическое повреждение, и его трудно обнаружить с помощью КТ и МРТ, но о его наличии можно судить, когда видны небольшие кровотечения в мозолистом теле или коре головного мозга . МРТ более полезна, чем КТ, для выявления характеристик диффузного повреждения аксонов в подострых и хронических периодах времени. Новые исследования, такие как Diffusion Tensor Imaging , могут продемонстрировать степень повреждения волоконного тракта белого вещества даже при отрицательном результате стандартной МРТ. Поскольку повреждение аксонов при DAI в значительной степени является результатом вторичных биохимических каскадов , оно имеет отсроченное начало, поэтому у человека с DAI, который изначально выглядит хорошо, может позже ухудшиться состояние. Таким образом, травма часто бывает более серьезной, чем предполагалось, и медицинские работники должны подозревать ДАИ у любых пациентов, у которых КТ выглядит нормально, но у которых есть такие симптомы, как бессознательное состояние .

МРТ более чувствительна, чем компьютерная томография, но все же подвержена ложноотрицательным результатам, потому что DAI идентифицируется путем поиска признаков отека , которые могут не всегда присутствовать.

DAI классифицируется по степени тяжести травмы. При степени I присутствует обширное повреждение аксонов, но очаговых аномалий не наблюдается. При степени II повреждения, обнаруженные при степени I, присутствуют в дополнение к очаговым аномалиям, особенно в мозолистом теле. Повреждение III степени включает как I, так и II степень, плюс ростральное повреждение ствола головного мозга и часто разрывы тканей.

Уход

В настоящее время DAI не имеет специального лечения, помимо любого типа травм головы , которое включает стабилизацию пациента и попытки ограничить повышение внутричерепного давления (ВЧД).

История

Идея DAI впервые возникла в результате исследований Сабины Стрих поражений белого вещества у людей, перенесших травму головы много лет назад. Стрих впервые предложил эту идею в 1956 году, назвав ее диффузной дегенерацией белого вещества ; однако предпочтение отдается более сжатому термину «диффузное повреждение аксонов». Стрих исследовал взаимосвязь между деменцией и травмой головы и в 1956 году утверждал, что DAI играет важную роль в конечном развитии деменции из-за травмы головы. Термин DAI был введен в начале 1980-х годов.

Известные примеры

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки

Классификация
Внешние ресурсы