Патофізіологічні механізми смерті мозку

Патофізіологічні механізми смерті мозку

Важкі механічні пошкодження мозку найчастіше виникають внаслідок травми, спричиненої раптовим прискоренням із протилежно спрямованим вектором. Такі травми найчастіше трапляються при автомобільних аваріях, падіннях з великої висоти тощо. Черепно-мозкова травма в цих випадках викликається різким протифазним рухом мозку в порожнині черепа, який безпосередньо руйнує частини мозку. Критичне нетравматичне пошкодження мозку найчастіше виникає внаслідок крововиливу або в речовину мозку, або під мозкові оболонки. Важкі форми крововиливу, такі як паренхіматозний або субарахноїдальний, що супроводжуються виливом великої кількості крові в порожнину черепа, запускають механізми пошкодження мозку, подібні до черепно-мозкової травми. Аноксія, що виникає внаслідок тимчасового припинення серцевої діяльності, також призводить до фатального пошкодження мозку.

Було показано, що якщо кров повністю припиняє надходити в порожнину черепа протягом 30 хвилин, це викликає незворотне пошкодження нейронів, відновлення яких стає неможливим. Така ситуація виникає у 2 випадках: при різкому підвищенні внутрішньочерепного тиску до рівня систолічного артеріального тиску, при зупинці серця та неадекватному непрямому масажі серця протягом зазначеного періоду часу.

Для повного розуміння механізму розвитку смерті мозку внаслідок вторинного пошкодження у разі транзиторної аноксії необхідно детальніше зупинитися на процесі формування та підтримки внутрішньочерепного тиску та механізмах, що призводять до фатального пошкодження тканини мозку в результаті її набряку та водянки.

Існує кілька фізіологічних систем, що беруть участь у підтримці рівноваги об'єму внутрішньочерепного вмісту. Наразі вважається, що об'єм порожнини черепа є функцією таких величин:

Vзаг = Vкрові + Vлейкоцити + Vмозок + Vводи + Vx

Де V _заг. – поточний об’єм вмісту черепа; V _крові – об’єм крові у внутрішньомозкових судинах та венозних синусах; V _лкв – об’єм спинномозкової рідини; V _мозку – об’єм тканини мозку; V _води – об’єм вільної та зв’язаної води; V _x – патологічний додатковий об’єм (пухлина, гематома тощо), який у нормі відсутній у порожнині черепа.

У нормальному стані всі ці компоненти, що формують об'єм вмісту черепа, знаходяться в постійній динамічній рівновазі та створюють внутрішньочерепний тиск 8-10 мм рт. ст. Будь-яке збільшення одного з параметрів у правій половині формули призводить до неминучого зменшення інших. З нормальних компонентів _{найшвидше змінюють свій об'єм Vводи} та V лейкв, а V _крові - меншою мірою. Зупинимося детальніше на основних механізмах, що призводять до збільшення цих показників.

Спинномозкова рідина утворюється судинними (судинними) сплетеннями зі швидкістю 0,3-0,4 мл/хв, весь об'єм спинномозкової рідини повністю замінюється протягом 8 годин, тобто 3 рази на добу. Утворення спинномозкової рідини практично не залежить від значення внутрішньочерепного тиску та зменшується зі зменшенням кровотоку через судинні сплетення. Водночас всмоктування спинномозкової рідини безпосередньо пов'язане з внутрішньочерепним тиском: з його підвищенням воно зростає, а з зниженням - зменшується. Встановлено, що зв'язок між системою утворення/всмоктування спинномозкової рідини та внутрішньочерепним тиском є нелінійним. Таким чином, поступово зростаючі зміни об'єму та тиску спинномозкової рідини можуть не проявлятися клінічно, а після досягнення індивідуально визначеного критичного значення настає клінічна декомпенсація та різке підвищення внутрішньочерепного тиску. Також описано механізм розвитку дислокаційного синдрому, який виникає в результаті всмоктування великого об'єму спинномозкової рідини зі збільшенням внутрішньочерепного тиску. У той час як велика кількість спинномозкової рідини всмоктувалася на тлі обструкції венозного відтоку, евакуація рідини з порожнини черепа може сповільнюватися, що призводить до розвитку дислокації. У цьому випадку доклінічні прояви наростаючої внутрішньочерепної гіпертензії можна успішно визначити за допомогою ЕхоЕС.

У розвитку фатального ураження мозку важливу роль відіграє порушення гематоенцефалічного бар'єру та цитотоксичний набряк головного мозку. Встановлено, що міжклітинний простір у тканині мозку надзвичайно малий, а внутрішньоклітинний тиск води підтримується завдяки функціонуванню гематоенцефалічного бар'єру, руйнування будь-якого з компонентів якого призводить до проникнення води та різних плазмових речовин у тканину мозку, викликаючи її набряк. Компенсаторні механізми, що дозволяють витягувати воду з тканини мозку, також пошкоджуються при порушенні бар'єру. Різкі зміни кровотоку, вмісту кисню або глюкози мають шкідливий вплив безпосередньо на нейрони, так і на компоненти гематоенцефалічного бар'єру. Причому зміни відбуваються дуже швидко. Непритомний стан розвивається протягом 10 секунд після повного припинення кровотоку до мозку. Таким чином, будь-який непритомний стан супроводжується пошкодженням гематоенцефалічного бар'єру, що призводить до вивільнення води та плазмових компонентів у позаклітинний простір, викликаючи вазогенний набряк. У свою чергу, присутність цих речовин у міжклітинному просторі призводить до метаболічного пошкодження нейронів та розвитку внутрішньоклітинного цитотоксичного набряку. У сукупності ці два компоненти відіграють головну роль у збільшенні внутрішньочерепного об'єму та призводять до підвищення внутрішньочерепного тиску.

Підсумовуючи все вищесказане, механізми, що призводять до смерті мозку, можна представити наступним чином.

Встановлено, що коли припиняється мозковий кровотік і починаються некротичні зміни в тканині мозку, швидкість незворотної загибелі різних його частин різна. Так, найбільш чутливими до нестачі кровопостачання є нейрони гіпокампа, грушоподібні нейрони (клітини Пуркіньє), нейрони зубчастого ядра мозочка, великі нейрони неокортексу та базальних гангліїв. Водночас клітини спинного мозку, дрібні нейрони кори головного мозку та основної частини таламуса значно менш чутливі до аноксії. Тим не менш, якщо кров взагалі не надходить у порожнину черепа протягом 30 хвилин, це призводить до повного та незворотного руйнування структурної цілісності основних частин центральної нервової системи.

Таким чином, смерть мозку настає, коли артеріальна кров перестає надходити в порожнину черепа. Як тільки припиняється постачання поживних речовин до тканини мозку, починаються процеси некрозу та апоптозу. Аутоліз найшвидше розвивається в проміжному мозку та мозочку. У міру проведення штучної вентиляції легень у пацієнта з припиненням мозкового кровотоку мозок поступово некротизується, з'являються характерні зміни, що безпосередньо залежать від тривалості респіраторної підтримки. Такі трансформації вперше були виявлені та описані у пацієнтів, які перебували на штучній вентиляції легень більше 12 годин у стані крайньої коми. У зв'язку з цим у більшості англомовних та російськомовних публікацій цей стан позначається терміном «респіраторний мозок». На думку деяких дослідників, цей термін не зовсім адекватно відображає зв'язок некротичних змін зі штучною вентиляцією легень, при цьому головна роль відводиться припиненню мозкового кровотоку, проте цей термін отримав світове визнання та широко використовується для визначення некротичних змін у мозку пацієнтів, стан яких відповідає критеріям смерті мозку більше 12 годин.

У Росії Л. М. Попова провела великий дослідницький проект з виявлення кореляції між ступенем аутолізу мозку та тривалістю штучної вентиляції легень у пацієнтів, які відповідали критеріям смерті мозку. Тривалість штучної вентиляції легень до розвитку екстрасистолії коливалася від 5 до 113 годин. За тривалістю перебування в цьому стані було виділено 3 стадії морфологічних змін у мозку, характерних саме для «дихального мозку». Картину доповнював некроз 2 верхніх сегментів спинного мозку (обов'язкова ознака).

• У I стадії, що відповідає тривалості крайньої коми 1-5 годин, класичні морфологічні ознаки некрозу мозку не спостерігаються. Однак уже в цей час у цитоплазмі виявляються характерні ліпіди та синьо-зелений дрібнозернистий пігмент. Некротичні зміни спостерігаються в нижніх оливах довгастого мозку та зубчастих ядрах мозочка. Розвиваються порушення кровообігу в гіпофізі та його лійці.
• У II стадії (12-23 години крайньої коми) ознаки некрозу виявляються у всіх відділах мозку та I-II сегментах спинного мозку, але без вираженого розпаду та лише з початковими ознаками реактивних змін у спинному мозку. Мозок стає більш в'ялим, з'являються початкові ознаки розпаду перивентрикулярних відділів та гіпоталамічної області. Після ізоляції мозок розпластаний на столі, картина будови півкуль великого мозку зберігається, при цьому ішемічні зміни нейронів поєднуються з жировою дистрофією, зернистим розпадом, каріоцитолізом. У гіпофізі та його лійці наростають порушення кровообігу з дрібними вогнищами некрозу в аденогіпофізі.
• III стадія (кінцева кома 24-112 год) характеризується наростаючим поширеним аутолізом некротичної речовини мозку та вираженими ознаками демаркації некрозу в спинному мозку та гіпофізі. Мозок в'ялий та погано тримає форму. Защемлені ділянки - гіпоталамічна область, гачки звивин гіпокампу, мозочкові мигдалики та перивентрикулярні ділянки, а також стовбур мозку - знаходяться в стадії розпаду. Більшість нейронів у стовбурі мозку відсутні. На місці нижніх олив спостерігаються множинні крововиливи з некротичних судин, що повторюють їх форми. Артерії та вени поверхні мозку розширені та заповнені гемолізованими еритроцитами, що свідчить про припинення кровотоку в них. В узагальненому варіанті можна виділити 5 патологічних ознак смерті мозку:
  • некроз усіх відділів мозку із загибеллю всіх елементів мозкової речовини:
  • некроз першого та другого шийних сегментів спинного мозку;
  • наявність демаркаційної зони в передній частці гіпофіза та на рівні III та IV шийних сегментів спинного мозку;
  • зупинка кровотоку у всіх судинах мозку;
  • ознаки набряку та підвищеного внутрішньочерепного тиску.

Дуже характерними в субарахноїдальному та субдуральному просторах спинного мозку є мікрочастинки некротичної тканини мозочка, що переносяться потоком спинномозкової рідини до дистальних сегментів.

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