Патофизиологические механизмы смерти мозга

Патофизиологические механизмы смерти мозга

Тяжёлые механические повреждения головного мозга чаще всего возникают в результате травмы, вызванной резким ускорением с противоположно направленным вектором. Такие травмы чаще всего происходят при автомобильных авариях, падениях с большой высоты и т.д. Черепно-мозговая травма в этих случаях обусловлена резким противофазным движением мозга в полости черепа, при котором происходит непосредственное разрушение участков мозга. Критические нетравматические поражения мозга чаще возникают в результате кровоизлияния либо в вещество мозга, либо под мозговые оболочки. Такие тяжёлые формы кровоизлияний, как паренхиматозное или субарахноидальное, сопровождающиеся излитием большого количества крови в полость черепа, запускают сходные с черепно-мозговой травмой механизмы повреждений мозга. К фатальному поражению мозга ведёт также аноксия, возникающая в результате временного прекращения сердечной деятельности.

Показано, что если кровь полностью прекращает поступать в полость черепа в течение 30 мин, это вызывает необратимое поражение нейронов, восстановление которых становится невозможным. Такая ситуация возникает в 2 случаях: при резком повышении внутричерепного давления до уровня систолического артериального давления, при остановке сердечной деятельности и проведении неадекватного непрямого массажа сердца в течение указанного периода времени.

Чтобы полностью понимать механизм развития смерти мозга в результате вторичного поражения в случае преходящей аноксии, необходимо более подробно остановиться на процессе формирования и поддержания внутричерепного давления и механизмах, ведущих к фатальному повреждению тканей мозга в результате его набухания и отёка.

Существует несколько физиологических систем, участвующих в поддержании равновесия объёма внутричерепного содержимого. В настоящее время считают, что объём полости черепа - функция следующих величин:

Vобщ=Vкрови + Vлкв + Vмозга + Vводы + Vх

где V_общ - объём содержимого черепа в настоящее время; V_крови - объём крови, находящейся во внутримозговых сосудах и венозных синусах; V_лкв - объём ликвора; V_мозга - объём ткани мозга; V_воды - объём свободной и связанной воды; V_x - патологический дополнительный объём (опухоль, гематома и т.д.), в норме отсутствующий в полости черепа.

В нормальном состоянии все эти компоненты, образующие объём содержимого черепа, находятся в постоянном динамическом равновесии и создают внутричерепное давление, составляющее 8-10 мм рт.ст. Любое увеличение одного из параметров в правой половине формулы ведёт к неизбежному уменьшению других. Наиболее быстро из нормальных составляющих свой объём меняют V_воды и V_лкв, в меньшей степени - V_крови. Остановимся подробнее на основных механизмах, ведущих к повышению этих показателей.

Ликвор образуют сосудистые (хориоидные) сплетения со скоростью 0,3-0,4 мл/мин, полностью замена всего объёма ликвора происходит за 8 ч, то есть 3 раза в сут. Образование ликвора практически не зависит от величины внутричерепного давления и уменьшается при снижении кровотока по сосудистым сплетениям. В то же время абсорбция ликвора напрямую связана с внутричерепным давлением: при его повышении увеличивается, а при снижении - уменьшается. Установлено, что зависимость между системой образования/абсорбции ликвора и внутричерепным давлением имеет нелинейный характер. Таким образом, постепенно нарастающие изменения объёма и давления ликвора могут не проявляться клинически, а после достижения индивидуально определённой критической величины происходят клиническая декомпенсация и резкий рост внутричерепного давления. Описан также механизм развития дислокационного синдрома, возникающего в результате абсорбции большого объёма ликвора при повышении внутричерепного давления. В то время как большое количество ликвора абсорбировалось на фоне затруднения венозного оттока, может замедляться эвакуация жидкости из полости черепа, что ведёт к развитию дислокации. При этом доклинические проявления нарастающей внутричерепной гипертензии можно успешно определять с помощью ЭхоЭС.

В развитии фатального повреждения мозга важную роль играют нарушение гематоэнцефалического барьера и цитотоксический отёк мозга. Установлено, что межклеточное пространство в ткани мозга чрезвычайно мало, а напряжение внутриклеточной воды поддерживается за счёт функционирования гематоэнцефалического барьера, разрушение любого из компонентов которого ведёт к проникновению воды и различных веществ плазмы в ткани мозга, вызывая его отёк. Компенсаторные механизмы, позволяющие извлекать воду из ткани мозга, также повреждаются при нарушении барьера. Резкие изменения кровотока, содержания кислорода или глюкозы оказывают повреждающее воздействие непосредственно и на нейроны, и на компоненты гематоэнцефалического барьера. При этом изменения происходят очень быстро. Бессознательное состояние развивается уже через 10 с после того, как полностью прекращается поступление крови в мозг. Таким образом, любое бессознательное состояние сопровождается повреждением гематоэнцефалического барьера, что ведёт к выходу воды и компонентов плазмы во внеклеточное пространство, вызывает вазогенный отёк. В свою очередь наличие этих веществ в межклеточном пространстве ведёт к метаболическому повреждению нейронов и развитию внутриклеточного цитотоксического отёка. В сумме эти 2 компонента играют основную роль в повышении внутричерепного объёма и ведут к повышению внутричерепного давления.

Если суммировать всё перечисленное, то механизмы, ведущие к смерти мозга, можно представить следующим образом.

Установлено, что при прекращении мозгового кровотока и начале некротических изменений ткани мозга скорость необратимой гибели разных его участков различна. Так, наиболее чувствительны к недостатку поступления крови нейроны гиппокампа, грушевидные нейроны (клетки Пуркинье), нейроны зубчатого ядра мозжечка, большие нейроны новой коры и базальных ганглиев. В то же время клетки спинного мозга, малые нейроны коры большого мозга и основная часть таламуса значительно менее чувствительны к аноксии. Тем не менее, если кровь абсолютно не поступает в полость черепа в течение 30 мин, это ведёт к полному и необратимому разрушению структурной целостности основных отделов ЦНС.

Итак, смерть мозга наступает, когда артериальная кровь прекращает поступать в полость черепа. Как только прекращается поступление питательных веществ к ткани мозга, начинаются процессы некроза и апоптоза. Наиболее быстро аутолиз развивается в промежуточном мозге и мозжечке. По мере проведения ИВЛ у больного с прекратившимся мозговым кровотоком мозг постепенно некротизируется, появляются характерные изменения, напрямую зависящие от длительности респираторной поддержки. Такие трансформации впервые были выявлены и описаны у больных, более 12 ч находившихся на ИВЛ в запредельной коме. В связи с этим в большинстве англоязычных и русскоязычных публикаций такое состояние обозначают термином «респираторный мозг». По мнению некоторых исследователей, этот термин не совсем адекватно отражает связь некротических изменений именно с проведением ИВЛ, при этом основную роль отводят прекращению мозгового кровотока, однако этот термин получил мировое признание и широко применяется для определения некротических изменений мозга больных, состояние которых соответствует критериям смерти мозга более 12 ч.

В России большую исследовательскую работу по выявлению корреляции между степенью аутолиза мозга и длительностью проведения ИВЛ у больных, соответствующих критериям смерти мозга, провела Л.М. Попова. Длительность проведения ИВЛ до момента развития экстрасистолии составила от 5 до 113 ч. Соответственно длительности пребывания в этом состоянии были выделены 3 стадии морфологических изменений мозга, характерных именно для «респираторного мозга». Картину дополнял некроз 2 верхних сегментов спинного мозга (облигатный признак).

• В I стадии, соответствующей длительности запредельной комы 1-5 ч, классических морфологических признаков некроза головного мозга не отмечают. Однако уже в это время в цитоплазме выявляют характерные липиды и сине-зелёный мелкозернистый пигмент. В нижних оливах продолговатого мозга и зубчатых ядрах мозжечка отмечают некротические изменения. В гипофизе и его воронке развиваются нарушения кровообращения.
• Во II стадии (12-23 ч запредельной комы) во всех отделах головного и I-II сегментах спинного мозга выявляют признаки некроза, однако без выраженного распада и лишь с начальными признаками реактивных изменений в спинном мозге. Головной мозг становится более дряблым, появляются начальные признаки распада перивентрикулярных отделов и гипоталамической области. После выделения мозг распластывается на столе, рисунок строения полушарий мозга сохранён, при этом ишемическое изменение нейронов сочетается с жировой дистрофией, зернистым распадом, кариоцитолизом. В гипофизе и его воронке нарастают расстройства кровообращения с небольшими очагами некроза в аденогипофизе.
• Для III стадии (запредельная кома 24-112 ч) характерны нарастающий распространённый аутолиз некротизированного вещества головного мозга и выраженные признаки демаркации некроза в спинном мозге и гипофизе. Мозг дряблый, плохо удерживает форму. Ущемлённые участки - гипоталамическая область, крючки гиппокамповых извилин, миндалины мозжечка и перивентрикулярные области, а также ствол мозга - в стадии распада. Большинство нейронов в стволе мозга отсутствует. На месте нижних олив располагаются множественные кровоизлияния из некротизированных сосудов, повторяющие их формы. Артерии и вены поверхности мозга расширены и заполнены гемолизированными эритроцитами, что указывает на прекращение в них кровотока. В обобщённом варианте можно выделить 5 патологоанатомических признаков смерти мозга:
  • некроз всех отделов головного мозга с гибелью всех элементов мозгового вещества:
  • некроз I и II шейных сегментов спинного мозга;
  • наличие зоны демаркации в передней доле гипофиза и на уровне III и IV шейных сегментов спинного мозга;
  • остановка кровотока во всех сосудах мозга;
  • признаки отёка и повышения внутричерепного давления.

Весьма характерны в субарахноидальном и субдуральном пространствах спинного мозга микрочастицы некротизированнои ткани мозжечка, разносимые с током ликвора до дистальных сегментов.

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