脑死亡的病理生理机制

脑死亡的病理生理机制

严重的机械性脑损伤最常见的原因是反向突然加速造成的创伤。此类伤害最常发生在车祸、高处坠落等情况下。在这些情况下，创伤性脑损伤是由于脑组织在颅腔内发生剧烈的反相运动，直接破坏部分脑组织造成的。严重的非创伤性脑损伤最常见的原因是脑实质出血或脑膜下出血。严重形式的出血，例如脑实质出血或蛛网膜下腔出血，伴有大量血液涌入颅腔，会引发类似于创伤性脑损伤的脑损伤机制。由于心脏活动暂时停止而发生的缺氧也会导致致命的脑损伤。

研究表明，如果血液完全停止流入颅腔30分钟，就会对神经元造成不可逆的损伤，使其无法修复。这种情况发生在两种情况下：颅内压急剧升高至收缩动脉压水平、心脏骤停以及在特定时间内间接心脏按压不足。

为了全面了解短暂性缺氧造成继发性损伤而导致脑死亡的机制，必须更详细地研究颅内压的形成和维持过程，以及脑组织因肿胀和水肿而发生致命性损伤的机制。

维持颅内内容物体积平衡涉及多个生理系统。目前认为颅腔体积是以下几个量的函数：

总血容量 = 血液容量 + 白细胞容量 + 脑容量 + 水容量 + 血容量

其中，V _total为当前颅腔内容物体积；V _blood为脑内血管和静脉窦的血液体积；V _lkv为脑脊液体积；V _brain为脑组织体积；V _water为自由水和结合水的体积；V _x为病理性附加体积（肿瘤、血肿等），颅腔内通常不存在病理性附加体积。

在正常状态下，构成颅腔内容物体积的所有这些成分都处于持续的动态平衡状态，并产生8-10毫米汞柱的颅内压。公式右半部分中任何一个参数的增加都必然会导致其他参数的下降。在正常成分中，V_水和V_{白细胞体积变化最快，V血液体积}变化较小。让我们更详细地探讨导致这些指标升高的主要机制。

脑脊液由脉络丛以0.3-0.4 ml/min的速度生成，脑脊液总量在8小时内完全替换，即每天3次。脑脊液的生成实际上与颅内压的值无关，并且随着脉络丛血流量的减少而减少。同时，脑脊液的吸收与颅内压直接相关：颅内压升高，脑脊液也升高；颅内压降低，脑脊液也降低。已经确定脑脊液形成/吸收系统与颅内压之间的关系是非线性的。因此，脑脊液量和压力的逐渐增加的变化可能不会在临床上表现出来，并且在达到个体确定的临界值后，会出现临床失代偿和颅内压急剧升高。本文还阐述了脱位综合征的发生机制，该综合征是由于大量脑脊液吸收导致颅内压升高而发生的。在静脉流出道阻塞的背景下，大量脑脊液吸收时，颅腔液体排出速度可能会减慢，从而导致脱位。在这种情况下，使用EchoES可以成功识别颅内高压升高的临床前期表现。

在致命性脑损伤的形成过程中，血脑屏障的破坏和细胞毒性脑水肿起着重要作用。已证实，脑组织中的细胞间隙极小，细胞内水张力依靠血脑屏障的功能得以维持。血脑屏障的任何成分遭到破坏都会导致水和各种血浆物质渗入脑组织，从而引起脑水肿。当屏障被破坏时，负责从脑组织中排出水分的代偿机制也会受到破坏。血流量、氧气或葡萄糖含量的急剧变化会直接损害神经元和血脑屏障的组成部分。而且，这些变化发生得非常快。脑部血流完全停止后10秒内就会出现昏迷状态。因此，任何昏迷状态都伴有血脑屏障的破坏，这会导致水和血浆成分释放到细胞外空间，从而引起血管源性水肿。反过来，这些物质在细胞间隙中的存在会导致神经元的代谢损伤，并形成细胞毒性水肿。总之，这两种成分在增加颅内容积方面起着重要作用，并导致颅内压升高。

综上所述，导致脑死亡的机制可以表示如下。

已证实，当脑血流停止并开始脑组织坏死性病变时，脑组织不同部位不可逆死亡的速度各不相同。因此，对缺血最敏感的是海马神经元、梨状神经元（浦肯野细胞）、小脑齿状核的神经元、大脑皮层和基底神经节的大神经元。与此同时，脊髓细胞、大脑皮层的小神经元和丘脑的主要部分对缺氧的敏感性明显较低。然而，如果30分钟内没有任何血液进入颅腔，就会导致中枢神经系统主要部分的结构完整性完全且不可逆地破坏。

因此，当动脉血停止流入颅腔时，就会发生脑死亡。一旦脑组织的营养供应停止，坏死和凋亡过程就开始了。自溶在间脑和小脑中发展最快。当患者在脑血流停止的情况下进行人工通气时，脑部会逐渐坏死，并出现与呼吸支持持续时间直接相关的特征性变化。此类转变最初是在极度昏迷状态下使用人工通气超过12小时的患者中发现和描述的。在这方面，在大多数英语和俄语出版物中，这种情况被称为“呼吸性脑”。一些研究人员认为，这一术语不能充分反映坏死性改变与人工通气的关系，而主要作用是停止脑血流，但这一术语已得到世界范围的认可，并被广泛用于定义符合脑死亡标准超过12小时的患者脑部坏死性改变。

在俄罗斯，LM Popova 开展了一项大型研究项目，旨在确定符合脑死亡标准的患者脑自溶程度与人工通气持续时间之间的相关性。在出现期外收缩之前，人工通气持续时间为 5 至 113 小时。根据处于该状态的持续时间，确定了脑形态学变化的三个阶段，这些变化是“呼吸脑”特有的特征。此外，脊髓上段两节段坏死（这是必需的体征）也与此相符。

• 在第一阶段，相当于1-5小时的极度昏迷，未观察到脑坏死的典型形态学征象。然而，此时已在细胞质中检测到特征性脂质和蓝绿色细颗粒色素。延髓下橄榄体和小脑齿状核出现坏死性改变。垂体及其漏斗部出现循环障碍。
• 在II期（深度昏迷12-23小时），脑组织所有部位和脊髓I-II节段均出现坏死征象，但无明显萎缩，仅出现脊髓反应性改变的初期征象。脑组织变得更加松弛，脑室周围区域和下丘脑区域出现萎缩的初期征象。分离后，将脑组织展开于桌面上，大脑半球的结构模式保留，但神经元缺血性改变伴有脂肪变性、颗粒状萎缩和核细胞溶解。垂体及其漏斗部循环障碍加重，腺垂体出现小块坏死灶。
• 第三阶段（最终昏迷，24-112小时）的特征是坏死脑物质广泛自溶增加，脊髓和垂体出现明显的坏死分界线。脑组织松弛，形态难以维持。受挤压的区域——下丘脑区、海马回钩、小脑扁桃体、脑室周围区域以及脑干——处于衰退阶段。脑干中大多数神经元缺失。下橄榄体部位出现多处坏死血管出血，其形状重复。脑表面动脉和静脉扩张，充满溶血的红细胞，表明血流停止。脑死亡的病理体征通常有5种：
  • 脑所有部分坏死，脑物质的所有元素死亡：
  • 脊髓第一和第二颈段坏死；
  • 在垂体前叶和脊髓 III 和 IV 颈段水平存在分界区；
  • 阻止脑部所有血管的血流；
  • 水肿和颅内压升高的迹象。

脊髓蛛网膜下腔和硬膜下腔中非常典型的特征是坏死的小脑组织微粒，它们随脑脊液流动到远端节段。

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