Pathofysiologische mechanismen van hersendood

Pathologische mechanismen van hersendood

Ernstige mechanische schade aan de hersenen treedt meestal op als gevolg van trauma veroorzaakt door een plotselinge versnelling met een tegengesteld gerichte vector. Dergelijke verwondingen komen het vaakst voor bij auto-ongelukken, vallen van grote hoogte, enz. Traumatisch hersenletsel wordt in deze gevallen veroorzaakt door een scherpe tegenfasebeweging van de hersenen in de schedelholte, die direct delen van de hersenen vernietigt. Kritieke niet-traumatische hersenschade treedt meestal op als gevolg van een bloeding in de hersensubstantie of onder de hersenvliezen. Ernstige vormen van bloeding, zoals parenchymatische of subarachnoïdale bloeding, gepaard gaande met het uitstromen van een grote hoeveelheid bloed in de schedelholte, activeren mechanismen van hersenschade die vergelijkbaar zijn met traumatisch hersenletsel. Anoxia, die optreedt als gevolg van tijdelijke stopzetting van de hartactiviteit, leidt ook tot fatale hersenschade.

Het is aangetoond dat als de bloedstroom in de schedelholte gedurende 30 minuten volledig stopt, dit onherstelbare schade aan neuronen veroorzaakt, waarvan herstel onmogelijk wordt. Deze situatie doet zich in twee gevallen voor: bij een sterke stijging van de intracraniale druk tot het niveau van de systolische arteriële druk, bij een hartstilstand en bij onvoldoende indirecte hartmassage gedurende de gespecificeerde tijdsperiode.

Om het mechanisme van de ontwikkeling van hersendood als gevolg van secundaire schade bij voorbijgaande anoxie volledig te begrijpen, is het noodzakelijk om dieper in te gaan op het proces van het ontstaan en in stand houden van intracraniële druk en de mechanismen die leiden tot fatale schade aan hersenweefsel als gevolg van zwelling en oedeem.

Er zijn verschillende fysiologische systemen betrokken bij het handhaven van het evenwicht van het volume van de intracraniële inhoud. Momenteel wordt aangenomen dat het volume van de schedelholte afhankelijk is van de volgende grootheden:

Vtotaal = Vbloed + Vleukocyten + Vhersenen + Vwater + Vx

Waarbij V _totaal het huidige volume van de schedelinhoud is; V _bloed het volume van het bloed in de intracerebrale vaten en veneuze sinussen is; V _lkv het volume van het hersenvocht is; V _hersenen het volume van het hersenweefsel is; V _water het volume van het vrije en gebonden water is; V _x het pathologische extra volume is (tumor, hematoom, etc.) dat normaal gesproken afwezig is in de schedelholte.

In een normale toestand bevinden al deze componenten, die het volume van de schedelinhoud vormen, zich in een constant dynamisch evenwicht en creëren ze een intracraniële druk van 8-10 mm Hg. Elke toename van een van de parameters in de rechterhelft van de formule leidt onvermijdelijk tot een afname van de andere. Van de normale componenten veranderen V _water en V _{leukv het snelst van volume, en Vbloed} in mindere mate. Laten we dieper ingaan op de belangrijkste mechanismen die leiden tot een toename van deze indicatoren.

Het cerebrospinaalvocht wordt gevormd door de vaatplexus (choroïdeus) met een snelheid van 0,3-0,4 ml/min. Het volledige volume cerebrospinaalvocht wordt binnen 8 uur, d.w.z. 3 keer per dag, volledig vervangen. De vorming van cerebrospinaalvocht is praktisch onafhankelijk van de waarde van de intracraniële druk en neemt af naarmate de bloedstroom door de plexus choroïdeus afneemt. Tegelijkertijd is de absorptie van cerebrospinaalvocht direct gerelateerd aan de intracraniële druk: met een toename neemt de druk toe, met een afname neemt de druk af. Het is vastgesteld dat de relatie tussen het systeem voor de vorming/absorptie van cerebrospinaalvocht en de intracraniële druk niet-lineair is. Geleidelijk toenemende veranderingen in het volume en de druk van het cerebrospinaalvocht kunnen zich dus niet klinisch manifesteren, en na het bereiken van een individueel bepaalde kritische waarde treden klinische decompensatie en een scherpe stijging van de intracraniële druk op. Het mechanisme van het ontstaan van het dislocatiesyndroom, dat optreedt als gevolg van de absorptie van een grote hoeveelheid cerebrospinaalvocht met een toename van de intracraniële druk, wordt ook beschreven. Hoewel een grote hoeveelheid cerebrospinaalvocht werd geabsorbeerd tegen een achtergrond van veneuze uitstroomobstructie, kan de evacuatie van vocht uit de schedelholte vertragen, wat leidt tot het ontstaan van een dislocatie. In dit geval kunnen preklinische manifestaties van toenemende intracraniële hypertensie met succes worden vastgesteld met behulp van EchoES.

Bij het ontstaan van fatale hersenschade spelen schending van de bloed-hersenbarrière en cytotoxisch hersenoedeem een belangrijke rol. Het is vastgesteld dat de intercellulaire ruimte in hersenweefsel extreem klein is en dat de intracellulaire waterspanning in stand wordt gehouden door de werking van de bloed-hersenbarrière. De vernietiging van een van de componenten hiervan leidt tot de penetratie van water en diverse plasmacomponenten in het hersenweefsel, wat leidt tot oedeem. Compensatiemechanismen die water uit hersenweefsel onttrekken, raken ook beschadigd wanneer de barrière wordt doorbroken. Scherpe veranderingen in de bloedstroom, het zuurstof- of glucosegehalte hebben een schadelijk effect direct op zowel neuronen als componenten van de bloed-hersenbarrière. Bovendien vinden de veranderingen zeer snel plaats. Een bewusteloosheidstoestand ontwikkelt zich binnen 10 seconden nadat de bloedstroom naar de hersenen volledig is gestopt. Elke bewusteloosheidstoestand gaat dus gepaard met schade aan de bloed-hersenbarrière, wat leidt tot het vrijkomen van water en plasmacomponenten in de extracellulaire ruimte, wat vasogeen oedeem veroorzaakt. De aanwezigheid van deze stoffen in de intercellulaire ruimte leidt op zijn beurt tot metabole schade aan neuronen en de ontwikkeling van intracellulair cytotoxisch oedeem. Samen spelen deze twee componenten een belangrijke rol bij de toename van het intracraniële volume en leiden ze tot een verhoogde intracraniële druk.

Om het bovenstaande samen te vatten, kunnen de mechanismen die leiden tot hersendood als volgt worden weergegeven.

Het is vastgesteld dat wanneer de bloedtoevoer naar de hersenen stopt en necrotische veranderingen in hersenweefsel optreden, de snelheid waarmee de verschillende delen ervan onomkeerbaar afsterven, varieert. De hippocampusneuronen, piriforme neuronen (Purkinjecellen), neuronen van de nucleus dentatus van de kleine hersenen, grote neuronen van de neocortex en basale ganglia zijn het meest gevoelig voor een gebrek aan bloedtoevoer. Tegelijkertijd zijn ruggenmergcellen, kleine neuronen van de hersenschors en het grootste deel van de thalamus aanzienlijk minder gevoelig voor zuurstofgebrek. Echter, als er gedurende 30 minuten helemaal geen bloed in de schedelholte komt, leidt dit tot volledige en onomkeerbare vernietiging van de structurele integriteit van de belangrijkste delen van het centrale zenuwstelsel.

Hersendood treedt dus op wanneer de arteriële bloedstroom naar de schedelholte stopt. Zodra de toevoer van voedingsstoffen naar het hersenweefsel stopt, beginnen de processen van necrose en apoptose. Autolyse ontwikkelt zich het snelst in het diencephalon en het cerebellum. Wanneer kunstmatige beademing wordt toegepast bij een patiënt met een stopzetting van de cerebrale bloedstroom, worden de hersenen geleidelijk necrotisch en treden er karakteristieke veranderingen op die direct afhankelijk zijn van de duur van de beademing. Dergelijke transformaties werden voor het eerst geïdentificeerd en beschreven bij patiënten die langer dan 12 uur beademd werden in een extreem coma. In dit verband wordt deze aandoening in de meeste Engelstalige en Russischtalige publicaties aangeduid met de term "respiratoire hersenen". Volgens sommige onderzoekers weerspiegelt deze term de relatie tussen necrotische veranderingen en kunstmatige beademing niet volledig, terwijl de hoofdrol wordt toegeschreven aan de stopzetting van de cerebrale bloedstroom. Deze term heeft echter wereldwijde erkenning gekregen en wordt veel gebruikt om necrotische veranderingen in de hersenen te definiëren bij patiënten bij wie de aandoening langer dan 12 uur voldoet aan de criteria voor hersendood.

In Rusland voerde LM Popova een grootschalig onderzoeksproject uit om de correlatie te identificeren tussen de mate van hersenautolyse en de duur van kunstmatige beademing bij patiënten die voldeden aan de criteria voor hersendood. De duur van kunstmatige beademing vóór het optreden van een extrasystole varieerde van 5 tot 113 uur. Afhankelijk van de duur van het verblijf in deze toestand werden drie stadia van morfologische veranderingen in de hersenen geïdentificeerd, die specifiek kenmerkend zijn voor de "ademhalingshersenen". Het beeld werd aangevuld met necrose van de twee bovenste segmenten van het ruggenmerg (een verplicht teken).

• In stadium I, overeenkomend met de duur van het extreme coma van 1-5 uur, worden klassieke morfologische tekenen van hersennecrose niet waargenomen. Echter, reeds in dit stadium worden karakteristieke lipiden en een blauwgroen fijnkorrelig pigment in het cytoplasma gedetecteerd. Necrotische veranderingen worden waargenomen in de onderste olijven van de medulla oblongata en de dentate nuclei van de cerebellum. Bloedsomloopstoornissen ontwikkelen zich in de hypofyse en haar trechter.
• In stadium II (12-23 uur van extreme coma) worden tekenen van necrose waargenomen in alle delen van de hersenen en de I-II segmenten van het ruggenmerg, maar zonder uitgesproken verval en slechts met eerste tekenen van reactieve veranderingen in het ruggenmerg. De hersenen worden slapper, er verschijnen eerste tekenen van verval van de periventriculaire delen en de hypothalamus. Na isolatie worden de hersenen uitgespreid op de tafel, waarbij het patroon van de structuur van de hersenhelften behouden blijft, terwijl ischemische veranderingen in neuronen gepaard gaan met vettige degeneratie, granulaire verval en karyocytolyse. In de hypofyse en haar trechter nemen de circulatiestoornissen toe met kleine necrotische haarden in de adenohypofyse.
• Stadium III (uiteindelijk coma 24-112 uur) wordt gekenmerkt door toenemende, wijdverspreide autolyse van necrotisch hersenweefsel en duidelijke tekenen van necroseafbakening in het ruggenmerg en de hypofyse. De hersenen zijn slap en behouden hun vorm slecht. De beknelde gebieden - de hypothalamus, de haken van de hippocampusgyri, de cerebellaire amandelen en de periventriculaire gebieden, evenals de hersenstam - bevinden zich in het stadium van verval. De meeste neuronen in de hersenstam ontbreken. In plaats van de onderste olijven zijn er meerdere bloedingen uit necrotische vaten, die hun vorm herhalen. Slagaders en aders van het hersenoppervlak zijn verwijd en gevuld met gehemolyseerde erytrocyten, wat wijst op het stoppen van de bloedstroom daarin. In een algemene versie kunnen 5 pathologische tekenen van hersendood worden onderscheiden:
  • necrose van alle delen van de hersenen met de dood van alle elementen van de hersenmaterie:
  • necrose van het eerste en tweede cervicale segment van het ruggenmerg;
  • de aanwezigheid van een demarcatiezone in de voorste kwab van de hypofyse en ter hoogte van de cervicale segmenten III en IV van het ruggenmerg;
  • het stoppen van de bloedstroom in alle bloedvaten van de hersenen;
  • tekenen van oedeem en verhoogde intracraniale druk.

Zeer kenmerkend voor de subarachnoïdale en subdurale ruimten van het ruggenmerg zijn microdeeltjes van necrotisch cerebellair weefsel, die met de stroom van hersenvocht naar de distale segmenten worden meegevoerd.

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