Rozlane uszkodzenie aksonów - Diffuse axonal injury

Rozlane uszkodzenie aksonów
Porównaj SWI i GRE Trauma.png
Dwa obrazy MRI pacjenta z rozlanym uszkodzeniem aksonów w wyniku urazu, przy natężeniu pola 1,5 tesli . Po lewej: konwencjonalne echo wywołane gradientem (GRE). Po prawej: obraz ważony podatnością (SWI).
Specjalność Neurologia

Rozlane uszkodzenie aksonów ( DAI ) jest uszkodzeniem mózgu, w którym rozsiane uszkodzenia występują na rozległym obszarze w traktach istoty białej, jak również w istocie szarej . DAI jest jednym z najczęstszych i najbardziej wyniszczających rodzajów urazowego uszkodzenia mózgu i jest główną przyczyną utraty przytomności i trwałego stanu wegetatywnego po ciężkim urazie głowy. Występuje w około połowie wszystkich przypadków ciężkiego urazu głowy i może być głównym uszkodzeniem, które pojawia się we wstrząsie mózgu. Rezultatem jest często śpiączka , a ponad 90% pacjentów z ciężkim DAI nigdy nie odzyskuje przytomności. Ci, którzy się budzą, często pozostają znacznie osłabieni.

DAI może wystąpić w całym spektrum ciężkości urazowego uszkodzenia mózgu (TBI), w którym obciążenie urazem wzrasta od łagodnego do ciężkiego. Wstrząs może być łagodniejszym typem rozproszonego uszkodzenia aksonów.

Mechanizm

DAI jest wynikiem traumatycznych sił ścinających , które występują, gdy głowa jest gwałtownie przyspieszana lub zwalniana, co może mieć miejsce w wypadkach samochodowych, upadkach i napaściach. Wypadki samochodowe są najczęstszą przyczyną DAI; może również wystąpić w wyniku znęcania się nad dzieckiem, na przykład w zespole dziecka potrząsanego .

Natychmiastowe odłączenie aksonów można było zaobserwować w przypadku poważnego uszkodzenia mózgu, ale głównym uszkodzeniem DAI jest opóźnione wtórne odłączenie aksonów, które rozwijało się powoli w dłuższym czasie. Odcinki aksonów, które w wyniku mielinizacji wydają się białe , określane są jako istota biała . Uszkodzenia zarówno w istocie szarej, jak i białej stwierdza się w mózgach pośmiertnych w badaniach CT i MRI.

Poza mechanicznym uszkodzeniem cytoszkieletu aksonów , patologia DAI obejmuje również wtórne zmiany fizjologiczne, takie jak przerwany transport aksonów, postępujące obrzęki i zwyrodnienia. Niedawne badania powiązały te zmiany ze skręceniem i niewspółosiowością uszkodzonych mikrotubul aksonów , a także odkładaniem się białka tau i białka prekursorowego amyloidu (APP).

Charakterystyka

Uszkodzenia zazwyczaj występują w istocie białej mózgów uszkodzonych przez DAI; zmiany te różnią się wielkością od około 1–15 mm i są rozmieszczone w charakterystyczny sposób. DAI najczęściej dotyka istoty białej w takich obszarach, jak pień mózgu , ciało modzelowate i półkule mózgowe .

Te płaty mózgu najbardziej narażone na urazy są płatów czołowych i skroniowych. Inne częste lokalizacje DAI to istota biała w korze mózgowej , górnych szypułkach mózgowych , zwojach podstawy mózgu , wzgórzu i głębokich jądrach półkulistych . Te obszary mogą być łatwiej uszkodzone z powodu różnicy w gęstości między nimi a resztą mózgu.

Charakterystyka histologiczna

DAI charakteryzuje się rozdzieleniem aksonów, w którym akson jest rozerwany w miejscu rozciągnięcia, a część dystalna do łzy ulega degradacji. Chociaż kiedyś uważano, że główną przyczyną oddzielenia aksonów było rozdarcie spowodowane siłami mechanicznymi podczas urazu, obecnie wiadomo, że aksony zazwyczaj nie są rozrywane po uderzeniu; raczej wtórne kaskady biochemiczne , które pojawiają się w odpowiedzi na pierwotne uszkodzenie (które występuje w wyniku działania sił mechanicznych w momencie urazu) i mają miejsce w godzinach lub dniach po początkowym uszkodzeniu, są w dużej mierze odpowiedzialne za uszkodzenie aksonów.

Chociaż procesy związane z wtórnym uszkodzeniem mózgu są nadal słabo poznane, obecnie przyjmuje się, że rozciąganie aksonów podczas uszkodzenia powoduje fizyczne rozerwanie i proteolityczną degradację cytoszkieletu . Otwiera również kanały sodowe w aksolemie , co powoduje otwarcie kanałów wapniowych bramkowanych napięciem i przepływ Ca 2+ do komórki. Wewnątrzkomórkowa obecność Ca2 + uruchamia kilka różnych szlaków, w tym aktywację fosfolipaz i enzymów proteolitycznych , uszkadzanie mitochondriów i cytoszkieletu oraz aktywację przekaźników wtórnych , co może prowadzić do oddzielenia aksonu i śmierci komórki.

Zakłócenie cytoszkieletu

Immunoreaktywne profile aksonów obserwuje się jako ziarniste (B, G, H) lub bardziej wydłużone, wrzecionowate (F) obrzęki w ciele modzelowatym i pniu mózgu (H) 24 godziny po urazie mózgu . Przykład immunoreaktywnych neuronów APP (groty strzałek) obserwowanych w korze pod miejscem uderzenia (E, G). Nie zaobserwowano barwienia APP u zdrowych zwierząt kontrolnych (D).

Aksony są zwykle elastyczne, ale po szybkim rozciągnięciu stają się kruche, a cytoszkielet aksonów może zostać złamany. Niewspółosiowość elementów cytoszkieletu po uszkodzeniu rozciągania może prowadzić do rozerwania aksonu i śmierci neuronu. Transport aksonalny trwa do momentu pęknięcia cytoszkieletu, ale nie dalej, prowadząc do nagromadzenia produktów transportu i miejscowego obrzęku w tym punkcie. Kiedy staje się wystarczająco duży, obrzęk może rozerwać akson w miejscu pęknięcia cytoszkieletu, powodując jego cofnięcie się w kierunku ciała komórki i utworzenie opuszki. Ta bańka nazywana jest kulką retrakcyjną , cechą charakterystyczną rozproszonego uszkodzenia aksonów.

Kiedy akson jest przecinany, degeneracja Wallera , w której część aksonu dystalna do pęknięcia ulega degradacji, ma miejsce w ciągu jednego do dwóch dni po urazie. Aksolema rozpada się, mielina rozpada się i zaczyna oddzielać się od komórek w kierunku wstecznym (od ciała komórki w kierunku końca aksonu), a pobliskie komórki rozpoczynają aktywność fagocytarną , pochłaniając szczątki.

Napływ wapnia

Podczas gdy czasami zaburzony jest tylko cytoszkielet, często dochodzi do przerwania aksolemy , powodując napływ Ca 2+ do komórki i wyzwalając różnorodne procesy degradacyjne. Wzrost poziomu Ca 2+ i Na + oraz spadek poziomu K + występuje w aksonie bezpośrednio po urazie. Możliwe drogi wejścia Ca 2+ obejmują kanały sodowe , pory rozerwane w błonie podczas rozciągania oraz awarię transporterów ATP-zależnych z powodu blokady mechanicznej lub braku energii. Wysoki poziom wewnątrzkomórkowego Ca2 + , głównej przyczyny uszkodzeń komórek po uszkodzeniu, niszczy mitochondria i wyzwala fosfolipazy oraz enzymy proteolityczne , które uszkadzają kanały Na+ i degradują lub zmieniają cytoszkielet i aksoplazmę . Nadmiar Ca 2+ może również prowadzić do uszkodzenia bariery krew-mózg i obrzęku mózgu.

Jednym z białek aktywowanych przez obecność wapnia w komórce kalpainy , Ca 2+ -zależną non lizosomalnej proteazy . Około 15 minut do pół godziny po wystąpieniu urazu zaczyna się proces zwany proteolizą spektryny za pośrednictwem kalpainy lub CMSP. Calpain rozkłada cząsteczkę zwaną spektryną , która utrzymuje błonę na cytoszkielecie, powodując tworzenie się pęcherzyków i rozpad cytoszkieletu i błony, a ostatecznie śmierć komórki. Inne cząsteczki, które mogą być degradowane przez kalpain są mikrotubule podjednostek, białka związane z mikrotubulami i neurofilamentów .

Zwykle występujący od jednej do sześciu godzin w procesie uszkodzenia po rozciągnięciu, obecność wapnia w komórce inicjuje kaskadę kaspazy , proces uszkodzenia komórki, który zwykle prowadzi do apoptozy lub „samobójstwa komórki”.

Mitochondria , dendryty i części cytoszkieletu uszkodzone w wyniku urazu mają ograniczoną zdolność gojenia się i regeneracji, proces ten trwa ponad 2 tygodnie. Po urazie astrocyty mogą się kurczyć, powodując atrofię części mózgu .

Diagnoza

Rozproszone uszkodzenie aksonów po wypadku motocyklowym. MRI po 3 dniach: na obrazach T1-zależnych uraz jest ledwo widoczny. Na obrazach ważonych FLAIR , DWI i T2 * można zidentyfikować niewielki spad.

DAI jest trudny do wykrycia, ponieważ nie pokazuje się dobrze na skanach CT lub z innymi technikami obrazowania makroskopowego, chociaż widać go pod mikroskopem. Istnieją jednak cechy typowe dla DAI, które mogą, ale nie muszą, pojawić się na tomografii komputerowej. Uraz rozlany ma większy uraz mikroskopowy niż uraz makroskopowy i jest trudny do wykrycia za pomocą CT i MRI, ale jego obecność można wywnioskować, gdy widoczne są niewielkie krwawienia w ciele modzelowatym lub korze mózgowej . MRI jest bardziej przydatny niż CT do wykrywania cech rozlanego uszkodzenia aksonów w podostrym i przewlekłym przedziale czasowym. Nowsze badania, takie jak obrazowanie tensora dyfuzji, są w stanie wykazać stopień uszkodzenia włókien istoty białej, nawet gdy standardowy MRI jest ujemny. Ponieważ uszkodzenie aksonów w DAI jest w dużej mierze wynikiem wtórnych kaskad biochemicznych , ma ono opóźniony początek, więc osoba z DAI, która początkowo wydaje się dobrze, może później ulec pogorszeniu. W związku z tym uraz jest często poważniejszy niż się wydaje, a lekarze powinni podejrzewać DAI u każdego pacjenta, którego tomografia komputerowa wydaje się być normalna, ale u których występują objawy, takie jak utrata przytomności .

MRI jest bardziej czuły niż skany CT, ale nadal jest podatny na fałszywie ujemne wyniki, ponieważ DAI identyfikuje się na podstawie obserwacji oznak obrzęku , który nie zawsze może być obecny.

DAI dzieli się na stopnie na podstawie ciężkości urazu. W stopniu I obecne są rozległe uszkodzenia aksonów, ale nie obserwuje się ogniskowych nieprawidłowości. W stopniu II uszkodzenia stwierdzone w stopniu I są obecne oprócz ogniskowych nieprawidłowości, zwłaszcza w ciele modzelowatym. Uszkodzenie stopnia III obejmuje zarówno stopień I, jak i II oraz rostralne uszkodzenie pnia mózgu i często rozdarcia w tkance.

Leczenie

DAI obecnie nie ma specyficznego leczenia poza tym dla każdego rodzaju urazu głowy , który obejmuje stabilizację pacjenta i próbę ograniczenia wzrostu ciśnienia śródczaszkowego (ICP).

Historia

Pomysł DAI pojawił się po raz pierwszy w wyniku badań Sabiny Strich nad uszkodzeniami istoty białej osób, które przed laty doznały urazu głowy. Strich po raz pierwszy zaproponował ten pomysł w 1956 roku, nazywając go rozproszoną degeneracją istoty białej ; jednak preferowano bardziej zwięzły termin „rozlane uszkodzenie aksonów”. Strich badał związek między demencją a urazem głowy i stwierdził w 1956 r., że DAI odegrało integralną rolę w ewentualnym rozwoju demencji spowodowanej urazem głowy. Termin DAI został wprowadzony na początku lat 80-tych.

Godne uwagi przykłady

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Klasyfikacja
Zasoby zewnętrzne