Meccanismi fisiopatologici della morte cerebrale

Meccanismi patofisiologici della morte cerebrale

Gravi danni meccanici al cervello si verificano più spesso a seguito di traumi causati da un'accelerazione improvvisa con un vettore in direzione opposta. Tali lesioni si verificano più spesso in incidenti automobilistici, cadute da grandi altezze, ecc. In questi casi, la lesione cerebrale traumatica è causata da un brusco movimento antifase del cervello nella cavità cranica, che distrugge direttamente parti del cervello. I danni cerebrali critici non traumatici si verificano più spesso a seguito di emorragia nella sostanza cerebrale o sotto le meningi. Forme gravi di emorragia, come quella parenchimatosa o subaracnoidea, accompagnate dal versamento di una grande quantità di sangue nella cavità cranica, innescano meccanismi di danno cerebrale simili a quelli del trauma cranico. L'anossia, che si verifica a seguito della temporanea cessazione dell'attività cardiaca, porta anche a danni cerebrali fatali.

È stato dimostrato che se il sangue smette completamente di fluire nella cavità cranica per 30 minuti, ciò provoca danni irreversibili ai neuroni, il cui ripristino diventa impossibile. Questa situazione si verifica in due casi: con un brusco aumento della pressione intracranica fino al livello della pressione arteriosa sistolica, con arresto cardiaco e massaggio cardiaco indiretto inadeguato durante il periodo di tempo specificato.

Per comprendere appieno il meccanismo di sviluppo della morte cerebrale come conseguenza di danni secondari in caso di anossia transitoria, è necessario soffermarsi più in dettaglio sul processo di formazione e mantenimento della pressione intracranica e sui meccanismi che portano al danno fatale del tessuto cerebrale a seguito del suo rigonfiamento ed edema.

Diversi sistemi fisiologici sono coinvolti nel mantenimento dell'equilibrio del volume del contenuto intracranico. Attualmente, si ritiene che il volume della cavità cranica sia funzione delle seguenti grandezze:

Vtotale = Vsangue + Vleucociti + Vcervello + Vacqua + Vx

Dove V _totale è il volume attuale del contenuto cranico; V _sangue è il volume di sangue nei vasi intracerebrali e nei seni venosi; V _lkv è il volume del liquido cerebrospinale; V _cervello è il volume del tessuto cerebrale; V _acqua è il volume di acqua libera e legata; V _x è il volume aggiuntivo patologico (tumore, ematoma, ecc.), che normalmente è assente nella cavità cranica.

In condizioni normali, tutti questi componenti che costituiscono il volume del contenuto cranico sono in costante equilibrio dinamico e creano una pressione intracranica di 8-10 mm Hg. Qualsiasi aumento di uno dei parametri nella metà destra della formula porta a un'inevitabile diminuzione degli altri. Tra i componenti normali, V _acqua e V _{leucocita cambiano il loro volume più rapidamente, e Vsangue} in misura minore. Soffermiamoci più in dettaglio sui principali meccanismi che portano a un aumento di questi indicatori.

Il liquido cerebrospinale viene prodotto dai plessi vascolari (corioidei) a una velocità di 0,3-0,4 ml/min; l'intero volume di liquido cerebrospinale viene completamente sostituito entro 8 ore, ovvero 3 volte al giorno. La formazione di liquido cerebrospinale è praticamente indipendente dal valore della pressione intracranica e diminuisce con la diminuzione del flusso sanguigno attraverso i plessi corioidei. Allo stesso tempo, l'assorbimento del liquido cerebrospinale è direttamente correlato alla pressione intracranica: con il suo aumento, aumenta e con la sua diminuzione, diminuisce. È stato stabilito che la relazione tra il sistema di formazione/assorbimento del liquido cerebrospinale e la pressione intracranica non è lineare. Pertanto, variazioni gradualmente crescenti del volume e della pressione del liquido cerebrospinale potrebbero non manifestarsi clinicamente e, dopo aver raggiunto un valore critico determinato individualmente, si verificano uno scompenso clinico e un brusco aumento della pressione intracranica. Viene inoltre descritto il meccanismo di sviluppo della sindrome da lussazione, che si verifica a seguito dell'assorbimento di un grande volume di liquido cerebrospinale con un aumento della pressione intracranica. Sebbene una grande quantità di liquido cerebrospinale venga assorbita in presenza di ostruzione del deflusso venoso, l'evacuazione del liquido dalla cavità cranica può rallentare, portando allo sviluppo di una lussazione. In questo caso, le manifestazioni precliniche di un aumento dell'ipertensione intracranica possono essere determinate con successo utilizzando EchoES.

La violazione della barriera emato-encefalica e l'edema cerebrale citotossico svolgono un ruolo importante nello sviluppo di danni cerebrali fatali. È stato dimostrato che lo spazio intercellulare nel tessuto cerebrale è estremamente ridotto e che la tensione idrica intracellulare viene mantenuta grazie al funzionamento della barriera emato-encefalica; la distruzione di uno qualsiasi dei suoi componenti porta alla penetrazione di acqua e di varie sostanze plasmatiche nel tessuto cerebrale, causandone l'edema. Anche i meccanismi compensatori che consentono l'estrazione di acqua dal tessuto cerebrale vengono danneggiati quando la barriera viene violata. Brusche variazioni del flusso sanguigno, del contenuto di ossigeno o di glucosio hanno un effetto dannoso diretto sia sui neuroni che sui componenti della barriera emato-encefalica. Inoltre, tali variazioni si verificano molto rapidamente. Uno stato di incoscienza si sviluppa entro 10 secondi dall'interruzione completa del flusso sanguigno al cervello. Pertanto, qualsiasi stato di incoscienza è accompagnato da un danno alla barriera emato-encefalica, che porta al rilascio di acqua e componenti plasmatici nello spazio extracellulare, causando un edema vasogenico. A sua volta, la presenza di queste sostanze nello spazio intercellulare porta a danni metabolici ai neuroni e allo sviluppo di edema citotossico intracellulare. Nel complesso, questi due componenti svolgono un ruolo importante nell'aumento del volume intracranico e portano ad un aumento della pressione intracranica.

Riassumendo quanto detto sopra, i meccanismi che portano alla morte cerebrale possono essere rappresentati come segue.

È stato dimostrato che, quando il flusso ematico cerebrale cessa e iniziano i cambiamenti necrotici nel tessuto cerebrale, il tasso di morte irreversibile delle sue diverse parti varia. Pertanto, i più sensibili alla mancanza di apporto ematico sono i neuroni dell'ippocampo, i neuroni piriformi (cellule di Purkinje), i neuroni del nucleo dentato del cervelletto, i grandi neuroni della neocorteccia e i gangli della base. Allo stesso tempo, le cellule del midollo spinale, i piccoli neuroni della corteccia cerebrale e la parte principale del talamo sono significativamente meno sensibili all'anossia. Tuttavia, se il sangue non entra affatto nella cavità cranica per 30 minuti, ciò porta alla distruzione completa e irreversibile dell'integrità strutturale delle parti principali del sistema nervoso centrale.

Pertanto, la morte cerebrale si verifica quando il sangue arterioso smette di fluire nella cavità cranica. Non appena l'apporto di nutrienti al tessuto cerebrale si interrompe, iniziano i processi di necrosi e apoptosi. L'autolisi si sviluppa più rapidamente nel diencefalo e nel cervelletto. Quando si esegue la ventilazione artificiale in un paziente con arresto del flusso ematico cerebrale, il cervello diventa gradualmente necrotico e compaiono alterazioni caratteristiche che dipendono direttamente dalla durata del supporto respiratorio. Tali trasformazioni sono state identificate e descritte per la prima volta in pazienti sottoposti a ventilazione artificiale per più di 12 ore in coma estremo. A questo proposito, nella maggior parte delle pubblicazioni in lingua inglese e russa, questa condizione è designata con il termine "cervello respiratorio". Secondo alcuni ricercatori, questo termine non riflette adeguatamente la relazione tra cambiamenti necrotici e ventilazione artificiale, mentre il ruolo principale è attribuito alla cessazione del flusso sanguigno cerebrale; tuttavia, questo termine ha ricevuto riconoscimento mondiale ed è ampiamente utilizzato per definire cambiamenti necrotici nel cervello di pazienti le cui condizioni soddisfano i criteri di morte cerebrale da più di 12 ore.

In Russia, LM Popova ha condotto un ampio progetto di ricerca per identificare la correlazione tra il grado di autolisi cerebrale e la durata della ventilazione artificiale in pazienti che soddisfacevano i criteri di morte cerebrale. La durata della ventilazione artificiale prima dello sviluppo dell'extrasistole variava da 5 a 113 ore. In base alla durata della permanenza in questo stato, sono stati identificati 3 stadi di alterazioni morfologiche cerebrali, caratteristici specificamente del "cervello respiratorio". Il quadro era completato dalla necrosi dei due segmenti superiori del midollo spinale (un segno imprescindibile).

• Nello stadio I, corrispondente alla durata del coma estremo di 1-5 ore, non si osservano i classici segni morfologici di necrosi cerebrale. Tuttavia, già in questa fase, nel citoplasma vengono rilevati i caratteristici lipidi e un pigmento blu-verde a grana fine. Si osservano alterazioni necrotiche nelle olive inferiori del midollo allungato e nei nuclei dentati del cervelletto. Si sviluppano disturbi circolatori nell'ipofisi e nel suo imbuto.
• Nello stadio II (12-23 ore di coma estremo), si rilevano segni di necrosi in tutte le parti dell'encefalo e nei segmenti I-II del midollo spinale, ma senza un decadimento pronunciato e solo con segni iniziali di alterazioni reattive nel midollo spinale. L'encefalo diventa più flaccido, compaiono i primi segni di decadimento delle sezioni periventricolari e della regione ipotalamica. Dopo l'isolamento, l'encefalo viene disteso sul tavolo operatorio, la struttura degli emisferi cerebrali è conservata, mentre le alterazioni ischemiche nei neuroni si combinano con degenerazione grassa, decadimento granulare e cariocitolisi. Nell'ipofisi e nel suo imbuto, i disturbi circolatori aumentano con piccoli focolai di necrosi nell'adenoipofisi.
• Lo stadio III (coma definitivo 24-112 ore) è caratterizzato da un'autolisi diffusa e crescente della materia cerebrale necrotica e da segni pronunciati di demarcazione della necrosi nel midollo spinale e nell'ipofisi. L'encefalo è flaccido e mantiene scarsamente la sua forma. Le aree schiacciate - la regione ipotalamica, gli uncini dei giri ippocampali, le tonsille cerebellari e le aree periventricolari, così come il tronco encefalico - sono in fase di decadimento. La maggior parte dei neuroni nel tronco encefalico è assente. Al posto delle olive inferiori, si osservano molteplici emorragie da vasi necrotici, che ne ripetono la forma. Le arterie e le vene della superficie cerebrale sono dilatate e piene di eritrociti emolizzati, a indicare la cessazione del flusso sanguigno. In una versione generalizzata, si possono distinguere 5 segni patologici di morte cerebrale:
  • necrosi di tutte le parti del cervello con morte di tutti gli elementi della materia cerebrale:
  • necrosi del primo e del secondo segmento cervicale del midollo spinale;
  • la presenza di una zona di demarcazione nel lobo anteriore dell'ipofisi e a livello dei segmenti cervicali III e IV del midollo spinale;
  • bloccando il flusso sanguigno in tutti i vasi del cervello;
  • segni di edema e aumento della pressione intracranica.

Molto caratteristiche negli spazi subaracnoidei e subdurali del midollo spinale sono le microparticelle di tessuto cerebellare necrotico, trasportate dal flusso del liquido cerebrospinale verso i segmenti distali.

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