脑损伤机制的研究进展

二、脑损伤机制的研究进展

颅脑损伤始于致伤外力作用于头部，导致颅骨、脑膜、脑血管和脑组织的机械变形（mechanical distortion）。颅脑损伤的类型则取决于机械变形发生的部位和严重程度。其中脑损伤无疑具有特别重要的意义。

颅脑损伤中致命的损伤主要是脑损伤。脑损伤有原发性和继发性之分，原发性脑损伤主要是神经组织和脑血管的损伤，表现为神经纤维的断裂及其功能障碍、不同类型的神经细胞变性坏死和功能损害。继发性脑损伤包括脑缺血、脑血肿、脑肿胀、脑水肿、颅内压升高等，它们是原发性脑损伤后或早或迟引起的，但又反过来可以加重原发性脑损伤的病理改变。

（一）机械负荷的概念

一般将能导致脑发生机械变形的作用力称作机械负荷。根据机械负荷作用于颅脑的时间，又将其分为动态负荷和静态负荷。动态负荷则指作用力突然施加于颅脑，作用时间小于200 ms。按照动态负荷性质和作用的方式不同，将动态负荷分为接触负荷和惯性负荷：前者如致伤物直接与头部接触；后者则因头部运动的方式改变，头部因惯性运动而受力。在实际案例中，导致颅脑损伤的机械负荷显然以动态负荷为多见。静态负荷指作用力缓慢施加于颅脑，作用时间大于200 ms。由于静态负荷的作用时间较为缓慢，通常只在受力作用的局部缓慢挤压颅骨导致变形，压迫局部脑组织使之发生局部形变。实际生活中，静态负荷较为少见。

（二）脑损伤的生物力学机制

常见有两种动态负荷，但最终都引起颅脑的应变或变形，其性质包括压缩、伸展和剪切3种。颅脑损伤的性质则取决于应变的类型、部位和受累的组织（头皮、颅骨、脑血管和脑组织）。

1．接触负荷的颅脑损伤机制当致伤物直接接触头部时，运动中的致伤物具有的动量迅速传递并作用于其所接触的头部。颅骨受到撞击而产生很大的加速度，脑组织因惯性作用仍保持原来的状态并与颅骨内表面碰撞而发生损伤；在着力点，由于直接撞击会产生正的压力梯度；在着力点的对冲部位则会产生负的压力梯度；另外，由于脑相对颅骨的线性和扭转变形，以及颅骨变形对脑的影响都可能成为脑损伤的原因。GURDJIAN等（1975年）使用动物和人尸体实验的结果研究表明，脑挫伤、脑血肿等局部性脑伤害一般是由头部在水平面内的线性加速度引起。当线性加速度超过局部颅脑耐受的程度后，接触局部的头皮可能因血管破裂形成血肿或头皮破裂，接触局部的颅骨弯曲变形或形成骨折，因此颅腔的容积发生改变，形成作用点下面脑组织表面的冲击性脑挫（裂）伤。如果伴有脑组织的移位，则脑与对侧颅骨内壁碰撞产生对冲性脑挫（裂）伤。动能经局部颅骨传递到脑，形成的冲击波从接触局部的颅骨和脑组织局部向各个方向传导，在某些部位集中，造成小灶性的脑内血肿。接触负荷主要导致脑组织的应变或变形。也可能伴有不同程度的移位、扭曲，从而形成原发性脑损伤。这种损伤机制除了常见于钝物打击外，也能见于交通事故和高坠损伤时。

2．惯性负荷的颅脑损伤机制常见于外力的作用，快速运动的头部突然减速或停止运动，或者相反，静止或缓慢运动中的头部突然加速运动。它们主要产生角加速度，引起颅脑的移位、旋转和扭曲，其具体性质则视头部运动的方向、方式、速度和时间而定。角加速度引起的脑与颅骨之间、脑组织各部分之间的剪切应变会引起脑弥漫性损伤、脑震荡和脑桥血管的破裂。THIBAULT，GENNARELLI等（1982年）的研究表明，角加速度是产生脑震荡性损伤、弥漫性损伤和硬脑膜血肿的最常见的因素，但是单纯角加速度致脑损伤的量级是非常高的。如应变发生在脑组织表面，则会发生脑挫（裂）伤和硬膜下血肿；如应变发生在深部脑组织，则多表现为脑干挫（裂）伤、脑震荡和DAI。

上述损伤机制并不能解释所有的颅脑损伤。有些脑损伤的成伤机制中，弯曲－拉伸和颅内压的升高无疑起了很大的作用；颅内压高尤其见于脑水肿、脑肿胀、脑疝和脑干继发性损伤的形成。颅内压力耐受极限是WARD（1980年）在动物、人尸体实验和有限元模型的基础上提出来的。WARD推荐的耐受值为：颅内压力峰值超过235 kPa时大脑会发生严重损伤；颅内压力峰值为173～235 kPa时大脑会发生中等程度伤害；颅内压力低于173 kPa时大脑会发生轻微伤害或者无伤害。

（三）局部脑损伤和弥散性脑损伤的成伤机制

各类脑损伤一般可分为局部（或局限性）脑损伤与弥散性脑损伤两大类。

1．局部脑损伤指损伤局限于脑组织的局部，例如脑挫（裂）伤、脑内血肿，大多由接触负荷的作用引起。一般具有脑的占位效应，导致脑组织移位、受压和脑疝形成以及继发性脑干损伤等。局部脑组织的损伤及程度，以受力点为中心呈向心性分布，向外逐渐减轻直至消失。一般有不同程度的继发病变，如缺血、水肿等。

2．弥散性脑损伤是相对于上述局部脑损伤而言的，指脑损伤分布弥散，而无或不明显有局部占位效应的脑损伤。弥散性脑损伤的发生机制主要为发生在脑组织深部的惯性负荷损伤。致伤力的作用导致神经轴索的损伤性病变，失去神经传导功能。如果这种损伤呈弥散性分布，就导致伤者大多呈较长时间的原发性昏迷。过去的研究认为神经轴索的机械性断裂是其主要病变；现在有人研究发现，在惯性负荷作用下神经轴索的断裂并不多见，多数情况下，损伤发生后，应力作用于朗飞氏结处，在该处发生非断裂性的轴索内损伤而引起神经传导功能障碍。

所谓的脑震荡和DAI可能是一种损伤，或者是一种损伤的不同过程。脑震荡为伤后立即发生的，神经轴索的损伤处于早期，可能并不严重或并未弥漫。随着病变的渐进发展，进入到以两侧大脑为主的弥散性轴索损伤。两者在发生机制和病变上并无明显的区别。