Причины и механизмы развития гипоксии, ишемии и инфаркта мозга

Головной мозг нуждается в постоянном снабжении глюкозой и кислородом, которые поступают из крови. Хотя масса головного мозга составляет не более 1-2% всей массы тела, на его долю приходится 15% сердечного выброса в покое и 20% всего потребления кислорода. Мозговой кровоток остается относительно постоянным, несмотря на колебания артериального и внутричерепного давления, благодаря ауторегуляции тонуса сосудов.

В ткани головного мозга происходят аэробные процессы высокой интенсивности, поэтому определяющим является уровень кислорода, а не субстратов метаболизма. Нарушение поступления кислорода в головной мозг может произойти по нескольким причинам: гипоксия, связанная со снижением напряжения кислорода в крови, нарушением транспорта кислорода кровью или снижением потребления кислорода тканями; ишемия (временная или постоянная) вследствие нарушения кровообращения.

Прекращение кровотока может стать результатом гипоперфузии (системной артериальной гипотензии) или обструкции сосудов малого и крупного калибра либо обеих причин.

Когда кровоснабжение головного мозга уменьшается, вероятность выживания нейронов зависит от наличия коллатеральных сосудов, длительности ишемии, степени и быстроты снижения кровотока. Эти факторы, в свою очередь, определяют анатомическое расположение и размер зоны ишемии и возникающий вследствие этого неврологический дефицит. Выделяют 2 варианта острого ишемического повреждения головного мозга:

- общая церебральная ишемия (ишемическая и/или гипоксическая энцефалопатия). Возникает при общем снижении перфузии головного мозга при сердечной недостаточности, шоке и выраженной артериальной гипотензии;

- фокальная церебральная ишемия. Обусловлена прекращением кровотока в определенном участке головного мозга вследствие поражения крупной артерии (эмболическая или тромботическая окклюзия, часто наблюдаемая при атеросклерозе) или артерий малого калибра (например, при васкулитах или вторичном артериосклерозе на фоне артериальной гипертензии).

Общие биохимические изменения в клетках, происходящие при ишемии, изложены в отдельных статьях на сайте (рекомендуем пользоваться формой поиска выше). Здесь будут описаны типичные реакции ЦНС на ишемию. Истощение энергетических запасов на фоне ишемии обусловливает неадекватный выброс таких возбуждающих нейромедиаторов, как глутамат, что приводит к повреждению клетки вследствие входа мощного потока Са2+ через каналы NMDA-рецепторов.

Повышение уровня кальция внутри клеток запускает ряд процессов, включая патологическую активацию сигнальных каскадов, высвобождение свободных радикалов и повреждение митохондрий. Все перечисленное приводит к гибели клетки, преимущественно путем некроза. Между зоной некроза и нормальной тканью находится переходная область обратимых изменений. Эксперименты на животных показали, что применение антиапоптозных агентов позволяет избежать развития необратимых процессов, поскольку гибель клеток также происходит путем апоптоза.

Инфаркт головного мозга
Инфаркт головного мозга:
(А) При малом увеличении различимы демаркационные линии на границе зоны острого инфаркта.
В прилегающем белом веществе зона инфаркта четко выявляется после окрашивания на миелин.
(Б) Острое ишемическое повреждение проявляется эозинофилией нейронов, которые начинают сморщиваться.

Общая церебральная ишемия

В результате эпизода выраженного снижения системного артериального давления развивается общая церебральная ишемия (гипотензия, гипоперфузия и замедленный кровоток), называемая также диффузной ишемической и/или гипоксической энцефалопатией, степень которой варьирует.

В легких случаях наблюдается транзиторная постишемическая спутанность сознания с последующим его полным восстановлением и отсутствием необратимых изменений в ткани головного мозга. Однако при умеренной и преходящей общей недостаточности мозгового кровообращения у некоторых лиц могут произойти необратимые повреждения ткани головного мозга. У клеток нервной ткани различная устойчивость к ишемии. Самые чувствительные — нейроны, хотя клетки глии (олигодендроциты и астроциты) тоже подвержены ишемическому повреждению.

Кроме того, популяции нейронов в разных областях ЦНС обладают различной чувствительностью к ишемии в зависимости от особенностей регионарного кровообращения и метаболических потребностей. Однако при выраженной общей недостаточности мозгового кровообращения наблюдается массовая гибель клеток независимо от их регионарной чувствительности к ишемии. Пациенты, выжившие после таких эпизодов, часто остаются в персистирующем вегетативном состоянии. В других случаях происходит смерть головного мозга, соответствующая всем принятым на сегодняшний день критериям, включая признаки необратимого диффузного повреждения коры (изолиния на электроэнцефалограмме) и ствола головного мозга (арефлексия, отсутствие спонтанной инициации вдоха) и подтвержденное отсутствие перфузии головного мозга.

Если пациенты с такой формой повреждения головного мозга остаются на аппаратной респираторной поддержке, в ткани головного мозга постепенно происходят аутолитические процессы — так называемый синдром «респираторного головного мозга».

Инфаркты пограничной зоны возникают в участках головного или спинного мозга, наиболее отдаленных с точки зрения артериальной системы, — на границе сосудистых бассейнов. В больших полушариях головного мозга пограничная область между бассейнами передней и средней мозговых артерий является зоной наибольшего риска. При повреждении в этой области развивается серповидная полоса некроза на несколько сантиметров латеральнее межполушарной щели. Инфаркты пограничной зоны, как правило, возникают после эпизодов гипотензии.

Морфология. При общей церебральной ишемии наблюдаются отек мозга, расширение извилин и сужение борозд. На срезе граница между серым и белым веществом мозга нечеткая. На микроскопическом уровне развитие инфаркта, т.е. необратимых ишемических изменений, проходит в три этапа. Ранние изменения (в первые 12-24 час после эпизода ишемии) характеризуются острыми изменениями нейронов («красные нейроны»): сначала происходит вакуолизация, затем эозинофилия цитоплазмы и впоследствии кариопикноз и кариорексис. Похожие изменения наблюдаются в астроцитах и олигодендроцитах.

Пирамидные клетки зоны СА1 гиппокампа (в секторе Зоммера), грушевидные клетки Пуркинье в коре мозжечка и пирамидные нейроны коры больших полушарий наиболее подвержены повреждению при кратковременной общей церебральной ишемии. После острого повреждения тканевая реакция начинается с инфильтрации очага нейтрофилами. Подострые изменения (с первых суток после повреждения и до 2 нед) включают некроз ткани, инфильтрацию макрофагами, пролиферацию сосудов и реактивный глиоз. Восстановительные процессы, активность которых достигает максимума приблизительно через 2 нед после эпизода ишемии, характеризуются удалением всех некротических элементов, утратой нормальной организации нервной ткани и глиозом.

В коре головного мозга гибель нейронов и глиоз приводят к деформации поверхности коры больших полушарий и поражению некоторых слоев и сохранности остальных — псевдоламинарному некрозу.

Инфаркт головного мозга
Инфаркт головного мозга:
(А) Инфильтрация зоны инфаркта нейтрофилами начинается с краев очага, где кровоснабжение сохранено.
(Б) Приблизительно через 10 дней зона инфаркта уже инфильтрирована макрофагами,
в окружающих областях развивается реактивный глиоз.
(В) Отдаленные мелкие очаги инфарктов в коре имеют вид участков деструкции ткани с остаточным глиозом.

Инфаркт вследствие локального нарушения кровоснабжения

Окклюзия мозговых артерий приводит к фокальной церебральной ишемии, которая может трансформироваться в инфаркт данной области, соответствующей территории кровоснабжения пораженного сосуда. Размер, локализация и протяженность повреждения ткани определяются упомянутыми ранее модифицируемыми факторами, наиболее важным из которых является степень развития коллатеральных сосудов. Основной путь коллатерального кровообращения — виллизиев круг (в дополнение к которому функционирует каротидно-офтальмический путь). Частичное и непостоянное поддержание кровотока происходит в поверхностных отделах головного мозга в области дистальных ветвей передней, средней и задней мозговых артерий через кортикальные и лептоменингеальные анастомозы.

В глубинных структурах (таламусе, подкорковых ядрах и глубоких участках белого вещества), напротив, коллатеральный кровоток практически отсутствует.

Окклюзионные сосудистые поражения различной степени выраженности приводят к инфаркту головного мозга вследствие тромбоза in situ, окклюзии эмболами из отдаленных источников или различных видов васкулитов.

Большинство наблюдений окклюзионного тромбоза ассоциируются с атеросклерозом. Основной локализацией первичного тромбоза, приводящего к инфарктам головного мозга, являются бифуркация общей сонной артерии, место отхождения средней мозговой артерии, место слияния позвоночных артерий и разветвление базилярной артерии. Прогрессирование артериального стеноза варьирует от нарастающего сужения просвета артерии и тромбоза, который может распространяться антеградно, до фрагментации и дистальной эмболии.

Другая важная особенность окклюзирующих цереброваскулярных заболеваний — частая связь с такими системными заболеваниями, как артериальная гипертензия и СД.

Эмболия мозговых сосудов имеет различные источники. Пристеночные тромбы в камерах сердца — наиболее значимый источник эмболии, а поражение клапанов и фибрилляция предсердий являются основными предрасполагающими факторами. Следующие по значимости — эмбологенные атеросклеротические бляшки в сонных артериях. Возможны также парадоксальная эмболия, особенно у детей с пороками сердца, эмболия после операций на сердце, опухолевая, жировая, воздушная эмболия. Бассейн средней мозговой артерии (прямое продолжение внутренней сонной артерии) — наиболее частая локализация эмболических инфарктов. Частота поражения правого и левого полушарий примерно одинакова.

Эмболы, как правило, находятся в участках ветвления сосудов или в области их сужений. Множественная жировая эмболия возможна после переломов. В этом случае у пострадавших наблюдаются нарушения сознания и высших кортикальных функций, как правило, без очаговых выпадений. Для эмболии фрагментами костного мозга при переломах костей характерны распространенные геморрагические очаги в белом веществе мозга.

К стенозу мозговых артерий и инфарктам головного мозга могут приводить различные воспалительные процессы, протекающие с поражением сосудов.

В прошлом инфекционный васкулит наблюдался в основном на фоне активного туберкулеза или сифилиса, а сейчас его основной причиной являются иммуносупрессия и оппортунистические инфекции (включая аспергиллез и цитомегаловирусный энцефалит).

Узелковый полиартериит и другие неинфекционные васкулиты могут протекать с поражением сосудов головного мозга и вызывать одиночные или множественные инфаркты.

Первичный ангиит ЦНС — это воспалительное заболевание, при котором поражаются сосуды малого и среднего калибра в паренхиме и субарахноидальном пространстве. Для первичного ангиита ЦНС характерно хроническое воспаление с многоядерными гигантскими клетками и деструкцией сосудистой стенки. Могут также формироваться гранулемы (другое название этой патологии — гранулематозный ангиит ЦНС). Заболевание манифестирует симптомами энцефалопатии или мультифокальными нарушениями, часто выявляется нарушение когнитивных функций. Состояние пациентов улучшается после глюкокортикостероидной и иммуносупрессивной терапии.

К тромбозу, инфарктам и внутричерепным кровоизлияниям могут также приводить гиперкоагуляция, расслоение аневризмы брахиоцефальных артерий и злоупотребление наркотиками (амфетаминами, героином, кокаином).

Инфаркты подразделяют на две группы в зависимости от типа кровоизлияния. Геморрагический {красный) инфаркт характеризуется множественными, нередко сливными петехиальными кровоизлияниями и имеет, как правило, эмболическую природу. Кровоизлияния происходят вторично вследствие реперфузии пораженного сосуда и участка ткани через коллатеральные сосуды или после лизиса внутрипросветных окклюзирующих масс. Ишемический (белый) инфаркт, напротив, в большинстве случаев наблюдается при тромбозах. Соответственно, лечебная тактика значительно различается: при ишемическом инфаркте назначают тромболитическую терапию, которая противопоказана при геморрагических инфарктах.

Поскольку тромболитики и фибринолитики эффективны только в период «терапевтического окна» — в ранние сроки после появления симптомов, необходимо своевременное оказание медицинской помощи.

Инфаркт головного мозга
А - Распространенные кровоизлияния в белом веществе головного мозга характерны для эмболии фрагментами костного мозга.
Б - Старый инфаркт. Кистозные изменения произошли в результате деструкции коры мозга на месте инфаркта.

Морфология. По мере нарастания ишемии меняется макроскопическая картина ишемического инфаркта.

В первые 6 час изменения незначительны (их не видно невооруженным глазом.). Через 48 час ишемии пораженная ткань бледнеет, размягчается, появляется отек. Между 2 и 10 сут пораженная ткань головного мозга становится студенистой и рыхлой, граница между здоровой и пораженной тканью видна более четко из-за регресса отека в перифокальной зоне. Между 10 сут и до конца 3-й недели ткань расплавляется, зона инфаркта превращается в заполненную жидкостью кисту, выстланную темно-серой тканью, постепенно утолщающейся по мере удаления некротических элементов.

При микроскопическом исследовании видны следующие изменения. После первых 12 час преобладают ишемические изменения в нейронах («красные нейроны»; см. ранее), цитотоксический и вазогенный отек. Утрачены нормальные тинкториальные свойства структуры белого и серого вещества головного мозга. Эндотелиальные и глиальные клетки, преимущественно астроциты, становятся отечными, миелиновые волокна начинают распадаться. После 48 час начинается инфильтрация очага нейтрофилами, которая сначала нарастает, а затем ослабевает. Появляются фагоциты моноцитарного и микроглиального происхождения и в течение 2-3 нед преобладают среди клеточных элементов. Макрофаги заполняются продуктами распада миелина и крови и могут оставаться в очаге в течение нескольких месяцев и даже лет. По мере размягчения ткани и фагоцитоза лизированных элементов астроциты по краям очага постепенно увеличиваются в размерах, делятся и развивают сеть цитоплазматических отростков. После первой недели в очаге могут присутствовать реактивные астроциты.

Через несколько месяцев астроцитарная реакция стихает, по краям поражения остается плотная сеть глиальных волокон с новообразованными капиллярами и небольшим количеством периваскулярной соединительной ткани. В коре больших полушарий очаг инфаркта изолирован от мозговых оболочек и субарахноидального пространства слоем глиозной ткани, которая является производной молекулярного слоя коры полушарий. Мягкая и паутинная мозговые оболочки в процесс не вовлекаются и не влияют на заживление. Описанные реактивные и репаративные процессы в зоне инфаркта происходят в направлении от периферии к центру, поэтому разные участки этой зоны могут выглядеть неоднородно, особенно на ранних стадиях инфаркта.

Микроскопическая картина и развитие геморрагического инфаркта подобны таковым ишемического инфаркта, но отличаются наличием экстравазации крови и резорбции. У пациентов, получающих антикоагулянтную терапию, геморрагические инфаркты могут сочетаться с обширными внутримозговыми гематомами. Венозные инфаркты чаще всего являются геморрагическими и возникают вследствие тромбоза верхнего сагиттального синуса или глубоких вен головного мозга. Карциномы, фокальные инфекционные процессы и другие состояния, сопровождающиеся гиперкоагуляцией, увеличивают риск тромбоза вен.

Инфаркт спинного мозга происходит при гипоперфузии или в результате поражения питающих артерий, отходящих от ветвей аорты. Окклюзия передней спинномозговой артерии наблюдается реже и ассоциирована с эмболией или васкулитами.

Клинические признаки. Неврологический дефицит при инфарктах головного мозга определяется локализацией очага в большей степени, чем основным патологическим состоянием. Как правило, у пациента быстро (в течение нескольких минут) развиваются соответствующие симптомы, которые могут нарастать в ближайшие часы после эпизода ишемии. При восстановлении кровоснабжения в переходной области обратимых изменений и при регрессе перифокального отека выраженность симптомов может уменьшиться. В целом отмечается тенденция к медленному регрессу нарушений в течение нескольких месяцев. Поскольку ишемические инсульты чаще обусловлены атеросклеротическими процессами, то помимо основного заболевания факторами риска являются генетическая предрасположенность и образ жизни.

Инфаркт головного мозга
(А) Геморрагический инфаркт в области нижней височной доли слева.
(Б) Зона ишемического инфаркта локализуется в височной доле.
Очаг размягчения ткани мозга с точечными кровоизлияниями, которые характерны для ишемического и реперфузионного повреждения.

- Читать "Причины и механизмы развития поражений мозга при высоком артериальном давлении"

Оглавление темы "Патология головного мозга":
  1. Причины и механизмы развития сотрясения головного мозга
  2. Причины и механизмы развития ушиба головного мозга
  3. Причины и механизмы развития диффузного повреждения аксонов мозга
  4. Причины и механизмы развития эпидуральной гематомы
  5. Причины и механизмы развития субдуральной гематомы
  6. Последствия черепно-мозговой травмы (ЧМТ)
  7. Причины и механизмы развития травмы спинного мозга
  8. Причины и механизмы развития гипоксии, ишемии и инфаркта мозга
  9. Причины и механизмы развития поражений мозга при высоком артериальном давлении
  10. Причины и механизмы развития внутримозгового кровоизлияния
Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.