Pathophysiologische Mechanismen des Hirntods

Pathophysiologische Mechanismen des Hirntods

Schwere mechanische Hirnschäden entstehen meist durch ein Trauma, das durch eine plötzliche Beschleunigung mit entgegengesetztem Vektor verursacht wird. Solche Verletzungen treten am häufigsten bei Autounfällen, Stürzen aus großer Höhe usw. auf. Ein Schädel-Hirn-Trauma wird in diesen Fällen durch eine scharfe gegenphasige Bewegung des Gehirns in der Schädelhöhle verursacht, die Teile des Gehirns direkt zerstört. Kritische nicht-traumatische Hirnschäden entstehen meist durch Blutungen in die Hirnsubstanz oder unter die Hirnhäute. Schwere Blutungen, wie Parenchym- oder Subarachnoidalblutungen, die mit dem Austritt großer Blutmengen in die Schädelhöhle einhergehen, lösen ähnliche Hirnschädigungsmechanismen wie ein Schädel-Hirn-Trauma aus. Auch Anoxie, die durch einen vorübergehenden Herzstillstand entsteht, führt zu tödlichen Hirnschäden.

Es hat sich gezeigt, dass ein vollständiger Stopp des Blutflusses in die Schädelhöhle für 30 Minuten zu irreversiblen Schäden an Neuronen führt, deren Wiederherstellung unmöglich wird. Diese Situation tritt in zwei Fällen auf: bei einem starken Anstieg des Hirndrucks auf das Niveau des systolischen arteriellen Drucks, bei Herzstillstand und unzureichender indirekter Herzmassage während des angegebenen Zeitraums.

Um den Mechanismus der Entstehung des Hirntods infolge sekundärer Schäden bei vorübergehender Anoxie vollständig zu verstehen, ist es notwendig, näher auf den Prozess der Entstehung und Aufrechterhaltung des Hirndrucks und die Mechanismen einzugehen, die zu tödlichen Schäden am Hirngewebe infolge seiner Schwellung und seines Ödems führen.

Mehrere physiologische Systeme sind an der Aufrechterhaltung des Volumengleichgewichts des intrakraniellen Inhalts beteiligt. Derzeit geht man davon aus, dass das Volumen der Schädelhöhle von folgenden Größen abhängt:

Vtotal = VBlut + VLeukozyten + VGehirn + VWasser + Vx

Dabei ist V _total das aktuelle Volumen des Schädelinhalts; V _blood das Blutvolumen in den intrazerebralen Gefäßen und venösen Sinus; V _lkv das Volumen der Zerebrospinalflüssigkeit; V _brain das Volumen des Hirngewebes; V _water das Volumen des freien und gebundenen Wassers; V _x das pathologische Zusatzvolumen (Tumor, Hämatom usw.), das normalerweise in der Schädelhöhle fehlt.

Im Normalzustand befinden sich alle diese Komponenten, die das Volumen des Schädelinhalts bilden, in ständigem dynamischem Gleichgewicht und erzeugen einen intrakraniellen Druck von 8–10 mmHg. Jede Erhöhung eines der Parameter in der rechten Hälfte der Formel führt zwangsläufig zu einer Verringerung der anderen. Von den normalen Komponenten verändern V- _Wasser und V- _{Leukv ihr Volumen am schnellsten, V-Blut} weniger stark. Lassen Sie uns näher auf die wichtigsten Mechanismen eingehen, die zu einem Anstieg dieser Indikatoren führen.

Die Liquor cerebrospinalis wird von den Gefäßplexus (Aderhautplexus) mit einer Geschwindigkeit von 0,3–0,4 ml/min gebildet, das gesamte Volumen der Liquor cerebrospinalis wird innerhalb von 8 Stunden, d. h. dreimal täglich, vollständig ersetzt. Die Bildung der Liquor cerebrospinalis ist praktisch unabhängig vom intrakraniellen Druck und nimmt mit abnehmendem Blutfluss durch die Aderhautplexus ab. Gleichzeitig steht die Absorption der Liquor cerebrospinalis in direktem Zusammenhang mit dem intrakraniellen Druck: Mit zunehmendem Druck steigt sie an, mit abnehmendem Druck sinkt sie. Es wurde festgestellt, dass die Beziehung zwischen dem System der Bildung/Absorption der Liquor cerebrospinalis und dem intrakraniellen Druck nicht linear ist. Daher manifestieren sich allmählich zunehmende Veränderungen des Volumens und Drucks der Liquor cerebrospinalis möglicherweise nicht klinisch, und nach Erreichen eines individuell bestimmten kritischen Werts kommt es zu einer klinischen Dekompensation und einem starken Anstieg des intrakraniellen Drucks. Der Entstehungsmechanismus des Luxationssyndroms, das durch die Resorption großer Mengen Liquor cerebrospinalis mit erhöhtem intrakraniellen Druck entsteht, wird ebenfalls beschrieben. Während eine große Menge Liquor cerebrospinalis vor dem Hintergrund einer venösen Abflussbehinderung resorbiert wurde, kann sich der Flüssigkeitsabfluss aus der Schädelhöhle verlangsamen, was zur Entwicklung einer Luxation führt. In diesem Fall können präklinische Manifestationen einer zunehmenden intrakraniellen Hypertonie mittels EchoES erfolgreich bestimmt werden.

Bei der Entstehung tödlicher Hirnschäden spielen die Verletzung der Blut-Hirn-Schranke und das zytotoxische Hirnödem eine wichtige Rolle. Es wurde festgestellt, dass der Interzellularraum im Hirngewebe extrem klein ist und der intrazelluläre Wasserdruck durch die Funktion der Blut-Hirn-Schranke aufrechterhalten wird. Die Zerstörung einer ihrer Komponenten führt zum Eindringen von Wasser und verschiedenen Plasmasubstanzen in das Hirngewebe und verursacht dessen Ödem. Auch die Kompensationsmechanismen, die den Wasserentzug aus dem Hirngewebe ermöglichen, werden bei einer Verletzung der Schranke geschädigt. Starke Veränderungen der Durchblutung, des Sauerstoff- oder Glukosegehalts wirken sich direkt schädigend auf Neuronen und Komponenten der Blut-Hirn-Schranke aus. Zudem treten diese Veränderungen sehr schnell auf. Innerhalb von 10 Sekunden nach vollständigem Stopp der Blutzufuhr zum Gehirn tritt Bewusstlosigkeit ein. Somit geht jede Bewusstlosigkeit mit einer Schädigung der Blut-Hirn-Schranke einher, die zur Freisetzung von Wasser und Plasmabestandteilen in den Extrazellulärraum führt und ein vasogenes Ödem verursacht. Das Vorhandensein dieser Substanzen im Interzellularraum führt wiederum zu metabolischen Schäden an Neuronen und zur Entwicklung eines intrazellulären zytotoxischen Ödems. Insgesamt spielen diese beiden Komponenten eine wichtige Rolle bei der Erhöhung des intrakraniellen Volumens und führen zu einem erhöhten intrakraniellen Druck.

Zusammenfassend können die Mechanismen, die zum Hirntod führen, wie folgt dargestellt werden.

Es wurde festgestellt, dass bei einem Versagen der Hirndurchblutung und beginnenden nekrotischen Veränderungen des Hirngewebes die Rate des irreversiblen Absterbens verschiedener Teile variiert. So reagieren am empfindlichsten hippocampale Neuronen, piriforme Neuronen (Purkinje-Zellen), Neuronen des Nucleus dentatus des Kleinhirns, große Neuronen des Neokortex und Basalganglien auf eine mangelnde Blutversorgung. Gleichzeitig reagieren Rückenmarkszellen, kleine Neuronen der Großhirnrinde und der Hauptteil des Thalamus deutlich weniger empfindlich auf Anoxie. Wenn jedoch 30 Minuten lang überhaupt kein Blut in die Schädelhöhle gelangt, führt dies zur vollständigen und irreversiblen Zerstörung der strukturellen Integrität der Hauptteile des Zentralnervensystems.

Der Hirntod tritt also ein, wenn kein arterielles Blut mehr in die Schädelhöhle fließt. Sobald die Nährstoffversorgung des Hirngewebes stoppt, beginnen Nekrose und Apoptose. Die Autolyse entwickelt sich am schnellsten im Zwischenhirn und Kleinhirn. Bei künstlicher Beatmung bei Patienten mit unterbrochenem zerebralen Blutfluss wird das Gehirn allmählich nekrotisch; es treten charakteristische Veränderungen auf, die direkt von der Dauer der Atemunterstützung abhängen. Solche Veränderungen wurden erstmals bei Patienten festgestellt und beschrieben, die länger als 12 Stunden im extremen Koma künstlich beatmet wurden. In diesem Zusammenhang wird dieser Zustand in den meisten englisch- und russischsprachigen Publikationen mit dem Begriff „respiratorisches Gehirn“ bezeichnet. Nach Ansicht einiger Forscher spiegelt dieser Begriff den Zusammenhang zwischen nekrotischen Veränderungen und künstlicher Beatmung nicht ganz wider, da die Hauptrolle dem zerebralen Blutfluss zukommt. Dennoch hat dieser Begriff weltweite Anerkennung gefunden und wird häufig verwendet, um nekrotische Veränderungen im Gehirn von Patienten zu definieren, deren Zustand länger als 12 Stunden die Kriterien für Hirntod erfüllt.

In Russland führte LM Popova ein großes Forschungsprojekt durch, um den Zusammenhang zwischen dem Grad der Hirnautolyse und der Dauer der künstlichen Beatmung bei Patienten zu ermitteln, die die Kriterien für Hirntod erfüllten. Die Dauer der künstlichen Beatmung vor der Entwicklung einer Extrasystole lag zwischen 5 und 113 Stunden. Je nach Verweildauer in diesem Zustand wurden drei Stadien morphologischer Veränderungen im Gehirn identifiziert, die speziell für das „respiratorische Gehirn“ charakteristisch sind. Ergänzt wurde das Bild durch eine Nekrose der beiden oberen Rückenmarkssegmente (ein obligatorisches Zeichen).

• Im Stadium I, das der Dauer des extremen Komas von 1–5 Stunden entspricht, werden klassische morphologische Anzeichen einer Hirnnekrose nicht beobachtet. Allerdings werden bereits zu diesem Zeitpunkt charakteristische Lipide und ein blaugrünes feinkörniges Pigment im Zytoplasma nachgewiesen. Nekrotische Veränderungen werden in den unteren Oliven der Medulla oblongata und den Nuclei dentati des Kleinhirns beobachtet. Es kommt zu Durchblutungsstörungen in der Hypophyse und ihrem Trichter.
• Im Stadium II (12-23 Stunden extremes Koma) werden in allen Teilen des Gehirns und in den I-II-Segmenten des Rückenmarks Anzeichen von Nekrose festgestellt, jedoch ohne ausgeprägten Verfall und nur mit ersten Anzeichen reaktiver Veränderungen im Rückenmark. Das Gehirn wird schlaffer, erste Anzeichen von Verfall der periventrikulären Abschnitte und der Hypothalamusregion treten auf. Nach der Isolierung wird das Gehirn auf dem Tisch ausgebreitet, das Strukturmuster der Großhirnhemisphären bleibt erhalten, während ischämische Veränderungen in den Neuronen mit Fettdegeneration, granulärem Verfall und Karyozytolyse einhergehen. In der Hypophyse und ihrem Trichter nehmen Durchblutungsstörungen mit kleinen Nekroseherden in der Adenohypophyse zu.
• Stadium III (ultimatives Koma, 24–112 Stunden) ist gekennzeichnet durch eine zunehmende, ausgedehnte Autolyse nekrotischer Hirnsubstanz und ausgeprägte Anzeichen einer Nekroseabgrenzung im Rückenmark und der Hypophyse. Das Gehirn ist schlaff und behält seine Form schlecht. Die eingeklemmten Bereiche – die Hypothalamusregion, die Haken der Hippocampusgyri, die Kleinhirntonsillen und periventrikulären Bereiche sowie der Hirnstamm – befinden sich im Zerfall. Die meisten Neuronen im Hirnstamm fehlen. Anstelle der unteren Oliven finden sich multiple Blutungen aus nekrotischen Gefäßen, die ihre Form wiederholen. Arterien und Venen der Hirnoberfläche sind erweitert und mit hämolysierten Erythrozyten gefüllt, was auf eine Unterbrechung des Blutflusses in ihnen hinweist. Verallgemeinert lassen sich fünf pathologische Anzeichen des Hirntods unterscheiden:
  • Nekrose aller Teile des Gehirns mit dem Tod aller Elemente der Hirnsubstanz:
  • Nekrose des ersten und zweiten Halssegments des Rückenmarks;
  • das Vorhandensein einer Abgrenzungszone im Hypophysenvorderlappen und auf Höhe des III. und IV. Halssegments des Rückenmarks;
  • Stoppen des Blutflusses in allen Gefäßen des Gehirns;
  • Anzeichen von Ödemen und erhöhtem Hirndruck.

Sehr charakteristisch für den Subarachnoidal- und Subduralraum des Rückenmarks sind Mikropartikel aus nekrotischem Kleinhirngewebe, die mit dem Fluss der Zerebrospinalflüssigkeit in die distalen Segmente transportiert werden.

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