Приоритет в описании патоморфологической характеристики диффузного аксонального повреждения (ДАП) головного мозга принадлежит S. Strich [1], хотя сама автор определяла этот вид церебральной травмы как «диффузную дегенерацию белого вещества головного мозга». Позднее на основании своих исследований автор пришла к выводу, что повреждения аксонов головного мозга возникают в момент травмы головы, вызванной угловым ускорением, в соответствии с ротационной теорией, предложенной в 1943 г. А. Holbourn [2].
Согласно этой теории, мозг при ударах головы вращается в сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскостях. Ротационные движения при этом совершаются полушариями большого мозга и мозжечка, тогда как стволовые отделы остаются неподвижными и повреждаются вследствие натяжения и перекручивания. На экспериментальной модели А. Holbourn показал возможность смещения отдельных слоев мозга по отношению друг к другу, что приводит к разрыву нервных волокон и кровеносных сосудов.
Роль ротации головного мозга в момент травмы на первичное механическое повреждение нервных волокон была окончательно доказана экспериментальными исследованиями группы ученых Пенсильванского университета [3, 4]. С помощью специального устройства голове обезьяны придавали различные виды ускорения в разных плоскостях, при этом голову животного особым шлемом защищали от прямого удара. Было установлено, что ДАП может встречаться при «неэкстремальной» травме головы. Непосредственный контакт головы с твердым тупым предметом в данных случаях необязателен, достаточно лишь углового ускорения ее (порядка 0,75—1 рад/с2), что объясняет частое отсутствие перелома черепа и даже повреждений мягких тканей головы у пострадавших. Угловое ускорение головы, приданное в сагиттальной плоскости, вызывает преимущественно повреждение кровеносных сосудов с образованием внутримозговых кровоизлияний в результате формирования срезывающих деформаций, а при ускорении головы во фронтальной или косой плоскости избирательно повреждаются аксоны вследствие сдвиговых и разрывных деформаций, приводя к возникновению изначальной травматической комы.
Морфологические изменения мозга экспериментальных животных оказались идентичными аналогичным изменениям мозга у людей. Была выявлена зависимость тяжести состояния пострадавшего от количества поврежденных аксонов и характера их распределения [4], что хорошо коррелировало с полученными данными о связи механизма травмы головы с локализацией зон поражения белого вещества головного мозга. При коме фокальные повреждения аксонов обнаруживали в дорсолатеральных квадрантах рострального отдела мозгового ствола, в мозолистом теле и диффузно в субкортикальной зоне белого вещества в парасагиттальных отделах мозга.
Наиболее интересные данные авторы получили при электронно-микроскопических исследованиях аксонов в случаях экспериментального повреждения мозга. Наряду с полным разрывом аксонов («аксонотомия») постоянно обнаруживали неполные перерывы аксонов («внутреннее аксональное повреждение»). В зависимости от степени поражения головного мозга, состояния смежных областей мозговой ткани при правильном выборе лечения неполный перерыв аксона может восстановиться и в конечном счете привести к благоприятному исходу или может произойти вторичная «аксонотомия» и, как следствие, — дегенерация нервного волокна.
В 1956 г. S. Strich [1] описала морфологическую картину 5 случаев черепно-мозговой травмы (ЧМТ), когда пострадавшие после дорожно-транспортного происшествия находились в коме с грубыми очаговыми неврологическими нарушениями. При исследовании трупов этих людей морфологические проявления ЧМТ были минимальными. Только у одного пострадавшего был обнаружен перелом черепа; макроскопически оболочки и головной мозг выглядели практически неизмененными и на вскрытии нельзя было определить ни причину смерти, ни тяжелую клиническую симптоматику.
Примерно аналогичные данные отметили С.Ю. Касумова и соавт. [5] на материале прозектуры НИИ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. Только у 7 из 29 пострадавших с ДАП обнаружили перелом черепа в виде линейной трещины без повреждения твердой мозговой оболочки. У 2 больных из 5 аксональная травма сочеталась с субдуральной и у 3 — с эпидуральной гематомой. Гематомы были пластинчатыми, небольшого объема, не приводили к сдавлению и дислокации мозга. Двое пострадавших были оперированы на 1-е и 3-и сутки после травмы, гематомы были удалены. При макроскопическом исследовании головного мозга не выявили некротических фокусов в парагиппокамповых и поясных извилинах, в ножках мозга, миндалинах мозжечка и в медиальной коре затылочных долей, т.е. морфологические признаки внутричерепной гипертензии отсутствовали.
Как свидетельствуют данные ряда авторов, при ДАП иногда могут обнаруживаться очаги ушиба мозга в виде поверхностных корковых геморрагий без повреждения мягких мозговых оболочек. Наличие их объясняется сочетанием поступательного и ротационного ускорений головного мозга в полости черепа в момент травмы головы. Суммарный контузионный индекс [4] в этих наблюдениях минимальный и не коррелирует с тяжестью состояния, согласно шкале комы Глазго. В большинстве наблюдений головной мозг у пациентов с ДАП при внешнем осмотре представляется интактным. В случае смерти пострадавших в течение первых 3 сут после травмы может определяться набухание ткани мозга с гиперемией мягких мозговых оболочек. У переживших травму в течение длительного периода (более 3 мес) наблюдается атрофия белого вещества с расширением желудочковой системы и субарахноидальных пространств. Морфологическими маркерами ДАП являются мелкоочаговые или очаговые некрозы геморрагического характера (в некоторых случаях кровоизлияния) в мозолистом теле, которые при переживании пострадавшими более 1—2 нед приобретали признаки некоторой давности, а спустя 1 мес имели вид бурых кист.
Для гистологической верификации ДАП предложен комплекс методов окраски, которыми следует пользоваться с учетом сроков посттравматического периода. Основными из них являются методики, позволяющие обнаружить изменения осевых цилиндров (импрегнация серебром по Бильшовскому или Глису), миелиновых оболочек (импрегнация осмием по Марки для выявления ранней демиелинизации, окраска по Шпильмейеру для обнаружения поздней демиелинизации). При необходимости исследуют тела нейроцитов (окраска гематоксилином и эозином, по Нисслю), микроглию и астроглию (окраска по Мийагава—Александровской и Кахалу соответственно).
Тщательное микроскопическое исследование с использованием нейрогистологических методик в полном объеме позволило S. Strich, а затем и другим исследователям, определить морфологический субстрат ДАП в виде множества аксональных шаров. Они располагались повсюду в белом веществе головного мозга и являлись, по мнению авторов, прямым свидетельством механического повреждения аксонов, так как при перерыве нервного волокна аксоплазма вытекает из концов поврежденного отростка и происходит их булавовидное утолщение.
Сроки появления аксональных шаров после травмы изучали J. Adams и соавт. [4]. Они проводили эксперименты на приматах: голове животных придавали ротационное ускорение и выявляли аксональные шары через 2 ч после травмы. Ранее эти же авторы определяли аксональные шары через 5—6 ч после травмы на секционном материале. Более раннее появление аксональных шаров на секционном материале наблюдали T. Imajo и соавт. [6]. Эти авторы обнаруживали аксональные шары уже в первые 2 ч после травмы, а к 4 ч они становились хорошо выраженными.
После разрыва нервного волокна его дистальная часть подвергается полной дегенерации. Этот процесс обозначают как валлеровское перерождение. В участке аксона, расположенном проксимальнее места повреждения, наблюдаются ретроградные изменения или так называемая ретроградная дегенерация, которая распространяется в центральном направлении к телу клетки.
J. Povlishock [7] при световой микроскопии через 12 ч после дозированной «умеренной» закрытой травмы головы отмечал очаговое реактивное набухание аксонов, гетерогенность которого становилась отчетливой спустя 7—21 сут. D. Erb и J. Povlishock [8] рассматривали динамику аксонов в остром посттравматическом периоде. Установлено, что степень изменения структур зависит от тяжести травмы. Используя замораживающее скалывание и технику тонких срезов, W. Maxwell и соавт. [9] отмечали интактность глиально-аксональных стыков в пределах 1 ч после травмы. Спустя 3—4 ч структуры глиально-аксональных стыков исчезали, а через 6 ч после травмы миелиновые пластины отделялись от аксональных остатков. Миелиновые дислокации (частично свободные участки) отсутствовали до 1 ч переживания травмы и были выраженными спустя 5 ч.
Гистологические исследования головного мозга свидетельствуют, что повреждения аксонов во всех наблюдениях локализовались в стволе головного мозга, мозолистом теле, в области внутренних капсул, причем даже тогда, когда в этих структурах макроскопические изменения не встречались.
В первые 3 сут в зонах поражения белого вещества обнаруживали множественные аксональные шары. Вблизи от них аксоны имели признаки начальной дегенерации, были неровными, набухшими, неравномерно воспринимали окраску. В дальнейшем, к концу 1-й недели, дегенеративные изменения распространялись по всей длине поврежденного аксона, но были более выраженными дистальнее места разрыва. Нервные волокна имели извитой вид, варикозные утолщения, фрагментировались на участки различной длины. По их контурам определялось большое количество мелких жировых гранул дегенерирующего миелина. Исследования нейроцитов не выявили структурных изменений.
На протяжении 2-й недели после травмы, помимо описанных изменений, выявляли признаки вторичной дегенерации белого вещества (неповрежденные в момент травмы аксоны) по ходу проводящих трактов центральной нервной системы вблизи от места разрыва. В местах первичных разрывов аксонов определялась умеренная макрофагальная реакция с формированием зернистых шаров.
При переживании травмы более 2 нед наблюдали уменьшение, а к концу 1-го месяца — полное исчезновение аксональных шаров. Остатки поврежденных аксонов фрагментировались на более мелкие и постепенно исчезали. Отмечалась диффузная пролиферация макрофагов, которые нагружались гранулами распадающегося миелина. Одновременно вторичная дегенерация нервных волокон по ходу проводящих трактов становилась более выраженной. В зависимости от длительности посттравматического периода определяли изменения тел нейроцитов от «аксональной реакции» («первичное раздражение») до сморщивания, ишемического изменения или тяжелого заболевания.
Через 2 мес после травмы и более глубокие отделы белого вещества в зоне первичных повреждений аксонов полностью демиелинизировались. Во всех отделах белого вещества по ходу ассоциативных, комиссуральных и особенно проекционных волокон появлялись участки вторичной генерализованной восходящей и нисходящей дегенерации. Через 3 мес подобные изменения обнаруживали в спинном мозге и периферических нервах.
Таким образом, доказано, что факт существования ДАП как особой формы церебральной травмы не вызывает сомнения. Приведенные данные свидетельствуют о травматическом характере повреждений нервных волокон и отсроченном (вторичное) поражении нейронов.
С появлением в клинической практике позитронно-эмиссионной томографии стала возможной прижизненная диагностика первичной аксонотомии, причем не только при ДАП, но и при других формах ЧМТ, генез которых связан с инерциальным смещением головного мозга в полости черепа. Следует отметить, что полученные сведения полностью согласуются с основными положениями теории механизма возникновения ЧМТ, сформулированной В.Л. Поповым [10] в 1988 г.