Аксотомия в посмертной диагностике диффузного аксонального повреждения головного мозга

Диффузное аксональное повреждение (ДАП) головного мозга является формой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) при резком внезапном вращении головы с ротационным смещением головного мозга. Характеризуется мелкоочаговыми кровоизлияниями в глубинных отделах головного мозга, в частности, в мозолистом теле (МТ), белом веществе больших полушарий, стволе мозга [1], а также аксотомией (первичной, вторичной) [2], механизмы которой до конца не изучены.

Согласно данным литературы, мозг человека по своей природе является вязкоупругим, его структурные компоненты адаптированы к возможным в повседневной жизни различным воздействиям, в том числе возникающим при ускорении и замедлении.

Изучению условий развития ДАП посвящены многочисленные экспериментальные работы. В них отмечено, что при внезапном ускорении головного мозга в течение менее 50 мс с последующим замедлением преодолеваются вязкоупругие свойства мозга, что приводит к повреждениям клеточной мембраны и цитоскелета нейронов [3]. Изначально возникшее механическое растяжение отростков нейронов повреждает аксолемму, в результате чего происходят запуск внутриклеточного каскада ионных (кальциевых, натриевых) нарушений [4] и активация ферментов (кальпаин, кальциневрин и др.). Это нарушает внутриклеточный транспорт и приводит к отеку, уплотнению нейрофиламентов и разрушению цитоскелета. На основании результатов экспериментов выделили два основных патофенотипа повреждения отростков нейронов — нарушение аксонального транспорта и уплотнение нейрофиламентов. S. Kallakuri и соавт. [5] изучали повреждение аксонов МТ и установили, что через 24 ч после травмы патологические процессы в отростках нейронов находятся на различных стадиях. С помощью иммуногистохимического (ИГХ) метода авторы обнаружили, что иммунопозитивные при ИГХ-методе с антителами к β-APP зоны маркируют участки нарушения транспорта и отека отростков нейронов [6], а с антителами к нейрофиламентам — участки уплотнения нейрофиламентов [7].

В судебно-медицинской практике при отсутствии макроскопических повреждений головного мозга для выявления аксональных повреждений при ЧМТ А.В. Ковалев и соавт. [8] рекомендуют использовать ИГХ-метод с антителами к β-APP и последующей балльной оценкой показателя интенсивности окрашивания с учетом процентного поражения нейронов в поле зрения микроскопа.

В экспериментах и на посмертном материале доказано, что маркировка β-APP не является специфической для определения травматического генеза повреждений нейронов головного мозга, так как аналогичные иммунопозитивные реакции наблюдаются при гипоксии, инсульте, отеке мозга, отравлении оксидом углерода, гипогликемии и нейродегенеративных заболеваниях [9]. Ретракционные шары как маркеры разрывов отростков нейронов выявляют как при ЧМТ, так и при изменениях в мозге нетравматического характера. По мнению исследователей, исход ДАП зависит от степени выраженности и распространенности нейродегенеративных расстройств, послуживших основанием для вывода о первичной аксотомии как менее важном повреждающем факторе по сравнению со вторичной аксотомией, обусловленной развивающимися на различных этапах посттравматического периода электрохимическими, метаболическими и воспалительными реакциями. Исследователи не установили временные интервалы, достаточные для образования вторичной аксотомии, и морфологические признаки, позволяющие дифференцировать первичную и вторичную аксотомию.

В судебной медицине продолжается поиск информативных маркеров повреждения нервной ткани при ДАП. В проведенных нами ранее исследованиях установлен основной диагностический при ДАП критерий травматического повреждения — кровоизлияния с определенной морфологией в веществе ствола и сером покрове МТ. Сегодня для посмертной диагностики ДАП и его давности неизвестны признаки травматического повреждения аксонов, не определены научно обоснованные доказательные морфологические критерии первичной и вторичной аксотомии, выявляемой доступными в повседневной экспертной практике гистологическими методами.

Цель работы — определение патогномоничных для ДАП изменений отростков нейронов МТ, морфологический анализ которых позволит установить давность травматического процесса.

Провели гистологическое исследование МТ потерпевших с ДАП в возрасте от 14 до 85 лет. Выделили две группы. Первую группу составили МТ трупов 55 мужчин и 20 женщин, умерших в течение 48 ч после травмы, 2-ю — МТ трупов 45 мужчин и 21 женщины с длительностью посттравматического периода от 2 до 14 сут.

Группой контроля служили МТ трупов 17 мужчин и 8 женщин в возрасте от 16 до 73 лет, умерших от сердечно-сосудистых заболеваний (острая коронарная недостаточность, кардиомиопатия, ишемическая болезнь сердца), острых отравлений алкоголем, наркотическими и психотропными средствами, механической асфиксии (утопление, повешение).

Для гистологического исследования изготовили фронтальные и сагиттальные срезы ствола МТ и его серого покрова. Препараты окрашивали гематоксилином и эозином, а также с применением ИГХ-метода с антителами к нейрофиламентам [Neurofilament (2F11) Mouse Monoclonal Antibody (Cell Marque Corporation)] в стандартизированных условиях в соответствии с протоколом производителя. Количественную оценку отростков нейронов производили методом морфометрии.

Для оценки состояния отростков нейронов МТ изучали такие их характеристики, как контуры, толщина и целостность, состояние цитоскелета, появление ретракционных шаров.

Установили следующие морфологические особенности отростков нейронов МТ.

В группе контроля независимо от вида и причины смерти и длительности агонального периода: неровные извитые контуры, неравномерная толщина (2,7±0,9 мкм); участки утолщений, которые на сагиттальных срезах имеют форму овала или круга с неровными контурами, диаметром в пределах 3,2—4,2 мкм; участки фрагментарных уплотнений нейрофиламентов, которые при ИГХ с антителами к нейрофиламентам выглядят чередованием иммунопозитивных и иммунонегативных зон; целостность отростков нейронов, доступных для визуализации, сохранена; ретракционные шары отсутствуют.

При ДАП с посттравматическим периодом до 48 ч в зоне кровоизлияний и перифокально: неровные извитые контуры, неравномерная толщина — от 2 до 8 мкм; участки утолщений, которые на сагиттальных срезах имеют форму овала или круга с неровными контурами, диаметром 8±1,85 мкм; участки фрагментарных уплотнений нейрофиламентов (при ИГХ с антителами к нейрофиламентам); целостность отростков нейронов, доступных для визуализации, сохранена; ретракционные шары отсутствуют.

При ДАП с посттравматическим периодом от 2 до 14 сут в зоне кровоизлияний и перифокально: неровные и резко извитые контуры, неравномерная толщина — от 1 до 10 мкм; участки утолщений, которые на сагиттальных срезах имеют форму овала или круга с неровными контурами, диаметром от 3 до 10 мкм; участки фрагментарных уплотнений нейрофиламентов, установленных при ИГХ с антителами к нейрофиламентам. Ретракционные шары на сагиттальных и фронтальных срезах, окрашенных гематоксилином и эозином, в виде округлых эозинофильных образований диаметром 15,5±6,33 мкм.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что для ДАП головного мозга характерны два типа изменений отростков нейронов МТ. Это соответствует приведенным в литературе экспериментальным данным.

1. Повреждение отростков нейронов вследствие нарушения внутриклеточного транспорта и цитоскелета морфологически проявляется неровными контурами и неравномерной толщиной отростков, с утолщениями и участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов; целостность отростков нейронов сохранена (рис. 1, на цв. вклейке).

Рис. 1. Мозолистое тело, ствол.

Отростки нейронов неравномерной толщины, с неровными контурами, утолщениями и участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов. Целостность отростков нейронов сохранена (указано стрелками). ИГХ с антителами к нейрофиламентам. Ув. 1000.

Изменения отростков нейронов выявили во всех случаях ДАП вне зависимости от давности посттравматического периода. Наши исследования позволяют утверждать, что применение морфометрии для оценки степени выраженности повреждений отростков, а именно измерение толщины отростков нейронов, позволяет установить давность ДАП.

2. Аксотомия образуется вследствие прогрессирующих посттравматических изменений, приводящих к разрыву отростков нейронов. Установлено, что аксотомия появляется не ранее чем через 2 сут после травмы. Образующиеся при этом ретракционные шары визуализируются при рутинной гистологической окраске гематоксилином и эозином без применения специальных методов гистологического исследования (рис. 2 на цв. вклейке).

Рис. 2. Мозолистое тело, ствол. Ретракционные шары (указано стрелками).

Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 200.

Установили, что изменения отростков нейронов, характерные для первого типа, неспецифичны и выявляются как в случаях ДАП, так и в группе контроля. Это не позволяет дифференцировать травматический и нетравматический генез, ввиду чего их следует рассматривать как проявление общепатологических процессов.

На основании морфометрических показателей определили, что в посттравматическом периоде ДАП толщина отростков нейронов, являющаяся морфологическим показателем нарушений внутриклеточного транспорта, существенно отличается от толщины отростков нейронов в группе контроля. Выявленные участки истончения отростков нейронов (до 1 мкм), сочетающиеся с участками их утолщений (до 10 мкм), являются доказательным подтверждением степени выраженности ответной реакции на травматический процесс нейронов. Установленный полиморфизм отростков нейронов свидетельствует о гетерогенности и стадийности патологических процессов, обусловленных как самой травмой, так и развивающимися реактивными посттравматическими изменениями, прогрессирование которых приводит к разрыву отростков нейронов, так называемой аксотомии с ретракционными шарами — второму типу повреждений.

Таким образом, при ДАП первичное травматическое воздействие на отростки нейронов головного мозга запускает внутриклеточные общепатологические процессы без их механического разрыва. Аксотомия обусловлена выраженностью посттравматических внутриклеточных патологических процессов, возникает вторично, в определенный период (не ранее 2 сут после травмы), поэтому разделять аксотомию на первичную и вторичную не следует.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.