Представьте себе ситуацию, когда находящийся в состоянии покоя мозг получает резкое ускорение под воздействием внешней силы. Или же находящийся в движении мозг подвергается резкому торможению (отрицательному ускорению) при столкновении с неподвижным предметом. Приведенные формулы говорят нам, что при этом серая и белая части нейрона ускоряются или тормозят с разной скоростью.

А теперь представьте себе мягкую длинную лапшу, которая находится в натянутом состоянии и движется в пространстве. Если произойдет внезапная остановка и разные концы этой лапши затормозят с разной скоростью, лапша деформируется. Или, если сила достаточно велика, она может порваться.

Нейрон реагирует точно так же. Разное ускорение частей одного нейрона в результате воздействия травмирующей силы приводит к повреждению в месте соединения аксона и клеточного тела, то есть на границе серого и белого вещества.

При легкой травме нейрон временно прекращает функционировать. Повреждение происходит на биохимическом уровне. Передача сигналов между нейронами осуществляется электрическим путем за счет движения ионов натрия, калия и кальция через клеточную мембрану нейрона. Травма приводит к нарушению этого процесса, и нейрон перестает работать. Если затронуто достаточно большое количество нейронов, происходят неврологические изменения, такие как описанное выше классическое сотрясение мозга с мгновенной потерей сознания, что обусловлено одновременным выходом из строя сразу множества нейронов. Другой типичный пример такого рода — когда вы слишком долго сидите со скрещенными ногами, они затекают, что сопровождается онемением и покалыванием. Еще пример — ощущение, словно от удара электрическим током, с последующим покалыванием в руке, когда вы сильно ударяетесь локтем и задеваете локтевой нерв.

Все это временные повреждения. Нейрон травмируется, но остается интактным (невредимым), как и все его вспомогательные структуры, включая миелиновую оболочку. Поэтому он довольно быстро восстанавливается (так происходит, например, в только что описанных ситуациях с ногой и локтем). В медицине такое повреждение называется нейропраксией. Когда функционирование нейронов восстанавливается, исчезают и неврологические симптомы: спортсмен приходит в сознание, в затекшей ноге прекращается покалывание и т.д. В то же время в случае сотрясения мозга другие симптомы могут сохраняться дольше. О них мы поговорим чуть позже.

При более тяжелой травме может происходить разрыв аксона внутри его оболочки, тогда как сама оболочка остается неповрежденной. Участок аксона, отделенный при разрыве, разрушается (такой процесс называется валлеровской дегенерацией), но, поскольку оболочка остается нетронутой, со временем аксон регенерируется, вырастая вдоль сохранившейся оболочки. В этом случае неврологические последствия бывают более тяжелыми и долговременными. Восстановление нервных функций происходит по мере регенерации нейронов, но в этот процесс часто вкрадываются ошибки, приводящие к образованию рубцов в местах повреждения аксонов, что может помешать их полной регенерации. В результате остаточные симптомы и неврологические расстройства являются распространенными осложнениями при таких травмах. Полное восстановление может занять год и больше. Медицинское название такого вида травм — аксонотмезис.

Наконец, в худшем случае травмирующая сила настолько велика, что приводит к полному разрушению нейрона: аксона, вспомогательных структур и миелиновой оболочки. Нервные волокна полностью разрываются. Это необратимая травма, при которой восстановление уже невозможно: пострадавший мгновенно теряет сознание и входит в состояние глубокой комы. Такие черепно-мозговые травмы часто сопровождаются травмами других частей тела, и в этих случаях процент летальных исходов очень высок. Типичные причины таких травм — автомобильные и мотоциклетные аварии. Со временем место травмирования нервных волокон рубцуется, и любые попытки аксонов регенерироваться заканчиваются ничем, поскольку они не могут преодолеть рубец, блокирующий им путь внутри оболочки. Медицинский термин для таких травм — нейротмезис.

Последние два типа черепно-мозговых травм часто называются диффузным аксональным повреждением головного мозга (ДАП).

Диффузное аксональное повреждение головного мозга (ДАП)

Такие травмы затрагивают все три уровня — макро- (анатомический), микро- (клеточный) и биохимический. Травматические изменения можно увидеть на снимках мозга, полученных при помощи магнитно-резонансной и компьютерной томографии: они представляют собой небольшие кровоизлияния на границе серого и белого вещества.

Врачи часто называют такие травмы «сдвиговыми» (shear injury) в силу того, что в результате разного ускорения слоев происходит сдвиг коры по границе с серым веществом и, как следствие, разрыв аксонов. Если пострадавший выживает, он, как правило, становится инвалидом. При наиболее тяжелой степени повреждения, нейротмезисе, выживший обречен оставаться в перманентном вегетативном состоянии. У пациента сохраняются вегетативные и двигательные рефлексы, однако он перестает быть мыслящим существом. Он не может говорить, не воспринимает сигналы извне, не осознает себя и не узнает окружающих. Его кормят через трубку, вставленную непосредственно в желудок или тонкий кишечник. Обычно ему делают трахеостомию, чтобы очистить дыхательные пути и облегчить дыхание. Такому пациенту требуется круглосуточная помощь на протяжении всей оставшейся жизни.

Снимок головного мозга (МРТ) спустя три дня [слева] и четыре месяца (справа} после диффузного аксонального повреждения

Существует еще одна особенность анатомии головного мозга, которую надо объяснить, чтобы вы в полной мере поняли патофизиологию ЧМТ. Мозг — очень мягкий орган, заключенный в очень жесткий и неэластичный контейнер — черепную коробку. Внутри черепной коробки мозг находится в жидкой среде, которая называется спинномозговой жидкостью (СМЖ). Спинномозговая жидкость образуется в желудочковой системе, которая состоит из четырех полостей (желудочков), находящихся в центре головного мозга. Эта жидкость заполняет желудочки и из них выходит через три отверстия, расположенные у основания мозга в специальные резервуары (цистерны). Далее она циркулирует под паутинной оболочкой, окружающей всю поверхность головного и спинного мозга, — по так называемому подпаутинному пространству. Именно эта жидкость отбирается при спинномозговой пункции для диагностики заболеваний нервной системы — менингита и многих других.