뇌사의 병리 생리학적 메커니즘

뇌사의 병태생리학적 메커니즘

뇌에 대한 심각한 기계적 손상은 반대 방향의 벡터로 인한 갑작스러운 가속으로 인한 외상으로 인해 가장 자주 발생합니다. 이러한 손상은 자동차 사고, 높은 곳에서의 낙상 등에서 가장 자주 발생합니다. 이러한 경우 외상성 뇌 손상은 두개강 내에서 뇌가 급격히 반대 방향으로 이동하여 뇌의 일부를 직접 파괴함으로써 발생합니다. 중대한 비외상성 뇌 손상은 뇌실질 또는 뇌막 아래 출혈로 인해 가장 자주 발생합니다. 두개강으로 다량의 혈액이 쏟아지는 것을 동반하는 실질성 또는 지주막하 출혈과 같은 심각한 형태의 출혈은 외상성 뇌 손상과 유사한 뇌 손상 기전을 유발합니다. 심장 활동의 일시적인 중단으로 인해 발생하는 무산소증 또한 치명적인 뇌 손상을 초래합니다.

두개강으로의 혈액 흐름이 30분 동안 완전히 중단되면 신경 세포에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하여 회복이 불가능해지는 것으로 나타났습니다. 이러한 상황은 두 가지 경우에 발생합니다. 하나는 두개내압이 수축기 동맥압 수준까지 급격히 상승한 경우이고, 다른 하나는 심정지 상태이며, 다른 하나는 지정된 시간 동안 간접 심장 마사지가 충분하지 않은 경우입니다.

일과성 산소 결핍으로 인한 2차 손상으로 인한 뇌사의 발생 메커니즘을 완전히 이해하려면 두개내 압력의 형성 및 유지 과정과 뇌 조직의 붓기와 부종으로 인한 치명적인 뇌 조직 손상으로 이어지는 메커니즘에 대해 더 자세히 알아볼 필요가 있습니다.

두개내 내용물의 용적 평형을 유지하는 데에는 여러 생리학적 시스템이 관여합니다. 현재 두개강의 용적은 다음 요소들의 함수로 여겨집니다.

Vtotal = Vblood + Vleukocytes + Vbrain + Vwater + Vx

여기서 V _total 은 두개내 내용물의 현재 부피이고, V _blood는 뇌내 혈관과 정맥동의 혈액 부피이고, V _lkv는 뇌척수액의 부피이고, V _brain은 뇌 조직의 부피이고, V _water는 자유수와 결합수의 부피이고, V _x는 두개강에 정상적으로 존재하지 않는 병적인 추가 부피(종양, 혈종 등)입니다.

정상 상태에서는 두개골 내용물의 부피를 형성하는 이러한 모든 구성 요소들이 일정한 동적 평형 상태에 있으며 8~10mmHg의 두개내압을 생성합니다. 공식의 오른쪽 절반에 있는 변수 중 하나가 증가하면 다른 변수들은 필연적으로 감소합니다. 정상 구성 요소 중 V _water 와 V _{leukv는 부피가 가장 빠르게 변하고, Vblood는} 그보다 덜 빠르게 변합니다. 이러한 지표들의 증가를 유발하는 주요 메커니즘에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.

뇌척수액은 혈관(맥락막) 신경총에서 분당 0.3~0.4ml의 속도로 형성되며, 뇌척수액의 전체 용량은 8시간 이내에, 즉 하루 3회 완전히 교체됩니다. 뇌척수액의 형성은 두개내압의 값과 거의 무관하며, 맥락막 신경총을 통한 혈류가 감소함에 따라 감소합니다. 동시에, 뇌척수액의 흡수는 두개내압과 직접적인 관련이 있습니다. 두개내압이 증가하면 증가하고, 감소하면 감소합니다. 뇌척수액 형성/흡수 시스템과 두개내압 사이의 관계는 비선형적이라는 것이 확립되었습니다. 따라서 뇌척수액의 용량과 압력이 점진적으로 증가하더라도 임상적으로 나타나지 않을 수 있으며, 개별적으로 결정된 임계값에 도달한 후에는 임상적 부전과 두개내압의 급격한 상승이 발생합니다. 두개내압 상승과 함께 다량의 뇌척수액이 흡수되어 발생하는 탈구 증후군의 발생 기전도 기술되었다. 정맥 유출 장애를 배경으로 다량의 뇌척수액이 흡수되었지만, 두개강 내 체액 배출이 지연되어 탈구가 발생할 수 있다. 이 경우, EchoES를 이용하여 두개내압 상승의 전임상적 징후를 성공적으로 진단할 수 있다.

치명적인 뇌 손상의 발생에는 혈액-뇌 장벽의 손상과 세포독성 뇌부종이 중요한 역할을 합니다. 뇌 조직의 세포간 공간은 매우 좁고, 혈액-뇌 장벽의 기능 덕분에 세포 내 수분 장력이 유지되는데, 이 장벽의 구성 요소가 파괴되면 수분과 다양한 혈장 물질이 뇌 조직으로 침투하여 부종을 유발합니다. 장벽이 손상되면 뇌 조직에서 수분을 추출하는 보상 기전도 손상됩니다. 혈류, 산소 또는 포도당 함량의 급격한 변화는 신경 세포와 혈액-뇌 장벽 구성 요소에 직접적인 손상을 입힙니다. 더욱이 이러한 변화는 매우 빠르게 진행됩니다. 뇌로 가는 혈류가 완전히 멈춘 후 10초 이내에 의식 불명 상태가 발생합니다. 따라서 모든 의식 불명 상태는 혈액-뇌 장벽 손상을 동반하며, 이로 인해 수분과 혈장 성분이 세포외 공간으로 방출되어 혈관성 부종을 유발합니다. 세포간 공간에 이러한 물질이 존재하면 신경세포의 대사 손상과 세포내 세포독성 부종이 발생합니다. 이 두 가지 성분은 모두 두개내 용적 증가에 중요한 역할을 하며, 두개내압 상승을 유발합니다.

위의 내용을 요약하면, 뇌사로 이어지는 메커니즘은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

뇌 혈류가 중단되고 뇌 조직에 괴사성 변화가 시작되면 뇌 각 부분의 비가역적 사망 속도가 달라진다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 혈액 공급 부족에 가장 민감한 부위는 해마 뉴런, 이상핵 뉴런(푸르키네 세포), 소뇌 치상핵 뉴런, 신피질과 기저핵의 큰 뉴런입니다. 동시에 척수 세포, 대뇌 피질의 작은 뉴런, 그리고 시상의 주요 부분은 산소 결핍에 상당히 덜 민감합니다. 그럼에도 불구하고, 30분 동안 두개강으로 혈액이 전혀 유입되지 않으면 중추신경계 주요 부위의 구조적 무결성이 완전히 비가역적으로 파괴됩니다.

따라서 뇌사는 동맥혈이 두개강으로 흐르지 않을 때 발생합니다. 뇌 조직으로의 영양 공급이 중단되면 괴사와 세포자멸사 과정이 시작됩니다. 자가분해는 간뇌와 소뇌에서 가장 빠르게 진행됩니다. 뇌혈류가 중단된 환자에게 인공호흡을 실시하면 뇌는 점차 괴사되고, 호흡 보조 기간에 따라 특징적인 변화가 나타납니다. 이러한 변화는 극심한 혼수상태에서 12시간 이상 인공호흡을 받은 환자에서 처음 확인되고 설명되었습니다. 이와 관련하여 대부분의 영어 및 러시아어 출판물에서는 이 상태를 "호흡 뇌"라는 용어로 지칭합니다. 일부 연구자들에 따르면, 이 용어는 괴사성 변화와 인공 환기의 관계를 적절히 반영하지 못하며, 주된 역할은 뇌혈류 중단에 있다고 합니다. 그러나 이 용어는 전 세계적으로 인정을 받았으며 12시간 이상 뇌사 상태를 충족하는 환자의 뇌에서 나타나는 괴사성 변화를 정의하는 데 널리 사용되고 있습니다.

러시아에서 LM 포포바는 뇌사 기준을 충족하는 환자들을 대상으로 뇌 자가분해 정도와 인공호흡 기간 간의 상관관계를 규명하는 대규모 연구 프로젝트를 수행했습니다. 기외수축이 발생하기 전 인공호흡 기간은 5시간에서 113시간까지 다양했습니다. 이 상태에 머문 기간에 따라 "호흡기 뇌"에 특유한 세 단계의 뇌 형태학적 변화가 확인되었습니다. 이 소견은 척수 상부 두 분절의 괴사(필수적인 징후)로 보완되었습니다.

• 1기(극도의 혼수상태가 1~5시간 지속되는 단계)에서는 뇌괴사의 전형적인 형태학적 징후는 관찰되지 않습니다. 그러나 이 시기에 이미 세포질에서 특징적인 지질과 청록색의 미세립 색소가 검출됩니다. 연수의 하올리브와 소뇌의 치상핵에서 괴사성 변화가 관찰됩니다. 뇌하수체와 그 깔때기에서 순환 장애가 발생합니다.
• 2기(극심한 혼수상태 12~23시간)에는 뇌의 모든 부분과 척수의 I-II 분절에서 괴사 징후가 관찰되지만, 뚜렷한 뇌 손상은 없고 척수에 초기 반응성 변화 징후만 나타납니다. 뇌는 더욱 연약해지고, 뇌실 주위 부분과 시상하부 영역의 초기 뇌 손상 징후가 나타납니다. 분리 후 뇌를 수술대 위에 눕히면 대뇌반구 구조 패턴은 유지되지만, 신경세포의 허혈성 변화와 함께 지방 변성, 과립상 손상, 핵세포 용해가 관찰됩니다. 뇌하수체와 그 깔때기에서는 뇌하수체 선하수체에 작은 괴사 병소가 생기면서 순환 장애가 증가합니다.
• 3기(최종 혼수상태 24~112시간)는 괴사된 뇌 물질의 광범위한 자가분해가 증가하고 척수와 뇌하수체에 괴사 경계가 뚜렷하게 나타나는 것이 특징입니다. 뇌는 축 늘어지고 형태를 잘 유지하지 못합니다. 시상하부 영역, 해마회 갈고리, 소뇌 편도, 뇌실주위 영역, 그리고 뇌간과 같은 눌린 부위는 퇴화 단계에 있습니다. 뇌간의 신경 세포 대부분은 소실됩니다. 하측 올리브 대신 괴사된 혈관에서 여러 개의 출혈이 발생하며, 그 모양이 반복됩니다. 뇌 표면의 동맥과 정맥이 확장되고 용혈된 적혈구로 채워져 혈류가 중단되었음을 나타냅니다. 일반적으로 뇌사의 병리학적 징후는 5가지로 구분할 수 있습니다.
  • 뇌의 모든 부분이 괴사하고 뇌 물질의 모든 요소가 죽는 현상:
  • 척수의 첫 번째와 두 번째 경부 부분의 괴사
  • 뇌하수체 전엽과 척수의 III, IV 경부 부분에 경계대가 존재한다.
  • 뇌의 모든 혈관에서 혈류가 중단됨
  • 부종과 두개내압 증가의 징후.

척수의 蛛膜下공간과 경막하공간에서 매우 특징적인 것은 괴사된 소뇌 조직의 미세 입자가 뇌척수액의 흐름에 따라 말단 부분으로 운반된다는 것입니다.

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