Pathophysiology
TBI può essere diviso in due meccanismi principali: lesioni focali punto di impatto e lesioni cerebrali diffuse. Questi meccanismi si verificano nel contesto di due punti temporali che contribuiscono rispettivamente all’esito clinico: primario (che si verifica al momento della lesione) e secondario (che si verifica in modo ritardato). Esempi di lesioni focali durante l’insulto primario sono contusioni cerebrali e lacerazioni, ematomi intracerebrali, fratture del cranio, ferite da arma da fuoco penetranti, emorragie extra-assiali e lesioni vascolari. Le contusioni sono dovute a forze penetranti o concussive dirette sul parenchima (Gennarelli et al., 1982), così come forze di volo a vela in cui un cervello che si muove all’interno del cranio contatta superfici ossee di forma irregolare come alla base del cranio (Holburn, 1945). Le contusioni di Coup (o ipsilateral) si verificano appena sotto il sito di impatto o frattura quando una testa stazionaria assorbe l’impatto diretto. Essi possono verificarsi anche sul lato opposto (o contrecoup) del cervello come il tessuto cerebrale traslazione decelera contro il lato opposto del cranio. Le tonsille cerebellari e il giro temporale mesiale possono subire una contusione di ernia contro il tentorio. Le lacerazioni del cervello si verificano a causa di significative forze di taglio al parenchima, e quindi di solito rappresentano una grave lesione. Gli ematomi intracerebrali (ICH) si verificano principalmente nei lobi frontali e temporali a causa della rottura venosa, ma possono svilupparsi nelle 24 ore dopo il trauma da lesioni da contusione (Snoek et al., 1979). Esiste un sottoinsieme di ematomi che si sviluppano in modo ritardato e sono osservati in pazienti che si deteriorano improvvisamente tra 1 e 3 giorni dopo il trauma a causa dell’ammorbidimento del cervello contuso e necrotico (Gudeman et al., 1979). Gli ematomi intracerebrali ritardati hanno una mortalità del 50-75% (Cohen e Gudeman, 1996).
Le fratture del cranio comprendono tipi lineari, sminuzzati o depressi. Le fratture lineari rappresentano la stragrande maggioranza delle fratture pediatriche e adulte e sono per la maggior parte clinicamente insignificanti. Nelle fratture sminuzzate, l’energia si dissipa frammentando l’osso e spesso si verifica dove l’osso è particolarmente sottile. La frattura cranica depressa è di particolare preoccupazione perché può danneggiare il cervello sottostante e può richiedere sbrigliamento ed elevazione, in particolare se una lacerazione del cuoio capelluto sovrastante lascia dura o cervello esposti all’ambiente aperto. Inoltre, il danno vascolare può verificarsi se colpisce un’arteria o un seno venoso. Le ferite da arma da fuoco penetranti rappresentano un insulto particolarmente violento al cervello e sono associate a significativi aumenti della pressione intracranica (ICP) dovuti alla rapida formazione di edema. Il proiettile può attraversare vasi intracranici vitali. L’esito è particolarmente scarso (con mortalità dei pazienti in coma che si avvicina al 95%) se il proiettile attraversa la linea mediana o viola il sistema ventricolare (Benzel et al., 1991). Infezioni e perdite di liquido spinale cerebrale (CSF) sono considerazioni che influenzano la gestione futura.
Le emorragie extra-assiali comprendono ematomi epidurali (EDH) ed ematomi subdurali (SDH). Un EDH deriva tipicamente dalla frattura e dalla lesione meningea sottostante (più comunemente l’arteria meningea media) e sono a forma lenticolare a causa della costrizione della sutura cranica del coagulo. Gli SDH sono a forma di mezzaluna rispetto all’EDH poiché sono confinati solo da pieghe durali come il falx o il tentorio. La presenza di un SDH è generalmente indicativa di una lesione cerebrale diffusa più grave a causa della forza necessaria per strappare una vena a bassa tensione. Tutti gli ematomi extra-assiali passano attraverso un processo di rottura del prodotto, liquefazione e almeno parziale assorbimento, ma possono diventare raccolte di liquidi cronici che esercitano un effetto di massa e richiedono una successiva evacuazione chirurgica. La lesione vascolare diretta durante la TBI può assumere molte forme, tra cui la dissezione arteriosa traumatica o la formazione di pseudoaneurisma dalla forza diretta alla parete arteriosa e la formazione di fistole carotide-cavernose (CCF). La CCF si verifica quando la lesione vascolare diretta o concussiva induce la comunicazione tra l’arteria carotide all’interno del seno cavernoso e i ricchi canali del seno venoso che circondano l’arteria. CCFs causa proptosi pulsatile e perdita di acuità visiva (Debrun et al., 1981). La trombosi del seno può verificarsi nei principali seni drenanti da lesioni traumatiche a questi tratti di deflusso.
In un trauma cranico significativo che provoca forze rotazionali e accelerazione/decelerazione traslazionale, può verificarsi un taglio assonale acuto. A volte questo porta al coma immediato da cui il paziente non si riprende mai. Se il paziente sopravvive, queste forze rotazionali causano lesioni assonali diffuse (DAI). La fisiopatologia DAI sembra essere correlata a cambiamenti neuronali e vascolari strutturali, con forze di taglio che causano interruzioni del citoscheletro e perdita del flusso assoplasmatico. Questa entità fu descritta per la prima volta da Strich (1955) e la sua patologia chiarita da Adams et al. (1982). È caratterizzato da vari stati di stato mentale alterato e focolai macroscopici di emorragia nelle aree del cervello più sensibili alle forze di taglio rotazionali, come il corpo calloso, il tronco cerebrale rostrale dorsolaterale e i tratti tegmentali pontini. I cambiamenti microscopici nella struttura assonale si verificano diffusamente, come la disconnessione assonale e la degenerazione walleriana, i bulbi di retrazione, la rottura della mielina e la gliosi. Spesso notevolmente assente è cambiamenti ischemici ipossici e solo lieve edema cerebrale.
Nelle aree principalmente danneggiate, gli insulti secondari si verificano a causa di cambiamenti nell’omeostasi cerebrovascolare. Il flusso sanguigno cerebrale normalmente regolato (CBF) diventa squilibrato e ridotto (Bouma e Muizelaar, 1992), portando a un passaggio al metabolismo anaerobico (Werner e Engelhard, 2007; Andriessen et al., 2010). I cambiamenti di permeabilità della membrana portano alla formazione di edema e la perdita della regolazione del canale ionico porta al rilascio di glutammato (Choi, 1987; Rothman e Olney, 1987; Bullock et al., 1998). Questo avvia la cascata di neurotossicità e l’apoptosi cellulare. L’ipoperfusione precoce dopo TBI è seguita da iperperfusione reattiva a causa della vasoreattività compromessa. Il normale flusso sanguigno cerebrale (CBF) è costante su un intervallo di pressioni di perfusione cerebrale (CPP) da 60 a 140 mmHg quando l’autoregolazione è in funzione. In TBI, CBF può essere significativamente elevato anche quando CPP è < 60 mmHg. L’iperperfusione eleva il volume del sangue cerebrale e provoca un aumento della pressione intracranica dallo disaccoppiamento del flusso sanguigno e del metabolismo (Lassen, 1996; Kelly et al., 1997). La curva di autoregolazione è significativamente interrotta dopo TBI (Enevoldsen e Jensen, 1978; Hlatky et al., 2002), ed è difficile prevedere la lunghezza della perturbazione o correlarla alla gravità della lesione (Werner e Engelhard, 2007). Inoltre, la lesione ischemica ipossica può verificarsi quando vi è ipotensione relativa dopo un trauma. Si verifica in aree del cervello che possono avere alimentazione vascolare a doppia estremità dell’arteria ma non vere anastomosi, come l’interfaccia dell’arteria cerebrale anteriore e media. Altri insulti secondari includono il vasospasmo post-traumatico, che è un indicatore prognostico scadente per l’esito in quanto ha conseguenze significativamente più sintomatiche dell’emorragia subaracnoidea aneurismatica (Oertel et al., 2005). C’è anche una riduzione del tasso metabolico efficace del cervello dopo la lesione che si correla direttamente con l’esito (Wu et al., 2004). L’ossigenazione cerebrale può essere drasticamente ridotta in quanto tutti i fattori di cui sopra sono sommati. Gli episodi ipossici aumentano significativamente la mortalità e si sostiene l’intubazione precoce (Stochetti et al., 1996; Winchel e Hoyt, 1997). Le nuove tecniche di monitoraggio della microcircolazione parenchimale hanno identificato 15 mmHg / PtO2 come la pressione minima di ossigeno per prevenire l’infarto (Rose et al., 2006), anche se questi apparecchi non sono stati completamente integrati nella pratica corrente. Soprattutto, l’infarto cerebrale ha dimostrato di più del doppio della mortalità dopo TBI (Tawil et al., 2008).
I modelli di edema in TBI variano a seconda della fisiopatologia degli insulti primari e secondari. Intorno alle contusioni, la lesione primaria porta ad edema vasogenico tramite disregolazione arteriolare e aumento della permeabilità vascolare (Klatzo, 1979). Nella SDH acuta, la disregolazione e il rapido tasso di gonfiore da emorragia portano a congestione venosa ed edema in tutto l’emisfero danneggiato. Successivamente, la lesione porta alla rottura della barriera emato–encefalica e all’edema vasogenico aggiuntivo (Adams et al., 1980). L’edema citotossico si verifica dalla morte cellulare indotta da eccitotossina. Il gonfiore diffuso del cervello è più spesso presente nei bambini ed è anche probabilmente dovuto a vasodilatazione disregolata, congestione ed edema (Bruce et al., 1981), e questo può essere drammatico e rapido a causa della pienezza basale del cervello pediatrico all’interno del cranio.
Il concetto di Lund di gestione basata sulla fisiopatologia del TBI è stato sviluppato nel 1992 (Asgeirsson et al., 1994; Grande, 2006). Il mantenimento della perfusione cerebrale (CPP-guided management) e la regolazione del volume cerebrale (ICP-guided management) sono i due obiettivi sottostanti. Il cervello ferito perde la sua capacità di controllare il volume complessivo quando la barriera emato–encefalica è danneggiata. L’edema risultante riduce la perfusione a causa di aumenti di pressione idrostatica locale, in particolare intorno contusioni. Il cervello manca di un sistema linfatico per affrontare il sovraccarico di liquidi e la rottura catabolica del cervello ferito aumenta ulteriormente le pressioni osmotiche interstiziali; L’ICP aumenta di conseguenza. Ipotermia, uno strumento utilizzato in alcuni protocolli di trattamento TBI, è stato trovato per essere dannoso per la perfusione a causa del deflusso simpatico risultante e vasocostrizione da stress sistemico. Il concetto di Lund identifica anche un sistema di deflusso venoso subdurale pieghevole che protegge il compartimento intracranico dalle fluttuazioni sistemiche e raccomanda il controllo della pressione arteriosa e l’uso dell’albumina (per normalizzare contemporaneamente lo stato del volume e la pressione oncotica) per ridurre l’edema cerebrale generale.
Risultati ICP elevati da diversi fattori. L’edema cerebrale post-traumatico che è principalmente citotossico da insulti primari e secondari aumenta l’ICP. L’idrocefalo post-traumatico aumenta l’ICP e può essere dovuto a emorragia subaracnoidea (comunicante) o emorragia interventricolare (non comunicante/ostruttiva). L’effetto di massa delle emorragie può causare un ICP elevato a causa dello spazio fisso nella volta cranica o del blocco del deflusso ventricolare. L’uso frequente del monitoraggio ICP in TBI è sostenuto a causa del rischio relativamente basso della procedura per il valore delle informazioni ottenute (Brain Trauma Foundation, 2000). La forma d’onda ICP ottenuta fornisce informazioni significative sull’ambiente e sulla conformità del cervello dopo la lesione. Una recente meta-analisi che esamina il ruolo prognostico dell’ICP elevato ha rilevato che l’ICP elevato ma riducibile ha un aumento da tre a quattro volte della mortalità, mentre l’ICP refrattario (in particolare valori superiori a 40 mmHg) è stato inequivocabilmente associato a risultati scadenti (Treggiari et al., 2007). L’aumento del volume di sangue dopo TBI può manifestarsi sul monitor ICP come onde di plateau, manifestate da un drammatico aumento di ICP fino a 50 mmHg con una caduta di CPP in 5-10 minuti (Lundberg, 1960). Queste onde in realtà evidenziano i complessi cicli di retroazione della vasodilatazione compensatoria e della costrizione, suggeriscono l’autoregolazione cerebrale preservata e non influenzano negativamente l’esito (Czosnyka et al., 1999).
