Neuro-gliovascular module of the corpus callosum in the diagnosis of diffuse axonal brain injury

全文:

Ключевое сообщение

Что уже известно по предмету исследования?

На сегодняшний день не представлен научно обоснованный диагностический комплекс морфологических критериев диагностики ДАП раннего посттравматического периода, не выявлена динамика структурно-функциональных изменений вещества головного мозга в различные сроки переживания травмы, оценка которой возможна на светооптическом уровне.

Что вносит ваше исследование?

В результате проведённого исследования установлено, что ДАП как особый вид черепно-мозговой травмы проявляется патогномоничным комплексом патоморфологических изменений в глубинных структурах головного мозга, включая мозолистое тело, и объективизация его давности должна быть основана на сравнительной оценке всех установленных морфологических признаков, входящих в комплекс выделенного нейро-глиососудистого модуля, при этом отдельные его признаки не могут рассматриваться как диагностические.

Обоснование

Актуальность

Посмертная диагностика диффузного аксонального повреждения головного мозга (ДАП) — непростая судебно-медицинская задача, особенно в случаях смертельного исхода в первые часы после черепно-мозговой травмы (ЧМТ). В настоящее время отсутствует научно обоснованный диагностический комплекс ДАП раннего посттравматического периода [1], который позволил бы установить морфологический субстрат и давность ДАП при использовании традиционных гистологических методик.

Известно, что ДАП характеризуется посттравматической комой, мелкоочаговыми кровоизлияниями в глубинных структурах головного мозга, в частности в мозолистом теле, и аксотомией [2, 3]. Однако зачастую в судебно-медицинской практике приходится проводить исследование лиц, погибших от ЧМТ в условиях неочевидности, без оказания медицинской помощи. В ряде случаев при ДАП макроскопически видимые повреждения в области головы могут отсутствовать, а гистологически установленные изменения в веществе головного мозга даже с применением иммуногистохимического исследования без их комплексного анализа не вносят диагностической ясности. Так, по данным J. Geddes и соавт. [4], выявляемая при иммуногистохимическом исследовании аксотомия не является однозначным признаком травматического повреждения отростка нейрона. Вместе с тем в результате экспериментальных исследований установлено, что при этой форме ЧМТ запускается цепь разнонаправленных реактивных процессов в различных структурах головного мозга [5, 6]. Однако как в отечественной, так и в иностранной литературе не содержится указаний на исследования, посвящённые комплексному сравнительному анализу изменений в головном мозге пострадавших от ДАП в различные посттравматические сроки, что создаёт определённые трудности в интерпретации характеристик обнаруживаемых морфологических изменений и экспертной оценке причин их возникновения. Кроме того, не представлен перечень необходимых доказательных гистологических методик, применение которых позволит объективизировать ДАП и установить давность ЧМТ в экспертной практике.

Цель исследования — определение патоморфологических изменений в мозолистом теле в различные посттравматические периоды ДАП, всесторонний анализ которых позволит установить его давность.

Анализ патоморфологических изменений в мозолистом теле в зависимости от длительности посттравматического периода диффузного аксонального повреждения головного мозга

Материалом послужили мозолистые тела трупов лиц, получивших ЧМТ с ДАП в возрасте от 14 до 82 лет: 19 мужчин и 6 женщин, погибших в течение первого часа после травмы (I группа), 21 мужчина и 9 женщин в посттравматический период от 1 до 12 ч (II группа), 13 мужчин и 4 женщины, смерть которых наступила после травмы в период от 12 до 48 ч (III группа). Группу контроля составили мозолистые тела 17 мужчин и 8 женщин, умерших в возрасте от 16 до 73 лет от различных ненасильственных и насильственных (без травмы головы) причин.

Для микроскопического исследования сагиттальные срезы ствола мозолистого тела окрашивали гематоксилином и эозином, по Нисслю, AgNOR. Иммуногистохимическое исследование проводилось в соответствии с протоколом производителя в стандартизированных условиях с антителами к нейрофиламентам нейронов (NFP; Neurofilament, 2F11; Mouse Monoclonal Antibody, Cell Marque Corporation) в разведении 1:300, к GFAP астроцитов (Glial Fibrillary Acidic Protein, SP78; Rabbit Monoclonal Antibody, Cell Marque Corporation) в разведении 1:300; выполнялись положительный и отрицательный контроли. Для количественной оценки изучаемых структур применяли морфометрию.

При условии выявления в стволе мозолистого тела кровоизлияний с морфологическими характеристиками, установленными в проведённых нами исследованиях, реактивные морфологические изменения оценивали по следующим параметрам состояния гистоструктур мозолистого тела: в нейронах серого покрова (форма и размер тела и ядра, локализация ядрышка, наличие аргирофильных гранул и хроматолиза); в отростках нейронов (толщина, контур, целость, состояние цитоскелета) и астроцитов (толщина, контур, целость); в перифокальной зоне кровоизлияний оценивали сосудистое русло (кровенаполнение, состояние стенки сосуда, содержимое периваскулярного пространства), состав клеточной реакции (глиоциты, лейкоциты, макрофаги), наличие некроза вещества и ретракционных шаров.

Гистологические препараты исследовали в проходящем свете с помощью микроскопа Axio Imager.A2 (Zeiss, Германия). При помощи цифровой камеры AxioCam HRc с максимальным разрешением 3600×3030 пикселей и программного обеспечения ZEN lite 2012 (CarlZeiss) проводили морфометрию.

Статистический анализ полученных данных проводили с помощью табличного редактора Microsoft Excel (2013) и пакета прикладных программ Statistica 8.0 for Windows.

Результаты

В результате исследования удалось охарактеризовать патоморфологические изменения в мозолистом теле пострадавших от ДАП в различные посттравматические сроки.

ДАП в течение первого часа после травмы: кровоизлияния в мозолистом теле макроскопически выявлены в 15 (58%) случаях, гистологически — в 23 (89%). Выявленные кровоизлияния (однонаправленные, мелкоочаговые, вытянутой формы в количестве не менее 3 и длиной не более 4 мм) располагаются в веществе ствола и сером покрове мозолистого тела, а также вокруг вен его вентральной поверхности; кровоизлияния из контурирующихся эритроцитов, определённой линейной направленности, позволяющей предположить вектор смещения головного мозга. В зоне кровоизлияний тела нейронов серого покрова ближе к округлой форме, с максимальным и минимальным диаметром 21,2±2,1 и 15,8±2,7 мкм соответственно, ядрами округлой формы 9,75±1,6 мкм в диаметре с эксцентрично расположенным ядрышком, отсутствием аргирофильных гранул, с размытым контуром ядерной мембраны, слабо выраженным перинуклеарным хроматолизом. В перифокальной зоне кровоизлияний — спазм и малокровие артерий и артериол, неравномерное кровенаполнение вен, полнокровие венул и капилляров; в просветах сосудов — контурирующиеся эритроциты; периваскулярное пространство свободно или с наличием эритроцитов; отсутствуют глиальная, лейкоцитарная реакция и некроз вещества. Отростки нейронов вокруг кровоизлияний неравномерной толщины (3,11±0,9 мкм), с неровными контурами, участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов с иммунопозитивной реакцией антителами к нейрофиламентам, наличием структур типа чёток, образованием утолщений и сохранной целостью светооптически визуализирующегося фрагмента отростка; ретракционные шары отсутствуют. Отростки астроцитов неравномерной толщины, с утолщениями, закручиванием и образованием структур типа петель, с иммунопозитивной реакцией с антителами к GFAP, некоторые представлены фрагментарно.

ДАП посттравматического периода от 1 ч до 12 ч: кровоизлияния в мозолистом теле с вышеописанными морфологическими характеристиками выявлены макроскопически в 27 (84%) случаях, гистологически — в 32 (100%). В зоне кровоизлияний в сером покрове нейроны с неправильными, ближе к треугольным, формами тел и ядер, максимальным и минимальным размером тел 14,5±5,1 и 6,1±0,9 мкм соответственно; максимальным размером ядер до 7,1±0,9 мкм, смещением ядрышка на периферию ядра вплоть до ядерной мембраны или отсутствием ядрышка в отдельных нейронах; с наличием аргирофильных гранул в ядрах, перинуклеарного хроматолиза на расстоянии 2–3 мкм от оболочки ядра. В перифокальной зоне кровоизлияний — неравномерное кровенаполнение артерий и артериол с отделением плазмы от клеток крови, полнокровие вен, венул и капилляров, с перераспределением лейкоцитов и лейкостазами в некоторых венулах и капиллярах; группы микроглиоцитов при отсутствии лейкоцитов и некроза вещества. Отростки нейронов неравномерной толщины (3,2±1,2 мкм), с неровными контурами, участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов, утолщениями, структурами типа чёток, сохранной целостью светооптически визуализируемого фрагмента отростка; ретракционные шары отсутствуют. Отростки астроцитов неравномерной толщины, с утолщениями, закручиванием и образованием структур типа петель, некоторые представлены фрагментарно.

ДАП посттравматического периода от 12 ч до 48 ч: кровоизлияния в мозолистом теле с вышеописанными морфологическими характеристиками выявлены макроскопически в 12 (71%) случаях, гистологически — в 15 (88%). В сером покрове тела и ядра нейронов неправильной и треугольной формы, размерами тел нейронов от 14±3,0 до 5,9±0,5 мкм (максимальный размер ядер 7,0±1,9 мкм), с гиперхромными ядрами, смещёнными на периферию клеток; резким смещением ядрышек на периферию ядер вплоть до ядерных мембран, отсутствием ядрышек в отдельных нейронах, наличием в ядрах аргирофильных гранул; нейроны с тотальным хроматолизом. В перифокальной зоне кровоизлияний — неравномерное кровенаполнение артерий, полнокровие артериол, венул, капилляров и вен, эритростазы и лейкостазы в венулах и капиллярах; клеточная реакция из микроглиоцитов и клеток макроглии; отсутствует некроз вещества. Отростки нейронов неравномерной толщины (5,38±2,7 мкм) с неровными контурами, участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов, утолщениями, структурами типа чёток, сохранённой целостью светооптически визуализируемого фрагмента отростка; ретракционные шары отсутствуют. Отростки астроцитов неравномерной толщины, с утолщениями, закручиванием и образованием структур типа петель, некоторые представлены фрагментарно.

В группе контроля кровоизлияний в мозолистом теле не выявлено. Нейроны серого покрова с телами ближе к округлой форме (максимальный диаметр 17,5±2,8 мкм, минимальный — 10±1,3 мкм), их ядра крупные, сферической формы (10,5±1,9 мкм диаметром), без аргирофильных гранул, с центрально расположенным ядрышком. Отростки нейронов неравномерной толщины (2,7±0,9 мкм), с неровными контурами, участками фрагментарного уплотнения нейрофиламентов, расширений и утолщений отростков, наличием структур типа чёток, сохранной целостью. Отростки астроцитов неравномерной толщины, с утолщениями, закручиванием и образованием структур типа петель, в некоторых участках фрагментированы. Артерии и артериолы неравномерного кровенаполнения, вены и сосуды микрогемоциркуляции полнокровны. Некроз вещества и пролиферация каких-либо клеток отсутствовали.

В результате проведённого исследования и сравнительного анализа полученных микроскопических признаков установлено, что основным диагностическим критерием ДАП при ЧМТ является кровоизлияние в веществе ствола мозолистого тела. Установлены следующие морфологические критерии: в нейронах серого покрова — изменения формы, размеров тел и ядер, размытые контуры ядерной мембраны, эксцентричное расположение ядрышка, наличие аргирофильных гранул, перинуклеарный хроматолиз; в отростках нейронов — неровные контуры, участки фрагментарного уплотнения нейрофиламентов и утолщений отростков, отсутствие ретракционных шаров; в отростках астроцитов — участки утолщений, образование структур типа петель; наличие сосудистой и клеточной (глиальной с отсутствием лейкоцитарной) реакции является признаком формирующейся в ранний (до 48 ч) период ответной реакции на ЧМТ.

Изменения в мозолистом теле при ДАП, установленные во всех его структурах (сером покрове, содержащем нейроны, в отростках нейронов и клетках глии, в сосудистой сети), представляют комплексную реакцию отдельной морфофункциональной единицы, созданной в ответ на травматическое повреждение, которую следует обозначить как нейро-глиососудистый модуль. Несомненно, определение локализации кровоизлияний и анализ их морфологии позволит объективизировать генез ЧМТ, а выявление установленного комплекса морфологических изменений нейро-глиососудистого модуля — высказаться о давности ДАП.

Заключение

Таким образом, ДАП как особый вид ЧМТ проявляется патогномоничным комплексом патоморфологических изменений в глубинных структурах головного мозга, включая мозолистое тело, и объективизация его давности должна быть основана на сравнительной оценке всех установленных морфологических признаков, входящих в комплекс выделенного нейро-глиососудистого модуля, при этом отдельные его признаки не могут рассматриваться как диагностические.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования, сбор, анализ и интерпретация данных, написание черновика рукописи: Колударова Е. М., Зориков О. В. Статистический анализ: Колударова Е. М. Научная редакция рукописи: Колударова Е. М., Тучик Е. С. Рассмотрение и одобрение окончательного варианта рукописи: Колударова Е. М., Зориков О. В., Тучик Е. С. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

作者简介

Ekaterina Koludarova

Russian Centre of Forensic Medical Expertise, Ministry of Health of the Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: koludarova@rc-sme.ru
ORCID iD: 0000-0003-1989-7789
SPIN 代码: 5593-7492

Сandidate of Мedical Sciences, Forensic medical expert

俄罗斯联邦, 12/13 bld, Polikarpova str., 125284, Moscow

Oleg Zorikov

Russian Centre of Forensic Medical Expertise, Ministry of Health of the Russia

Email: zorikov@rc-sme.ru
ORCID iD: 0000-0002-1396-7881
SPIN 代码: 2215-6701

Forensic medical expert

俄罗斯联邦, Moscow

Evgeny Tuchik

Russian Centre of Forensic Medical Expertise, Ministry of Health of the Russia; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: tuchik@rc-sme.ru
ORCID iD: 0000-0003-4330-2327
SPIN 代码: 1290-0060

Doctor of Medical Sciences, Professor, Department of Forensic Medicine; Head of the Organizational and methodological Department

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

参考

补充文件