重症视角 | 脑水肿病理生理机制
本帖最后由 糖糖不次糖 于 2023-5-20 15:32 编辑以下文章来源于杭师大附属医院重症医学科，作者hsd-icu
脑水肿是一种非特异性的脑病理性肿胀，可在任何类型的神经损伤后发展成局灶性或弥漫性模式。这种脑肿胀的潜在原因是高度可变的，与多种生理细胞变化有关。脑水肿最简单的描述是脑细胞内或细胞外过量液体的积累，脑水肿可继发于血脑屏障破坏、局部炎症、血管改变或细胞代谢改变。
脑水肿发生的原因脑水肿是继发性过程，可继发于全身系统疾病：如严重心、肺、肾疾病，中毒，休克，严重贫血等等，多引起全脑水肿；还可继发于脑部疾病：如外伤、肿瘤、脑血管病、炎症、寄生虫等等，多引起局部脑水肿；脑水肿是神经外科最常见的临床问题，也是引起颅内高压最常见的原因。
脑组织易发生水肿与解剖生理特点有关血脑屏障的存在限制了血浆蛋白通过脑部毛细血管的渗透性运动；脑组织无淋巴管运走过多的液体。
脑水肿的类型血管源性脑水肿（vasogenic cerebral edema）机制：血脑屏障（blood brain barrier，BBB）受损，引起内皮细胞通透性增加，血浆蛋白渗出增加，引局部起脑水肿；特点：水分积聚在细胞外间隙，白质更明显，灰质可受累；常见原因：创伤、肿瘤、炎症、脑缺血晚期等。
脑脓肿，T2FLAIR像上可见病灶周围片状高信号区域，并呈手指状向周围延伸。
乳腺癌脑转移，CT、MRI可见广泛脑水肿区域，侧脑室受压，中线移位。
细胞毒性脑水肿（cytotoxic cerebral edema）
机制：脑缺血、缺氧，导致ATP产生减少，依赖ATP功能的钠泵活动障碍，Na+不能向细胞外主动转运，水分进入维持平衡，从而引起脑细胞水肿。
特点：神经细胞、胶质细胞、内皮细胞均肿胀，细胞外间隙减少，皮质和白质均受累。血脑屏障完整；常见原因：脑缺血、缺氧，中毒，重度低温，心跳骤停等。
脑梗患者，发作前期CT未见明显脑部问题；后复查MRI提示存在多发栓塞灶，在DWI序列上呈现出可以识别的高信号。
渗透性脑水肿（osmotic cerebral edema）机制：正常情况下，脑组织中脑脊液和细胞外液渗透压＜血浆渗透压，若血浆稀释（如水分摄入过多），组织中脑脊液和细胞外液渗透压＞血浆渗透压，水分可以渗入脑组织，引起脑水肿；特点：血脑屏障完整，细胞内和细胞外同时受累；常见病因：急性中毒，低钠血症等。
间质性脑水肿（interstitial cerebral edema）机制：不同原因引起梗阻性脑积水，脑室内脑脊液压力增高，脑脊液经室管膜向脑室周围白质渗透，引起脑水肿；特点：主要位于脑室周围白质内，血脑屏障完整；常见病因：梗阻性脑积水。
后颅窝占位引起梗阻性脑积水
脑水肿相关的病理生理
血脑屏障破坏
BBB是一个复杂的细胞系统，主要有内皮细胞及其紧密连接、基底膜和星形胶质细胞及其足突等构成。它可以阻止病原微生物进入脑组织，限制大分子物质透过BBB的特殊功能，对维持中枢神经系统内环境的稳定具有极其重要的作用。
脑组织在受到创伤、肿瘤、感染等侵害时，毛细血管被损伤，内皮细胞发生肿胀、坏死或内皮细胞紧密连接开放、穿内皮隧道形成、胞饮现象增强、胶质细胞及其足突受阻，BBB功能损害，导致血管通透性增加，以致大量近似血浆成分的液体透过血脑屏障进入血管外间隙，在脑白质内积存过多水分，形成血管源性脑水肿。病变区域内的坏死细胞、血块等的分解产物，如胺类介质（5-HT、组胺等）和血管活性肽（血管紧张素、激肽等）异常增加，这类有害物质可促使毛细血管通透性进一步增高，加重BBB功能损害和血管功能失调，5-HT、组胺、缓激肽等活性物质，对血管源性脑水肿的发生、发展的作用更明显。
脑细胞代谢障碍脑细胞是中枢神经系统基本的功能单位，它由细胞体和突起两部分组成，细胞体包括细胞核、细胞质和细胞膜，突起分为树突和轴突。充分的氧供，适当的脑血流和脑脊液压力，是维持脑细胞正常功能的必要条件，脑细胞对缺血缺氧耐受性极差，若缺血缺氧5min以上，脑细胞就可能发生不可逆损害。
脑细胞代谢的能量来源，主要靠葡萄糖的有氧氧化产生。在急性脑缺血性脑血管病和心脏、呼吸骤停、重度低血压、一氧化碳中毒或苯巴比妥中毒等缺血、缺氧状态下，葡萄糖代谢由正常的氧化磷酸化转为无氧糖酵解。线粒体合成ATP的能力明显下降，Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性下降，细胞膜的转运功能发生紊乱，离子泵功能失调，Na+、Cl-大量从细胞外进入细胞内而不能被泵出，使细胞内渗透压增高，为使脑细胞内外渗透压平衡，水分即进入细胞内，结果导致细胞内水肿，与此同时，无氧酵解过程中产生的乳酸或酸中毒，使细胞膜脂质过氧化反应增强，可进一步加重膜损害与细胞内脑水肿。
脑微循环障碍自由基氧自由基是含有一个或多个不配对电子的氧原子或分子，如超氧阴离子 (O2 )、过 氧 化氢 (H2O2）、一 氧 化 氯 (NO- )和 脂质过氧化物等，其 中 NO-的性质最不稳定。生理情况下 ，氧分子电子氧化过程缓慢，氧自由基量少，通 过体内自然抗氧化物的降解，即失去有害作用。但是，在脑创伤、脑缺血和脑 出血等病理条件下，氧自由基大量产生，体内的抗氧化物酶活性下降，过多 的自由基不能及时被清除，并促进脂质过氧化反应，产生更多的脂质过氧化物。氧自由基破坏溶酶体，水解酶逸出后使细胞膜受到严重损害。脑组织含大量磷脂，在血液中铁 、铜等离子催化下，极易促发脂质过氧化反应， 产生 更多的自由基；而脑内天 然自由基清除剂一 超氧化物歧化酶 (SOD)含量又很 少，故 脑组织最易被氧自由基伤害而发生脑水肿 。
神经细胞钙超载一般认为，钙离子是神经元死亡的共同通道 。脑细胞内、外钙离子浓度差异极大。在正常状态下相差1万倍以上。脑缺血 、缺氧时 ，钙离子通道开放，由细胞外大量进入细胞内，细胞内线粒体和内质网的钙也释放，遂使细胞浆 内钙浓度增加至正常浓度的200倍，即所谓钙超载现象。钙离子激活磷脂酶A 和磷脂酶c，使细胞膜破坏，同时钙离子与线粒体结合，终止ATP的产生，并 将电子传递给氧形成自由基；自由基又与磷脂共同作用，生成更多的脂质过氧化物和自由基，导致更多溶酶体溶解和酶的释放，加重磷酸盐和蛋白酶对 膜的破坏，最终导致脑细胞完全损坏。钙离子还可活化磷脂酶引起花生四稀酸代谢障碍，转变成过量的血栓烷和白三烯，这些活性物质可引起脑的小血 管痉 挛、微血栓形成、脑血流下降，以及血管通透性改变，导致脑微循环障碍 。因此，钙离子在 脑水肿的发生和发展中起着重要作用。
脑静脉压增高颅脑损伤，尤其是下丘脑受到损伤时，神经垂体释放大量抗利尿激素 (ADH)，出现抗利尿激素不适当分泌综 合征 (SIADH)，体内水分潴留，血容 量增加，血液被稀释，伴低血钠 、低血浆渗透压，水分向 细胞内转移，出现 脑细胞内水肿，此即渗透性脑水肿 。高血压病脑病时，血管内压力与脑组织之间形成压力梯度，由于液体静压作用，水 亦可向脑间质转移，导致细胞外 水肿；同样，脑脊液循环梗阻时，脑室内压力升高，室管膜在压力作用下出现裂隙，脑脊液渗透至脑室周围则形成间质性脑水肿 。
细胞因子白介素 、肿瘤坏死因子、神经生长因子、神经营养因子、干扰素和化学趋化 因子等细胞因子 ，对脑水肿的形成有重要作用。多数人认为，白介素-1β(IL 1β)，肿瘤坏死因子 -α(TNF-α )与脑水肿的形成关系尤为密切， 细胞因子是 水溶性多肽物质，正常情况下它不能透过BBB。但在脑外伤 、脑缺血再灌流实验中发现，IL-1β和 TNF-a含量在伤侧脑组织 、脑脊液和血液中明显增加。伤侧脑组织含水量增多，说 明 BBB 受到破 坏，故有人提出，细胞因子可能脑水肿形成过程中起决定作用 。
脑水肿的发生机制很复杂，难以完全阐明，而且在同一病理过程中，可有不同机制存在，或某一发病机制在先，而后其他机制参与。
内容参考：Rudige von Kummer，et al.Imaging of cerebral ischemic edema and neuronal death.Neuroradiology.（2017）59：545-553.王宪荣，脑水肿的发病机制，人民军医，1999年第42卷第12期，p704-705.
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