Dr. Nur Akbaş
Giriş ve Temel Kavramlar:
Travmatik beyin hasarı (TBH), darbe anından itibaren mekanik enerjinin etkisiyle başlayan hücresel, biyokimyasal ve yapısal patofizyolojik süreçlerin zamana yayılan kompleks bir bütünüdür (1). Özellikle genç popülasyonda mortalite ve morbiditenin en önemli sebeplerinden biri olan TBH, küresel ölçekte her yıl 5 milyondan fazla insanın ölümüne neden olmaktadır (2-4). Oluşan primer beyin hasarının ardından sekonder hasarı önlemek amacıyla patofizyolojiyi anlamak nöroşirürjikal açıdan ve yoğun bakım sürecinin yönetiminde önem arzetmektedir.
Biyomekanik ve Primer Beyin Hasarı:
Primer beyin hasarı, mekanik kuvvetlerin neden olduğu ilk doku hasarını içerir ve bu da beynin kafatası içinde hareket etmesine yol açar. Bu geçici kuvvet beyin dokusunun kranium iç yüzeylerine çarpmasına neden olarak birden fazla alanın hasar görmesiyle sonuçlanabilir. Bu doku deformasyonu sekonder hasar kaskadlarının devreye girmesine yol açabilir (5). Primer beyin hasarı; künt darbe, penetran mermi yaralanması, doğrusal ve rotasyonel akselerasyon–deselerasyon kuvvetleri ile patlamaya bağlı basınç dalgaları, fırlayan cisimlerin çarpması veya vücudun yer değiştirmesi sonucu gelişebilir. Bu kuvvetler nöroglial hücrelerde, nörovasküler yapılarda ve kan beyin bariyerinde (KBB) fokal ve diffüz yaralanma modelleri oluşturmaktadır (6,7). Darbenin oluştuğu andaki bu primer hasar geri döndürülemez bir nitelik taşımaktadır. Bu nedenle nöroşirürji pratiğinde hasarın neden olduğu lezyonların cerrahi endikasyonunu doğru tamınlamak, hızla müdahale etmek ve sonrasında sekonder hasar kaskadlarını önlemeye çalışmak amaçlanmaktadır (1,7-9). Primer beyin hasarı kabaca fokal ve diffüz yaralanmalar olarak iki bölümde incelenebilir.
Fokal Yaralanmalar:
1. Kafa tabanı ve kubbe kırıkları: Lineer kırıklar, çökme (depressed) kırıkları, kafa tabanı kırıkları
2. Kontüzyon ve laserasyonlar:
I. Kup (Coup) Kontüzyonları: Darbenin uygulandığı bölgenin hemen altında, lokal kemik esnemesi veya kemiğin geri tepmesi sırasında oluşan negatif basınç ve yüksek kompresyonel gerinim nedeniyle pial/kortikal damarların yırtılmasıyla oluşurm (6,7).
II. Kontrekup (Contrecoup) Kontüzyonları: Darbe noktasının tam tersi veya uzak bölgesinde gelişir. Temel patofizyolojik mekanizması açısal ivmelenmenin yarattığı makaslama ve gerilim gerinimleridir. Kemik çıkıntılara komşuluğu nedeniyle darbe lokasyonundan bağımsız olarak en sık frontal ve temporal kortekste görülmektedir (6,7).
III. İntermediyer (Gliding) Kontüzyonlar: Parankimin rostrokaudal hareketi sırasında parasagittal derin beyaz cevher ve bazal gangliyonlarda, ayrıca singulat girusun falksla veya temporal lobun tentoryumla etkileşimi sonucu oluşan derin doku kanamalarıdır (7,10).
3. Penetran ve balistik yaralanmalar
4. İntrakranial ve ekstrakranial hematomlar: Epidural hematom, akut subdural hematom, intraparenkimal hematom
Diffüz Yaralanmalar:
Diffüz aksonal yaralanma:
Özellikle uzun süreli açısal ivmelenme mekanizmalarıyla (trafik kazaları vb.) ortaya çıkan, koma hali ve zayıf nörolojik sonuçlarla seyreden yaygın mikroskobik beyaz cevher hasarıdır
(7). Açısal ivmelenmenin oluşturduğu makaslama gerinimi, aksonal iskeletteki mikrotübül ve nörofilament dizilimini bozar. Aksoplazmik hızlı taşıma kilitlenir. Biyomoleküllerin ve Amyloid Precursor Protein (APP) birikmesiyle akson boyunca lokalize şişlikler (aksonal varikoziteler) oluşur. Aksonal membran bütünlüğünün bozulması ile akson tam olarak koparak aksonal retraksiyon küreleri (sferoidler) haline gelir. Erken evrede görülen birçok yapının kalıcı kopma değil, potansiyel olarak iyileşebilir aksonal varikoziteler olduğu düşünülmektedir. (6,7, 11-13).
Sekonder Beyin Hasarı: Hücresel ve Moleküler Kaskadlar:
Primer travmatik olayı takip eden dakikalar, saatler ve günler içerisinde gelişen biyokimyasal, metabolik, iyonik ve enflamatuar bozukluklar “sekonder beyin hasarı” olarak tanımlanır. Dinamik, ilerleyici ve en önemlisi primer hasarın aksine yoğun bakım ve cerrahi müdahalelerle önlenebilir veya hafifletilebilir bir klinik potansiyele sahiptir (1, 14, 15).
Travma sonrası hücresel enerji yetmezliği ve zar bütünlüğünün bozulması iyonik bir dengesizliğe yol açar. İnterstisyel mesafede eksitatuar nörotransmitter olan glutamat birikir. Aşırı glutamat, postsinaptik NMDA (N-metil-D-aspartat) ve AMPA Reseptörlerini sürekli stimüle eder. AMPA aktivasyonu masif depolarizasyon yaratarak voltaj bağımlı kanalları açarken, NMDA reseptör kanallarından hücre içine kontrolsüz kalsiyum girişine neden olur. Hücre içi kalsiyum homeostazının çökmesi eksitotoksik hücre ölüm döngüsünü başlatır (11,15, 16). Sitosolik kalsiyum seviyesinin patolojik yükselişi, hücresel organeller ve sitoskelet üzerinde yıkıcı süreçleri tetikler. Travmatik beyin hasarı, “steril bir immün yanıt” ve nöroenflamasyon tablosu yaratır. KBB’ nin de hızla bozulmasına neden olur. Hücresel düzeydeki bu eksitotoksik kaskadlar, oksidatif stres ve bariyer yıkımı, doku düzeyinde sıvı birikimine, beyin hacminde genleşmeye ve intrakraniyal basınç artışına zemin hazırlar (1, 6,7).
Serebral Ödem:
Hücresel düzeyde meydana gelen moleküler yıkım ve mikrovasküler hasar, makro-fizyolojik düzeyde beyin ödemine, intrakraniyal kitle etkisine, kafa içi basınç (İKB) yükselmesine ve serebral kan akımının (CBF) kritik düzeylere düşmesine yol açar (1,7).
Sitotoksik Ödem: Hasarın çok erken safhalarında görülür. KBB henüz bozulmamıştır. Na-K-ATPaz pompa disfonksiyonu ve iyonik disregülasyon nedeniyle sodyum ve suyun astrosit ve nöronların içine çekilmesiyle hücresel şişme gerçekleşir. Beyin parankim intrasellular (hücre içi) hacmi artar (7).,
Vazojenik Ödem: KBB tight junction proteinlerinin degradasyonu ve endotel hasarı sonucu gelişir. Plazma proteinleri, albümin ve su parankimal ekstrasellüler aralığa (özellikle beyaz cevher hidrofilik yapısına) sızar (1,7).
Monro-Kellie Doktrini:
Kranium nedeniyle intrakraniyal hacim sabittir. (V_beyin + V_kan + V_BOS = V_intrakraniyal ≈ sabit) Ödem veya hematom gibi ek bir hacim (V) geliştiğinde, İKB’ nin yükselmesini önlemek için ilk olarak BOS ve venöz kan intrakraniyal aralıktan spinal aralığa ve sistemik dolaşıma deplase edilir (kompansasyon fazı). Kompansasyon mekanizmaları tükendiğinde intrakraniyal kompliyans eğrisi dikleşir; hacimdeki çok küçük bir artış dahi İKB’de masif artışlara neden olur (6,7)
Herniasyon Sendromları:
Kompansasyom mekanizmaları yeterli olmadığında beyin parankimi dural ve kemik sınırlar üzerinden yer değiştirir.
1. Singulat (Subfalcine) Herniasyon: Bir serebral hemisferin singulat girusunun falks serebri altından karşı tarafa kaymasıdır. Arteria cerebri anterior (ACA) bası altında kalarak kontralateral alt ekstremite parezisi ve üriner inkontinans yapabilir (7).
2. Unkal (Transtentorial) Herniasyon: Temporal lobun medialindeki unkusun tentoryal çentiğe doğru aşağıya yer değiştirmesidir.
3. Santral Herniasyon: Her iki hemisferin diensefalon ve midbrain’i tentoryal açıklıktan aşağı itmesidir. Bilateral pupil dilatasyonu, derin koma ile karakterizedir (6,7).
4. Serebellar Tonsiller Herniasyon: Posterior fossadaki basınç artışıyla serebellar tonsillerin foramen magnumdan aşağıya doğru yer değiştirerek medulladaki solunum ve kardiyovasküler merkezlerin bası yapmasıdır. Downward traction (aşağı yönlü çekilme) nedeniyle beyin sapı içi arterlerin kopması sonucu duret kanamaları (midbrain/pons midline lineer kanamaları) oluşabilmektedir (6,7).
Serebral Kan Akımı (SKA), Otoregülasyon Bozukluğu ve İskemi:
Normal beyinde CBF, Ortalama Arteriyel Basınç (MAP) 50-150 mmHg arasında iken otoregülasyon mekanizmalarıyla sabit tutulur (14, 17,18). Otoregülasyon, TBH sonrası serebral vasküler otoregülasyon sıklıkla bozulur veya tamamen kaybolur. SKA, doğrudan MAP’a bağımlı pasif bir duruma geçer. Sistemik hipotansiyon serebral hipoperfüzyona ve masif iskemiye yol açarken; sistemik hipertansiyon hiperperfüzyona, vasküler ödeme ve İKB artışına neden olur (14,17). Ağır TBI sonrası erken dönemde (ilk 12 saat içinde) vasküler düz kas potasyum kanallarının kapanması ve nitrik oksit (NO) biyo-yararlanımının azalması sonucunda travmatik vazospazm gelişebilmektedir (14, 19,20). TBH sonrasında oksijen metabolizma hızı düşerken enerji ihtiyacı artar; bu durum metabolik uncoupling (ayrışma) yaratır. Dokuda iskemi olmasa dahi hiperglikoliz ve laktat birikimi yaşanır. Mitokondriyal disfonksiyon ile laktat, glukoz yerine alternatif substrat olarak kullanılır. Dokuda ilerleyen iyonik dalgalanmalar “Spreading Depolarization” (yayılan depolarizasyon) süreçlerini tetikleyerek hücresel metabolik krizi daha da derinleştirir (7, 21-23).
Sonuç:
İncelenen bu kompleks fizyopatolojik mekanizmalar, klinikte sekonder hasarı durdurmayı hedefleyen terapötik müdahalelerin temel çalışma alanlarını ve biyolojik hedeflerini belirler. Bu mekanizmaların anlaşılması, TBH’ da tedavi odağını yalnızca primer lezyonların cerrahi boşaltılmasından, sekonder hasar kaskadlarının hücresel ve moleküler düzeyde engellenmesine kaydırmıştır.
KAYNAKLAR
1.Maas AI, Stocchetti N, Bullock R. Moderate and severe traumatic brain injury in adults. Lancet Neurol 2008;7:728-41.
2. World Health Organization. Injuries and violence: the facts; 2014. Available from: www.who.int/violence_injury_prevention/media/news/2015/Injury_violence_facts_2014/en/
3. Mathers CD, Loncar D. Projections of global mortality and burden of disease from 2002 to 2030. PLoS Med 2006;3:e442.
4. World Health Organization. The global burden of disease; 2012. Available from: www.who.int/topics/global_burden_of_disease/en/
5. Orr, TJ, Lesha E, Kramer AH et al. Traumatic Brain Injury: A Comprehensive Review of Biomechanics and Molecular Pathophysiology. World neurosurgery, 2024 185, 74–88. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2024.01.084
6. Meaney DF, Cullen DK. Biomechanical Basis of Traumatic Brain Injury. In: Winn HR, editor. Youmans and Winn Neurological Surgery. 8th ed. Philadelphia: Elsevier; 2023. p. 2911-2911e11.
7. Goodman JC. Neuropathology of Traumatic Brain Injury. In: Winn HR, editor. Youmans and Winn Neurological Surgery. 8th ed. Philadelphia: Elsevier; 2023. p. 2912-2912e14.
8. Myburgh J, Cooper DJ, Finfer S et al. SAFE Study Investigators. Saline or albumin for fluid resuscitation in patients with traumatic brain injury. N Engl J Med 2007;357:874-84.
9. Cooper DJ, Rosenfeld JV, Murray L et al. DECRA Trial Investigators. Decompressive craniectomy in diffuse traumatic brain injury. N Engl J Med 2011;364:1493-502.
10. Kassell NF, Sasaki T, Colohan AR et al. Cerebral vasospasm following aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Stroke 1985;16:562-72.
11. Yi JH, Hazell AS. Excitotoxic mechanisms and the role of astrocytic glutamate transporters in traumatic brain injury. Neurochem Int 2006;48:394-403.
12. Wolf JA, Stys PK, Lusardi T et al. Traumatic axonal injury induces calcium influx modulated by tetrodotoxin-sensitive sodium channels. J Neurosci 2001;21:1923-30.
13. Maxwell WL, Povlishock JT, Graham DL. A mechanistic analysis of nondisruptive axonal injury: a review. J Neurotrauma 1997;14:419-40.
14. DeWitt DS, Prough DS. Traumatic cerebral vascular injury: the effects of concussive brain injury on the cerebral vasculature. J Neurotrauma 2003;20:795-825.
15. Park E, Bell JD, Baker AJ. Traumatic brain injury: can the consequences be stopped? CMAJ 2008;178:1163-70.
16. Trackey JL, Uliasz TF, Hewett SJ. SIN-1-induced cytotoxicity in mixed cortical cell culture: peroxynitrite-dependent and -independent induction of excitotoxic cell death. J Neurochem 2001;79:445-55
17. Rangel-Castilla L, Gasco J, Nauta HJ et al. Cerebral pressure autoregulation in traumatic brain injury. Neurosurg Focus 2008;25:E7
18. Enevoldsen EM, Jensen FT. Autoregulation and CO2 responses of cerebral blood flow in patients with acute severe head injury. J Neurosurg 1978;48:689-703.
19. Sobey CG. Cerebrovascular dysfunction after subarachnoid haemorrhage: novel mechanisms and directions for therapy. Clin Exp Pharmacol Physiol 2001;28:926-9
20. Todo H, Ohta S, Wang J et al. Impairment in biochemical level of arterial dilative capability of a cyclic nucleotides-dependent pathway by induced vasospasm in the canine basilar artery. J Cereb Blood Flow Metab 1998;18:808-17.
21. Vespa P, Bergsneider M, Hattori N et al. Metabolic crisis without brain ischemia is common after traumatic brain injury: a combined microdialysis and positron emission tomography study. J Cereb Blood Flow Metab 2005;25:763-74.
22. Patet C, Suys T, Carteron L et al. Cerebral Lactate Metabolism After Traumatic Brain Injury. Curr Neurol Neurosci Rep 2016;16:31.
23. Carpenter KL, Jalloh I, Hutchinson PJ. Glycolysis and the significance of lactate in traumatic brain injury. Front Neurosci 2015;9:112.
