大鼠机械性脑干损伤早期延脑网状结构的超微病理研究
作者：周 伟
单位：最高人民检察院检察技术科学研究所，北京，100726
关键词：脑干损伤；延脑网状结构；超微病理
大鼠机械性脑干损伤早期延脑网状结构的超微病理研究 周 伟 【摘要】 目的 探讨脑干损伤早期延脑网状结构的超微病理变化。方法 将实验大鼠分为创伤组和对照组，透射电镜观察大鼠机械性脑干损伤早期(10min,0.5h,1h,3h)延脑网状结构的超微病理变化。结果 脑干损伤10min即可见神经微丝(neurofilament, NF)排列紊乱、疏密不均，NF臂的缺失，髓鞘层面分离，轴膜内皱，与髓鞘间形成空隙，微血管周围基质密度降低以及线粒体肿胀等超微病变。脑干伤后存活时间延长，上述病变更为显著。本文就上述超微病变的形成机制及病理学意义进行了探讨。结论 脑干机械性损伤能够明显引起延脑网状结构的超微病理学变化，并增加个体快速死亡和免疫组化染色的易感性。
, 百拇医药
Ultrastructural studies on reticular formation of medulla oblongata in the early stage of brain-stem mechanical injury in rats. Zhou Wei. Institute of Procuratorial Technology and Science of Supreme People's Procuratorcate of P.R.C., Beijing, 100726
【Abstract】 Objective To study the ultrastructural changes of reticular formation of medulla oblongata following the early stage of brain-stem mechanical injury in rats. Methods Experimental rats were divided into trauma and control groups. Samples of brain-stem in two groups were collected at post-trauma of 10min, 30min, 60min and 180min. The reticular formation of medulla oblongata were ultrastructurally observed by transmission electron microscopy. Results In control group, neurofilament (NF) was regularly arranged with relative space of NF side arms, myelin sheath showed normally laminar shape. In trauma group, NF was irregularly and loosely arranged, (lose of NF side arm) was often seen. Most of laminas of myelin sheath were separated so that forming intra-myelinic space. Swollen mitochondria was frequently found, degenerated capillary with low-density of matrix were observed. These pathological changes can demonstrate as early as 10min of post-trauma, the severity of pathological changes in brain-stem were more prominent with prolonging survival intervals. Conclusion Mechanical injury of brainstem can induce obviously pathological changes in reticular formation of medulla oblongata in the early stage, which could increase susceptibility to rapid individual death and immunohistochemical stain.
, 百拇医药
【Key Words】 Brain-stem injury Ultrastructure Reticular formation of medulla oblongata Pathology
广泛性严重颅脑损伤及机械性脑干损伤早期，白蛋白(albumin,A1)、纤维联结蛋白(fibronectin,Fn)等血浆蛋白可漏出到组织间隙，并可进入到受损的神经元和神经胶质细胞内而使其免疫组化染色呈阳性反应[1，2]；与此同时，神经元胞浆内的神经元特异性稀醇化酶(neuron-specific-enolase, NSE)和胶质细胞内的S-100蛋白可从细胞中漏出而使免疫组化染色呈不同程度的缺染状态[3]。
这些研究结果提示脑干部位的血脑屏障(blood-brain-barrier,BBB)通透性增加，部分神经元和胶质细胞膜遭到破坏。NF染色通过显示神经微丝蛋白来反映神经轴索的病变，而光镜下无法直观地观察神经丝及髓鞘的病变。脑干损伤早期，胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillare acidic protein,GFAP)免疫活性增强，GFAP阳性星形胶质细胞数量增多，结合c-fos-mRNA原位杂交结果，提示可能是GFAP-mRNA表达增强的结果[4，5]，而星形胶质细胞超微结构变化是否支持这一推论尚不清楚。
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总之，对目前针对BBB、神经元、神经轴索及胶质细胞进行的各项免疫组化观察结果的超微病理基础尚不明了。虽然，国内外学者对脑震荡[6]、闭合性脑损伤[7]、脑挫伤[8]时的超微病理改变进行过研究，但迄今未见针对生命中枢所在地——延脑网状结构的超微病理研究。为此本研究对进一步探明脑外伤后迅速死亡的机制及脑干损伤免疫组化观察结果的超微病理基础有重要价值。
材料与方法
(一)实验材料：以Wistar大鼠为研究对象：
1.机械性脑干损伤组：8只大鼠按笔者建立的方法复制大鼠机械性脑干损伤模型[9]。
2.正常对照组：2只大鼠开脑后立即作心脏灌注固定。
(二)延脑网状结构透射电镜标本的制作与观察
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1.取机械性脑干损伤及正常对照大鼠共10只，开脑，主动脉插管，50ml生理盐水快速冲洗后，用2.5%戊二醛、1%多聚甲醛、0.1%磷酸缓冲液(PH 7.4)300～400ml灌注1h，先快后慢；
2.取脑，灌注液中后固定，4℃过夜；
3.沿冠状面横切分离出延脑，用Lancer版震动切片机切片，片厚80μm，收集延脑组织切片；
4.磷酸缓冲液冲洗后，入1%锇酸(PH 7.4的0.1M PB配制)4℃ 1h；
5.组织经锇化后，0.1M PB液洗3次，各10min。上行酒精脱水，环氧丙烷置换2次，各5min,然后入纯包埋剂2h;
6.浸透包埋剂的切片用牙签挑到硅化的载玻片上，摊平，再加盖一张硅化玻片，稍加压，60℃烤箱中聚合48h；
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7.平板包埋后的切片，在Olympus立体手术显微镜下定位，取延脑网状结构，用502胶将其粘在空白包埋块上；
8.在立体显微镜下修块，用AO超薄切片机作超薄切片，片厚600～800A；
9.将切片捞取到300目铜网上，经柠檬酸铅5～6min、醋酸铀20min双重电子染色；
10.H-600日立透射电镜观察、照像。
结 果
(一)正常对照组：大鼠脑干网状结构部位的神经轴索内，NF排列规则，疏密均匀，NF侧臂分布均匀，线粒体(mitochondria, MT)无肿胀，髓鞘呈同心圆样紧密排列；毛细血管结构完整，围绕血管的星形胶质细胞结构正常，胶质细胞核内异染色质丰富、多边集于核膜周围；间质无水肿样改变(照片1)。
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照片1 正常大鼠延脑网状结构内神经轴索，示NF排列规则，疏密有序。TEM×8 000
Picture 1 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in control rats. NF is regularly arranged with relative space of NF Side arms.
TEM×8 000
(二)脑干损伤10min组：NF排列紊乱、疏密不均，NF侧臂减少；延脑基质密度下降，呈水肿样改变(照片2)。
, 百拇医药 照片2 脑干损伤10min大鼠延脑网状结构内神经轴索，示NF排列紊乱，疏密不均。TEM×8 000
Picture 2 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 10min of post-trauma rat. Some NF showed irregular and loosely arrangement.TEM×8 000
(三)脑干损伤0.5h组：髓鞘层面分离，NF疏密不均、排列紊乱，髓鞘与轴索间出现空隙。
(四)脑干损伤1h组：可见NF异常聚集，轴膜内陷，髓鞘与轴膜间的空隙增加，毛细血管壁出现空泡，周围基质密度下降；胶质细胞核内异染色质减少，核仁明显(照片3，4)。
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照片3 脑干损伤1h大鼠延脑，示毛细血管壁出现空泡，周围基质密度下降。TEM×5 000
Picture 3 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. Capillaries showed clearly degeneration with vacuolization of wall and low-density of the matrix.TEM×5 000
照片4 脑干损伤1h大鼠延脑，示胶质细胞内异染色质减少，核仁明显 。TEM×5 000
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Picture 4 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. Neuroglia cell showed swelling nucleus and decreasing chromatin.TEM×5 000
(五)脑干损伤3h组：上述病变更为明显，NF聚集成团，髓鞘层面分离更为显著，轴膜与髓鞘间隙加大，部分神经元的细胞膜发生破裂，细胞核及周围树突基质凝集、溶解(照片5)。
照片5 脑干损伤3h大鼠延脑，示轴索内NF聚集成团，髓鞘层面分离。TEM×8 000
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Picture 3 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. NF was aggregated in axon, laminas of myelin sheath were separated.TEM×8 000
NF排列紊乱、疏密不均，NF臂的缺失，髓鞘层面分离，轴膜内皱与髓鞘间形成空隙，微血管周围基质密度下降以及线粒体肿胀等超微病理改变在脑干伤10min时即可出现。脑干损伤后存活时间延长，上述病变更为显著。
讨 论
一、脑损伤的超微病理研究
Bakey等用透射电镜(TEM)研究大鼠脑震荡后的超微病理变化时观察到，在打击部位——枕部的大脑皮质仅见MT肿胀，未见尼氏体、高尔基体的改变及核溶解，无枕叶皮质和白质的水肿；小脑的超微病变同枕叶皮质，中脑、上丘未见任何损伤。而在对冲部位额叶可见轻微的神经元和胶质细胞内MT肿胀，星形细胞突起轻微肿胀和细胞外间隙增宽，铁蛋白外渗，白质局部水肿，表明此处BBB通透性增加。损伤最为严重的是延脑和上段颈髓，可见大量神经元内MT严重肿胀，轴索水肿，髓鞘层面分离。其中最显著的病变是MT水肿，MT嵴被推挤到周边。并且MT的变化有规律的时序：伤后0.5h开始，1h达高峰，24h恢复正常[6]。
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卿太苏等在用TEM研究10例人体创伤性脑水肿手术检材时观察到，毛细血管内皮细胞肿胀，基底膜增宽、密度变淡，星形胶质细胞突起肿胀，血管周隙扩大，神经元胞膜受损、连续性中断，MT明显水肿，移位、断裂，内质网扩张，核染色质边集，细胞周围间隙增大等病变[8]。于晓军等用扫描电镜(scanning electrom microscopy, SEM)研究大鼠脑震荡性损伤时观察到，神经轴索肿胀，NF排列紊乱，髓鞘剥脱，神经元膜微小破裂口以及脑实质内微血管的穿孔等改变，且发现损伤多见于额叶和顶叶皮质-白质交界区、胼胝体和内囊处，以脑干为重[7]。汪秉康等用SEM观察了11例人体脑皮质挫伤远区和脑干的病变，可见神经元树突折断，轴索排列紊乱、粗细不均，髓鞘变性、表面粗糙呈筛孔状。有的可见星形细胞附着在毛细血管壁的足板断裂[10]。Loberg等于大鼠冷冻性脑损伤几分钟内观察到白蛋白漏出并进入受损的神经元内；用TEM观察到AL阳性神经元的细胞膜破裂，A1在神经元内主要定位于细胞浆和细胞核中的颗粒性成分，而水溶性成分阴性[11]。Pettus和Povlishock研究发现，正常对照猫脑组织神经轴索中NF间的间隙较宽，NF侧臂分布均匀，微管数量较多；而中度或重度液压性脑损伤后5min，即可见NF间隙减小，NF侧臂显著减少，微管消失，轴膜内陷，轴膜与髓鞘分离形成空隙，髓鞘出现层面分离等病变。并发现部分轴膜通透性增加，外源性HRP可进入轴索内而使HRP呈阳性[12]。
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上述学者用TEM和SEM研究了不同类型、不同程度脑损伤后脑组织的超微病理改变。值得注意的是，暴力作用部位不在脑干，而损伤程度最重的部位却常是脑干。
本研究于脑干损伤早期(10min)延脑网状结构部位观察到NF排列紊乱、疏密不均，轴膜内陷，轴膜与髓鞘间出现空泡，髓鞘层面分离，毛细血管壁结构受损，周围基质密度降低等病变。并随着伤后存活时间延长，上述病变加重。脑干生命中枢部位的神经元、神经轴索等与生命活动密切相关，此处神经元、神经轴索及髓鞘的损伤可迅速致死。
本研究观察到延脑部位毛细血管壁受损，周围间质密度降低，神经细胞连续性中断等改变，这就从超微结构水平认识了脑干损伤早期血浆蛋白的外漏并进入受损神经元，而神经元内的蛋白成分又溢出到组织间隙，进而进入血液和脑脊液中的缘由。同时，髓鞘的层面分离，NF的排列紊乱、疏密不均，解释了神经轴索在NF染色时呈现粗细不一、着色不均等改变的原因。本研究还于脑干伤后1h时观察到星形胶质细胞核内异染色质减少、核仁明显，表现星形胶质细胞处于活跃的转录、复制状态，参考相关文献[4，5]，我们认为GFAP-mRNA表达增强、GFAP合成增多，是机械性脑损伤后GFAP免疫活性增强、GFAP阳性星形胶质增多的重要机制之一。
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二、脑干超微病变的机理
1.脑干部位易受损伤的原因
脑干包括中脑、桥脑和延脑三个部分。脑干内有网状结构系统。脑干网状结构是脑干的最古老部分，对有机体生命来说是绝对必需的部分。网状结构为脑干的核心。一般看作是一个从延脑部起至中脑和间脑(丘脑-下丘脑)交界处止的延伸物。中脑网状结构上行激活性系统与醒觉状态有关；延脑网状结构与呼吸、血管舒缩和心脏调节等中枢有关，为生命中枢所在地[13]。虽然对单纯性脑干损伤是否存在及其发生率的报道不一[14，15]，但对于颅脑损伤合并脑干损伤，有时脑干部位的损伤较冲击部位及对冲部位更严重这一现象已多有报道[6，7，10]。脑干易受损伤与其自身结构和解剖学部位有关。
脑干是由中脑、桥脑和延脑三部分组成圆柱状结构，内含长的神经纤维串穿脑干。上连间脑和大脑，下接颈髓，后通过小脑上、中、下脚与小脑相连，脑干与小脑之间有第四脑室，脑干内有第三到第十二对脑神经。其周围还有小脑天幕、枕骨大孔及基底动脉环等结构。当颈部过伸或挥鞭性损伤时，可造成桥脑与延脑交界处断裂。暴力使头颅发生旋转运动时，大脑半球随作用力的方向运动，使脑干发生扭曲或牵引而受损。头部受钝性暴力后，颅内压升高。同时，暴力可引起脑室内脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)波动，可传递至脑干而致伤。而暴力引起颅内血肿及脑水肿导致颅内压升高，而使脑干下移，压迫脑干血供血管也可导致脑缺血性损伤[13，16]。这就是暴力作用部位不在脑干，而脑干损伤却常较重的原因。
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2.脑干损伤超微病变的机理
脑干损伤后超微结构病变随时间延长而加重，这表明除暴力可直接造成脑干原发性损伤外，还存在着继发性脑干损伤。
目前，关于原发性脑干损伤的机制有两种观点：其一认为，当头部在任何轴向发生突然旋转运动时，由于颅骨、脑膜、脑组织和CSF的质量不同，脑灰质和白质的质量也有差别，因此，其运动速度也不均等，使脑组织之间彼此相对移位，产生剪应力，而脑组织抗剪应力系数极低，这足以撕裂神经元和轴索、甚至小血管，导致脑组织的损伤[17]。另有人认为用流体力学的水击理论解释更为合理。他们推测暴力打击瞬间，神经元内和血管内的液体局部发生“共振”，聚集成较集中的水击流，冲击细胞或血管壁而造成其损伤[7]。
继发性脑损伤主要是由于脑损伤继发脑血液循环障碍所致。同时，机械性损伤脑组织较正常脑组织对缺血、缺氧更为脆弱。脑缺血、缺氧可造成氧自由基产生急骤增加及膜结构的脂质过氧化[18]；同时，可引起神经细胞内钙离子超载及钙调素活性异常增高[19]，内皮素、磷脂酶A2、白三烯、血栓素及前列腺素等炎症介质增多，兴奋性氨基酸外逸等，这些因素可引起脑组织代谢、功能乃至结构的破坏，而致继发性脑损伤[20]。
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关于神经轴索损伤机理，传统观点认为是暴力作用瞬间神经纤维拉伸或扭曲所致的即刻性、不可逆性损伤[17]。目前则多认为，神经轴索损伤是暴力所诱导的、渐进性的病理生理过程[21]，即暴力可导致轴浆运输障碍，引起细胞器及轴浆的局部异常聚积，轴索局部膨胀，发展到一定程度可引起轴索断裂[22]。至于暴力是如何引起轴浆运输障碍的，其确切机制尚不清楚，现有两种观点：有学者认为机械性脑损伤引起轴膜受损，导致钙离子流入轴索内而激活中性蛋白酶，该酶选择性水解NF侧臂和微管(它们具有维持NF的有序排列，使NF之间保持一定间距)，从而引起NF骨架的塌陷及NF的聚积，导致轴浆运输障碍[23～25]。也有学者认为，机械性脑损伤可直接损伤轴索的细胞骨架而致轴浆运输障碍[26，27]。进一步研究发现，轻度FPI是通过后一种机制而致轴浆运输障碍，而中度和重度FPI则是通过前一种机制而导致轴索损伤的[12]。本研究观察到轴索中的NF的排列紊乱、NF侧臂的减少、NF骨架的塌陷及NF的异常聚积等超微结构变化。但由于未检测轴膜的通透性，所以，对于大鼠机械性脑干损伤后延脑神经轴索超微病变的机制尚未查明，有待进一步研究。
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参考文献
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(收稿：1998-11-20，修回：1999-02-10), http://www.100md.com
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关键词：脑干损伤；延脑网状结构；超微病理
大鼠机械性脑干损伤早期延脑网状结构的超微病理研究 周 伟 【摘要】 目的 探讨脑干损伤早期延脑网状结构的超微病理变化。方法 将实验大鼠分为创伤组和对照组，透射电镜观察大鼠机械性脑干损伤早期(10min,0.5h,1h,3h)延脑网状结构的超微病理变化。结果 脑干损伤10min即可见神经微丝(neurofilament, NF)排列紊乱、疏密不均，NF臂的缺失，髓鞘层面分离，轴膜内皱，与髓鞘间形成空隙，微血管周围基质密度降低以及线粒体肿胀等超微病变。脑干伤后存活时间延长，上述病变更为显著。本文就上述超微病变的形成机制及病理学意义进行了探讨。结论 脑干机械性损伤能够明显引起延脑网状结构的超微病理学变化，并增加个体快速死亡和免疫组化染色的易感性。
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【Abstract】 Objective To study the ultrastructural changes of reticular formation of medulla oblongata following the early stage of brain-stem mechanical injury in rats. Methods Experimental rats were divided into trauma and control groups. Samples of brain-stem in two groups were collected at post-trauma of 10min, 30min, 60min and 180min. The reticular formation of medulla oblongata were ultrastructurally observed by transmission electron microscopy. Results In control group, neurofilament (NF) was regularly arranged with relative space of NF side arms, myelin sheath showed normally laminar shape. In trauma group, NF was irregularly and loosely arranged, (lose of NF side arm) was often seen. Most of laminas of myelin sheath were separated so that forming intra-myelinic space. Swollen mitochondria was frequently found, degenerated capillary with low-density of matrix were observed. These pathological changes can demonstrate as early as 10min of post-trauma, the severity of pathological changes in brain-stem were more prominent with prolonging survival intervals. Conclusion Mechanical injury of brainstem can induce obviously pathological changes in reticular formation of medulla oblongata in the early stage, which could increase susceptibility to rapid individual death and immunohistochemical stain.
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【Key Words】 Brain-stem injury Ultrastructure Reticular formation of medulla oblongata Pathology
广泛性严重颅脑损伤及机械性脑干损伤早期，白蛋白(albumin,A1)、纤维联结蛋白(fibronectin,Fn)等血浆蛋白可漏出到组织间隙，并可进入到受损的神经元和神经胶质细胞内而使其免疫组化染色呈阳性反应[1，2]；与此同时，神经元胞浆内的神经元特异性稀醇化酶(neuron-specific-enolase, NSE)和胶质细胞内的S-100蛋白可从细胞中漏出而使免疫组化染色呈不同程度的缺染状态[3]。
这些研究结果提示脑干部位的血脑屏障(blood-brain-barrier,BBB)通透性增加，部分神经元和胶质细胞膜遭到破坏。NF染色通过显示神经微丝蛋白来反映神经轴索的病变，而光镜下无法直观地观察神经丝及髓鞘的病变。脑干损伤早期，胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillare acidic protein,GFAP)免疫活性增强，GFAP阳性星形胶质细胞数量增多，结合c-fos-mRNA原位杂交结果，提示可能是GFAP-mRNA表达增强的结果[4，5]，而星形胶质细胞超微结构变化是否支持这一推论尚不清楚。
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总之，对目前针对BBB、神经元、神经轴索及胶质细胞进行的各项免疫组化观察结果的超微病理基础尚不明了。虽然，国内外学者对脑震荡[6]、闭合性脑损伤[7]、脑挫伤[8]时的超微病理改变进行过研究，但迄今未见针对生命中枢所在地——延脑网状结构的超微病理研究。为此本研究对进一步探明脑外伤后迅速死亡的机制及脑干损伤免疫组化观察结果的超微病理基础有重要价值。
材料与方法
(一)实验材料：以Wistar大鼠为研究对象：
1.机械性脑干损伤组：8只大鼠按笔者建立的方法复制大鼠机械性脑干损伤模型[9]。
2.正常对照组：2只大鼠开脑后立即作心脏灌注固定。
(二)延脑网状结构透射电镜标本的制作与观察
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1.取机械性脑干损伤及正常对照大鼠共10只，开脑，主动脉插管，50ml生理盐水快速冲洗后，用2.5%戊二醛、1%多聚甲醛、0.1%磷酸缓冲液(PH 7.4)300～400ml灌注1h，先快后慢；
2.取脑，灌注液中后固定，4℃过夜；
3.沿冠状面横切分离出延脑，用Lancer版震动切片机切片，片厚80μm，收集延脑组织切片；
4.磷酸缓冲液冲洗后，入1%锇酸(PH 7.4的0.1M PB配制)4℃ 1h；
5.组织经锇化后，0.1M PB液洗3次，各10min。上行酒精脱水，环氧丙烷置换2次，各5min,然后入纯包埋剂2h;
6.浸透包埋剂的切片用牙签挑到硅化的载玻片上，摊平，再加盖一张硅化玻片，稍加压，60℃烤箱中聚合48h；
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7.平板包埋后的切片，在Olympus立体手术显微镜下定位，取延脑网状结构，用502胶将其粘在空白包埋块上；
8.在立体显微镜下修块，用AO超薄切片机作超薄切片，片厚600～800A；
9.将切片捞取到300目铜网上，经柠檬酸铅5～6min、醋酸铀20min双重电子染色；
10.H-600日立透射电镜观察、照像。
结 果
(一)正常对照组：大鼠脑干网状结构部位的神经轴索内，NF排列规则，疏密均匀，NF侧臂分布均匀，线粒体(mitochondria, MT)无肿胀，髓鞘呈同心圆样紧密排列；毛细血管结构完整，围绕血管的星形胶质细胞结构正常，胶质细胞核内异染色质丰富、多边集于核膜周围；间质无水肿样改变(照片1)。
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照片1 正常大鼠延脑网状结构内神经轴索，示NF排列规则，疏密有序。TEM×8 000
Picture 1 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in control rats. NF is regularly arranged with relative space of NF Side arms.
TEM×8 000
(二)脑干损伤10min组：NF排列紊乱、疏密不均，NF侧臂减少；延脑基质密度下降，呈水肿样改变(照片2)。
, 百拇医药 照片2 脑干损伤10min大鼠延脑网状结构内神经轴索，示NF排列紊乱，疏密不均。TEM×8 000
Picture 2 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 10min of post-trauma rat. Some NF showed irregular and loosely arrangement.TEM×8 000
(三)脑干损伤0.5h组：髓鞘层面分离，NF疏密不均、排列紊乱，髓鞘与轴索间出现空隙。
(四)脑干损伤1h组：可见NF异常聚集，轴膜内陷，髓鞘与轴膜间的空隙增加，毛细血管壁出现空泡，周围基质密度下降；胶质细胞核内异染色质减少，核仁明显(照片3，4)。
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照片3 脑干损伤1h大鼠延脑，示毛细血管壁出现空泡，周围基质密度下降。TEM×5 000
Picture 3 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. Capillaries showed clearly degeneration with vacuolization of wall and low-density of the matrix.TEM×5 000
照片4 脑干损伤1h大鼠延脑，示胶质细胞内异染色质减少，核仁明显 。TEM×5 000
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Picture 4 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. Neuroglia cell showed swelling nucleus and decreasing chromatin.TEM×5 000
(五)脑干损伤3h组：上述病变更为明显，NF聚集成团，髓鞘层面分离更为显著，轴膜与髓鞘间隙加大，部分神经元的细胞膜发生破裂，细胞核及周围树突基质凝集、溶解(照片5)。
照片5 脑干损伤3h大鼠延脑，示轴索内NF聚集成团，髓鞘层面分离。TEM×8 000
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Picture 3 Electron micrographs of reticular formation of medulla oblongata in 60min of post-trauma rat. NF was aggregated in axon, laminas of myelin sheath were separated.TEM×8 000
NF排列紊乱、疏密不均，NF臂的缺失，髓鞘层面分离，轴膜内皱与髓鞘间形成空隙，微血管周围基质密度下降以及线粒体肿胀等超微病理改变在脑干伤10min时即可出现。脑干损伤后存活时间延长，上述病变更为显著。
讨 论
一、脑损伤的超微病理研究
Bakey等用透射电镜(TEM)研究大鼠脑震荡后的超微病理变化时观察到，在打击部位——枕部的大脑皮质仅见MT肿胀，未见尼氏体、高尔基体的改变及核溶解，无枕叶皮质和白质的水肿；小脑的超微病变同枕叶皮质，中脑、上丘未见任何损伤。而在对冲部位额叶可见轻微的神经元和胶质细胞内MT肿胀，星形细胞突起轻微肿胀和细胞外间隙增宽，铁蛋白外渗，白质局部水肿，表明此处BBB通透性增加。损伤最为严重的是延脑和上段颈髓，可见大量神经元内MT严重肿胀，轴索水肿，髓鞘层面分离。其中最显著的病变是MT水肿，MT嵴被推挤到周边。并且MT的变化有规律的时序：伤后0.5h开始，1h达高峰，24h恢复正常[6]。
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卿太苏等在用TEM研究10例人体创伤性脑水肿手术检材时观察到，毛细血管内皮细胞肿胀，基底膜增宽、密度变淡，星形胶质细胞突起肿胀，血管周隙扩大，神经元胞膜受损、连续性中断，MT明显水肿，移位、断裂，内质网扩张，核染色质边集，细胞周围间隙增大等病变[8]。于晓军等用扫描电镜(scanning electrom microscopy, SEM)研究大鼠脑震荡性损伤时观察到，神经轴索肿胀，NF排列紊乱，髓鞘剥脱，神经元膜微小破裂口以及脑实质内微血管的穿孔等改变，且发现损伤多见于额叶和顶叶皮质-白质交界区、胼胝体和内囊处，以脑干为重[7]。汪秉康等用SEM观察了11例人体脑皮质挫伤远区和脑干的病变，可见神经元树突折断，轴索排列紊乱、粗细不均，髓鞘变性、表面粗糙呈筛孔状。有的可见星形细胞附着在毛细血管壁的足板断裂[10]。Loberg等于大鼠冷冻性脑损伤几分钟内观察到白蛋白漏出并进入受损的神经元内；用TEM观察到AL阳性神经元的细胞膜破裂，A1在神经元内主要定位于细胞浆和细胞核中的颗粒性成分，而水溶性成分阴性[11]。Pettus和Povlishock研究发现，正常对照猫脑组织神经轴索中NF间的间隙较宽，NF侧臂分布均匀，微管数量较多；而中度或重度液压性脑损伤后5min，即可见NF间隙减小，NF侧臂显著减少，微管消失，轴膜内陷，轴膜与髓鞘分离形成空隙，髓鞘出现层面分离等病变。并发现部分轴膜通透性增加，外源性HRP可进入轴索内而使HRP呈阳性[12]。
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上述学者用TEM和SEM研究了不同类型、不同程度脑损伤后脑组织的超微病理改变。值得注意的是，暴力作用部位不在脑干，而损伤程度最重的部位却常是脑干。
本研究于脑干损伤早期(10min)延脑网状结构部位观察到NF排列紊乱、疏密不均，轴膜内陷，轴膜与髓鞘间出现空泡，髓鞘层面分离，毛细血管壁结构受损，周围基质密度降低等病变。并随着伤后存活时间延长，上述病变加重。脑干生命中枢部位的神经元、神经轴索等与生命活动密切相关，此处神经元、神经轴索及髓鞘的损伤可迅速致死。
本研究观察到延脑部位毛细血管壁受损，周围间质密度降低，神经细胞连续性中断等改变，这就从超微结构水平认识了脑干损伤早期血浆蛋白的外漏并进入受损神经元，而神经元内的蛋白成分又溢出到组织间隙，进而进入血液和脑脊液中的缘由。同时，髓鞘的层面分离，NF的排列紊乱、疏密不均，解释了神经轴索在NF染色时呈现粗细不一、着色不均等改变的原因。本研究还于脑干伤后1h时观察到星形胶质细胞核内异染色质减少、核仁明显，表现星形胶质细胞处于活跃的转录、复制状态，参考相关文献[4，5]，我们认为GFAP-mRNA表达增强、GFAP合成增多，是机械性脑损伤后GFAP免疫活性增强、GFAP阳性星形胶质增多的重要机制之一。
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二、脑干超微病变的机理
1.脑干部位易受损伤的原因
脑干包括中脑、桥脑和延脑三个部分。脑干内有网状结构系统。脑干网状结构是脑干的最古老部分，对有机体生命来说是绝对必需的部分。网状结构为脑干的核心。一般看作是一个从延脑部起至中脑和间脑(丘脑-下丘脑)交界处止的延伸物。中脑网状结构上行激活性系统与醒觉状态有关；延脑网状结构与呼吸、血管舒缩和心脏调节等中枢有关，为生命中枢所在地[13]。虽然对单纯性脑干损伤是否存在及其发生率的报道不一[14，15]，但对于颅脑损伤合并脑干损伤，有时脑干部位的损伤较冲击部位及对冲部位更严重这一现象已多有报道[6，7，10]。脑干易受损伤与其自身结构和解剖学部位有关。
脑干是由中脑、桥脑和延脑三部分组成圆柱状结构，内含长的神经纤维串穿脑干。上连间脑和大脑，下接颈髓，后通过小脑上、中、下脚与小脑相连，脑干与小脑之间有第四脑室，脑干内有第三到第十二对脑神经。其周围还有小脑天幕、枕骨大孔及基底动脉环等结构。当颈部过伸或挥鞭性损伤时，可造成桥脑与延脑交界处断裂。暴力使头颅发生旋转运动时，大脑半球随作用力的方向运动，使脑干发生扭曲或牵引而受损。头部受钝性暴力后，颅内压升高。同时，暴力可引起脑室内脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)波动，可传递至脑干而致伤。而暴力引起颅内血肿及脑水肿导致颅内压升高，而使脑干下移，压迫脑干血供血管也可导致脑缺血性损伤[13，16]。这就是暴力作用部位不在脑干，而脑干损伤却常较重的原因。
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2.脑干损伤超微病变的机理
脑干损伤后超微结构病变随时间延长而加重，这表明除暴力可直接造成脑干原发性损伤外，还存在着继发性脑干损伤。
目前，关于原发性脑干损伤的机制有两种观点：其一认为，当头部在任何轴向发生突然旋转运动时，由于颅骨、脑膜、脑组织和CSF的质量不同，脑灰质和白质的质量也有差别，因此，其运动速度也不均等，使脑组织之间彼此相对移位，产生剪应力，而脑组织抗剪应力系数极低，这足以撕裂神经元和轴索、甚至小血管，导致脑组织的损伤[17]。另有人认为用流体力学的水击理论解释更为合理。他们推测暴力打击瞬间，神经元内和血管内的液体局部发生“共振”，聚集成较集中的水击流，冲击细胞或血管壁而造成其损伤[7]。
继发性脑损伤主要是由于脑损伤继发脑血液循环障碍所致。同时，机械性损伤脑组织较正常脑组织对缺血、缺氧更为脆弱。脑缺血、缺氧可造成氧自由基产生急骤增加及膜结构的脂质过氧化[18]；同时，可引起神经细胞内钙离子超载及钙调素活性异常增高[19]，内皮素、磷脂酶A2、白三烯、血栓素及前列腺素等炎症介质增多，兴奋性氨基酸外逸等，这些因素可引起脑组织代谢、功能乃至结构的破坏，而致继发性脑损伤[20]。
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关于神经轴索损伤机理，传统观点认为是暴力作用瞬间神经纤维拉伸或扭曲所致的即刻性、不可逆性损伤[17]。目前则多认为，神经轴索损伤是暴力所诱导的、渐进性的病理生理过程[21]，即暴力可导致轴浆运输障碍，引起细胞器及轴浆的局部异常聚积，轴索局部膨胀，发展到一定程度可引起轴索断裂[22]。至于暴力是如何引起轴浆运输障碍的，其确切机制尚不清楚，现有两种观点：有学者认为机械性脑损伤引起轴膜受损，导致钙离子流入轴索内而激活中性蛋白酶，该酶选择性水解NF侧臂和微管(它们具有维持NF的有序排列，使NF之间保持一定间距)，从而引起NF骨架的塌陷及NF的聚积，导致轴浆运输障碍[23～25]。也有学者认为，机械性脑损伤可直接损伤轴索的细胞骨架而致轴浆运输障碍[26，27]。进一步研究发现，轻度FPI是通过后一种机制而致轴浆运输障碍，而中度和重度FPI则是通过前一种机制而导致轴索损伤的[12]。本研究观察到轴索中的NF的排列紊乱、NF侧臂的减少、NF骨架的塌陷及NF的异常聚积等超微结构变化。但由于未检测轴膜的通透性，所以，对于大鼠机械性脑干损伤后延脑神经轴索超微病变的机制尚未查明，有待进一步研究。
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(收稿：1998-11-20，修回：1999-02-10), http://www.100md.com