重症视角 | 脑水肿病理生理机制

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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