Features of blast-induced traumatic brain injury

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) сохраняет свою актуальность, важное медицинское и социальное значение, заключающиеся в сложности патогенеза, многообразии клинических проявлений и вариантов течения заболевания, а также в высокой смертности и инвалидизации. Социальная значимость определяется в том числе тем, что наиболее часто страдают люди трудоспособного возраста, наиболее активные в трудовой и социальной сфере [1]. Согласно оценкам, основанным на экстраполяции данных, представленных в международных отчетах, ежегодно от ЧМТ страдают 50–60 млн человек, и прогнозируется, что около 50 % населения земного шара перенесет ЧМТ в течение своей жизни. ЧМТ, составляя 30–40 % в структуре травматизма, занимает первое место среди причин инвалидизации населения и временной утраты трудоспособности. В развитых странах травматизм среди причин смерти населения следует за сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями, а по наносимому обществу суммарному экономическому и медико-социальному ущербу ЧМТ занимает первое место [2, 3].

В России ежегодно около 500 тыс. чел. получают ЧМТ. Более 50 тыс. из них умирают, и примерно такое же количество становится инвалидами. Общее число людей с инвалидностью в России из-за ЧМТ превышает 2 млн а удельный вес ЧМТ среди причин временной нетрудоспособности составляет 30–50 %. По данным Национального института общественного здоровья, ежегодный ущерб от ЧМТ оценивается в 500 млрд руб. С каждым годом увеличивается количество пациентов с отдаленными последствиями данной патологии. Особую актуальность имеет легкая ЧМТ, занимающая в общей структуре ЧМТ до 80 % [2, 4, 5].

Основным механизмом ЧМТ в мирное время является непосредственное воздействие тупых твердых предметов на голову, и только в некоторых случаях она формируется по косвенному механизму, когда отсутствует прямой контакт механических повреждающих факторов с головой. Такой механизм имеет место при дорожно-транспортных происшествиях, падениях с высоты, синдроме травматического сотрясения ребенка или взрослого. Данный вариант закрытого повреждения головного мозга обычно рассматривается как результат ускорения (ударно-противоударный), импульсного (ускорения-замедления) повреждения. В ряде случаев имеется сочетание обоих этих механизмов [1].

Совершенно особое место в структуре ЧМТ занимает повреждение вследствие воздействия ударной взрывной волны. Среди гражданского населения минно-взрывные ранения в мирное время встречаются довольно редко, в основном на опасных производствах и при террористических атаках [6]. Но именно такой механизм ЧМТ приобретает широкое распространение в условиях военных конфликтов.

Современная тактика боевых действий определяет все более широкое распространение взрывной травмы. Так, во время боевых действий во Вьетнаме и Республике Афганистан доля раненых вследствие взрывного поражения была значительно выше, чем во время Второй мировой войны. И в настоящее время в различных вооруженных конфликтах интенсивность применения оружия взрывного действия неуклонно растет. Так, например, в мире ежегодно устанавливается более 2 млн различных мин, на которых каждые 20–30 мин подрывается 1 человек. В то же время, по данным различных авторов, до 60–70 % всех взрывных травм сопровождается ЧМТ. Доля минно-взрывных ранений в современных войнах до недавнего времени составляла до 30–45 %, а при террористических актах у гражданского населения сегодня почти 100 % [7].

В период с 2014 по 2020 г. произошло более 15 завершенных и продолжающихся вооруженных конфликтов, что привело к увеличению случаев ЧМТ. В современных военных конфликтах санитарные потери из-за повреждения головного мозга составляют до 12 %, из которых около 40 % — взрывные повреждения [8].

Вопросы, связанные с изучением ЧМТ вследствие воздействия различных факторов взрыва, актуальны и активно изучаются во всем мире, особенно в странах НАТО. Согласно данным Центра черепно-мозговой травмы министерства обороны и ветеранов США, за период с 2001 по 2018 г. 383 947 человек из состава вооруженных сил получили ЧМТ, из которых более трети вследствие взрыва [9].

Исследование аспектов повреждения головного мозга, которые уникальны для взрывной травмы, представляет особую актуальность для неврологии, в том числе как морфофункциональный субстрат последующего развития нейродегенеративных заболеваний.

ЧМТ — это повреждение механической энергией черепа и внутричерепного содержимого (головного мозга, мозговых оболочек, сосудов, черепных нервов), сопровождающееся клинической симптоматикой и в большинстве случаев морфологическими изменениями [10].

Взрыв — это импульсный экзотермический химический процесс перестройки твердых или жидких взрывчатых веществ, превращения их в молекулы взрывных газов [11]. Это создает область высокого давления и генерирует большое количество тепла. Часть энергии взрыва первоначально расходуется на разрушение оболочки боеприпаса (переход в кинетическую энергию осколка), а 30–40 % выделяемых газов расходуется на образование ударной волны, светового и теплового излучения, на перемещение осколков. На определенном расстоянии взрывные газы сохраняют свои разрушительные свойства при высоких скоростях и давлении. С газообразными продуктами взрыва связаны 3 действия: бризантное (резкое ударное воздействие продуктов взрыва на окружающие предметы), фугасное (разрушительное действие на короткие расстояния из-за расширения продуктов взрыва, а на удалении из-за распространения ударной волны во всех направлениях) и зажигательное. Волна газообразных продуктов детонации оказывает повреждающее действие на ткани, вызывая ушибы, разрывы, расслоения, кровоизлияния, ссадины и повреждение структур, заполненных воздухом. Наиболее опасно направленное движение взрывных газов. В дополнение к взрывным газам продукты неполного сгорания и части неразложившегося взрывчатого вещества разлетаются с поверхности заряда. Мельчайшие твердые частицы внедряются в ткани, вызывая их «закопчение» и ожоги. Они также определяют токсические эффекты (за счет угарного газа, содержащегося во взрывных газах в больших количествах). Проникая в разрушенные ткани, а также в легкие при дыхании, он образует карбоксигемоглобин. При взрывах в помещении ожоги и токсическое воздействие вдыхаемых газов (СО₂, СО, HCN, NO и др.) могут быть чрезвычайно тяжелыми.

За фронтом ударной волны сжатый воздух движется с высокой скоростью, создавая динамическое давление. По мере того как ударная волна удаляется от центра взрыва, избыточное давление спереди уменьшается, скорость уменьшается до скорости звука, а ударная волна превращается в звуковую.

Считается, что основной травматический эффект воздушной ударной волны подобен внезапному удару дубиной или твердым предметом с широкой ударной поверхностью, при котором повреждение тканей может напоминать раздавливание. В целом все повреждения, возникающие при его воздействии, обычно подразделяются на первичные (из-за прямого воздействия ударной волны), вторичные (из-за воздействия объектов, приведенных в действие взрывной волной) и третичные (из-за удара тела пострадавшего, приведенного в движение ударной волной, о предметы, препятствия, землю и т. д.).

Травматические поражения, вызванные ударной волной, и их тяжесть находятся в прямой зависимости от величины избыточного давления, зоны воздействия, времени повышения давления до максимума и продолжительности действия. Воздействие ударной волны на различные части тела неодинаково. Это зависит от расположения тела человека по отношению к взрывной волне, характеристик тканей, на которые она воздействует. Органы с большой поверхностью и низкой массой поглощают наибольшее количество энергии, поэтому подвергаются наибольшему разрушению. При взрыве следует учитывать влияние гидродинамического удара на полые заполненные жидкостью органы (сердце, легкие, почки). Гидродинамический удар также оказывает губительное воздействие на центральную нервную систему, где присутствует большое количество цереброспинальной жидкости и венозной крови. Помимо взрывной волны на организм воздействуют осколки и части взрывного устройства, детонаторов, специальных разрушительных элементов (шаров, гвоздей и др.), которые дополнительно включены в боеприпас. Характер и степень повреждения зависят от кинетической энергии осколка, его формы и размера, направления движения относительно поверхности тела и особенностей анатомического строения пораженной части тела. Осколки в основном наносят раны (сквозные, слепые, касательные), но при низкой скорости полета могут вызывать закрытые травмы (ушибы, переломы, разрывы) [11].

Примерно 80 % сотрясений головного мозга, полученных во время боевых действий, являются вторичными по отношению к эффектам взрывной волны. Вопрос о том, как первичный взрыв или избыточное давление вызывает травму головного мозга, до сих пор является предметом споров среди исследователей в этой области. Возможное повреждение головного мозга может произойти, когда волна давления механически передается через ткани в мозг, что соответствует травме от удара тупым предметом, ускорению-замедлению движения головы, отеку, спазму сосудов, образованию микрокавитационных пузырьков и цереброваскулярных нарушений и/или посттравматическим изменениям из-за снижения концентрации кислорода при повреждении легких. Вторичные и третичные факторы взрыва, при которых либо вторичные ранящие снаряды попадают в голову, либо пострадавший ударяется о различные предметы и поверхности, концептуально аналогичны моделям так называемой «гражданской» ЧМТ, которые отражают механизмы ускорения–замедления или удара тупым предметом [12].

Важным направлением диагностики являются нейропсихологические нарушения как у пациентов с последствиями взрывной, так и механической травмы. Актуальными являются вопросы повторной легкой ЧМТ вследствие воздействия факторов низкой и средней мощности у спортсменов и воинского контингента. Интерес представляет изучение влияния функционального состояния организма на момент получения травмы, имеющихся заболеваний, анатомических особенностей и факторов образа жизни [9]. Отдельное внимание уделяется и другим факторам, усложняющим идентификацию легкой ЧМТ при взрыве. Так, 70–75 % случаев взрывных травм у военнослужащих сопровождаются нарушениями слуха и до 50 % из них не диагностируются вовремя. Сочетание ЧМТ и повреждения органа слуха создает трудности дифференциальной диагностики, а наличие сопутствующих травматических повреждений других органов замедляет оказание своевременной неврологической и оториноларингологической помощи. Это приводит к развитию необратимых патологических процессов в центральных и периферических отделах слухового анализатора, развитию посттравматической сенсоневральной тугоухости, формированию психопатологического синдрома, снижению эффективности проводимой терапии и увеличению сроков нетрудоспособности, а также увеличению вероятности осложнений ЧМТ и развитию стойкой утраты трудоспособности. Имеет место также гипердиагностика ЧМТ при взрывных травмах, сопровождающихся изолированным повреждением органа слуха. Таким образом, проблема сочетания ЧМТ с повреждением слухового анализатора при взрывных травмах также является актуальной для военной медицины во время боевых действий [7].

В качестве перспективного направления диагностики легкой ЧМТ рассматриваются методы выявления симптомов нарушения равновесия или постуральной неустойчивости. Эти симптомы часто приписывают дисфункции вестибулярной системы, однако лежащие в основе их развития механизмы, а также сложность анатомических и физиологических систем, реализующих функцию поддержания равновесия при ЧМТ, изучены недостаточно. Посттравматическое головокружение — термин, который указывает на общую этиологию разнородных проявлений дисфункции периферической и центральной вестибулярной системы. Вестибулярная дисфункция при ЧМТ в отдаленном периоде может возникать в результате переломов височных костей (из-за возможного появления перилимфатической фистулы в овальном или круглом окне), повреждения вестибуло-кохлеарного нерва (может привести к постоянной потере слуха и шуму в ушах), ствола головного мозга, мозжечка и кортикальных связей, участвующих в обработке вестибулярных и других сенсорных сигналов, важных для поддержания равновесия. Необратимая потеря вестибулярной функции, которую ряд авторов называют периферической вестибулярной гипофункцией, может произойти из-за травматических повреждений внутреннего уха. В зависимости от степени центральной вестибулярной компенсации эти повреждения могут приводить к постоянным жалобам на неустойчивость при ходьбе и стоянии [13]. Продолжительность посттравматической дисфункции системы поддержания равновесия различна. У пациентов после ЧМТ головокружение сохраняется от одной недели до нескольких лет. В случае легкой ЧМТ симптомы нарушения равновесия могут сохраняться в течение года или даже дольше у 10–15 % пациентов, и этот процент увеличивается до 28 % при травмах средней тяжести. Головокружение после ЧМТ также является причиной длительной нетрудоспособности [14, 15]. Помимо периферической вестибулярной гипофункции повреждение зрительной системы также может влиять на нарушение равновесия, движения, координации, когнитивных функций. Большое количество пациентов с ЧМТ сообщают о симптомах, связанных с нарушением зрения. Среди наиболее распространенных из них — повышенная чувствительность к свету, при которой воздействие света вызывает боль в глазах и голове (светобоязнь). У пациентов, перенесших ЧМТ, выявляют замедленные плавные следящие движения глаз, а также ошибки позиционирования и замедление ускорения глаз при саккадических движениях. Также у пациентов с ЧМТ снижается скорость чтения, повышаются фиксация и регрессия при чтении. В центральной нервной системе анализируются данные, получаемые при саккадических движениях глаз, что необходимо для управления движениями тела. Например, это позволяет человеку оценить нахождение предмета в пространстве и протянуть руку, чтобы взять его. Однако после ЧМТ могут возникать дезинтеграция входящей сенсорной информации и нарушаться восприятие пространства, что приводит к потере способности воспринимать взаимное расположение окружающих объектов [16]. Зрительная информация объединяется с кинестетической, проприоцептивной, вестибулярной и даже тактильной, суммируется и обрабатывается с целью ориентации в пространстве и поддержания равновесия. Оценка сенсорных систем в настоящее время возможна с помощью мультимодальных вызванных сенсорных потенциалов. Тесты зрительных, слуховых, вестибулярных вызванных потенциалов демонстрируют не только дополнительную диагностическую ценность, не наблюдаемую при рутинном клиническом тестировании и нейровизуализации, но и довольно высокую достоверность при отслеживании изменений при ЧМТ. Применение тестов в различных модификациях и сочетаниях может помочь выявить нарушения в сенсорных системах, участвующих в поддержании равновесия, которые приводят у пациента к неустойчивости (рис.) [17–19].

 

Рисунок. Сенсорные системы, потенциально подвергающиеся воздействию взрывной волны, и методы оценки/диагностики их состояния

 

Пациенты, у которых в анамнезе была ЧМТ, включая легкую ЧМТ, подвергаются большему риску развития нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона и хроническая посттравматическая энцефалопатия. Предполагается, что повторная легкая ЧМТ может инициировать процесс нейровоспаления и атрофии серого и белого вещества, что со временем приводит к прогрессирующей дегенерации нервной системы. Несколько крупных исследований показали связь между перенесенной в анамнезе ЧМТ и повышенным риском развития болезней Альцгеймера и Паркинсона даже у лиц без известных когнитивных нарушений после ЧМТ. Оптическая когерентная томография (ОКТ) — это неинвазивная технология визуализации, используемая в офтальмологии для простого и быстрого исследования и количественной оценки слоев сетчатки с высоким разрешением (на микрометрическом уровне), точностью и воспроизводимостью [20]. Связь ОКТ-измерений истончения слоя сетчатки со степенью нейродегенерации центральной нервной системы хорошо известна при таких заболеваниях, как болезни Альцгеймера, Паркинсона и рассеянный склероз. Существуют публикации, где метод ОКТ применяли для выявления дегенерации определенных слоев сетчатки глаза, что коррелировало с атрофией коры головного мозга у лиц, перенесших ЧМТ [21, 22].

Актуальной проблемой в настоящее время является диагностика легкой ЧМТ, что связано с многообразием и неспецифичностью симптомов данного состояния, непредсказуемостью патологических изменений и отсроченностью клинических оценок после травмы. Часто единственной доступной информацией, используемой для постановки диагноза легкой ЧМТ у военнослужащих, являются рассказы очевидцев и пострадавших. Во многом это связано с отсутствием надежных инструментов диагностики легкой ЧМТ, связанной со взрывом, сходных клинических проявлений с другими состояниями, такими как акубаротравма, и стресс-ассоциированными расстройствами. С целью решения данных проблем предпринимаются усилия для обеспечения более точной идентификации типа травм и механизмов получения травм на поле боя с использованием современного оборудования, включая датчики давления взрыва на шлемах и унифицированные камеры, которые могут визуально фиксировать окружающую обстановку. Разрабатываются механизмы объективизации симптоматики, связанной с легкой ЧМТ, которая может проявляться в разные моменты (в острый, промежуточный и отдаленный периоды ЧМТ) [20].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сложность в постановке диагноза легкой ЧМТ обусловлена низкой информативностью традиционных клинических методов обследования, их недостаточными возможностями по объективизации симптоматики и низкой специфичностью ряда неврологических симптомов. При воздействии ударной волны формируются условия первоначальной гиперстимуляции сенсорных систем с последующим их торможением и дезинтеграцией. Расширение диагностического протокола, включающего исследование состояния сенсорных систем, может быть своевременным инструментом, решающим данную проблему [9].

Таким образом, проблема ЧМТ при воздействии взрывной волны является актуальным вопросом военной медицины и имеет большое социальное и экономическое значение, которое трактует необходимость дальнейшего исследования данной темы для разработки оптимального алгоритма обследования таких пациентов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Финансирование данной работы не проводилось.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этическая экспертиза. Проведения этической экспертизы не требовалось.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

About the authors

Vasiliy O. Nikishin

Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: vo1009@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-1239-9796
SPIN-code: 9295-5923
ResearcherId: JFK-5264-2023
Russian Federation, Saint Petersburg

Igor' V. Litvinenko

Military Medical Academy

Email: litvinenkoiv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8988-3011
SPIN-code: 6112-2792
Scopus Author ID: 35734354000
ResearcherId: F-9120-2013

M.D., D.Sc. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Konstantin M. Naumov

Military Medical Academy

Email: naumov_k@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-7039-2423
SPIN-code: 3996-2007
Scopus Author ID: 8390739200
ResearcherId: I-8567-2016

M. D., Ph. D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files