Fisiopatología del traumatismo en el sistema nervioso

Biomecánica del traumatismo craneoencefálico
Las lesiones observadas en los traumatismos craneoencefálicos como en cualquier otro traumatismo mecánico pueden ser explicadas mediante mecanismos biomecánicos que siguen leyes newtonianas. La lesión va a ser el resultado de la combinación entre la energía del choque y su inferencia sobre el sujeto. Conocer cómo se ha producido el traumatismo, la energía y el tipo de impacto que se ha producido puede ayudar al clínico a interpretar las lesiones que presenta el enfermo así como mejorar su tratamiento.

Cuando se produce un traumatismo craneoencefálico cerrado se transfiere una carga de energía desde el objeto impactante. Esta carga de energía mecánica va a ser clasificada en estática o dinámica. La carga estática se produce por impactos lento, típicamente mayores de 200 mseg, y mantenidos que se asocian con frecuencia a fracturas craneales, hematomas epidurales o frecturas conminutas. La carga dinámica es más frecuente y se produce cuando la carga se produce en un periodo de tiempo mucho más pequeño. Esta carga dinámica puede ser de dos tipos. La carga impulsiva se produce cundo la cabeza se pone en movimiento o es frenada de forma bursca, sin que e produzca impacto. La lesión se produce solamente por las fuerzas inerciales. El otro tipo de carga dinámica es la de impacto, en el que la lesión se va a producir tanto por fuerzas inerciales como por fuerzas de contacto.

Aunque estas definiciones subrayan las diferencias etiológicas entre los diferentes tipos de impacto, el resultado final va a ser el resultado de cómo esas fuerzas producen deformación o estrés tanto del hueso como de los tejidos blandos llevándolos más allá de su tolerancia funcional o estructural. Esta tolerancia va a depender de la magnitud de la fuerza aplicada, de las características del tejido así como factores temporales asociados a ambos factores.

La mayor parte de los traumatismos craneoencefálicos van a ser debidos pues a dos mecanismos básicos: fuerzas de contacto o inerciales. En el caso de las lesiones de contacto se requiere que la cabeza sea golpeada o se golpee contra un objeto mientras que las lesiones por inercia también denominadas de aceleración son resultados de movimientos violentos de la cabeza , independientemente de que resulten de un golpe directo o no.

Estos mecanismos biomecánicos producen finalmente una serie de lesiones. Estas lesiones son conocidos como daño primario. Tras recibir un impacto inicial se produce una deformación mecánica produciéndose un daño inmediato. Este daño es en principio inevitable y no se puede actuar sobre él. Las lesiones producidas y la onda de impacto, afecta sobre todo al componente neuronal y, en menor medida a la glía y los vasos. Tras este impacto inicial se ponen en marcha una serie de mecanismos fisiopatológicos (no se conoce este intervalo segundos-días) que van a producir un daño cerebral añadido agravando el efecto del daño primario (daño 2º). Sobre estas lesiones sí se puede actuar, si se dispone de un conocimiento de las causas y de los posibles tratamientos. En un mundo ideal, no habría daño 2º con el consiguiente beneficio en la evolución de estos pacientes.

Daño primario
Tras recibir un impacto inicial se produce una deformación mecánica produciéndose un daño inmediato. Este daño es en principio inevitable y no se puede actuar sobre él. Las lesiones producidas y la onda de impacto, afecta sobre todo al componente neuronal y, en menor medida a la glía y los vasos. Las lesiones que se producen se tratan en el capítulo sobre clasificación del traumatismo craneal.

Daño secundario
Tras el impacto inicial se ponen en marcha una serie de mecanismos fisiopatológicos (no se conoce este intervalo segundos-días) que van a producir un daño cerebral añadido agravando el efecto del daño primario (daño 2º). Sobre estas lesiones sí se puede actuar, si se dispone de un conocimiento de las causas y de los posibles tratamientos. En un mundo ideal, no habría daño 2º con el consiguiente beneficio en la evolución de estos pacientes.

El daño secundario se clasifica en insultos sistémicos e insultos intracraneales. Entre los insultos sistémicos se encuentran la hipocia, la hipotensión, la hipertermia, la hiperglucemia, hipoglucemia y la hipercarbia. Entre los insultos intracraneales se encuentran la hiperpic, el edema cerebral, la hiperemia cerebral, las herniaciones cerebrales y los hematomas intracraneales tardíos.

La hipotensión sistémica, la hipoxia o la anemia asociada a politraumatismos tienen como consecuencia la generación de isquemia, es decir una situación en la que el flujo sanguíneo cerebral no alcanza de forma adecuada las demandas metabólicas cerebrales.

La consecuencia última es una reducción en la disponibilidad de ATP, que conduce a un fallo de las bomba de membrana, falleciendo la célula por edema citotóxico. La hipotensión suele producir una afectación de las zonas frontera, sin embargo, la hipoxia suele producir una isquemia global. Si el insulto sistémico se asocia a una lesión intracraneal con una zona de penumbra, ésta se convierte en la principal diana de la isquemia El efecto de estos factores es particularmente nociva cuando hay hiperPIC, ya que existe una reducción de la PPC. Niveles de flujo que podrían ser bien tolerados, son insuficientes para mantener una perfusión cerebral normal. En casos de pacientes que fallecieron por un TCE grave se han encontrado hallazgos autópsicos de isquemia cerebral con una elevada frecuencia. La fiebre produce además un incremento en el metabolismo cerebral que puede favorecer la isquemia cerebral.

En cuanto a los insultos secundarios es de destacar el swelling o hinchazón cerebral. El hinchazón cerebral puede ser producido por hiperemia, es decir ingurgitación vascular por vasodilatación por pérdida de la autorregulación cerebral o por edema cerebral, incremento del contenido de agua del espacio intersticial, las neuronas o la glia. El edema cerebral se ha dividido en edema vasogénico o citotóxico, edema como resultado de alteración de la barrera hematoencefálica o por hinchazón celular.

Lesión focal, lesión difusa
De acuerdo con los trabajos de Adams, el daño cerebral debido al TCE se divide en lesiones primarias y secundarias(Adams, Graham, & Gennarelli 1983). La lesión primaria es el resultado de fuerzas mecánicas que producen deformación de los tejidos en el momento del impacto. Estas deformaciones dañarían directamente vasos sanguíneos, axones, neuronas y glia. Este daño primario iniciaría toda una serie de eventos inflamatorios, neuroquímicos y metabólicos que determinarían mayor daño cerebral, y que se clasifican como lesiones secundarias. Los diferentes tipos de lesiones secundarias son potencialmente reversibles con tratamiento adecuado y si son reconocidas a tiempo, por lo menos desde el punto de vista teórico.

Una aproximación diferente a las lesiones producidas por el TCE fue introducido por Gennarelli y colaboradores(Gennarelli et al. 1982;Gennarelli 1994). Basándose en hallazgos clínico-radiológicos y neuropatológicos estos autores clasificaron las lesiones primarias en lesiones focales y difusas. Las lesiones focales serán aquellas que serían tan grandes como para ser vistas a simple vista. Estas lesiones producirían disfunción neurológica debido a una alteración local y sólo producirían alteraciones del nivel de conciencia o coma cuando fueran tan grandes como para provocar hipertensión intracraneal, herniación cerebral y/o compresión del tronco cerebral. Dentro de estas lesiones focales se incluyen las contusiones, hematoma subdural, epidural e intracerebral. Sin embargo, las lesiones difusas no se caracterizan por ser lesiones macroscópicamente localizadas o visibles significativamente en principio, sino que los pacientes que presentan estas lesiones tienen una disfunción global de la función cerebral, pudiendo presentar alteración del nivel de conciencia y coma sin necesidad de presentar hipertensión intracraneal, lesión masa o compresión del tronco cerebral. Dentro de la lesión difusa muchos autores incluyen la lesión axonal difusa, el daño isquémico cerebral secundario a hipoxia así como edema cerebral difuso. La lesión más importante por ser una lesión primaria dentro de este grupo es la lesión difusa de la sustancia blanca denominada lesión axonal difusa.

Estos dos tipos morfológicos de lesión vendrían producidos por las características del trauma inicial y las fuerzas mecánicas que se dieran en ese momento. Cuando la cabeza sufre un cambio brusco de dirección se pueden inducir dos tipos de aceleración, translación y rotación. En general translación se refiere al movimiento de la cabeza en un solo eje o en una línea recta, mientras que rotación se refiere a que la cabeza gira en torno a su entro de gravedad o se mueve en varios ejes. Ommaya y Gennarelli observaron en modelos experimentales con primates que eran sometidos a diferentes tipos de aceleración/deceleración, como estos dos tipos lesionales se producían ante diferentes tipos de movimientos. Así, las contusiones y otras lesiones focales se producían en sujetos expuestos a aceleraciones en un plano, y los primates no sufrían alteración del nivel de conciencia en ausencia de constusiones en crecimiento. Sin embargo, si se permitía el movimiento en varias direcciones con aceleración/deceleración rotacional, se producían alteraciones del nivel de conciencia en ausencia de lesiones expansivas. En estos casos, el examen neuropatológico permitía la observación de los hallazgos característicos de la lesión axonal difusa (LAD).
Esta diferencia en el mecanismo de producción de las lesiones focales y difusas también es extrapolable al humano, ya que en general, en los traumatismos en los que se producen impactos directos, de corta duración sin movimientos rotacionales de la cabeza, como en las caídas o golpes directos predominan las contusiones o hematomas, mientras que en los traumatismos en los que predominan las aceleraciones/deceleraciones de duración moderada y en varios ejes, como ocurre en los accidentes de tráfico la LAD es frecuente.

Lesión axonal difusa: Teoría centrípeta de Ommaya. Gradación de la LAD.
Strich(1956) fue el primer autor en encontrar en una serie necrópsica la aparición de una “degeneración difusa de la sustancia blanca” en una serie de enfermos con demencia postraumática severa(Sahuquillo & Poca 2002). Afirmó que el daño era producido por la torsión de los axones en el momento inicial del trauma. Más tarde Gennarelli y Adams acuñaron el término lesión axonal difusa para describir los hallazgos neuropatológicos de la lesión más devastadora que puede ocurrir tras el trauma. De acuerdo con Povlishock y Cristman, la lesión axonal difusa puede definirse como la destrucción dispersa de axones a lo largo de los cerebros de animales y humanos que han sufrido una lesión traumática cerebral en la que se ha implicado de forma característica la aceleración/deceleración de la cabeza(Povlishock & Christman 1995).

El daño axonal se produciría ante una aceleración/deceleración por la fijación de algunas estructuras cerebrales, por el movimiento diferencial de estructuras superficiales y profundas o por la diferente consistencia, densidad y composición de diferentes partes del encéfalo que determinan diferentes efectos de la aceleración. Así, las lesiones se localizan con mayor frecuencia a nivel de la unión sustancia blanca/sustancia gris y en la sustancia blanca central profunda (cuerpo calloso, región periventricular, parahipocámpica, pedúnculos cerebrales y sustancia reticular ascendente).
 
La severidad y localización de la lesión axonal difusa varía con la severidad del trauma, tanto en el modelo experimental de Ommaya y Genarelli como en el humano, según la teoría centrípeta de Ommaya. Así este autor observó que la distribución de las tensiones lesivas inducidas por la inercia disminuirían en magnitud desde la superficie al centro aproximado de la casi esferoidal masa cerebral. De esta manera se producen una gradación de síndromes clínicos tras el TCE, donde una mayor severidad de la alteración del nivel y los contenidos de la conciencia son causadas por lesiones cada vez más profundas o centrales en el cerebro. De acuerdo con esta teoría, el tronco cerebral y el mesencéfalo serían las últimas estructuras en ser afectadas, tanto funcional como estructuralmente, y siempre que se observe lesión en estas estructuras, debería observarse lesión en estructuras más superficiales, tales como la sustancia blanca cerebral o el cuerpo calloso.
 
Así Adams, revisando las observaciones neuropatológicas en 434 cerebros de pacientes que habían muerto tras sufrir TCE en Glasgow, estableció tres grados de LAD según un modelo centrípeto de la lesión(Adams et al. 1989):
-LAD I: Lesiones a nivel de la sustancia blanca subcortical
-LAD II: Lesiones a nivel de cuerpo calloso.
-LAD III: Lesiones a nivel de la porción dorsal del tronco.
Esta gradación de las lesiones se ha correlacionado con una mayor gravedad del trauma inicial y una mayor duración y profundidad del deterioro del nivel de conciencia tras el trauma.

BIBLIOGRAFIA
Adams, J. H., Doyle, D., Ford, I., Gennarelli, T. A., Graham, D. I., & McLellan, D. R. 1989, "Diffuse axonal injury in head injury: definition, diagnosis and grading", Histopathology, vol. 15, no. 1, pp. 49-59.
Adams, J. H., Graham, D. I., & Gennarelli, T. A. 1983, "Head injury in man and experimental animals: neuropathology", Acta Neurochir.Suppl (Wien.), vol. 32, pp. 15-30.
Gennarelli, T. A. 1994, "Animal models of human head injury.", J.Neurotrauma, vol. 11, pp. 357-368.
Gennarelli, T. A., Thibault, L. E., Adams, J. H., Graham, D. I., Thompson, C. J., & Marcincin, R. P. 1982, "Diffuse axonal injury and traumatic coma in the primate", Ann.Neurol., vol. 12, no. 6, pp. 564-574.
Povlishock, J. T. & Christman, C. W. 1995, "The pathobiology of traumatically induced axonal injury in animals and humans: a review of current thoughts", J.Neurotrauma, vol. 12, no. 4, pp. 555-564.
Sahuquillo, J. & Poca, M. A. 2002, "Diffuse axonal injury after head trauma. A review", Adv.Tech.Stand.Neurosurg., vol. 27, pp. 23-86.