Hirnödeme tragen bei vielen neurologischen Erkrankungen (z. B. hämorrhagischer Schlaganfall, ischämischer Schlaganfall, traumatische Hirnverletzung und Hirntumoren) wesentlich zu einem schlechten Ergebnis bei. In der Vergangenheit wurde das Ödem in Tierkrankheitsmodellen quantifiziert, indem der Wassergehalt des betroffenen Gewebes mit dem normalen Gehirn verglichen wurde. Der Wassergehalt wurde in % Wasser ausgedrückt, bestimmt aus der Differenz des Nass- und Trockengewichts (d. h. des Wassergewichts) geteilt durch das Nassgewicht (1-3). Wie unten beschrieben, ist dies bedauerlich, da es zu einer Fehlinterpretation der Auswirkungen von ‚kleinen‘ Veränderungen im Gehirnwasser führen kann.
Um dieses Problem zu untersuchen, werden verschiedene Beispiele für Hirnverletzungen aus der Literatur verwendet und drei Parameter anhand der Gleichungen berechnet.
Um diese Begriffe zu demonstrieren, Daten von Betz et al. (4) verwendet werden. Die Ratten wurden 6 Stunden lang einem permanenten Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCAO) unterzogen, und dann wurde Gewebe aus dem ipsilateralen (ischämischen) und kontralateralen Kortex entnommen. Für eine 100 mg Probe des ipsilateralen Cortex betrug das Trockengewicht 17,6 mg und das Wassergewicht 82,4 mg. Für den kontralateralen Cortex hatte das gleiche Nassgewicht der Probe ein Trockengewicht von 21,4 mg und ein Wassergewicht von 78,6 mg. Aus Gleichung 1 hatten die ipsi- und kontralateralen Cortexproben% Wassergehalte von 82,4 bzw. 78,6%, eine Differenz von 3,8%. Unter Verwendung von Gleichung 2 beträgt der Wassergehalt im ipsilateralen Kortex jedoch 4,68 g Wasser / g Trockengewicht, während der für den ipsilateralen Kortex 3,67 g Wasser / g Trockengewicht beträgt. Unter der Annahme, dass sich das Gewicht des trockenen Gewebes im Verlauf von 6 Stunden MCAO nicht ändert, bedeutet dies einen Anstieg des Wassergehalts um 27,5%. Unter Verwendung des kontralateralen kortikalen Probenwassergehalts und des endgültigen ipsilateralen Trockengewichts kann ein anfängliches Nassgewicht für die ipsilaterale Probe (3,67 + 1) * 17,6 = 82,2 mg berechnet werden und somit unter Verwendung von Gleichung 3 die Gewebeschwellung als 21,6%. Dieses Beispiel zeigt, dass eine relativ kleine Änderung des Wassergehalts in% tatsächlich große Änderungen des Gewebewassers und der Gewebeschwellung widerspiegelt.
Tabelle 1 enthält fünf Beispiele aus der Literatur, die verschiedene neurologische Zustände umfassen. Wagner et al. (5) berichtete, dass für die perihämatomale weiße Substanz im Schwein der Wassergehalt in% 86% betrug, verglichen mit 73% in der kontralateralen Hemisphäre. Bezogen auf den Wassergehalt (g/g Trockengewicht) entspricht dies einer Veränderung von 127%, während die Gewebequellung 93% betrug. Diese Ergebnisse zeigen das Ausmaß der Veränderungen des Wassergehalts und der Schwellung, die durch Hirnödeme entstehen können. Es sollte auch beachtet werden, dass die Beziehung zwischen% Wassergehalt und entweder Wassergehalt (g / g Trockengewicht) oder Gehirnschwellung nicht linear ist. Dies wird in Abbildung 1 hervorgehoben, in der Änderungen des Wassergehalts in% mit den beiden anderen Parametern für ein hypothetisches Gewebe mit einem anfänglichen Wassergehalt von 77% dargestellt werden. Eine Änderung des Wassergehalts von 1% führt zu einem Anstieg des Wassergehalts (g / g Trockengewicht) um 6% (auf 78%) und der Hirnschwellung um 4,5%, eine Erhöhung des Wassergehalts um 10% (auf 87%) führt jedoch zu einer Änderung dieser beiden Parameter um 100% und 77%.
Diagramm, das die Beziehung zwischen% Wassergehalt und entweder prozentualen Änderungen des Wassergehalts (g / g Trockengewicht) oder der Quellung zeigt. Der prozentuale Wassergehalt eines hypothetischen Stücks Hirngewebe wird in 1% -Schritten von einem Ausgangswert von 77% erhöht. Für jedes Inkrement wird die prozentuale Änderung des Wassergehalts (g / g Trockengewicht) sowie der Grad der Schwellung des Gewebes berechnet.
Tabelle 1
% Gehirnwassergehalt, Wassergehalt (g / g Trockengewicht) und % Gehirnschwellung in fünf Studien zu Hirnverletzungen aus der Literatur (wie diese berechnet wurden, siehe Gleichungen 1-3). Bitte beachten Sie, dass die% -Änderungen der beiden letztgenannten Parameter bei Verletzungen 4- bis 7-fach größer waren als die für% Gehirnwassergehalt. ICH = Intrazerebrale Blutung, TBI = traumatische Hirnverletzung.
| Modell | % Gehirn wasser inhalt | Wasser inhalt (g/g trocken gewicht) | Gehirn schwellungen | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nicht verletzt | Verletzt | % Veränderung | Nicht verletzt | Verletzt | % Veränderung | % Veränderung | |
| Globale Ischämie bei Ratten (7) | 77.16% | 78.2% | 1.3% | 3.38 | 3.59 | 6.2% | 4.8% |
| Fokale Ischämie bei Ratten (4) | 78.6% | 82.4% | 4.8% | 3.67 | 4.68 | 27.5% | 21.6% |
| Rat ICH (Referenz) | 78.0% | 81.9% | 5.0% | 3.54 | 4.52 | 27.6% | 21.5% |
| Ratte TBI (8) | 78.6% | 84.2% | 7.1% | 3.67 | 5.33 | 45.1% | 35.4 |
| Schwein ICH -weiße Substanz (5) | 73% | 86% | 17.8% | 2.70 | 6.14 | 127% | 93% |
In: Gerriets et al. messungen des% -Wassergehalts (Nass- / Trockengewichtsmethode) und der hemisphärischen Schwellung (unter Verwendung von Magnetresonanztomographie) an denselben Ratten 24 Stunden nach permanenter MCAO (6). Sie berichteten über% Wassergehalte von 80,08 und 75,89% in der ipsi- bzw. kontralateralen Hemisphäre, ein Anstieg von 4,19%. Dies wurde von einer 18,34% igen Schwellung der ipsilateralen Hemisphäre begleitet, wie durch MRT beurteilt. Diese direkten Messungen zeigen auch, dass relativ ‚kleine‘ Änderungen des Wassergehalts tatsächlich eine große Veränderung der Gewebeschwellung widerspiegeln.
Die Auswirkungen eines Hirnödems können lokal sein, durch Veränderung der räumlichen Beziehungen zwischen Zellen und lokalem Blutfluss oder global, aufgrund von Veränderungen Hirndruck, Blutfluss und möglicher Herniation. In diesem Zusammenhang listet Tabelle 1 vier Rattenstudien auf, von denen eine aus einem Modell der globalen Ischämie mit Reperfusion stammt (7) und die anderen drei aus fokaleren Verletzungen (MCAO, intrazerebrale Blutung und traumatische Hirnverletzung mit mehr lokaler Gewebeprobe; (4, 8, 9)). Die globale Ischämie-Studie berichtete über einen Anstieg des Gehirnwassergehalts von 77,16% auf 78,2%, ein geringerer Anstieg als für die drei fokalen Modelle berichtet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass diese kleinen globalen Erhöhungen einen tiefgreifenden Einfluss auf den intrakraniellen Druck (und mögliche Herniation) haben können. Die Schwellung des Gehirns kann zunächst durch Liquor- (und Blut-) Verschiebung kompensiert werden. Der LIQUOR macht jedoch nur ~ 15% des Schädelvolumens aus (intrakranielles Liquorvolumen von ~ 200 ml (10) und Gehirngewicht von 1350 g), und wie in Abbildung 1 dargestellt, würde eine Erhöhung des Gehirnwassergehalts von 77 auf 80% eine Schwellung des Gehirns um 15% verursachen, wodurch jede mögliche Verschiebung erschöpft würde.
Als Messung hat % Hirnwassergehalt den Nachteil, dass Ödeme (eine Zunahme des Wassers) sowohl den Zähler als auch den Nenner, die Wassermasse und das Nassgewicht beeinflussen. Es ist leider in der wissenschaftlichen Gemeinschaft tief verwurzelt. Es ist daher wichtig zu erkennen, dass relativ kleine Änderungen des Gehirnwassergehalts tatsächlich große Änderungen des absoluten Wassergehalts des Gehirns und der Gehirnschwellung widerspiegeln können. Diese können möglicherweise zu erheblichen lokalen Strukturstörungen und / oder globalen Auswirkungen auf den intrakraniellen Druck und den Blutfluss führen.