彌漫性軸索損傷診斷研究進展

孫丞輝，鄒 浩，韓順琪，鄒冬華(.上海市公安局 奉賢分局物證鑒定所，上海0499; .司法部司法鑒定科學技術研究所 上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海00063)

鑒定綜述R e v i e w

彌漫性軸索損傷診斷研究進展

孫丞輝1，鄒 浩1，韓順琪2，鄒冬華2
(1.上海市公安局 奉賢分局物證鑒定所，上海201499; 2.司法部司法鑒定科學技術研究所 上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海200063)

彌漫性軸索損傷(Diffuse Axonal Injury，DAI)是創(chuàng)傷性腦損傷一種最常見和最重要的病理特征，長期以來，DAI形成機制尚未完全闡明，各學科診斷標準不一，使得對于DAI的確診尤其在其早期階段非常困難。近年來，隨著對DAI病理生理過程認識的加深以及影像學技術的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出大量DAI診斷新技術。從早期的CT掃描和MRI掃描技術，到近期的DWI、DTI、SWI、β-APP免疫組織化學染色、生化指標、神經(jīng)電生理檢查和分子病理學技術，眾多新技術的出現(xiàn)，使得DAI的較早期和早期診斷成為可能。為此，將通過對國內外診斷DAI的技術作一綜述。

法醫(yī)病理學;彌漫性軸索損傷;診斷;綜述［文獻類型］

DAI是頭部受鈍性外力作用引起的以神經(jīng)軸索斷裂為特征的腦白質廣泛性軸索損傷。DAI是創(chuàng)傷性腦損傷一種最常見和最重要的病理特征之一［1］，既可作為原發(fā)性腦損傷而獨立存在，也可與其他重型原發(fā)性腦損傷同時產(chǎn)生，作為伴發(fā)損傷而存在，在腦外傷死亡中占29%～43%［2］。1956年，Strich［3］首次報道DAI病例，1977年后Adams等［4］進行了大量的研究并于1982年正式提出DAI的概念。

DAI的傳統(tǒng)檢測方法中，雖然神經(jīng)影像學方法可以通過檢測到DAI特征性病變例如小灶性出血等從而提示診斷DAI，然而只有對β淀粉樣前體蛋白(β-APP)進行免疫組織化學染色的方法方能確診DAI。如今，隨著神經(jīng)影像學技術和實驗室技術的不斷發(fā)展，使得研究者可以在DAI的較早期檢測到更細微的病變，并使得在急性期診斷出DAI也成為可能［5］。筆者將結合國內外文獻，對DAI形成機制和診斷方法研究進展予以綜述。

1 DAI形成機制

對DAI形成機制，尚無明確統(tǒng)一的認識。Adams［4］在45例DAI病例中發(fā)現(xiàn)腦組織DAI的改變在傷后很快出現(xiàn)，說明其和外傷具有直接關系。目前對于DAI發(fā)病機制的認識基本一致，即由于外傷使顱腦產(chǎn)生旋轉加速度或角加速度，使腦組織易受剪切力作用發(fā)生應變，導致神經(jīng)軸索和血管過度牽拉和扭曲損傷［6］。這種損傷好發(fā)于不同組織結構之間，如白質和灰質交界處、兩大腦半球之間的胼胝體以及大腦與小腦之間的腦干上端。如今越來越多對DAI形成機制的研究發(fā)現(xiàn)損傷時的軸膜通透性改變、Ca2+內流、蛋白酶激活及線粒體損傷與軸突損傷的關系，神經(jīng)軸索損傷時大量Ca2+內流，Ca2+內流可導致蛋白酶激活、細胞骨架破壞、線粒體功能障礙，最終引起軸突斷裂［7］。其他病理生理過程，如腦血管網(wǎng)的損傷、繼發(fā)性缺血缺氧性腦損傷等在DAI發(fā)展及轉歸也起著重要作用［8］。

在法醫(yī)檢案中交通事故、高墜和暴力所致顱腦損傷常伴隨DAI，也有報道，嬰兒頭部受到搖晃后發(fā)生DAI。迄今為止其形成機制尚未完全闡明，不同學科診斷標準迥異，是法醫(yī)學和神經(jīng)科學亟待解決的難題。

2 DAI診斷方法

2.1 臨床表現(xiàn)

DAI典型癥狀是在無明確的神經(jīng)系統(tǒng)定位體征的情況下，迅速發(fā)展為昏迷。DAI是創(chuàng)傷性顱腦損傷后昏迷的主要原因，且患者昏迷持續(xù)的時間取決于創(chuàng)傷性顱腦損傷的性質和嚴重程度。Gennarelli等［10］通過研究發(fā)現(xiàn)DAI可能是創(chuàng)傷性顱腦損傷后昏迷的唯一原因，在研究中他們觀察到非人靈長類動物在沒有遭受撞擊但是受到旋轉角加速度作用時，出現(xiàn)即刻昏迷或長期昏迷且不伴隨局灶性損傷，并且實驗動物的病理檢查結果顯示組織損傷類型只有DAI。隨后的研究中，其他學者［11］根據(jù)Adams的分類方法將DAI分成了輕度、中度、重度，他們提出任何一種加速度或者減速度都能引起輕度的DAI，并出現(xiàn)短時間的意識喪失。

DAI最嚴重時，患者迅速陷入昏迷，處于無意識狀態(tài)、植物人狀態(tài)或嚴重殘疾，并持續(xù)至患者死亡。Takaoka等［12］收集了21例DAI患者，并在患者損傷后24 h內對其進行磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)檢查，研究發(fā)現(xiàn)胼胝體的最大信號強度與昏迷的持續(xù)時間成正相關，表明昏迷的持續(xù)時間對軸索損傷的程度具有重要的提示意義。Corbo等［13］通過研究發(fā)現(xiàn)DAI患者出現(xiàn)昏迷與最終的軸索病理性分布和引起頭平面旋轉加速度的原因有關，并且腦干的軸索損傷可能是引起患者昏迷主要原因之一。綜上，基于創(chuàng)傷性腦損傷后昏迷深度和持續(xù)時間，我們可以推斷出DAI的存在，并在一定程度上估計其嚴重程度。

2.2 影像學特征

在傳統(tǒng)法醫(yī)學實踐中，DAI的確診主要通過尸體解剖，近年來隨著影像學技術的發(fā)展，其在法醫(yī)學實踐中逐漸得到越來越廣泛的應用，尤其是MRI及其新序列的普及和應用，為DAI診斷提供了明確的影像學依據(jù)，大大改善了對DAI的診斷。

2.2.1 CT掃描和傳統(tǒng)的MRI

計算機斷層掃描(Computed Tomography，CT)和傳統(tǒng)的MRI(cMRI)常用于檢測軸索損傷有關的病變，CT可以快速、可靠、敏感的檢測出出血灶，相比之下，cMRI對于腦組織損傷處的出血灶和非出血灶的檢查都有更高的分辨率，尤其是后顱窩和深部白質的損傷，但是MRI檢測所需時間明顯長于CT，并且多數(shù)患者在DAI最初階段，由于病情不穩(wěn)定無法進行cMRI檢查［5］。

使用cMRI檢測DAI，腦組織出血灶信號強度的不同與出血灶的出血時期和成像采用的序列有關，其中梯度回波序列(GRE)成像對于檢測微小出血非常敏感，它可比其他序列檢測到更多的小出血性病變，GRE還能夠檢測損傷后1個月的局灶神經(jīng)系統(tǒng)體征［14］;液體衰減反轉恢復(FLAIR)序列則可通過減少來自腦脊液的信號干擾，使受傷組織更好的可視化［15］。顯然，CT掃描和MRI的使用大大改善了對DAI的診斷，然而由于DAI大部分病理表現(xiàn)是微觀的，所以無論是CT掃描還是MRI都存在低估彌漫性軸索損傷的程度和范圍的風險，因此，研究者一直探索使用更先進的成像技術診斷DAI。

2.2.2 新型MRI技術

目前，磁共振彌散加權成像(DWI)是成像速度最快，而且唯一能檢測活體內水分子彌散運動受限的序列，其在急性腦缺血性疾病中的診斷價值已得到公認［5］。與cMRI相比，DWI能更早、更準確地顯示DAI非出血性病灶的信號改變;與常規(guī)T1、T2WI相比，DWI不僅對急性期或亞急性期DAI的檢出率要高得多，還能發(fā)現(xiàn)FLAIR不能顯示的部分急性期病變。此外，由于DWI序列應用強梯度磁場，具有強磁敏感性，可很好地顯示出血性病灶［16-17］。Huisman等［18］對25例DAI患者進行了研究，研究結果顯示DWI發(fā)現(xiàn)了310個病灶(共427個)，并發(fā)現(xiàn)了cMRI沒有發(fā)現(xiàn)的70個病灶。Kinoshita等［19］研究發(fā)現(xiàn)DWI在顯示DAI患者腦穹窿處病變的效果優(yōu)于FLAIR，而對于胼胝體和灰白質的交界處損傷的診斷，DWI并無明顯優(yōu)勢。

磁共振彌散張量成像(DTI)是在DWI的技術基礎上進一步改進和發(fā)展的一種新的MRI技術，可以在三維空間內分析水分子的彌散特性。DTI可以對活體大腦白質的微觀結構、神經(jīng)纖維走向和受損情況進行評估，是一種可以在不造成造成患者新的損傷的情況下，將腦白質神經(jīng)走行圖像化、直觀化并獲取主要神經(jīng)纖維束的異常形態(tài)學信息的醫(yī)學成像技術［20］。各向異性指數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)是DTI的主要觀察指標，被稱為“髓鞘損傷的指針”，F(xiàn)A值的下降程度與DAI的嚴重性顯著相關［21］。并且最近的研究表明DTI不僅能夠比cMRI更敏感的發(fā)現(xiàn)DAI，而且可以評估DAI的嚴重程度及其引起的運動功能障礙甚至可以推測創(chuàng)傷到檢測之間所經(jīng)歷的大致時間［20］。但是至今為止，對于在哪個神經(jīng)解剖學部位應用DTI可以對鑒定DAI提供最有用的信息尚存在爭議，Huisman等［22］將20例DAI患者作為研究對象，將15例健康的人作為對照組，研究者測量了不同部位的FA值，并將這些值與臨床評分相關，研究結果顯示患者胼胝體和內囊的FA值與損傷發(fā)生時的格拉斯哥昏迷(GCS)評分和出院時的Rankin評分有關，而在丘腦及殼核無類似的相關性。Donald等發(fā)現(xiàn)在DAI發(fā)生后3 h內，有軸索損傷的地區(qū)軸向擴散系數(shù)明顯下降，表明DTI對于超急性期的DAI較為靈敏。

改進后的梯度恢復回聲(GRE)-磁敏感成像(SWI)是近年來新開發(fā)的磁共振對比成像技術，它明顯提高了GRE檢測出血性病變的能力，與其他方法相比，其能更清楚地顯示更多的微小出血灶，能更準確地反映創(chuàng)傷的嚴重程度，更是極大提高了對DAI的早期診斷能力［5］。Tong等［24］針對7個DAI患者進行了相關研究，研究者在患者受傷后的2～8 d內對其進行影像學檢查，結果顯示SWI對于出血性病變比傳統(tǒng)的GRE擁有更好的靈敏度，SWI總共描述了1 038個DAI的出血性病變，總出血量57，946mm3，然而GRE只描述了162個病灶，總出血量28，893mm3，并且與GRE相比，SWI可以檢測到更小的出血灶。

2.3 生化指標

盡管影像學技術具有實用性和成熟性的優(yōu)點，但是他們在DAI患者的急性期的應用有明顯的局限性，特別是對于需要呼吸機、心臟監(jiān)視器或其他醫(yī)療設備的病人，因此，研究者一直尋求對DAI敏感、特異的生化指標，目前，研究集中于DAI患者的血清和腦脊液中的生物指標。

s-100b是酸性鈣結合蛋白家族的一部分，主要分布在神經(jīng)膠質細胞和施旺細胞，因此對中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的白質有很高的特異性。神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)是糖酵解酶同工酶，主要分布在神經(jīng)元胞漿和內分泌分化細胞中，在創(chuàng)傷性腦損傷患者血清和腦脊液中s-100b和NSE的水平均升高，并且s-100b水平與創(chuàng)傷性腦損傷的相關性高于NSE［25］。為了確定s-100b和NSE對于創(chuàng)傷性腦損傷的診斷價值，研究者測定了104例輕度創(chuàng)傷性腦損傷病人的血清s-100b 和NSE濃度，并與92例健康者組成的對照組進行對比，發(fā)現(xiàn)與血清NSE水平相比，血清s-100b水平與腦外傷的嚴重程度有更好的相關性［25］，Pleines等［26］通過研究發(fā)現(xiàn)所有患者的血清s-100b水平都與挫傷大小相關，在腦脊液中，s-100b和NSE均與挫傷的大小密切相關。然而，由于在現(xiàn)實中對腦脊液取樣往往不切實際，特別是在輕度損傷，所以目前研究主要集中于測量血清的相關生化指標。為了提高s-100b和NSE 對DAI的診斷價值，一些研究者將兩者聯(lián)合使用，并對401例入院36h內的DAI急性期患者的腦脊液和血清進行采樣，并比較了幾種生物標志物對于不同類型急性損傷的鑒別能力，NSE、肌鈣蛋白I濃度增加，s-100b水平正常提示患者腦損傷繼發(fā)心力衰竭，s-100b、NSE水平升高則表示有原發(fā)性腦損傷，多器官功能障礙患者s-100b濃度增加而NSE正常［27］

至今為止，β-APP免疫組織化學染色仍然是診斷DAI的黃金標準，其對DAI的診斷具有高度特異性和高度敏感性。因此，一些研究者已經(jīng)開始探索β-APP衍生物在DAI診斷上的應用，Olsson等［28］對β-淀粉樣蛋白的42種氨基酸形式(Aβ(1-42))和腦室腦脊液(VCSF)中淀粉樣前體蛋白兩種可溶性形式(α-sAPP 和β-sAPP)進行了分析，發(fā)現(xiàn)VCSF-Aβ(1-42)水平在第5～6 d逐漸升高到最高水平 (基準的1173%)，VCSF-α-sAPP在第7～11 d升高到了基準的2033%，VCSF-β-sAPP的水平只升高了一點，血漿Aβ(1-42)水平在損傷后未發(fā)生變化，因此，研究者認為VCSFβ-APP的衍生物對軸索損傷具有提示意義。然而，這樣的研究還很少，這些標記物在彌漫性軸索損傷鑒定的應用仍需進一步研究。

2.4 其他

神經(jīng)電生理學檢查可反映DAI患者神經(jīng)功能的改變，以腦干聽覺誘發(fā)電位(BAEP)和體感誘發(fā)電位(SEP)最常用，可檢測腦干及皮質傳入通路的功能狀況，BAEP適用于對腦干功能損傷的檢測，并有一定的定位價值，損傷離腦干愈近，程度愈重，BAEP異常愈明顯;而SEP則常用于評估患者預后，這兩種檢查方法不受昏迷和鎮(zhèn)靜藥物的影響。經(jīng)顱磁刺激(TMS)技術具有評估連接運動皮質的抑制性和(或)興奮性神經(jīng)網(wǎng)絡的作用，有診斷DAI的潛力，利于研究其膽堿能神經(jīng)功能的變化［6］。此外還有如IL-6、TNF、BFGF、TNGF等都與神經(jīng)軸索損傷后發(fā)生的組織碎裂、炎性反應或神經(jīng)營養(yǎng)有關，可作為DAI診斷的重要輔助指標［5］，并且它們的表達或者活性增高與DAI的反應過程有著密切的相關性和時序性。

3 法醫(yī)學應用展望

自從1956年Strich通過尸檢描述了DAI的病理學改變，并由Adams等于1982年正式命名以來，已有大量研究者探索使用更敏感的方法診斷DAI，但由于DAI診斷標準迥異，且DAI短期死亡并沒有大體及光鏡下明顯可見的病理學改變，故DAI診斷一直是法醫(yī)學亟待解決的難題。近年來，隨著病理診斷技術的提高，免疫組化技術的發(fā)展和高分辨率、高清晰度影像學技術的完善，極大地促進了DAI的早期診斷，使得DAI的早期法醫(yī)學鑒定變得可能。未來，隨著免疫組化技術、分子病理技術、分子生物學技術的繼續(xù)發(fā)展，將其引入到DAI的法醫(yī)學診斷中，用于尋找診斷DAI的最佳分子標記物、檢測應激基因以及分布于神經(jīng)元及軸突的酶等，渴望能進一步促進DAI的早期診斷和發(fā)生規(guī)律的探討，并將為DAI的損傷時間鑒定提供依據(jù)。

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(本文編輯:張建華)

Progress in the Diagnosis of Diffuse AxonaI Injury

SUN Cheng-hui1，ZOU Hao1，HAN Shun-qi2，ZOU Dong-hua2
（1.Institute of Forensic Science，F(xiàn)engxian Branch，Shanghai Public Security Bureau，Shanghai 201499，China; 2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine，Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，Shanghai 200063，China）

Diffuse axonal injury (DAI)is one of the most common and important pathologic features of traumatic brain injury. For a long time，the exact mechanism of DAI remained unknown and the diagnostic criteria varied in different subjects，which made the definitive diagnosis of DAI，especially in its early stage，difficult.In recent years，with a better understanding of pathophysiological processes in DAI and rapid development in imaging technology，a large number of new diagnostic technologies for DAI have emerged，from the early CT scan and MRI to the recentDWI，DTI，SWI，β-APP immunohistochemical staining，biochemical markers，electric-physiological examination and molecular pathology.These technologies make it possible to identify DAI in its early stage.This article reviewed some new diagnostic technologies for DAI.

forensic pathology;diffuse axonal injury;diagnosis;review［publication type］

DF795.4

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2015.06.014

1671-2072-(2015)06-0080-05

2015-03-12

上海市法醫(yī)學重點實驗室資助項目(14DZ2270800)作者簡介:孫丞輝(1982-)，男，主檢法醫(yī)師，主要從事法醫(yī)學研究。E-mail:diego_sun@sina.com

鄒冬華(1981-)，男，主檢法醫(yī)師，主要從事法醫(yī)病理學研究。E-mail:zoudh@ssfjd.cn。