弥漫性轴索损伤诊断研究进展

孙丞辉，邹 浩，韩顺琪，邹冬华(.上海市公安局 奉贤分局物证鉴定所，上海0499; .司法部司法鉴定科学技术研究所 上海市法医学重点实验室，上海00063)

鉴定综述R e v i e w

弥漫性轴索损伤诊断研究进展

孙丞辉1，邹 浩1，韩顺琪2，邹冬华2
(1.上海市公安局 奉贤分局物证鉴定所，上海201499; 2.司法部司法鉴定科学技术研究所 上海市法医学重点实验室，上海200063)

弥漫性轴索损伤(Diffuse Axonal Injury，DAI)是创伤性脑损伤一种最常见和最重要的病理特征，长期以来，DAI形成机制尚未完全阐明，各学科诊断标准不一，使得对于DAI的确诊尤其在其早期阶段非常困难。近年来，随着对DAI病理生理过程认识的加深以及影像学技术的迅猛发展，涌现出大量DAI诊断新技术。从早期的CT扫描和MRI扫描技术，到近期的DWI、DTI、SWI、β-APP免疫组织化学染色、生化指标、神经电生理检查和分子病理学技术，众多新技术的出现，使得DAI的较早期和早期诊断成为可能。为此，将通过对国内外诊断DAI的技术作一综述。

法医病理学;弥漫性轴索损伤;诊断;综述［文献类型］

DAI是头部受钝性外力作用引起的以神经轴索断裂为特征的脑白质广泛性轴索损伤。DAI是创伤性脑损伤一种最常见和最重要的病理特征之一［1］，既可作为原发性脑损伤而独立存在，也可与其他重型原发性脑损伤同时产生，作为伴发损伤而存在，在脑外伤死亡中占29%～43%［2］。1956年，Strich［3］首次报道DAI病例，1977年后Adams等［4］进行了大量的研究并于1982年正式提出DAI的概念。

DAI的传统检测方法中，虽然神经影像学方法可以通过检测到DAI特征性病变例如小灶性出血等从而提示诊断DAI，然而只有对β淀粉样前体蛋白(β-APP)进行免疫组织化学染色的方法方能确诊DAI。如今，随着神经影像学技术和实验室技术的不断发展，使得研究者可以在DAI的较早期检测到更细微的病变，并使得在急性期诊断出DAI也成为可能［5］。笔者将结合国内外文献，对DAI形成机制和诊断方法研究进展予以综述。

1 DAI形成机制

对DAI形成机制，尚无明确统一的认识。Adams［4］在45例DAI病例中发现脑组织DAI的改变在伤后很快出现，说明其和外伤具有直接关系。目前对于DAI发病机制的认识基本一致，即由于外伤使颅脑产生旋转加速度或角加速度，使脑组织易受剪切力作用发生应变，导致神经轴索和血管过度牵拉和扭曲损伤［6］。这种损伤好发于不同组织结构之间，如白质和灰质交界处、两大脑半球之间的胼胝体以及大脑与小脑之间的脑干上端。如今越来越多对DAI形成机制的研究发现损伤时的轴膜通透性改变、Ca2+内流、蛋白酶激活及线粒体损伤与轴突损伤的关系，神经轴索损伤时大量Ca2+内流，Ca2+内流可导致蛋白酶激活、细胞骨架破坏、线粒体功能障碍，最终引起轴突断裂［7］。其他病理生理过程，如脑血管网的损伤、继发性缺血缺氧性脑损伤等在DAI发展及转归也起着重要作用［8］。

在法医检案中交通事故、高坠和暴力所致颅脑损伤常伴随DAI，也有报道，婴儿头部受到摇晃后发生DAI。迄今为止其形成机制尚未完全阐明，不同学科诊断标准迥异，是法医学和神经科学亟待解决的难题。

2 DAI诊断方法

2.1 临床表现

DAI典型症状是在无明确的神经系统定位体征的情况下，迅速发展为昏迷。DAI是创伤性颅脑损伤后昏迷的主要原因，且患者昏迷持续的时间取决于创伤性颅脑损伤的性质和严重程度。Gennarelli等［10］通过研究发现DAI可能是创伤性颅脑损伤后昏迷的唯一原因，在研究中他们观察到非人灵长类动物在没有遭受撞击但是受到旋转角加速度作用时，出现即刻昏迷或长期昏迷且不伴随局灶性损伤，并且实验动物的病理检查结果显示组织损伤类型只有DAI。随后的研究中，其他学者［11］根据Adams的分类方法将DAI分成了轻度、中度、重度，他们提出任何一种加速度或者减速度都能引起轻度的DAI，并出现短时间的意识丧失。

DAI最严重时，患者迅速陷入昏迷，处于无意识状态、植物人状态或严重残疾，并持续至患者死亡。Takaoka等［12］收集了21例DAI患者，并在患者损伤后24 h内对其进行磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)检查，研究发现胼胝体的最大信号强度与昏迷的持续时间成正相关，表明昏迷的持续时间对轴索损伤的程度具有重要的提示意义。Corbo等［13］通过研究发现DAI患者出现昏迷与最终的轴索病理性分布和引起头平面旋转加速度的原因有关，并且脑干的轴索损伤可能是引起患者昏迷主要原因之一。综上，基于创伤性脑损伤后昏迷深度和持续时间，我们可以推断出DAI的存在，并在一定程度上估计其严重程度。

2.2 影像学特征

在传统法医学实践中，DAI的确诊主要通过尸体解剖，近年来随着影像学技术的发展，其在法医学实践中逐渐得到越来越广泛的应用，尤其是MRI及其新序列的普及和应用，为DAI诊断提供了明确的影像学依据，大大改善了对DAI的诊断。

2.2.1 CT扫描和传统的MRI

计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)和传统的MRI(cMRI)常用于检测轴索损伤有关的病变，CT可以快速、可靠、敏感的检测出出血灶，相比之下，cMRI对于脑组织损伤处的出血灶和非出血灶的检查都有更高的分辨率，尤其是后颅窝和深部白质的损伤，但是MRI检测所需时间明显长于CT，并且多数患者在DAI最初阶段，由于病情不稳定无法进行cMRI检查［5］。

使用cMRI检测DAI，脑组织出血灶信号强度的不同与出血灶的出血时期和成像采用的序列有关，其中梯度回波序列(GRE)成像对于检测微小出血非常敏感，它可比其他序列检测到更多的小出血性病变，GRE还能够检测损伤后1个月的局灶神经系统体征［14］;液体衰减反转恢复(FLAIR)序列则可通过减少来自脑脊液的信号干扰，使受伤组织更好的可视化［15］。显然，CT扫描和MRI的使用大大改善了对DAI的诊断，然而由于DAI大部分病理表现是微观的，所以无论是CT扫描还是MRI都存在低估弥漫性轴索损伤的程度和范围的风险，因此，研究者一直探索使用更先进的成像技术诊断DAI。

2.2.2 新型MRI技术

目前，磁共振弥散加权成像(DWI)是成像速度最快，而且唯一能检测活体内水分子弥散运动受限的序列，其在急性脑缺血性疾病中的诊断价值已得到公认［5］。与cMRI相比，DWI能更早、更准确地显示DAI非出血性病灶的信号改变;与常规T1、T2WI相比，DWI不仅对急性期或亚急性期DAI的检出率要高得多，还能发现FLAIR不能显示的部分急性期病变。此外，由于DWI序列应用强梯度磁场，具有强磁敏感性，可很好地显示出血性病灶［16-17］。Huisman等［18］对25例DAI患者进行了研究，研究结果显示DWI发现了310个病灶(共427个)，并发现了cMRI没有发现的70个病灶。Kinoshita等［19］研究发现DWI在显示DAI患者脑穹窿处病变的效果优于FLAIR，而对于胼胝体和灰白质的交界处损伤的诊断，DWI并无明显优势。

磁共振弥散张量成像(DTI)是在DWI的技术基础上进一步改进和发展的一种新的MRI技术，可以在三维空间内分析水分子的弥散特性。DTI可以对活体大脑白质的微观结构、神经纤维走向和受损情况进行评估，是一种可以在不造成造成患者新的损伤的情况下，将脑白质神经走行图像化、直观化并获取主要神经纤维束的异常形态学信息的医学成像技术［20］。各向异性指数(fractional anisotropy，FA)是DTI的主要观察指标，被称为“髓鞘损伤的指针”，FA值的下降程度与DAI的严重性显著相关［21］。并且最近的研究表明DTI不仅能够比cMRI更敏感的发现DAI，而且可以评估DAI的严重程度及其引起的运动功能障碍甚至可以推测创伤到检测之间所经历的大致时间［20］。但是至今为止，对于在哪个神经解剖学部位应用DTI可以对鉴定DAI提供最有用的信息尚存在争议，Huisman等［22］将20例DAI患者作为研究对象，将15例健康的人作为对照组，研究者测量了不同部位的FA值，并将这些值与临床评分相关，研究结果显示患者胼胝体和内囊的FA值与损伤发生时的格拉斯哥昏迷(GCS)评分和出院时的Rankin评分有关，而在丘脑及壳核无类似的相关性。Donald等发现在DAI发生后3 h内，有轴索损伤的地区轴向扩散系数明显下降，表明DTI对于超急性期的DAI较为灵敏。

改进后的梯度恢复回声(GRE)-磁敏感成像(SWI)是近年来新开发的磁共振对比成像技术，它明显提高了GRE检测出血性病变的能力，与其他方法相比，其能更清楚地显示更多的微小出血灶，能更准确地反映创伤的严重程度，更是极大提高了对DAI的早期诊断能力［5］。Tong等［24］针对7个DAI患者进行了相关研究，研究者在患者受伤后的2～8 d内对其进行影像学检查，结果显示SWI对于出血性病变比传统的GRE拥有更好的灵敏度，SWI总共描述了1 038个DAI的出血性病变，总出血量57，946mm3，然而GRE只描述了162个病灶，总出血量28，893mm3，并且与GRE相比，SWI可以检测到更小的出血灶。

2.3 生化指标

尽管影像学技术具有实用性和成熟性的优点，但是他们在DAI患者的急性期的应用有明显的局限性，特别是对于需要呼吸机、心脏监视器或其他医疗设备的病人，因此，研究者一直寻求对DAI敏感、特异的生化指标，目前，研究集中于DAI患者的血清和脑脊液中的生物指标。

s-100b是酸性钙结合蛋白家族的一部分，主要分布在神经胶质细胞和施旺细胞，因此对中枢神经系统(CNS)的白质有很高的特异性。神经元特异性烯醇化酶(NSE)是糖酵解酶同工酶，主要分布在神经元胞浆和内分泌分化细胞中，在创伤性脑损伤患者血清和脑脊液中s-100b和NSE的水平均升高，并且s-100b水平与创伤性脑损伤的相关性高于NSE［25］。为了确定s-100b和NSE对于创伤性脑损伤的诊断价值，研究者测定了104例轻度创伤性脑损伤病人的血清s-100b 和NSE浓度，并与92例健康者组成的对照组进行对比，发现与血清NSE水平相比，血清s-100b水平与脑外伤的严重程度有更好的相关性［25］，Pleines等［26］通过研究发现所有患者的血清s-100b水平都与挫伤大小相关，在脑脊液中，s-100b和NSE均与挫伤的大小密切相关。然而，由于在现实中对脑脊液取样往往不切实际，特别是在轻度损伤，所以目前研究主要集中于测量血清的相关生化指标。为了提高s-100b和NSE 对DAI的诊断价值，一些研究者将两者联合使用，并对401例入院36h内的DAI急性期患者的脑脊液和血清进行采样，并比较了几种生物标志物对于不同类型急性损伤的鉴别能力，NSE、肌钙蛋白I浓度增加，s-100b水平正常提示患者脑损伤继发心力衰竭，s-100b、NSE水平升高则表示有原发性脑损伤，多器官功能障碍患者s-100b浓度增加而NSE正常［27］

至今为止，β-APP免疫组织化学染色仍然是诊断DAI的黄金标准，其对DAI的诊断具有高度特异性和高度敏感性。因此，一些研究者已经开始探索β-APP衍生物在DAI诊断上的应用，Olsson等［28］对β-淀粉样蛋白的42种氨基酸形式(Aβ(1-42))和脑室脑脊液(VCSF)中淀粉样前体蛋白两种可溶性形式(α-sAPP 和β-sAPP)进行了分析，发现VCSF-Aβ(1-42)水平在第5～6 d逐渐升高到最高水平 (基准的1173%)，VCSF-α-sAPP在第7～11 d升高到了基准的2033%，VCSF-β-sAPP的水平只升高了一点，血浆Aβ(1-42)水平在损伤后未发生变化，因此，研究者认为VCSFβ-APP的衍生物对轴索损伤具有提示意义。然而，这样的研究还很少，这些标记物在弥漫性轴索损伤鉴定的应用仍需进一步研究。

2.4 其他

神经电生理学检查可反映DAI患者神经功能的改变，以脑干听觉诱发电位(BAEP)和体感诱发电位(SEP)最常用，可检测脑干及皮质传入通路的功能状况，BAEP适用于对脑干功能损伤的检测，并有一定的定位价值，损伤离脑干愈近，程度愈重，BAEP异常愈明显;而SEP则常用于评估患者预后，这两种检查方法不受昏迷和镇静药物的影响。经颅磁刺激(TMS)技术具有评估连接运动皮质的抑制性和(或)兴奋性神经网络的作用，有诊断DAI的潜力，利于研究其胆碱能神经功能的变化［6］。此外还有如IL-6、TNF、BFGF、TNGF等都与神经轴索损伤后发生的组织碎裂、炎性反应或神经营养有关，可作为DAI诊断的重要辅助指标［5］，并且它们的表达或者活性增高与DAI的反应过程有着密切的相关性和时序性。

3 法医学应用展望

自从1956年Strich通过尸检描述了DAI的病理学改变，并由Adams等于1982年正式命名以来，已有大量研究者探索使用更敏感的方法诊断DAI，但由于DAI诊断标准迥异，且DAI短期死亡并没有大体及光镜下明显可见的病理学改变，故DAI诊断一直是法医学亟待解决的难题。近年来，随着病理诊断技术的提高，免疫组化技术的发展和高分辨率、高清晰度影像学技术的完善，极大地促进了DAI的早期诊断，使得DAI的早期法医学鉴定变得可能。未来，随着免疫组化技术、分子病理技术、分子生物学技术的继续发展，将其引入到DAI的法医学诊断中，用于寻找诊断DAI的最佳分子标记物、检测应激基因以及分布于神经元及轴突的酶等，渴望能进一步促进DAI的早期诊断和发生规律的探讨，并将为DAI的损伤时间鉴定提供依据。

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(本文编辑:张建华)

Progress in the Diagnosis of Diffuse AxonaI Injury

SUN Cheng-hui1，ZOU Hao1，HAN Shun-qi2，ZOU Dong-hua2
（1.Institute of Forensic Science，Fengxian 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

上海市法医学重点实验室资助项目(14DZ2270800)作者简介:孙丞辉(1982-)，男，主检法医师，主要从事法医学研究。E-mail:diego_sun@sina.com

邹冬华(1981-)，男，主检法医师，主要从事法医病理学研究。E-mail:zoudh@ssfjd.cn。