Фундаментальные исследования морфологии и физиологии спинного мозга конца XIX века послужили стимулом к углубленному изучению его патологии [1]. Появилась классификация травматических спинальных поражений на основании морфологических изменений спинного мозга: полное разрушение спинного мозга, частичное его повреждение, компрессия, сотрясение [2]. Научные исследования в области травмы спинного мозга значительно расширились во время второй мировой войны. Сложный комплекс патологических тканевых изменений ЦНС был обозначен как травматическая болезнь спинного мозга. Однако появление новых данных о нейроморфологии потребовало пересмотра накопленных знаний. В этой связи нами была предпринята попытка обобщения собственных исследований травмированного спинного мозга человека и животных и данных литературы [2, 3].

К настоящему времени описаны различные модели спинальной травмы, в которых в качестве повреждающего фактора использовались холод, ишемия, тупая и острая травма. Анализируя достоинства и недостатки названных методик, мы пришли к выводу, что для судебной медицины оптимальной является экспериментальная модель, связанная с повреждением спинного мозга тупым предметом. Это определяется, во-первых, широкой распространенностью спинальной травмы в общей структуре травматизма; во-вторых, простотой и надежностью метода; в-третьих, его длительным и успешным применением в практике научных исследований, что дает возможность сопоставлять наши результаты с данными литературы.

Впервые модель дозированной спинальной травмы была предложена Алленом [1, 4]. Суть метода состоит в том, что на обнаженный спинной мозг с заданной высоты по полиэтиленовой трубке опускается груз. При соблюдении одних и тех же параметров величина травмирующей энергии является постоянной, что дает возможность причинять стандартные повреждения в серии опытов. Для варьирования высоты падения груза и удобства в работе нами были предложены некоторые конструктивные изменения аппарата Аллена [1]. Важным конструктивным дополнением является созданный нами ударный блок, расположенный в нижнем конце трубки. Он позволяет синхронизировать вертикальные движения спинного мозга, возникающие в результате дыхания животного, с плексигласовым концом ударника диаметром 3 мм. В качестве экспериментальных животных использовали белых крыс-самцов массой около 200 г. Проведенные эксперименты, а также данные литературы показывают, что стойкая параплегия у крыс развивается при падении груза массой 20 г с высоты 20 см (400 г/см). Эта энергия была принята в наших исследованиях в качестве стандартного раздражителя. Для установления степени сходства хронологии посттравматических изменений у экспериментальных животных и человека исследовали спинной мозг трупов людей, погибших от осложнений спинальной травмы в разные сроки после причинения повреждения.

Ведущим морфологическим признаком ушиба спинного мозга являются кровоизлияния, образующиеся сразу после причинения травмы в результате разрыва мелких сосудов [5]. Наибольшее их число обнаруживается в сером веществе спинного мозга, что объясняется как значительной сосудистой насыщенностью серого вещества, так и менее плотными в сравнении с белым веществом поддерживающими тканями (рис. 1, а).

В капиллярах серого и белого вещества отмечаются нарушения кровообращения в виде полнокровия и стазов крови. Уже через 15 мин после травмы наблюдаются отечные изменения в задних канатиках соответственно месту приложения травмирующей силы. Периваскулярный отек обусловлен как нарушением эндотелиальных клеточных соединений, так и повышением пиноцитозной активности эндотелиоцитов. Через 30 мин после травмы реакция сосудистого русла выражается в полнокровии венул, спазме артерий и артериол. Их просвет изменяется; по длиннику сосуда отмечается резкая извитость внутренней эластичной мембраны (рис. 1, б). В более мелких сосудах происходит гомогенизация цитоплазмы гладкомышечных клеток, эндотелиоциты местами отсутствуют, а ядра сохранившихся клеток становятся гиперхромными, располагаясь в виде «частокола» (рис. 1, в). Через 1—3 ч после контузии начинают прогрессивно нарастать сосудистые изменения, проявляющиеся нарушением проницаемости стенок артериол, капилляров и венул. В стенке сосудов и в расширенных периваскулярных пространствах обнаруживаются плазма, круглоклеточные элементы и лейкоциты. В местах нарушения эндотелиальных соединений отмечается агрегация тромбоцитов с образованием внутрисосудистых тромбов. В сером веществе передних и задних рогов выявляются так называемые «тяжелые изменения» нейронов, нейронофагия, в том числе и лейкоцитами. Спустя 3—6 ч в сером веществе появляется большое число геморрагий и плазморрагий. Фибриноидный некроз сосудистых стенок сопровождается околососудистым выпадением фибрина (рис. 1, г). В очагах плазморрагий выявляются некротизированные сосуды, лейкоциты и моноциты. Через 12—18 ч в сером веществе возникают отчетливые очаги некроза, для которых характерно резкое снижение числа нервных клеток и глиоцитов на фоне спазма артерий, фибриноидного некроза и инфильтрации стенок плазмой и круглоклеточными элементами. Вне очагов некроза нейроны находятся в разных стадиях некробиоза: набухания, эозинофильной дегенерации, образования «клеток-теней» [1, 4]. К концу 1-х суток участки геморрагического пропитывания мозга имеют вид гомогенной эозинофильной массы, среди которой можно различить свежие и гемолизированные эритроциты, макрофаги, нагруженные гемосидерином, нейтрофилы и эозинофилы, единичные нейроны, измененные по ишемическому типу. Очаг центрального геморрагического некроза охватывает серое вещество и небольшую часть прилежащего белого вещества (рис. 1, д). Отечные изменения в виде различной величины «пустот» округлой формы по периферии канатиков придают мозговой ткани вид пчелиных сот (рис. 1, е).

Итак, при контузии спинного мозга наблюдается цепь последовательно включающихся реакций сосудистого русла [2]. Первичные нарушения возникают в результате разрыва сосудов и нарушения гемореологии в виде полнокровия капилляров и стаза крови. Вторичные изменения после кратковременного «светлого промежутка» выражаются в прогрессирующих ангиодистрофических процессах, ведущих к нарушению сосудистой проницаемости, возникновению диапедезных кровоизлияний и центрального геморрагического некроза [7].

Ранний посттравматический период сопровождается выраженными качественными и количественными изменениями микрососудов, выявленными наливной тушью [3, 5, 8]. Первой реакцией на повреждение является очаговый выход контрастной массы за пределы сосудистой стенки. Уменьшение длины капиллярного русла сочетается с увеличением диаметра микрососудов (рис. 2, а, б).

В течение последующих 25 мин посттравматического периода в изменении активности ферментов наблюдаются две противоположные тенденции: ее существенное повышение в стенке ЩФ-позитивных капилляров и столь же выраженное снижение в микрососудах, маркированных магнийзависимой АТФазой.

Между 30 и 60 мин после травмы отмечается существенное снижение активности ЩФ при повторном повышении активности магнийзависимой АТФазы. Второй пик активности ЩФ приходится на 3-й час после контузии спинного мозга. Одновременно снижается активность магнийзависимой АТФазы. Через 6—12 ч количественные показатели капиллярного русла, маркированного магнийзависимой АТФазой, соответствуют контрольным значениям. В это же время происходит резкое снижение активности ЩФ в стенке капилляров. С 12 до 24 ч активность транспортных ферментов в микрососудах имеет минимальные значения. Выявляемые капилляры приобретают светлую окраску, невысокую оптическую плотность преципитата (рис. 2, г, е). В белом веществе спинного мозга качественные и количественные преобразования микроциркуляторного русла выражены слабее, несмотря на сходную направленность изменений, отмеченных в соответствующие временные периоды после травмы в капиллярах серого вещества. При сопоставлении результатов исследования с данными, полученными нами при изучении патоморфологических изменений в травмированном спинном мозге, отмечается отчетливая временная зависимость между изменениями в системе микроциркуляции и реактивными процессами в нервной ткани. Это подтверждает существующее мнение о том, что развитие патологического процесса в спинном мозге при его тупой травме в значительной степени предопределяется микрососудистыми нарушениями в очаге повреждения [3, 9].

Первые достоверные изменения адренергического нервного аппарата артерий отмечаются через 5 мин после травмы спинного мозга. Как на магистральных, так и на мелких пиальных артериях статистически достоверно возрастает концентрация варикозностей и интенсивность люминесценции нервных проводников [10, 11]. Следует отметить, что число варикозных утолщений нервных волокон характеризует степень их взаимодействия с сосудистой стенкой, а интенсивность люминесценции — количественное содержание медиатора. Концентрация волокон при некотором сгущении ячеек нервной сети остается на прежнем уровне (рис. 3, а).

Таким образом, адренергический нервный аппарат спинномозговых артерий первоначально реагирует на травмирующее воздействие активацией, а затем угнетением и снижением всех исследованных показателей, что соответствует имеющимся в литературе данным [2, 11]. Более чувствительными к действию травмирующего фактора оказываются мелкие пиальные сосуды, чем крупные магистральные артерии.

Одним из основных источников медиаторов воспаления являются тканевые базофилы. Полифункциональность этих клеток, их участие в любом патологическом процессе и любых приспособительных реакциях обусловливают необходимость изучения тучноклеточной популяции спинномозговых артерий при травме спинного мозга. Интенсивно люминесцирующие оранжево-зеленым светом клетки артерий мягкой оболочки спинного мозга (рис. 3, д) были идентифицированы нами с помощью окраски толуидиновым синим как тканевые базофилы. При характеристике состояния тканевых базофилов учитывали следующие показатели: концентрацию клеток на 1 мм² стенки артерии, интенсивность люминесценции и оптическую плотность метахроматических гранул цитоплазмы. Через 5 мин после контузии отмечено достоверное снижение оптической плотности преципитата, что, по-видимому, обусловлено секрецией гепарина и гистамина [2]. Через 25 мин все показатели вернулись к условной норме, характеризующей исходное посмертное состояние тканевых базофилов. Спустя 1 ч после травмы статистически достоверно повысилась концентрация тканевых базофилов, а к 3 ч посттравматического периода возросли и все другие исследуемые показатели. Не вызывает сомнения, что повышение оптической плотности гранул и интенсивности люминесценции свидетельствует об активации синтетических процессов в клетке. Через 6 ч все показатели, характеризующие тканевые базофилы, стабилизируются. Выраженные изменения тканевых базофилов отмечаются спустя 12 ч после травмы спинного мозга. Как при световом, так и при люминесцентном исследовании обнаруживается значительное количество дегранулирующих клеток (рис. 3, е). Данные морфометрии свидетельствуют о значительном снижении в этот период концентрации тканевых базофилов, оптической плотности гранул и интенсивности люминесценции клеток.

Таким образом, реакция тканевых базофилов, так же как и адренергического нервного аппарата, включает стадии активации, стабилизации и угнетения функциональной активности [2, 11].

Хорошо известно, что катехоламины способствуют формированию очага повреждения спинного мозга при его травматизации. В частности, повышение концентрации норадреналина ведет к вазоспазму, уменьшению мозгового кровотока и, наконец, формированию геморрагического некроза с явлениями аутодеструкции [12]. В мягкой оболочке спинного мозга обнаруживаются вещества, максимумы возбуждения и флюоресценции у которых совпадают с таковыми у дофамина, норадреналина, адреналина, 5-окситриптамина и триптамина. Наши исследования мягкой оболочки в области контузии спинного мозга показали, что суммарное содержание биогенных моноаминов, а также содержание отдельных аминов в разные сроки посттравматического периода значительно варьирует (рис. 4).

Таким образом, первичная ответная реакция на действие повреждающего фактора характеризуется активацией симпатической нервной системы и реакцией тканевых базофилов в виде выраженной дегрануляции этих клеток в результате выброса биогенных аминов. Накопление катехоламинов в поврежденной нервной ткани вызывает токсический вазоспазм, нарушение микроциркуляции и некроз спинного мозга. Также биогенные амины повышают проницаемость микрососудов, вызывая местный отек в результате катехоламинозависимой пиноцитозной активности эндотелиальных клеток. Дальнейшее развитие приспособительной реакции сопровождается снижением выброса и уменьшением концентрации катехоламинов в поврежденной ткани. Истощение приспособительных механизмов или стадия необратимой альтерации наступает через 12 ч после повреждения спинного мозга и сопровождается угнетением жизнедеятельности — гипобиозом. Эта реакция, направленная на спасение организма, вступает в противоречие с высокой современной организацией нервной системы [2, 12]. Резкое снижение энергетического метаболизма ведет в конечном счете к тотальному геморрагическому некрозу серого вещества спинного мозга.

На основании проведенных исследований разработаны алгоритм и судебно-медицинские критерии диагностики давности травмы.

Через 5—10 мин после травмы: немногочисленные мелкоочаговые кровоизлияния, преимущественно на границе серого и белого веществ, кровоизлияния в мягкой оболочке спинного мозга. Гиперхромия ядер эндотелиоцитов с выбуханием их в просвет сосудов. Активность магнийзависимой АТФазы в стенках капилляров и длина капиллярного русла повышены. Концентрация варикозностей и интенсивность люминесценции нервных волокон на спинномозговых артериях превышает контрольные значения. Оптическая плотность метахроматических гранул цитоплазмы тканевых базофилов снижена. В мягкой оболочке спинного мозга повышено содержание норадреналина и адреналина [2, 13].

30 мин после травмы: в белом веществе канатиков неравномерное расширение периаксональных пространств, разрывы миелиновых оболочек и аксонов. Отростки астроцитов набухшие. Повышена активность ЩФ. Длина капиллярного русла, маркированного ЩФ и магнийзависимой АТФазой, несколько превышает контрольный уровень. Концентрация варикозностей и интенсивность люминесценции адренергических нервных проводников несколько снижается, но превышает условную «норму». Показатели, характеризующие тканевые базофилы, соответствуют контрольным значениям. Содержание катехоламинов в мягкой мозговой оболочке снижается, но превышает исходный уровень.

1 ч после травмы: умеренное количество мелкоочаговых кровоизлияний в сером веществе. Форма кровоизлияний чаще кольцевидная. Стенка сосудов в состоянии дистрофических и некробиотических изменений. Отмечаются так называемые «тяжелые изменения» нейронов, нейронофагия, в том числе и лейкоцитами. Отмечается повышение активности магнийзависимой АТФазы. Длина энзимоактивных капилляров ниже контрольных величин. Интенсивность люминесценции, концентрация варикозностей и адренергических волокон на мелких артериях повышена. Концентрация тканевых базофилов, интенсивность их люминесценции и оптическая плотность преципитата выше контрольных цифр. В мягкой мозговой оболочке повышено содержание норадреналина.

3 ч после травмы: в сером веществе небольшие очаги геморрагического некроза. Очаги вторичных диапедезных кровоизлияний занимают большую часть серого вещества, сливаются между собой. Наблюдаются изменения сосудистой стенки в виде фибриноидного некроза с околососудистым выпадением фибрина. Отмечается повышение активности ЩФ. Длина капиллярного русла ниже, чем в интактных сегментах. Показатели иннервированности сосудов в пределах «нормы». Качественные и количественные характеристики тканевых базофилов, а также содержание катехоламинов и индолалкиламинов в мягкой оболочке повышены.

6 ч после травмы: в сером веществе небольшие очаги геморрагического некроза, сливающиеся между собой. В очагах можно различить «тени» сосудистых стенок, а также мелкие базофильные частицы. Среди фагоцитирующих клеток значительное число моноцитов. Активность ферментов и длина капиллярного русла снижены по сравнению с контролем. Отмечаются низкие показатели концентрации адренергических волокон, интенсивности их люминесценции и концентрации варикозностей. Характеристики тканевых базофилов в пределах контрольных значений. В мягкой мозговой оболочке резко снижается содержание норадреналина. По-прежнему высокий уровень серотонина и триптамина.

12 ч после травмы: в сером веществе возникают отчетливые очаги некроза. Количественные показатели капиллярного русла, маркированного магнийзависимой АТФазой, соответствуют контрольным значениям, а активность ЩФ резко снижается. Продолжается деструкция адренергического нервного аппарата кровеносных сосудов. Происходит значительное снижение концентрации тканевых базофилов, оптической плотности их гранул и интенсивности люминесценции по сравнению с контрольной группой. В мягкой мозговой оболочке запасы катехоламинов истощаются и баланс биогенных моноаминов обеспечивается главным образом индолалкиламинами.

24 ч после травмы: очаг центрального геморрагического некроза охватывает все серое вещество и переходит на белое. Встречаются гиперхромные нейроны. Отек выражен умеренно, появляются единичные «миелиновые шары». Активность ферментов сосудистой стенки ниже контрольных значений, как и длина капиллярного русла. Крайне низкие показатели концентрации варикозностей, адренергических нервных волокон и интенсивности их люминесценции. Дегрануляция тканевых базофилов, их концентрация, оптическая плотность гранул и интенсивность люминесценции снижены. Резко уменьшено содержание в мягкой мозговой оболочке биогенных моноаминов.

Клинико-анатомические и экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что наибольшие изменения в спинном мозге происходят в первые часы после травмы, когда активизируются пусковые механизмы формирования некроза. Учитывая приоритет сосудистых нарушений в патогенезе травматической миелопатии, в раннем посттравматическом периоде изучали изменения сосудистой стенки, нервного и местного эндокринного аппарата сосудов.

Динамика патоморфологических изменений в очаге ушиба спинного мозга (появление в первые минуты ректических, а через 6—12 ч диапедезных кровоизлияний, ангионекротические процессы в период 1—6 ч, развитие центрального геморрагического некроза через 12—24 ч), физическая активация транспортных ферментов капилляров (магнийзависимой АТФазы через 5 и 60 мин, ЩФ — через 30 мин и 3 ч), реактивные процессы в моноаминергическом нервном аппарате артерий (повышение активности адренергического нервного аппарата через 5 мин и 1 ч после травмы; увеличение концентрации тканевых базофилов через 1 ч и снижение через 24 ч; повышение содержания катехоламинов через 5 мин, индолалкиламинов — через 3 ч) могут быть использованы при проведении судебно-медицинской экспертизы в качестве объективных критериев при решении вопроса о давности повреждения.