Zytotoxisches Hirnödem
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LoslegenSynonym: zytotoxisches Ödem
Englisch: cytotoxic cerebral edema, cytotoxic brain edema
Definition
Das zytotoxische Hirnödem ist eine Form des Hirnödems, bei der es infolge einer gestörten Ionenverteilung zu einer intrazellulären Flüssigkeitsansammlung kommt.[1] Es gilt als die früheste Form der Ödembildung im Rahmen akuter Hirnschädigungen.[2]
Ätiologie
Als Ursachen eines zytotoxischen Hirnödems werden unter anderem beschrieben:
- Zellulärer Energiemangel infolge einer Minderversorgung mit Sauerstoff und Glukose, z.B. durch zerebrale Ischämie[3]
- traumatische Hirnschädigung[4]
- akute Hyponatriämie: osmotische Zellschwellung ohne Ischämie[5]
- metabolische Enzephalopathien, z.B. hepatische Enzephalopathie mit Schwellung der Astrozyten[6]
- Intoxikationen
Beim ischämischen Hirninfarkt wird das zytotoxische Ödem als Beginn der Ödementwicklung angesehen.[2]
Pathophysiologie
Charakteristisch ist die Schwellung von Neuronen und Astrozyten sowie von Endothelzellen.[3][1] Nach derzeitigem Verständnis ist die Blut-Hirn-Schranke in dieser Phase noch nicht gestört.[7] Bei Energiemangel führt der Ausfall der ATP-abhängigen Na+/K+-ATPase zu einem unkontrollierten Natriumeinstrom über Kationenkanäle[1] und sekundär zu einem Einstrom von Chlorid. Eine osmotische Wasserverschiebung in die Zellen ist die Folge.[3]
Beim ischämischen Hirninfarkt führt das zytotoxische Ödem zunächst nicht zu einer Zunahme des Hirnvolumens.[7] Da Na+, Cl– und Wasser aus dem Extrazellulärraum in die Zellen verschoben werden, entsteht jedoch ein Gradient zwischen Gefäßsystem und Extrazellulärraum, der den Nachstrom von Wasser aus den Kapillaren antreibt.[7] Diese Phase wird als ionisches Ödem bezeichnet.[8]
Wird die Perfusion rechtzeitig wiederhergestellt, kann sich das zytotoxische Hirnödem wieder zurückbilden. Bei anhaltender Ischämie kommt es jedoch zur Zellschädigung mit Untergang geschwollener Nerven- und Endothelzellen sowie einer sekundären Öffnung der Blut-Hirn-Schranke.[3] Damit erfolgt der Übergang in ein vasogenes Hirnödem. Zytotoxisches, ionisches und vasogenes Ödem gehen ohne klare Abgrenzung ineinander über und können gleichzeitig vorliegen.[2][7] Das zytotoxische Ödem markiert jedoch die Initialphase der Schädigung.
Einteilung
Die Ödemformen lassen sich am Beispiel der zerebralen Ischämie vereinfacht wie folgt abgrenzen:[8][2][7]
| Merkmal | Zytotoxisches Ödem | Ionisches Ödem | Vasogenes Ödem |
|---|---|---|---|
| Mechanismus | Wasserverschiebung in die Zellen infolge gestörter Ionenverteilung | Na+-, Cl–- und Wassernachstrom aus den Kapillaren | Austritt von Plasma und Proteinen durch geschädigte Kapillaren |
| Blut-Hirn-Schranke | zunächst nicht gestört | teilweise gestört | gestört |
| Gesamtwassergehalt | bei Ischämie zunächst nicht erhöht | erhöht | erhöht |
| Zeitlicher Verlauf | initiale Phase | folgt dem zytotoxischen Ödem | spätere Phase |
Diagnostik
Bildgebung
In der Magnetresonanztomographie zeigt sich das zytotoxische Ödem typischerweise als hyperintenses Signal in der diffusionsgewichteten Sequenz (DWI) bei gleichzeitig erniedrigtem apparenten Diffusionskoeffizienten (ADC). Diese Signalveränderung wird auf die eingeschränkte Diffusion von Wasser infolge der Zellschwellung zurückgeführt.[5] Sie gilt als frühes Zeichen einer akuten Ischämie.[9]
Die ADC-Erniedrigung ist nicht ischämiespezifisch. Sie wurde im Tiermodell bei akuter Hyponatriämie[5] und bei Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma beschrieben.[4] Bei Patienten mit Blutungsnachweis im CT sind die ADC-Werte der Läsionen in den ersten 24 Stunden nach dem Trauma am niedrigsten und bei späteren Untersuchungen höher, was als Übergang vom zytotoxischen zum vasogenen Ödem gedeutet wird.[4]
Klinische Bedeutung
Bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma und Blutungsnachweis ist der MRT-Nachweis eines zytotoxischen Ödems mit einem ungünstigeren Verlauf assoziiert.[4] Es wird angenommen, dass das zytotoxische Ödem ein therapeutisches Zeitfenster definiert, in dem geeignete Therapiemaßnahmen das Überleben von Nervengewebe ermöglichen und dauerhafte neurologische Defizite verhindern können.
Therapie
Die Therapie des zytotoxischen Hirnödems ist auf die rasche Beseitigung der auslösenden Ursache gerichtet. Supportive Maßnahmen umfassen die Sicherung von Oxygenierung und Perfusion sowie die Vermeidung von Hyper- und Hypoglykämie.[10] Eine individualisierte Kopfhochlagerung kann den Hirndruck senken.[11] Hinzu kommt die engmaschige Überwachung des Hirndrucks.
Bei einer Hyponatriämie ist eine engmaschige Kontrolle des Natriumspiegels erforderlich, da sowohl die Hyponatriämie selbst als auch eine zu rasche Korrektur schwere neurologische Folgen haben können.[12]
Eine spezifische Ödemtherapie hat beim zytotoxischen Ödem nur eine begrenzte Bedeutung. Hyperosmolare Maßnahmen können bei Hirndrucksteigerung vorübergehend eingesetzt werden, ersetzen aber nicht die kausale Behandlung.[11]
Prognose
Wird die Perfusion rechtzeitig wiederhergestellt, ist das zytotoxische Ödem grundsätzlich reversibel. Beim Hirninfarkt ist eine Rückbildung der Diffusionsstörung nach Reperfusion jedoch selten und betrifft meist nur Teile der Läsion. Sie ist in Studien mit einer vollständigen Reperfusion und einer kurzen Zeit bis zur Rekanalisation assoziiert.[13][14] Bei fortschreitender Schädigung kann es zu Zellmembrandestruktion und Nekrosen sowie zum Übergang in ein vasogenes Ödem kommen.[4][3]
Quellen
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Liang D et al. Cytotoxic edema: mechanisms of pathological cell swelling. Neurosurg Focus. 2007;22(5):E2.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Leinonen V et al. Raised intracranial pressure and brain edema. Handb Clin Neurol. 2017;145:25-37.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Loh KY et al. Oncotic Cell Death in Stroke. Rev Physiol Biochem Pharmacol. 2019;176:37-64.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Turtzo LC et al. Cytotoxic Edema Associated with Hemorrhage Predicts Poor Outcome after Traumatic Brain Injury. J Neurotrauma. 2021;38(22):3107-18.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Sevick RJ et al. Cytotoxic brain edema: assessment with diffusion-weighted MR imaging. Radiology. 1992;185(3):687-90.
- ↑ Sepehrinezhad A et al. Astrocyte swelling in hepatic encephalopathy: molecular perspective of cytotoxic edema. Metab Brain Dis. 2020;35(4):559-78.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Yao Y et al. Potential Therapies for Cerebral Edema After Ischemic Stroke: A Mini Review. Front Aging Neurosci. 2021;12:618819.
- ↑ 8,0 8,1 Simard JM et al. Brain oedema in focal ischaemia: molecular pathophysiology and theoretical implications. Lancet Neurol. 2007;6(3):258-68.
- ↑ Islam MN et al. Radiologic evaluation of hyperacute brain infarction: a review. Mymensingh Med J. 2014;23(3):621-35.
- ↑ AWMF. S2e-Leitlinie: Akuttherapie des ischämischen Schlaganfalls. AWMF-Registernummer 030-046. Version 5.1, 2022 (laut AWMF-Register abgelaufen, in Überarbeitung). Verfügbar unter: S2e-Leitlinie Akuttherapie des ischämischen Schlaganfalls. Abgerufen am 16.10.2026.
- ↑ 11,0 11,1 Cook AM et al. Guidelines for the Acute Treatment of Cerebral Edema in Neurocritical Care Patients. Neurocrit Care. 2020;32(3):647-66.
- ↑ Adrogué HJ et al. Diagnosis and Management of Hyponatremia: A Review. JAMA. 2022;328(3):280-91.
- ↑ Yoo J et al. Ischemic Diffusion Lesion Reversal After Endovascular Treatment. Stroke. 2019;50(6):1504-9.
- ↑ Chemmanam T et al. Ischemic diffusion lesion reversal is uncommon and rarely alters perfusion-diffusion mismatch. Neurology. 2010;75(12):1040-7.