Ændringer i hjernens struktur og funktionalitet

To typer celler

I hjernen er der grundlæggende to typer celler: hjerneceller, også kaldet neuroner, og støtteceller, også kaldet gliaceller. Hjernecellerne indgår i et netværk, som er afhængig af, at signaler bliver modtaget og sendt. Sådan bliver hjernens funktioner opretholdt. En hjernecelle består af en cellekrop og en række udløbere. De udløbere, der sørger for, at cellen modtager information fra andre celler, kaldes dendritter. Dendritterne er korte forgreninger. Jo flere dendritter, en celle har, des mere kontakt har denne celle med andre celler. De udløbere, der sender information videre, hedder axoner. Axonerne er lange forlængelser ud fra cellekroppen, som over forskellige afstande bringer information til andre celler ved hjælp af elektriske impulser og kemiske molekyler¹. Forskning viser, at en hjernerystelse kan medføre afgørende skade på cellernes struktur. En skade på få neuroner har ingen betydning. Men bliver mange celler skadet, vil det i sidste ende kunne påvirke en persons funktionsniveau.

Axonal skade ved hjernerystelse

Axonerne udgør det, der hedder den hvide substans – både i hjernen og i rygmarven. De samler sig i større eller mindre fiberbundter. Axonerne forekommer i udgangspunktet fleksible pga. deres viskoelasticitet. Viskoelasticitet henviser til, at axonerne indeholder mere tyktflydende væske, og kan deformeres for herefter at vende tilbage til sin oprindelige form. Ikke desto mindre lader axonerne til at blive mindre fleksible, når de bliver udsat for pludselige påvirkninger, f.eks. i tilfælde af et stød eller slag². De er også opbygget på en måde, som gør dem sårbare over for vridende kræfter³. Derfor er der risiko for, at axoner bliver beskadiget, hvis hovedet bliver påført lineære eller rotationelle, biomekaniske kræfter.⁴

Cystoskeletal skade

At axonerne bliver beskadiget ved pludselige slag hænger også sammen med de neurometaboliske forandringer, som forekommer hos en person, der har fået en hjernerystelse. En hjernerystelse medfører øget frigivelse af den aktiverende neurotransmitter glutamat. Det resulterer i, at cellen optager mere calcium⁴. Et forhøjet calciumoptag kan allerede i de første seks timer efter skaden føre til, at axonernes neurofilamenter kollapser. Neurofilamenterne er en afgørende del af axonernes struktur, hvorfor axonerne vil miste deres sammenhængskraft^{3, 4}. 6-24 timer efter skaden kan der desuden forekomme en såkaldt cytoskeletal skade^4. En destabilisering af axonernes mikrotubuli, som også er afgørende for axonernes opbygning². En cytoskeletal skade kan resultere i, at synapser, som er små vesikler med neurotransmitter, bliver isolerede. Det kan også resultere i, at axonet afkobles fuldstændigt. Når et neuron bliver skadet sådan, vil det ikke kunne bevare sin fuldkomne funktionsdygtighed, hvorfor forbindelsen mellem neuronerne bliver svækket⁴.

Diffus axonal skade

Nogle axoner sender information lokalt til celler, der er i nærheden. Andre axoner strækker sig over relativt lange afstande og forbinder forskellige hjerneområder. F.eks. har vi axoner, der går fra pandeområdet til isseområdet. Alle hjerneområder er i kontakt med hinanden, enten direkte eller gennem nogle få celleforbindelser. Ved pludselige slag vil skade på axonerne forekomme spredt. Det vil sige,  at det ikke kun er det sted, hvor man bliver ramt, der bliver påvirket. Også forbindelserne mellem hjerneområderne kan blive svækkede. Man taler om diffus axonal skade⁵, som er en bred betegnelse for de mange ændringer, som et axon gennemgår, når det bliver skadet på grund af pludselige slag. Disse ændringer strækker sig fra forstyrrelser af cytoskelettet og lokal hævelse, til når axonerne bliver revet over⁵. Diffus axonal skade finder særligt sted ved sværere traumatiske hjerneskader, men kan også optræde som følge af en hjernerystelse³. Det er især påvist i de store fiberbundter såsom det, der forbinder højre og venstre hjernehalvdel eller dem, der forbinder de forreste dele af hjernen med de bagerste⁵.

Undersøgelser viser, at et slag kan få axonet til at ’svinge’ i en bølgelignende formation, indtil det knækker, eller at der kan opstå en række hævelser langs axonet. I nogle tilfælde går sådanne skader over, mens de i andre tilfælde bliver vedvarende⁴. Hævelserne skyldes højst sandsynligt en ophobning af beta-amyloidprækursorprotein (b-APP)³. Denne opstår som følge af, at forbindelsen mellem neuronerne er blevet ødelagt⁵. Når axoner hæver, er der større risiko for, at de på sigt vil blive helt afkoblet eller degenereret².

Muligt at undersøge mennesker

Det er i høj grad dyremodeller, der har givet os viden om, hvordan hjernerystelse påvirker cellernes struktur. Her har det været muligt at simulere hjernerystelse ved at påføre slag af forskellig styrke. Desuden udføres der også in vitro-undersøgelser, der foregår uden for den levende organisme – som oftest i et reagensglas i laboratoriet. Disse har gjort det muligt at simulere de mikrostrukturelle konsekvenser af en hjernerystelse^2,3,4. Det er dog nødvendigt at tage forbehold, når resultaterne stammer fra studier, som ikke udføres på mennesker¹.

For at få viden direkte fra mennesket har man rettet blikket mod populationer, der oplever væsentligt flere slag mod hovedet end gennemsnitlige borgere – nemlig særligt kontaktsportsudøvere^3,4. Samtidig er der sket en række teknologiske fremskridt, herunder videreudviklingen af non-invasive scanningsmetoder, herunder Diffusion Tensor Imaging (DTI), der har muliggjort humane undersøgelser af hjernefibrenes tilstand.

Fraktioneret anisotropi: Skade på hjernens fibre

DTI er en metode, som billedliggør, hvordan vandmolekyler bevæger sig i hjernens hvide substans. Da den er non-invasiv, kan man undersøge vågne, levende mennesker⁶. Med DTI måler man på fraktioneret anisotropi (FA), der beskriver vandets retning enten langs én eller flere akser. Rationalet bag metoden er, at en spredning af vandet indikerer, at synapser har taget skade, at myelineringen er reduceret, og at der er inflammation i fibrene. Vandmolekylerne vil altså bevæge sig langs én akse, hvis fibrene er ubeskadigede. Men både et forhøjet og et reduceret FA-niveau kan være udtryk for skade på fibrene^6,7.

En amerikansk metaanalyse fra 2014, som sammenfatter resultaterne af forskellige scanningsstudier af hjernerystelse, viser, at en hjernerystelse vil medføre akut øget FA-niveau, men mindske FA-niveau på sigt. Samtidig har flest studier fundet enten forøget eller mindsket FA-niveau i pandelappen. Strukturen i den forreste del af hjernen lader altså til at være særlig sårbar over for hjernerystelse⁷.

I et canadisk DTI-studie af børn og unge med hjernerystelse påviser de, i tråd med metaanalysens resultater, at vandet ikke længere vil løbe langs én akse i fibrene, når en person har fået en hjernerystelse^6,7. Og i et andet studie af børn finder man akut, øget FA-niveau i corpus callosum hos hjernerystelsespatienter. Corpus callosum, også kaldet hjernebjælken, er det store fiberbundt, der forbinder hjernens to halvdele. Denne kortvarige stigning ses som udtryk for akutte hævelser på axonerne^8,9.

Hvilke symptomer medfører disse strukturelle skader?

Forandringer i hjernens strukturer kan bl.a. resultere i et skadet, kognitivt funktionsniveau. Det kommer eksempelvis til udtryk i form af nedsat koncentrationsevne, langsommere reaktionstider samt forværret opmærksomhed og arbejdshukommelse¹⁰. Disse symptomer hænger sammen med den tidligere nævnte axonale skade, som mindsker forbindelsen på tværs af hjerneområder.

Desuden finder flere DTI-studier af børn og unge med hjernerystelse (hhv. 14-19⁹ eller 8-17 år¹¹) frem til en stærk sammenhæng mellem ens FA-niveau og ens symptomer efter hjernerystelse^8,9,11. Det lader endda til, at ødelæggelsen af cellestrukturer, udtrykt ved et lavere sub-akut FA-niveau, op til to uger efter skaden, hænger sammen med ens langvarige symptomer 3-6 måneder efter skaden¹¹. Sammenhængen forudsiger på den måde flere og værre symptomer i tilfælde af et lavere, post-akut FA-niveau⁶. Hertil er det påvist, at skade på hjernens hvide substans kan få konsekvenser for hjernens default-netværk, som er aktiveret, når kroppen befinder sig i en hviletilstand. Det kan resultere i søvnproblemer og forringet opmærksomhed¹².

Individuelle forskelle

En anden amerikansk metaanalyse fra 2018 sammenfatter resultaterne af studier om kønsforskelle i forhold til effekten af hjernerystelse¹⁰. I den forbindelse har flere studier fundet, at der er forskel på, hvordan mænd og kvinder bliver påvirket af stød mod hovedet. Studier af sportsdiscipliner, hvor kvinder og mænd deltager lige meget, har erfaret, at kvinder har større tendens til at få en hjernerystelse (9,5% vs. 6,4%)¹³. Samtidig rapporterer kvinder i gennemsnit flere symptomer og i længere tid efter skaden, end mænd gør^14,15. I den forbindelse oplever kvinder også ofte større skader på deres kognitive funktionsniveau, bl.a. ved værre koncentrationsbesvær, langsommere reaktionstider og større sproglige udfordringer¹⁴. I metaanalysen finder de evidens for, at forskellen skyldes, at mænds og kvinders hjerner adskiller sig fra hinanden både strukturelt og funktionelt¹⁰.

I den forbindelse bliver corpus callosum gjort central. Mænds corpus callosum dækker over et større tværgående område end kvinders. Det skyldes, at der hos mænd er et større antal tykke, myelinerede axoner. Omvendt har kvinder flere mindre, ikke-myelinerede axoner. Mændene har altså større fibre, mens kvinderne har flere, mindre fibre på tværs af corpus collusum. Det antyder en bedre forbindelse på tværs af de to hjernehalvdele hos kvinder, men ikke desto mindre er fibrene mere sårbare. Alle de involverede studier understreger, at de største forvridninger i hjernen er målt i corpus callosum, hvorfor dette hjerneområde må antages at være særligt sårbart over for axonal skade efter en hjernerystelse¹⁰.

Axoner i hjernens hvide substans er altså mere robuste, når de er myelinerede. Og eftersom myelinering er en proces, som foregår relativt sent i den hvide substans – helt ind i 30’erne – kan man forvente, at børn og unges hjerner vil være mere sårbare over for skade^4,6.

Metaanalysen konkluderer, at det er vanskelligt at generalisere og forudsige symptomdannelse og klinisk forløb på tværs af patienter. Forskningen understøtter nemlig, at konsekvenserne af en hjernerystelse vil variere fra en person til den næste, og denne variation kan bl.a. skyldes netop køns- eller aldersforskelle¹⁰.