Ændringer i hjernens energiomsætning

Hver eneste celle i vores krop er en mikroskopisk fabrik, som modtager brændstof i form af blodsukker (også kaldet glukose) og ilt gennem blodet. Cellen sørger for at omsætte det til egen energi, som kan bruges til alt det, cellen foretager sig. Energiomsætningen er altså en forudsætning for opretholdelsen af celleliv. Dette er ikke anderledes for de celler, vi har i hjernen. Faktisk er omkring 20% af kroppens glukose-optag dedikeret til hjernens funktioner, selvom hjernen kun udgør 2% af kroppens fulde masse. En hjernerystelse ændrer hjernecellernes evne til denne energiomsætning og medfører en energikrise1.

Hjernecellernes stofskifte og energiomsætning

Hjernens celler er afhængige af energi. Det er de for bl.a. at kunne opretholde hensigtsmæssig ligevægt blandt ladede partikler (ioner), producere forskellige signalstoffer og transportere dem gennem cellen og for at kunne sende signaler mellem cellerne og til resten af kroppen. Størstedelen af cellernes energi kommer i form af adenosintrifosfat (også kaldet ATP), som produceres i små organeller, såkaldte mitokondrier. Mitokondrier spiller også andre vigtige roller i cellens liv og cyklus. Nyere forståelser for hjernens energiomsætning præciserer, at de forskellige typer celler i hjernen, neuroner og astrocytter (en type gliaceller) har et tæt samarbejde. Tilsammen er de afgørende for levering, produktion, udnyttelse og lagring af energi i hjernen1.

Energikrise i cellerne og øget sårbarhed over for ny skade

Hjernecellernes energiniveau er desuden afgørende for, at der er de rette forhold mellem forskellige signalstoffer, de såkaldte transmitterstoffer i og udenfor cellerne2. En hjernerystelse medfører et pludseligt ryk og ustabilitet mellem hjernens aktiverende (excitatoriske) og hæmmende (inhibitoriske) systemer2. Der sker en øget frigivelse af excitatoriske neurotransmittere såsom glutamat. Dette leder til overaktivering (såkaldt hyperexcitabilitet) i cellerne, hvor balancen mellem ionerne, bl.a. natrium og kalium, på tværs af cellens membran, forsvinder. Cellernes natrium-kalium-pumpe vil forsøge at genoprette balancen, og vil her bruge store dele af cellernes energireserver. Dette kan ses på en umiddelbar stigning i glukosestofskiftet. Men så vil glukosestofskiftet falde og forblive nedsat over en tidsperiode. Mindsket energitilførsel udfordrer cellernes behov for energi på et tidspunkt, hvor de allerede mangler energi. Derfor opstår en såkaldt ”energikrise”3. Samtidig fører de øgede niveauer af glutamat til, at cellen optager mere calcium. Det forhøjede calciumniveau i cellen kan svække mitokondrierne, som er afgørende for cellens energiproduktion, og derved bliver energikrisen yderligere forværret3.

Det svækkede stofskifte, dvs. ændringer i hjernens metabolisme, gør hjernen særlig modtagelig overfor yderligere skade efter en hjernerystelse. Således vil et nyt, omend mindre slag, som følger efter den første hjernerystelse, kunne forårsage en større skade på hjernen2. En undersøgelse af neurometaboliske forandringer kan derfor blive afgørende i vurderingen af, hvornår en person er uden for fare for at pådrage sig yderligere skade efter en hjernerystelse4.

Ovenstående er med til at forklare, hvorfor en familie, træner eller andre ikke bør lade den hjernerystelsesramte person dyrke en disciplin med store risici for igen at slå hovedet før, vedkommende er kommet sig fuldstændig oven på den første hjernerystelse5.

Hvilke symptomer medfører cellens energikrise?

Det tidligere nævnte øgede glutamat-niveau kan komme til udtryk i forskellige symptomer hos en person med hjernerystelse. Mere glutamat vil lede til en overaktivering af cellerne. I den forbindelse er hyppige symptomer overfølsomhed over for lyd, lys og hovedpine. Posttraumatisk hovedpine er faktisk et af de mest almindelige symptomer efter hjernerystelse og rammer mellem 30-90% af de skadede. Hovedpinen kan optræde akut, men varer i mellem 15-65% af tilfældene i over et år6.

Desuden kan strukturelle skader på neuronernes synapser og axoner, som følge af mere glutamat, resultere i nedsat kognitivt funktionsniveau. Det gælder især funktioner knyttet til frontallappen, herunder de eksekutive funktioner – altså evnen til at kontrollere og inhibere egen adfærd. Nogle undersøgelser tyder også på, at både mindre og større hjernerystelser kan påvirke fokus, opmærksomhed og hukommelse negativt. Dette hænger også sammen med den langsommere reaktionstid og motoriske udfordringer, som nogle personer oplever6.

Hjernerystelsespatienter lader derudover til at have større sandsynlighed for at få psykiske lidelser som angst, depression og posttraumatisk stressforstyrrelse6.

Undersøgelser af de neurometaboliske forandringer

Størstedelen af forskningen om neurometaboliske forandringer baserer sig på dyremodeller. Det indebærer en række begrænsninger, når resultaterne skal overføres til forståelsen af menneskehjernen. Derfor er der stadigvæk behov for mere forskning foretaget på mennesker bl.a. for at kunne præcisere, hvor længe hjernen er ekstra sårbar efter en hjernerystelse2, 3. Desuden er der behov for longitudinale studier, dvs. studier, hvor man undersøger de samme personer over tid, for at kunne afgøre om og hvordan energikrisen kan få langsigtede konsekvenser for personer med hjernerystelse3.

Men forskerne har allerede forsøgt at undersøge menneskehjernens energitilstand efter en hjernerystelse ved hjælp af scanningsmetoder som f.eks. Proton Magnetic Resonance Spectroscopy (1H-MRS) 4. Nogle forventer, at 1H-MRS vil kunne forklare, hvorfor de symptomer, som en person oplever efter en hjernerystelse, ikke altid stemmer overens med de resultater, som fremgår af en MR-scanning. En sådan manglende sammenhæng vil således kunne skyldes, at de neurometaboliske forandringer, som ikke kommer til udtryk på MR-scanninger, er årsagen til symptomdannelsen4.

Der er evidens for, at N-acetylaspartate (NAA) er en biomarkør for hjernens energitilstand. Det er dog endnu ikke helt fastlagt, hvilken rolle NAA spiller i neurometabolisme, men det forventes, at stoffet har en afgørende funktion i den energidannelse, der finder sted i mitokondrierne. 1H-MRS er en hensigtsmæssig metode til at måle netop på NAA-niveauet, og bør derfor blive betragtet som en valid måde at undersøge de metaboliske forandringer i hjernen på4.

Symptomerne siger ikke alt

Et italiensk studie af atleter med hjernerystelse i den tidlige fase (< 3 måneder) efter skaden – her scannet efter henholdsvis 3, 15, 22 og 30 dage – har vist, at akutte, neurometaboliske forandringer er tydelige tre dage efter skaden, hvor NAA-niveauet er faldet drastisk. Niveauet blev normaliseret først langsomt indtil ca. to uger efter skaden og herefter i et stigende tempo. 30 dage efter skaden forekom NAA-niveauet normalt hos alle, bortset fra dem, som havde fået en anden hjernerystelse. Her gik der 45 dage, før niveauet var normalt4. Disse resultater understøtter idéen om metabolisk sårbarhed efter en hjernerystelse3.

Man har efterfølgende sammenlignet de målte, neurometaboliske forandringer med atleternes selvrapportering af symptomer. Disse var allerede overstået 3-15 dage efter skaden4. Således viser studiet, at hjernerystelsespatienter kan opleve ikke at have nogen symptomer længe før, at hjernen reelt har genetableret den energimæssige balance4. Der forekommer dog stadig behov for flere undersøgelser for fuldstændigt at kunne klarlægge sammenhængen mellem symptomer og NAA-niveau3.

Individuelle forskelle

De neurometaboliske forandringer efter en hjernerystelse spiller altså en vigtig rolle. Det forekommer dog stadig ikke entydigt, hvor mange dage, der skal gå, før den energimæssige homeostase er genetableret1,3. Den manglende entydighed skyldes bl.a. det faktum, at der er mange individuelle forskelle, både biologiske og psykologiske2.

SIS – Stød der forårsager omfattende skade

I de allerværste, yderst sjældne tilfælde kan en skade i hjernens sårbare periode efter hjernerystelse lede til det, der kaldes the Second Impact Syndrome (SIS). SIS betegner, når et mindre eller større stød i dagene efter en hjernerystelse forårsager en omfattende skade på hjernen og i de mest alvorlige tilfælde leder til dødsfald. Et dødsfald vil da skyldes store hævelser på hjernen grundet en omgående blodtryksstigning7.

Det er dog vigtigt ikke at have unødig frygt for SIS. I samtlige sportsgrene, kontaktsport såvel som ikke-kontaktsport kan der ske fatale uheld, hvor hjernen eller rygraden bliver skadet. Og det kan ske hos både nybegyndere og hos professionelle. Det kan være nødvendigt at undersøge mønstrene i, hvornår de værste skader forekommer for at have bedst tænkelige sikkerhedsforanstaltninger. I den forbindelse vil det være hensigtsmæssigt at øge overvågningen af sport på alle niveauer. På den måde vil man kunne lave bedre analyser og bedre forebyggelse af katastrofale skader. Og dermed forhåbentlig mindske uhensigtsmæssig frygt for de få katastrofer, som finder sted8.

Kilder

1: Bélanger M, Allaman I, Magistretti PJ. Brain Energy Metabolism: Focus on Astrocyte-Neuron Metabolic Cooperation. Cell Metabolism Rev. 2011;14(6):724-738. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2011.08.016

2: Romeu-Mejia R, Giza CC, Goldman JT. Concussion Pathophysiology and Injury Biomechanics. Curr Rev Musculoskel Med. 2019;12:105–116. https://doi.org/10.1007/s12178-019-09536-8.

3: Giza C & Hovda DA. The new neurometabolic cascade of concussion. Neurosurg. 2014;75(4):24–33. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25232881.

4: Vagnozzi R, Signoretti S, Cristofori L, Alessandrini F, Floris R, Isgrò E, Ria A, Marziale S, Zoccatelli G, Tavazzi B et al. Assessment of metabolic brain damage and recovery following mild traumatic brain injury: a multicentre, proton magnetic resonance spectroscopic study in concussed patients. Brain. 2010;133(11):3232–42. https://doi.org/10.1093/brain/awq200.

5: Stovitz SD, Weseman, JD, Hooks MC, Schmidt RJ, Koffel JB, Patricios, JS. What Definition Is Used to Describe Second Impact Syndrome in Sports? A Systematic and Critical Review. Special Communication, 2017;16(1):50-55.

6: Giza C, Greco T, Prins ML. Concussion: pathophysiology and clinical translation. Handbook of Clinical Neurology. 2018;158(3):51-61. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63954-7.00006-9.

7: Wetjen NM, Pichelmann MA & Atkinson JLD. Second Impact Syndrome: Concussion and Second Injury Brain Complications. J Am Coll Surg. 2010;211(4):553-557. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20822744.

8: Wolff CS, Cantu RC, Kucera KL. Catastrophic neurologic injuries in sport. Handbook of Clinical Neurology. 2018;158(3):25-37. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63954-7.00004-5.