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외상성 뇌손상의 병태 생리는 외상시 충격으로 즉시 나타나는 일차적인 손상(primary injury)과 뇌손상으로 인해 나중에 이차적으로 나타나는 손상(secondary injury)으로 구분할 수 있습니다.

일차적인 손상은 다시 손상의 기전에 의해 미만성 축삭손상(diffuse axonal injury)과 뇌좌상(cerebral contusion)으로 나눕니다.

미만성 축삭 손상(diffuse axonal injury)은 자동차 사고와 같이 고속의 충격이나 회전하는 충격이 가해졌을 경우 생기게 되는데 뇌조직 중 특징적으로 잘 손상을 받는 부위가 있어 이에 따른 증상이 생기게 됩니다. 즉 중뇌, 연수, 뇌량, 백색질 부위 등이 잘 손상을 받게 되며 이에 따라 초기에 의식소실을 일으키게 됩니다. 이것은 경도(mild)의 뇌손상 후에도 나타날 수 있고 사고 후 몇시간이 지나서 나타날 수도 있으며 나중에 치매 발생의 위험도를 증가시키기도 합니다.

뇌좌상(cerebral contusion)은 추락이나 주먹으로 맞는 것과 같은 저속의 충격으로 인해 뇌피질에 멍이 드는 것으로 보통 충격을 받은 바로 밑의 뇌피질과 반대편, 그리고 손상 부위에 상관없이 전두엽의 하면과 측두엽의 전외측면에 잘 생기게 되어 이에 따른 증상이 나타나게 됩니다. 즉, 국소적인 인지 능력의 저하와 감각이나 운동 기능의 장애가 생기게 되고 나중에 경기가 생기는 위험성이 증가합니다.

이차적 손상(secondary injury)은 외상 후에 시간이 지나고 나서 뇌조직이 손상을 받는 것으로 이것은 뇌압(intracranial pressure)의 증가, 두개골내의 출혈, 부종(edema), 흥분성 신경 전도 물질의 분비, 손상으로 인한 감염, 지속되는 경기, 그리고 전신 상태를 나쁘게 하는 출혈, 저혈압, 폐의 손상, 심장 손상 등이 있는 경우 산소 공급을 원활히 하지 못하고 뇌조직을 손상시키게 됩니다.