Membrane damage in acute brain trauma

Among a number of biochemical disturbances occurring in the acute phase of brain insults, the destruction of membrane phospholipids and its consequences on the function of membrane-bound proteins is likely to be one of the most important. In the cryogenic type of injury which is classically considered as a relevant animal model of brain contusive lesions in human traumatology, the initial attack of membranes could consist in a peroxidative damage triggered by blood ferrous compounds. This in turn would lead to an activation of phospholipase A₂. As a consequence of phospholipid disruption a number of enzymes involved in energy production within the mitochondria are severely impaired. Nevertheless, the level of available ATP within the cell remains normal and even higher than normal. This paradoxical finding suggests that energy utilization is even more lowered than energy production. In fact, the Na⁺−K⁺-ATPase activity which normally utilizes approximately 70% of the total amount of cellular energy is severely reduced. We assume that Na⁺−K⁺-ATPase impairment is directly responsible for the retention of intracellular Na⁺ accompanied by osmotically driven water, though admittedly other biochemical disturbances, including tissue acidosis and liberation of excitatory amino-acids, would contribute to the same result [2, 9, 16]. Lastly, a striking feature of these biochemical events is the early activation of those enzymes necessary for phospholipid resynthesis. This should mean that repair processes are at work immediately after the insult allowing resumption of Na⁺−K⁺-ATPase function, clearing up of brain edema and restoration of cation exchanges essential for brain work.

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Sommario Fra le alterazioni biochimiche che si verificano nella fase acuta degli insulti cerebrali, una delle più importanti è la distruzione dei fosfolipidi di membrana. Nell'insulto di tipo criogeno, che è considerato un modello animale di lesione contusiva cerebrale nella traumatologia umana, il primo attacco delle membrane potrebbe consistere in um danno perossidativo determinato dai composti ferrosi del sangue. Ciò determinerebbe una attivazione della fosfolipasi A2. Come conseguenza della distruzione dei fosfolipidi si verifica un grave danno di numerosi enzimi impegnati in produzione di energia all'interno dei mitocondri. Pur tuttavia il livello dell'ATP disponibile all'interno della cellula rimane normale e persino più elevato del normale. Questo dato paradossale sembra suggerire che l'utilizzazione energetica è persino più ridotta della produzione di energia. Difatti l'attività delle Na⁺−K⁺ ATPasi che normalmente utilizzano circa il 70% del totale dell'energia cellulare è notevolmente ridotta. Noi pensiamo che l'interessamento delle NA⁺−K⁺ ATPasi è direttamente responsabile della ritenzione di NA⁺ intracellulare associato all'acqua regolata in modo osmotico, anche se altri disturbi biochimici, tra i quali l'acidosi tissulare e la liberazione di aminoacidi stimolanti, potrebbero contribuire alla medesima conseguenza. Per ultimo una caratteristica di questi eventi biochimici è l'attivazione precoce di questi enzimi necessari per la resintesi fosfolipica. Questo sta a significare che i processi riparativi sono in atto immediatamente dopo l'insulto permettendo la ripresa funzionale della NA⁺−K⁺ ATPase, la risoluzione dell'edema e la riattivazione degli scambi cationici essenziali per l'attività cerebrale.