原发性损伤是指暴力作用于头部时所立即造成的脑组织的损伤，如脑震荡、脑挫裂伤、弥散性轴索损伤等。

脑震荡被认为是原发性脑损伤中对脑组织损伤最轻的一种，临床表现为一过性的意识丧失、呼吸浅慢、血压增高、脉搏徐缓及反射消失，一般伴有逆行性遗忘（retrograde amnesia）和顺行性遗忘（anterograde amnesia）。脑震荡的成因是整个颅脑损伤中争论最多的问题，关于其形成机制有血管源性学说、向心学说、脑桥胆碱能学说、脑震荡的惊厥学说等，目前认为脑震荡是脑干网状结构上行激动系统损伤的后果之一。其有无组织学上的病理变化，曾存有争论。近年来，科学家根据对动物实验模型和人脑震荡病理的研究，发现其在组织学、超微结构及代谢反应中都有明显的改变。

根据损伤程度不同，病理组织学变化有所差异。显微镜下，可见神经细胞有缺血性改变，细胞有不同程度的肿胀，尼氏小体溶解或边集，偶可见轴索肿胀、变性和破裂，甚至有时可见点状出血和小灶性坏死。

机械损伤后，神经元细胞膜和轴突遭受到破坏性拉伸，导致暂时的离子稳态失衡，细胞外钾离子急剧上升，由此导致谷氨酸释放增加；谷氨酸的释放激活N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体，导致细胞膜去极化，引起细胞内钙超载，最终引起线粒体呼吸功能障碍，蛋白酶激活，从而引发细胞凋亡。同时，由于细胞对上述离子迁移的反应和神经递质释放的下游效应导致急性能量危机，为了恢复离子稳态，依赖于腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的钠-钾离子泵活性增强，从而提高了局部脑对葡萄糖的需求；进一步的能量需求来自于ATP依赖的钠离子通道的上调，由于线粒体功能障碍，导致细胞主要利用糖酵解途径代替有氧代谢来获取能量，这一过程导致胞外乳酸蓄积，由糖酵解所致的酸中毒，可加剧破坏膜的通透性，离子失衡，引起脑水肿。创伤区域的低代谢状态可以部分解释脑震荡后的临床症状。

脑挫伤（contusion of brain）和脑裂伤（laceration of brain）都是脑实质性的损伤，二者以软膜-神经胶质膜是否断裂为区分。脑挫伤损伤部位脑表面完整没有裂痕，组织没有断裂，在大脑皮质表层和（或）白质内，有散在点状出血，并有静脉淤血，甚至脑水肿。脑裂伤则有软脑膜、脑组织和脑血管的断裂，出血严重，伴有严重脑水肿。脑裂伤时常伴有脑挫伤。

脑挫伤常发生于大脑的脑回的皮质表面，肉眼可见呈尖端朝向白质的楔形病灶。在伤后可立即出现大小不等的圆形、片状或条形出血灶，呈紫红色。伤后1～2天，出血灶转为暗红色，脑组织坏死渐明显。伤后5天，坏死灶开始液化，病变坏死区凹陷，5～6周达到最高峰，随时间推移逐渐转变为囊腔，损伤灶较小者为瘢痕所填充，较大的形成含脑脊液的囊肿；覆盖病灶的蛛网膜与硬脑膜与萎缩的脑组织粘连，影响脑脊液的循环和吸收。

显微镜下可见新鲜病灶中央为血块，周围是碎烂的脑组织，脑实质中有广泛的大小不等的出血灶。在病灶的周边区域可见神经细胞及其纤维肿胀坏死现象，残余的神经细胞呈缺血性改变；髓鞘和轴索肿胀、变性、解离，髓鞘解离成段，轴索变成颗粒状，有时可见轴突断端呈球形膨大。伤后2～3天小胶质细胞变成吞噬细胞，吞噬坏死物质，受伤脑组织需数周才能被清除。一般伤后3～5天为脑水肿的高峰期，脑水肿较轻者高峰期过后逐渐消退，临床症状改善，严重者可致颅内压显著升高甚至发生脑疝。伤后2周后可见自身修复过程，如胶质细胞和胶质纤维增生，局部血管有微弱的分支现象，深部的血块开始溶解等。最终的修复结果可致局部皮质下陷，受累的脑回缩小，表面通常覆盖一层新生的蛛网膜。局部的出血灶，红细胞分解后，其色素被吞噬细胞吞噬，因此脑挫伤局部常可见含铁血黄素沉着。

脑裂伤的特征是脑表面有裂痕，其间有破裂、碎烂的脑组织和出血、水肿。程度依损伤程度、暴力作用方式和致伤原因不同而异。脑裂伤必然引起神经细胞、胶质细胞和脑血管的破坏，出血在所难免，严重的出血可延及蛛网膜下隙、硬脑膜下隙，甚至脑实质内，形成血肿，使颅内压升高，最终可形成脑疝或脑膨出。在较小的伤灶区，可见有多发的小出血点，其间组织如神经元、神经轴突、胶质细胞可见肿胀、碎裂、溶解，只残留淡弱的着色影。在最小的伤灶区，毛细血管出血周围可无明显组织坏死。

弥散性轴索损伤（diffuse axonal injury，DAI）指头部受钝力作用后所引起的以脑白质轴索弥散性损伤为主要特征的一种脑组织损伤。由于外伤过程中，头部产生旋转加速度和（或）角加速度，使脑组织内部发生剪切、拉伸和压缩作用，导致神经轴索和小血管损伤。剪应力易损及以脑干为轴的中线结构，两大脑半球之间的胼胝体，白质和灰质交界处等部位。DAI常用于描述昏迷病人脑内发生的病理学改变。

一般较难发现肉眼可见的病理改变，在较为严重的病例中，肉眼可见组织间隙中有血管撕裂性出血灶。在重度DAI早期，在胼胝体区和脑干上端背外侧首先出现局限性出血灶，呈暗红色。数周后，血红蛋白分解，出血灶呈棕色颗粒状，局部组织可出现坏死、脑软化灶。数月后损伤区出现胶质纤维增生修复，呈胶质瘢痕。数月或数年后，则可见白质出现Wallerian变性，白质收缩体积减小使脑室被动扩张，临床上诊断为创伤后脑积水。

显微镜下可见多位于中线结构区（如胼胝体膝部、脑干等处）白质深部或灰白质交界区多发性的轴索损害。随损伤程度、观察时间、观察方法不同，DAI在各区分布密度不同。通常情况下，损伤越趋于脑深部或中线结构，DAI程度越重。

早期表现为病灶区轴索水肿，并可形成局部轴索回缩球。收缩球可与轴索断端相连或孤立存在，是DAI早期标志性的病理学形态改变。轴索回缩球为平均直径约5～20μm的圆形或卵圆形小体，大小不等，孤立或成簇存在。数周后，白质内小胶质细胞增生，呈簇样分布，轴索断裂，吞噬细胞侵入吞噬髓鞘分解产物，形成小胶质神经细胞群落。数月后，脑实质内胶质细胞增生，轴索断端出现Wallerian变性，最终演变为瘢痕收缩。

Adams主张将DAI按病理程度分为3级：

Ⅰ级：病变见于大脑半球灰白质交界区、胼胝体、脑干以及小脑，仅见于镜下，肉眼无法观察到，主要为弥散性轴索损伤表现，并无其他病理变化。

Ⅱ级：在Ⅰ级基础上，胼胝体有局灶性损害，部分出现肉眼可见的局灶性出血坏死。

Ⅲ级：胼胝体和脑干常有肉眼能见的局灶性损害表现。

病理分级越高，昏迷时间越长，病人死亡率、致残率及植物状态出现率越高。

继发性损伤则是指受伤一定时间后在原发损伤基础上，由于细胞和分子水平上的变化导致的脑组织的继发性损伤，其损害并非立即形成或在临床上并未立即显示出来，如脑水肿、肿胀，颅内出血或血肿，脑缺血、缺氧等损害。继发性损害的发生涉及神经递质及其受体变化、代谢变化和脑缺血、酶学改变、自由基水平变化、细胞凋亡、炎症反应等病理生理改变。

脑内兴奋性氨基酸以谷氨酸和天冬氨酸为主，尤以谷氨酸含量最为丰富。正常情况下，中枢神经系统内，兴奋性氨基酸与抑制性神经递质处于动态平衡，参与神经网络联系的建立，并参与调节学习、记忆、感知、情感等高级神经活动。谷氨酸通过引起神经元去极化产生兴奋性突触后电位，α-氨基羟甲基异唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isox-azolepropionic acid，AMPA）受体和NMDA受体的离子成分组成多数兴奋性突触后电位。

自从Lucas和Newhouse首先描述了谷氨酸潜在的兴奋性毒性后，越来越多的研究发现各种损伤因素均可导致兴奋性氨基酸水平上升。神经组织持续暴露于中毒水平的兴奋性氨基酸引起细胞损伤甚至死亡。脑外伤后，细胞外兴奋性氨基酸急剧升高，与释放增强和再摄入减少有关：外伤后，血脑屏障破坏，兴奋性氨基酸进入脑组织；创伤后脑组织内的细胞膜出现许多非特异性的微孔，兴奋性氨基酸通过这些微孔释放到细胞外；创伤后神经元突触大量释放兴奋性氨基酸；而创伤脑组织中兴奋性氨基酸转运体活性下降，导致细胞外兴奋性氨基酸积聚，反过来影响转运体的转运功能，如此恶性循环，最终导致兴奋性氨基酸水平急剧上升。

兴奋性氨基酸大量聚集使电压门控的NMDA受体过度激活，引起Ca ²⁺大量内流，导致“钙超载”。钙超载和Ca ²⁺依赖性酶的过度活化是兴奋性毒性的关键因素，通过一系列复杂的级联反应，引起脂质过氧化和自由基产生，导致细胞损伤和凋亡，随后发生迟发性神经元坏死。另外，NMDA受体激活后，使Ca ²⁺、Na ⁺、Cl ^-、水进入细胞内，K ⁺流出细胞，导致细胞内水肿，细胞内外电解质失衡进一步损伤神经元。近来有研究证实外伤后一氧化氮合酶激活，一氧化氮（NO）合成增加，线粒体呼吸功能受到抑制，导致能量生成障碍，促使神经元自溶。

细胞凋亡是细胞的膜信号系统在某些因素下被激活，启动凋亡过程，引起细胞程序性死亡，其中线粒体功能障碍触发细胞内凋亡启动信号，而细胞外的启动信号触发涉及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）超家族受体。特征变化包括染色质凝集、胞核凝结、DNA核小体间断裂、凋亡小体形成等。研究表明，在脑外伤后的早期中心部位细胞死亡均为细胞肿胀坏死，而在损伤灶周边部位，伤后一段时间内多表现为细胞凋亡，也可为二者同时并存。细胞凋亡时，内源性核酸内切酶被激活，作用于DNA双链，将其分解为核苷酸单链。有学者认为凋亡为细胞自发主动发生的，需要消耗能量的过程，应有相应的RNA和蛋白质合成，但是有部分研究结果并不支持这一理论。

参与外伤导致细胞凋亡的分子机制较为复杂，脑组织缺血缺氧导致细胞能量代谢障碍、细胞氧化应激、一氧化氮毒性等，引起凋亡基因表达上调或下调，启动细胞自杀程序。

自由基是指具有不配对电子的原子、离子、分子或化学基团，因其含不配对电子，化学性质极为活泼，可与细胞膜上的不饱和脂肪酸反应，形成脂质过氧化物，破坏细胞膜。由于氧自由基、超氧化物、羟自由基、过氧化氢、脂质氢过氧化物、次氯酸等均以活性氧（reactive oxygen species，ROS）形式攻击细胞，通常以ROS代替自由基。生理状态下，大部分氧分子在脑组织中被用来以ATP的形式产生能量，只有约5%会代谢成为ROS，机体内自由基的产生和清除保持平衡，不会对机体造成损害。

脑外伤后，自由基可大量生成，其机制包括：①脑外伤后线粒体结构和功能异常，导致氧的不完全还原反应增强，活性氧大量增加，加上细胞内钙超载，最终致活性氧大量释放；②脑外伤后大量谷氨酸释放，这本身就能使ROS增加；③谷氨酸大量增加引起细胞内Ca ²⁺浓度上升，激活磷脂酶-环加氧酶途径，促使黄嘌呤氧化酶活性增加，黄嘌呤代谢成尿酸，产生大量ROS；④花生四烯酸在环加氧酶和脂加氧酶的作用下产生大量血管活性产物，如白三烯、前列环素等，进而产生大量ROS；⑤脑外伤后炎症反应的激活，炎性细胞如小胶质细胞、白细胞等也可产生大量的ROS。

自由基导致中枢神经系统受损的机制也是多方面的。脑外伤后发生持续而强烈的脂质过氧化反应，缺血缺氧致线粒体结构和功能异常，呼吸链功能紊乱，O ₂被还原成超氧阴离子（ ） 再与金属离子反应生成OH ^-，OH ^-首先攻击生物膜上的磷脂大分子和不饱和脂肪酸，引起脂质过氧化，并随之产生级联放大反应，不断形成新的脂自由基，引起细胞膜损伤，破坏血脑屏障，导致脑水肿。脂质过氧化的核心是破坏生物胞膜，致使细胞渗透性和内外环境紊乱，从而使神经系统产生难以修复的损害。另外，神经系统细胞膜的主要成分为花生四烯酸，也是ROS诱导损伤的主要攻击靶点，由于活性氧生成过多，加之脑组织是全身各器官中抗氧化功能最弱的器官，则可引发脂质过氧化链式反应损伤细胞膜，进而促使神经细胞死亡。脑外伤后兴奋性氨基酸，主要是谷氨酸大量释放，引发细胞内钙超载，激活一氧化氮合酶，产生大量的NO和过氧化硝酸根。过氧化硝酸根是一种很强的氧化剂，可直接破坏蛋白质、DNA和脂肪。另有研究证实ROS能改变基因和基因产物，导致染色体断裂、畸形，从而影响基因表达。

脑外伤后的炎症反应是一把双刃剑。在急性期时加重细胞损伤，而在亚急性期和慢性期，则对细胞修复有保护作用。近来大量研究表明多种细胞因子参与脑外伤后的炎症反应，如白细胞介素、肿瘤坏死因子、转化生长因子家族等。这些细胞因子互相作用，影响血管壁的通透性，参与脑水肿的形成和调节。下面重点介绍几种细胞因子在脑外伤继发损伤中的病理生理机制。

TNF-α是一类小分子多肽物质，主要由活化细胞产生，具有广泛的生物学功能，在中枢神经系统中的作用也非常复杂，可出现在中枢神经系统内多种细胞中，如小胶质细胞和星形胶质细胞等。在脑外伤超早期即可检测到其表达增加，3～8h达到高峰。外伤后TNF-α表达上调可能提示炎症反应播散的信号，过度释放的TNF-α可加速神经元的死亡，通过介导炎症反应可直接参与脑外伤的发生和发展。TNF-α可上调黏附分子（ICAM）的表达，促使活化的淋巴细胞进入脑内，使炎症加剧。TNF-α还可增加包括兴奋性氨基酸、NO、ROS等在内的神经毒性物质释放，在脑外伤后继发性损伤中发挥关键作用。TNF-α在脑外伤中的有害作用还与其诱导细胞凋亡有关，作为细胞外源性凋亡启动信号启动神经元和少突胶质细胞的凋亡程序。另有实验表明敲除TNF-α的脑外伤动物模型中细胞凋亡反而增加，提示TNF-α在脑损伤后的作用机制极为复杂，有待于进一步更深入的研究。

IL-1是炎症反应中的共同因子，主要由活化的巨噬细胞所产生，在出血等病理条件刺激下，星形细胞、血管内皮细胞、小胶质细胞也可表达IL-6，其升高程度与病情严重程度呈正相关。IL-1在脑外伤早期的反应活跃，触发炎症反应，促进白细胞黏附于小血管壁并进入脑组织，并导致局部血管痉挛，引起脑血肿周围脑组织缺血缺氧造成水肿；诱导一氧化氮合酶表达，提高一氧化氮合成，促进花生四烯酸代谢，使ROS释放增加，导致脑水肿形成；促进多核白细胞聚集于血肿周围，诱导黏附分子合成和释放，加重脑水肿。

IL-8生物学作用主要是吸引和激活中性粒细胞，是重要的中性粒细胞趋化因子，主要由单核巨噬细胞产生，在适宜的刺激下，也可部分由成纤维细胞、内皮细胞产生。中性粒细胞与IL-8接触后发生形变，并定向游走至损伤部位释放活性物质导致炎症反应。有学者认为IL-8在炎症中的作用取决于其所在位置及受体结合状态：IL-8在血液中时，可抑制多形核白细胞的黏附功能，从而其抗炎作用；而IL-8在内皮细胞上时，可促进多形核白细胞变形游走，加强炎症反应。脑外伤后IL-8表达上调，促进白细胞聚集、浸润，促进脂质过氧化和自由基产生，导致脑水肿和神经元损害。

IL-6是具有广泛生物活性的细胞因子，在创伤后急相反应，免疫反应、机体防御反应中发挥重要作用，主要由巨噬细胞、内皮细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞等产生。脑外伤后产生的急性应激反应刺激大量炎性因子激活，触发强烈的免疫应答，产生大量的IL-6。另外，脑损伤部位激活的小胶质细胞、内皮细胞等也释放IL-6。最终导致脑脊液中IL-6明显升高。研究发现脑外伤后脑水肿的程度与IL-6水平呈正相关，IL-6促进脑水肿主要与其增加血脑屏障通透性有关，同时IL-6能增加白细胞与内皮细胞的黏附性阻塞微血管，还能激活补体产生细胞毒性损伤，这些均进一步加重脑水肿。

脑外伤后引起线粒体损伤的病理生理变化主要包括以下几方面：

脑外伤后线粒体内膜首先受损，位于线粒体内膜上的与有氧代谢有关的呼吸链受损，导致能量合成受到影响，脑组织能量供应不足，只能依靠无氧酵解补充能量，致使无氧酵解副产物乳酸生成过多，导致细胞酸中毒。

生理条件下，线粒体和内质网共同调节细胞内外钙离子的平衡。脑外伤后，兴奋性氨基酸释放增加，引起细胞膜上钙通道大量开放，钙离子内流，由于线粒体功能受损，ATP合成障碍，致使Ca ²⁺-Mg ²⁺-ATP酶不能泵出多余的钙离子，从而导致线粒体内钙超载，引起线粒体功能受损；另外，线粒体内钙超载会引起膜上的渗透性通道开放，引起瞬间大量钙离子外流。大量外流的钙离子降低膜电位，减少ATP合成，同时启动了细胞凋亡过程。

脑外伤后，线粒体产生大量的活性氧，同时活性氧又导致线粒体氧化损伤。脑外伤后，由于细胞色素C活性降低，导致沿呼吸链传递的电子不能传递给氧，使细胞色素酶上游各成分还原程度增大，生成各种活性氧自由基。活性氧自由基通过脂质过氧化链式反应损伤细胞。

脑水肿是脑外伤后的继发性损伤，形态学表现为过多的水分积聚在脑细胞内或脑细胞间隙中，导致脑体积增大。脑外伤后脑水肿分为细胞内脑水肿和细胞外脑水肿，二者的区别在于过多的水分积聚在细胞内还是细胞外的间隙中。其所涉及的病理生理机制相当复杂：①细胞膜Na ⁺-K ⁺泵活性减退。生理状态下细胞内外的Na ⁺浓度梯度靠细胞膜上的Na ⁺-K ⁺泵维持，脑外伤后，大量自由基生成，与细胞膜上的不饱和脂肪酸反应，破坏细胞膜，加之线粒体功能受损，ATP合成障碍，致使膜磷脂代谢障碍促使Na ⁺-K ⁺泵活性减退，Na ⁺蓄积在胞内，导致细胞内水肿。②水通道蛋白（aquaporin，AQP），神经系统中主要为AQP4，在脑胶质细胞和室管膜细胞上均有表达，是水分子内流的通道，调节神经系统的水平衡，其病理生理机制尚未完全清楚。脑外伤早期，AQP4表达下调，对血管性脑水肿起保护作用；后期表达上调，与血脑屏障的损伤有关，血管内水分通过损伤的血脑屏障进入脑组织加重脑水肿。③兴奋性氨基酸毒性作用。脑外伤后过量释放的兴奋性氨基酸激活NMDA受体使Ca ²⁺、Na ⁺、Cl ^-、水进入细胞内，K ⁺流出细胞，导致细胞内水肿。④自由基及其他生物活性物质。脑组织含脂类较多且缺乏自由基清除系统，因此较其他器官更容易受自由基损害。脑外伤后，脑微血管内皮细胞受损导致内皮素合成增多，加重磷脂膜代谢障碍，加重脑水肿。基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinases，MMPs）可降解胶原、脂蛋白等细胞外基质成分破坏血脑屏障，导致脑水肿。⑤脑微循环障碍。脑外伤后脑血管对动脉血CO ₂分压的反应性降低，血管呈持续扩张状态，导致脑过度灌注，使血脑屏障通透性增加，加重脑水肿。⑥能量匮乏。由于线粒体功能受损，致使能量合成障碍，脑细胞利用无氧酵解来补充能量，产生过多乳酸，引起细胞酸中毒，激活Na ⁺/H ⁺交换，Na ⁺进入细胞内；同时Na ⁺-K ⁺泵活性受损，细胞不能将多余的Na ⁺排出，导致细胞内水肿。⑦钙超载。研究发现脑外伤早期即可出现细胞内钙超载，这与兴奋性氨基酸毒性、线粒体储钙能力下降及细胞膜稳定性降低等有关。神经细胞内钙超载可导致细胞膜进一步损伤加重细胞水肿；作用于脑微血管内皮细胞，提高血脑屏障的通透性，引起血管源性脑水肿；进入脑血管壁的血管平滑肌细胞内，引起血管平滑肌收缩，脑血管痉挛，加剧血管性水肿。

细胞内脑水肿的特点为水肿主要发生在细胞内，细胞外间隙无明显扩大，无明显脑微血管的损害，血脑屏障大致正常，较少引发颅内压增高。脑外伤后，由于脑组织缺血缺氧，线粒体损伤等导致细胞膜上Na ⁺-K ⁺泵功能障碍，细胞排Na ⁺功能下降，细胞内渗透压升高，导致脑水肿；另外，兴奋性氨基酸释放增加，其与神经元突触后膜和胶质细胞上的受体结合后，导致Na ⁺通道开放，Na ⁺内流，引起细胞水肿。

细胞外水肿又称为血管源性脑水肿，是指脑外伤后由于自由基损伤、兴奋性氨基酸毒性、细胞因子、Ca ²⁺通道开放等因素的作用导致血脑屏障受损，引起脑组织肿胀，主要见于脑挫裂伤灶周围，是脑外伤后的严重继发性损伤。镜下可见血管周围和细胞外间隙增大，内皮细胞肿胀。血管源性脑水肿多见于脑白质内。

另外，脑室周围的白质在脑外伤的恢复期，可发生间质性脑水肿，主要由于室管膜上皮受损通透性增加，脑脊液渗透到室管膜下白质，造成脑室周围水肿，常伴发脑积水。

目前认为一氧化氮（NO）在各种脑外伤后对组织细胞如神经细胞具有双重作用，其具体作用取决定于NO产生的量、部位和时间，以及由何种一氧化氮合酶 （nitric oxide synthase，NOS）产生等。催化NO的生物合成酶称为一氧化氮酶，可分为三种亚型：神经元一氧化氮合酶 （nNOS ）、诱导型一氧化氮合酶 （iNOS ）及内皮型一氧化氮合酶 （eNOS ）。

神经元一氧化氮合酶 （nNOS ）主要分布在大脑中动脉供血区，易受缺血损伤，在脑外伤时表达上调，产生大量有害自由基，加重神经损伤，在脑损伤后早期细胞损害中发挥作用。诱导型一氧化氮合酶 （iNOS ）在正常情况下不表达，在外伤后表达上调，主要由神经细胞、巨噬细胞、星形细胞、中性粒细胞及血管内皮细胞等多种细胞产生，由iNOS产生的NO可导致线粒体和细胞功能障碍，其表达具有迟发性的特点，被认为参与脑损伤后迟发性神经细胞损害过程。内皮型一氧化氮合酶 （eNOS）具有扩张血管、促进血管新生、抑制血小板在缺血半暗带的聚集，改善脑灌注等作用，因此具有脑保护作用。

在脑外伤的当时或治疗过程中出现的伴随病症，称为伴随损伤。

重型颅脑损伤病人并发脑积水十分常见。伤后2周内发生者为急性脑积水，多为梗阻性脑积水或高颅压性脑积水；伤后3周～1年内发生者为慢性脑积水，一般是交通性脑积水或正常压力性脑积水。急性脑积水表现为脑外伤后持续昏迷，或意识一度好转又转差，骨窗外膨、张力增高，病人出现头痛、喷射性呕吐、视物模糊等症状。慢性脑积水表现为三联症，即智力障碍、行走不稳、尿失禁。起病隐袭，进行性加重。外伤性蛛网膜下腔出血或脑室内积血是脑积水发生的主要危险因素。

脑外伤后脑积水的成因有二：一是脑自身的损伤；二是脑室内压力增高，脑脊液的静水压导致脑室扩大。外伤后早期，中脑导水管、第四脑室出口等处被血凝块堵塞，加之蛛网膜绒毛可被红细胞堵塞致使脑脊液循环和吸收障碍；创伤后期，由于血性脑脊液引起脑膜的无菌性炎症，使蛛网膜和软膜粘连，导致脑脊液循环障碍，脑脊液中蛋白含量升高进一步加重脑脊液循环和吸收障碍。偶可见大静脉窦的阻塞，致静脉回流受阻，对脑脊液的循环和吸收造成影响。

创伤性脑脊液漏是指外伤后硬脑膜和颅骨连续性中断，蛛网膜撕裂导致脑脊液从外耳道、鼻腔或开放创口流出导致一系列临床症状的疾病，按时间可分为早期漏和迟发性漏。颅底骨折薄弱处和相应窦室形成脑脊液漏出的通道。耳漏、鼻漏、耳鼻漏和眼漏是常见的脑脊液漏。耳漏常见于颞骨、岩骨鼓室盖部骨折，自颅中窝底至乳突气房或中耳。鼻漏多由筛板骨折、额骨骨折引起，少数由蝶窦骨折引起，常常通过鼻窦漏出。耳鼻漏是由于鼓膜完整，脑脊液通过颞骨骨折处经咽鼓管到达鼻咽部。眼漏较少见，当发生眶顶的穿通伤时，脑脊液经眼睑裂伤处溢出。

外伤后颅内积气又称气颅，是指气体经骨折线进入颅内，并积存在脑室、脑池及硬脑膜下、蛛网膜下的间隙内，多为单侧积气，少数为双侧积气，常伴有脑脊液漏。外伤后颅内积气常见于前颅窝筛骨骨折造成的额部积气。由于颅骨骨折致硬脑膜断裂，当病人咳嗽、呕吐或躁动时形成负压，气体经硬脑膜破裂处进入颅内，破裂的硬脑膜形成活瓣作用，致使气体不断积聚；另外，颅底骨折时多伴有脑脊液漏，导致颅内压降低，气体经骨折线进入颅内。 开放性颅脑损伤时空气可直接进入颅内。少量颅内积气可逐渐被吸收，而大量颅内积气则可引起颅内压增高，严重时形成脑疝，危及病人生命。

外伤性脑梗死是指由于脑外伤导致微循环障碍或血管损伤造成脑缺血的表现，多见于儿童。早期症状不容易发现，迟发性神经体征发生于伤后24～48h。其病理生理机制如下：

脑外伤可直接损伤血管导致脑缺血致脑梗死。远离主干的穿支动脉位于脑深部，走行迂曲，吻合支较少，当头部受暴力作用时，脑组织各部之间发生相对运动，穿支动脉发生扭曲、移位，损伤血管内膜，容易导致血栓形成，加之局部受损脑组织水肿，压迫供血动脉，进一步加重缺血。儿童的自主神经功能尚未发育完全，血管调节能力差，因此儿童脑外伤后继发脑梗死较常见。另外，当脑外伤后脑水肿导致脑疝时，疝出脑组织伴有供血动脉的扭曲移位嵌压，造成血管狭窄、闭塞，亦是导致外伤后脑梗死的成因。

脑微循环是指内径100μm以下的小动脉系统形成的循环系，如联通支动脉、软脑膜动脉等。微循环障碍包括无复流现象、迟发性脑缺血后低灌注、再灌注损伤等。微循环障碍的病理生理机制可分为血管内、血管壁和血管外三方面。

主要为脑外伤后血液成分变化及与血管内皮细胞之间相互作用导致微循环障碍。①红细胞：脑外伤后，线粒体损伤，致使有氧呼吸链破坏，细胞利用无氧酵解获取能量，其副产物乳酸增多，导致酸中毒，兴奋性氨基酸释放增多引起细胞内钙超载，内皮细胞活化，血浆外渗等导致血液黏度增高，红细胞聚集增加，变形能力下降，还会出现血沉加快等，这些因素均促进微循环障碍。②血小板：脑外伤后产生的大量自由基可导致血管内皮细胞损伤，暴露内皮下胶原，可激活血小板，导致血小板与内皮细胞黏附，血小板局部聚集，形成局部微血栓，造成微循环障碍。③白细胞：脑外伤后白细胞活化，贴壁增多，同时释放氧自由基、炎性介质等导致血管舒缩功能障碍，加重微循环障碍。

脑外伤后可看到皮层脑微血管管腔表面有微绒毛形成，导致管腔形态不规则；微血管被微绒毛占据导致灌注减少，同时突起的微绒毛增加了血小板与内皮细胞的接触面积，导致血液发生涡流，血小板更易黏附、聚集形成血栓。生理条件下，血管正常舒缩功能的维持有赖于以内皮素为代表的缩血管因子和以NO为代表的舒血管因子之间的动态平衡。脑外伤后，这一平衡被打破，导致血流动力学发生改变，血流速度减缓，易形成血栓；脑外伤后诱发的血管痉挛也可导致微循环障碍。

脑损伤后，兴奋性氨基酸释放增加，引起细胞内钙超载，大量Ca ²⁺内流，激活大量酶，引起去极化释放K ⁺，细胞外游离的K ⁺，引起细胞肿胀和脑水肿，水肿的脑组织压迫毛细血管，导致微循环障碍，而微循环障碍又可加重脑水肿，形成恶性循环，使微循环障碍进一步加重。

癫痫是脑外伤后的重要并发症之一，儿童发生脑外伤后更易并发癫痫甚至癫痫持续状态。受伤后出现癫痫发作是皮层损伤严重程度的一个重要标志，轻度损伤病人5年的癫痫发作的可能性约0.7%，中度损伤病人1.2%，重度损伤病人20.0%。脑外伤后癫痫根据发作时间可以分为3种类型：①受伤后立刻或数分钟内出现的癫痫发作，称为急性癫痫发作；②外伤后1周内，病人还受到脑外伤直接影响期间的发作称为早期癫痫发作；③外伤后超过1周的癫痫发作称为晚期癫痫。凹陷性颅骨骨折和颅内出血是癫痫的危险因素；也有证据表明，脑外伤后出现的轴索修复可能形成致痫灶，轴突末梢形成新的突触连接，当新的兴奋性突触替代了旧的抑制性突触时极易诱发癫痫。此外，最近有研究发现外伤后海马齿状回门区抑制性神经元丢失也是外伤后癫痫发作的病理生理机制之一。

病人脑外伤3个月或6个月后，仍遗留神经精神症状，如头晕、头痛、易激动、疲乏、睡眠障碍、注意力不集中等。但是神经系统查体没有阳性体征，影像学亦没有异常发现。病理生理机制如下：血脑屏障损害功能紊乱，致脑水肿、脑组织内点状出血；血脑屏障受损还可引起神经递质释放及流向紊乱，从而导致神经细胞信号传导功能紊乱；头部遭受暴力时，位于中线结构的间脑和脑干网状结构受损，可产生明显的自主神经功能紊乱症状。

研究发现，在重型颅脑损伤病人中，低钠血症的发生率为31.5%，平均发生在伤后5～7天，持续时间平均5天。抗利尿激素分泌失调综合征或脑性耗盐综合征是造成低钠血症的主要原因，但同时要注意营养摄入的因素。抗利尿激素分泌失调综合征以水潴留、抗利尿激素不适当分泌，导致的稀释性低钠为特点；而脑性耗盐综合征则以原发性尿钠增多，导致血容量不足和真性缺钠为特征。前者应该限水治疗，而后者则需要补液补盐。及时而有针对性地治疗低钠血症，对改善预后具有重要意义。

脑外伤后尿崩症是由于颅脑外伤造成下丘脑或垂体损伤，使抗利尿激素分泌与释放不足而导致部分或完全缺乏而引起的一组临床综合征。多在伤后数天发生，发生的概率与脑外伤严重程度、是否合并颅底骨折高度相关。

颅脑损伤的内分泌功能变化主要是由于下丘脑和垂体原发或继发性损伤所致。颅脑损伤常累及下丘脑，甚至直接损伤垂体及垂体柄。颅底骨折特别是通过蝶鞍的骨折，以及脑组织在颅腔内移动和伤后继发的脑、垂体肿胀，均可影响甚至破坏下丘脑的血供及垂体门脉循环，造成下丘脑和垂体前叶梗死。在颅脑损伤发生的数小时或数天之内，均可出现下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴、下丘脑-垂体-甲状腺轴和下丘脑-垂体-性腺轴功能紊乱。脑损伤后急性期的体内大多数激素水平的变化是暂时性的，也可能是可逆的。