Um neurônio é uma célula nervosa que consiste em um corpo ou soma; projeções chamadas dendritos; e uma fibra nervosa chamada axônio. Os axônios de cada célula se conectam a outras células e servem como vias em diferentes partes do cérebro. Após uma lesão cerebral, o dano ao axônio pode ocorrer diretamente pela força de um impacto ou como resultado de substâncias liberadas por células feridas ou morrendo. O inchaço também pode fazer com que os axônios se separem de suas células-mãe, causando mais danos. Doenças como a esclerose múltipla também podem causar degeneração dos axônios.
O sistema nervoso depende das conexões entre cada célula para funcionar adequadamente. A lesão axonal difusa é uma forma de lesão axonal, na qual as fibras nervosas são fisicamente desconectadas. Isso geralmente acontece durante impactos de alta velocidade, como um acidente de carro. A própria lesão pode interromper a comunicação entre as diferentes partes do cérebro, uma vez que os neurônios são incapazes de interagir. Após a ocorrência de uma lesão, o inchaço subsequente pode fazer com que o axônio se separe do neurônio.
O dano ao axônio às vezes ocorre como parte de um evento em cascata. Depois que as células nervosas são danificadas e os axônios são desconectados, os neurônios liberam um alto nível de substâncias químicas que chegam a níveis tóxicos. Outras células nervosas morrem quando os produtos químicos penetram em seu ácido desoxirribonucléico (DNA) e desencadeiam a morte celular. Cálcio em excesso também pode entrar nos neurônios danificados e causar uma reação de inchaço que geralmente causa danos aos axônios. Estudos médicos sugeriram que, ao reduzir o nível de íons de cálcio após uma lesão cerebral, a morte celular pode ser reduzida.
Danos aos neurônios também ocorrem quando os axônios são alongados. Se for alongado muito rapidamente, o citoesqueleto do axônio pode falhar, levando a um inchaço adicional e infusão de cálcio na célula. As reações inflamatórias associadas à esclerose múltipla levam a danos e degeneração dos axônios. A bainha de mielina protetora que envolve os axônios geralmente permanece intacta, de modo que a condição pode persistir e entrar em remissão várias vezes.
Após o dano aos axônios, as fibras nervosas podem crescer para substituir os axônios, mas às vezes ocorrem interrupções nesse processo delicado. Níveis elevados de neurotransmissores, falta de oxigênio ou fluxo sanguíneo insuficiente para a área danificada podem afetar adversamente a regeneração das células nervosas. As fibras também podem ser mal direcionadas e se conectar nas áreas erradas se a atividade elétrica no cérebro for alta o suficiente. Podem ocorrer efeitos graves a longo prazo, como convulsões, perda de memória e dor crônica.