Ein Neuron ist eine Nervenzelle, die aus einem Körper oder Soma besteht; Vorsprünge, die Dendriten genannt werden; und eine Nervenfaser namens Axon. Die Axone jeder Zelle verbinden sich mit anderen Zellen und dienen als Bahnen durch verschiedene Teile des Gehirns. Nach einer Hirnverletzung können Axonschäden direkt durch die Wucht eines Aufpralls oder durch freigesetzte Substanzen verletzter oder absterbender Zellen entstehen. Schwellungen können auch dazu führen, dass sich die Axone von ihren Elternzellen lösen, was zu mehr Schaden führt. Auch Krankheiten wie Multiple Sklerose können zu einer Degeneration von Axonen führen.
Das Nervensystem ist auf die Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen angewiesen, um richtig zu funktionieren. Diffuse Axonverletzung ist eine Form der Axonschädigung, bei der die Nervenfasern physisch getrennt sind. Dies geschieht häufig bei Aufprallen mit hoher Geschwindigkeit, wie beispielsweise bei einem Autounfall. Die Verletzung selbst kann die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Gehirns stören, da Neuronen nicht interagieren können. Nach einer Verletzung kann eine nachfolgende Schwellung dazu führen, dass sich das Axon vom Neuron löst.
Axonschäden treten manchmal als Teil eines kaskadierenden Ereignisses auf. Sobald Nervenzellen geschädigt und Axone getrennt sind, setzen Neuronen eine hohe Menge an Chemikalien frei, die sich zu toxischen Konzentrationen aufbauen. Andere Nervenzellen sterben ab, sobald die Chemikalien ihre Desoxyribonukleinsäure (DNA) durchdringen und den Zelltod auslösen. Zu viel Kalzium kann auch in geschädigte Neuronen eindringen und eine Schwellungsreaktion verursachen, die häufig Axonschäden verursacht. Medizinische Studien haben gezeigt, dass durch die Reduzierung des Calciumionenspiegels nach einer Hirnverletzung der Zelltod reduziert werden kann.
Schäden an Neuronen treten auch auf, wenn Axone gedehnt werden. Wenn es zu schnell gedehnt wird, kann das Zytoskelett des Axons versagen, was zu einer zusätzlichen Schwellung und einer Infusion von Kalzium in die Zelle führt. Entzündliche Reaktionen im Zusammenhang mit Multipler Sklerose führen zu Axonschäden und Degeneration. Die schützende Myelinscheide, die die Axone umgibt, bleibt oft intakt, so dass der Zustand bestehen bleiben und mehrmals in Remission gehen kann.
Nach Axonschäden können Nervenfasern wachsen, um die Axone zu ersetzen, aber manchmal kommt es zu Störungen dieses heiklen Prozesses. Hohe Neurotransmitter-Spiegel, Sauerstoffmangel oder eine unzureichende Durchblutung des geschädigten Bereichs können die Regeneration von Nervenzellen beeinträchtigen. Die Fasern können auch fehlgeleitet werden und sich an den falschen Stellen verbinden, wenn die elektrische Aktivität im Gehirn hoch genug ist. Es können schwerwiegende Langzeitfolgen wie Krampfanfälle, Gedächtnisverlust und chronische Schmerzen auftreten.