脑是神经系统的核心部位，人脑由数以亿计的神经细胞和104以上的突触组成，调控着各个系统、器官的功能，参与学习、记忆、分析、意识、行为等高级神经活动。脑功能障碍对人的精神、情感、行为、意识会产生不同程度的影响，同时会导致其他脏器功能障碍。严重的脑功能不全会导致其他脏器的功能衰竭。
第一节 概述
一、脑的结构、代谢与功能特征
脑位于颅腔内，这种结构特点：一方面对脑起保护作用；另一方面，颅骨对脑组织的限制也常常是颅内高压和脑疝形成的结构基础。脑组织由神经元（neuron）和神经胶质细胞（neuroglia）组成，神经元是神经系统的结构与功能单位，胶质细胞对神经元起营养和保护作用。脑的血液供应来自成对的椎动脉和颈内动脉，其分支形成血管网，以保证脑充足的血液供应。血液中的物质进入脑组织首先要通过血脑屏障，血脑屏障的解剖学基础包括内皮细胞层、基膜、神经胶质突起与紧密连接等。凡是与蛋白质结合的物质基本上不能通过血脑屏障，脂溶性强的物质可快速通过血脑屏障，而脂溶性弱或非脂溶性物质则进入脑组织极慢或完全不能进入。某些物质进入脑部的速率取决于该脑区对这些特殊物质的代谢需要，例如，当髓磷脂生成时，脑内有胆固醇聚积，一旦髓鞘形成完毕，脑内胆固醇含量即降低。
脑是体内能量代谢最活跃的器官，血流量与耗氧量大。葡萄糖是脑组织的主要能源，脑所需的能量几乎全部来自葡萄糖的氧化，但由于脑内氧及葡萄糖的贮存量很少，故需不断地从血液中摄取。
二、脑功能不全的常见原因
多种损伤因素均可通过影响脑的结构和功能而造成脑功能不全，常见原因有以下几方面：
（1）脑外伤 如脑震荡、脑组织损伤、出血等。
（2）感染 如细菌、病毒、寄生虫感染等。
（3）中毒 如重金属中毒、有机磷中毒、化学毒气中毒等。
（4）心血管疾病 如高血压、心脏病、脑血栓形成、脑出血等。
（5）脑肿瘤 胶质细胞瘤、脑膜瘤、血管性肿瘤、转移癌等。
（6）其他 如持续高热、脑水肿、大量使用麻醉药、酸中毒等。
三、脑功能不全的常见表现
由于脑结构复杂，调控多种功能，因此，脑功能不全时的表现也多种多样，常见表现有：
1．头疼（headache）
头疼是很常见的症状，由于病因和作用部位不同可表现为胀痛、跳痛、钻痛、割痛、剧痛、隐隐作痛等。
2．抽搐（twitch）
病人在发作时常有意识障碍，感到身体某处麻木、眼前闪光、怪味、语言不便等。
3．瘫痪（paralysis）
多发生在脑外伤、肿瘤等引起的脑功能障碍。脑部病损广泛，危及两侧运动区皮质或皮质脊髓束时，出现脑性四肢瘫。
4．麻木（numb）
感觉减退、感觉缺失、感觉异常等。
5．眩晕（dizziness）
病人感觉有自身旋转或转动（主观性旋转）、外界旋转或移动（客观性眩晕）的感觉。
6．晕厥（syncope）
由于一时性广泛脑供血不足，导致大脑皮质高度抑制而突然发生短暂的意识丧失。轻者眩晕、恶心、躯体发软，重者常突然意识丧失，全身肌紧张度消失，跌倒在地。有时出现呼吸暂停、心率减慢、瞳孔散大、流涎、尿失禁等。
7.其他
由于颅神经损伤引起的咀嚼无力、口眼歪斜、耳聋、耳鸣、失语、大小便失禁、意识障碍、精神障碍、昏睡、昏迷等。
一般来说，脑功能不全的最主要表现是认知障碍或意识障碍。病程缓急常引起不同的后果，急性脑功能不全常导致意识障碍，而慢性脑功能不全的后果则是认知功能的损伤。本章将从这两个方面讨论脑功能不全的有关病理生理学问题。
第二节 认知障碍
认知是机体认识和获取知识的智能加工过程，包括学习、记忆、理解、思维、语言、精神、情感等一系列心理和社会行为。认知障碍（cognitive disorder）指与上述学习记忆以及思维判断有关的大脑高级智能加工过程出现异常，从而引起严重的学习、记忆障碍，同时伴有失语、失用、失认或失行等改变的病理过程。认知的基础是大脑皮层的正常功能，任何引起大脑皮层功能和结构异常的因素均可导致认知障碍。由于大脑的功能复杂，且认知障碍的不同类型互相关联，即某一方面的认知问题可以引起另一方面或多个方面的认知异常（例如，一个病人若有注意力和记忆方面的缺陷，就会出现解决问题的障碍）。因此，认知障碍是脑疾病诊断和治疗中最困难的问题之一。
一、认知的脑结构基础
认知的结构基础是大脑皮层。大脑皮层由主区（primary cortex ）和辅助区（associatedcortex）组成，主区负责对事物的观察、分析与判断以及对躯体运动的协调，辅助区对主区的行为和智能进行高层次整合。Brodmann 根据形态学特征将大脑皮层分为若干功能区，并提出每个功能区分别执行不同的生理功能：额叶皮层区负责自主运动、书写、记忆、创造性思维、判断、社会责任感等复杂的智力活动，该区损伤将导致中侧性偏瘫、失写症、额叶性痴呆、运动性失语症等。顶叶皮层的主要功能是对感觉信息的高级加工和整合，其损伤导致对侧感觉障碍、感觉性失读症、触觉缺失等。颞叶接受声音刺激，其损伤会导致听觉障碍，而听觉辅助皮层的功能帮助对声音的理解，该区损伤将导致感觉性（Wernicke’s）失语症，患者不能正确使用语言，常常词不达意；颞叶的海马和蓝斑参与记忆加工，损伤时分别引起空间或情感记忆障碍。枕叶含有原始视觉皮层，感知和接受视觉刺激，该区损伤引起视野缺陷；视觉联络皮层包绕视皮层，整合视觉信息和内容，其损伤将导致个体不能识别物体，不理解物体的用途或生命的形式。
二、认知障碍的表现
人脑所涉及的认知功能范畴极其广泛，因此，认知障碍的表现形式也多种多样，这些表现可单独出现，或同时存在。
（一）学习、记忆障碍
学习、记忆（learning and memory）是一种复杂的神经活动。学习是指通过训练和经验而促使行为发生相对持久变化的过程。记忆是处理、贮存和回忆讯息的能力，是个体对其经验的识记、保持和再现。记忆与学习和知觉相关。在大脑皮层不同部位受损伤时，可引起不同类型的记忆障碍，如颞叶海马区受损主要引起空间记忆障碍，蓝斑、杏仁核区受损主要引起情感记忆障碍等。
（二）失语
失语（aphasia）是由于脑损伤所致的语言交流能力障碍。患者在意识清晰、无精神障碍及严重智能障碍的前提下，无视觉和听觉缺损，亦无口、咽、喉等发音器官障碍，却听不懂别人的讲话，也不能表达自己的意思，不理解也写不出病前会读、会写的字句等。目前认为，失语主要是由大脑皮层语言区受损引起。此外，位于优势侧皮层下结构如丘脑及基底核的病变也可引起失语。
（三）失认
失认（agnosia）是指脑损伤时患者并无视觉、听觉、触觉、智能及意识障碍的情况下，不能通过某一种感觉辨认以往熟悉的事物，但能通过其他感觉途径进行辨识。例如，患者看到手表而不知其为何物，通过触摸手表的外形或听表走动的声音，便可知其为手表。失认包括视觉性失认、听觉性失认和触觉性失认。
（四）失用
失用（apraxia）是指脑部疾患时患者在无任何运动麻痹、共济失调、肌张力障碍和感觉障碍，也无意识及智能障碍的情况下，不能正确地使用一部分肢体功能去完成本来已经形成习惯的动作。如不能按要求做伸舌、洗脸、刷牙、梳头、划火柴和开锁等简单动作，但病人在不经意的情况下却能自发地做这些动作。一般认为，左侧缘上回是运用功能的皮层代表区，由该处发出的纤维至同侧中央前回，再经胼胝体而到达右侧中央前回。因此左侧顶叶缘上回病变可产生双侧失用症，从左侧缘上回至同侧中央前回间的病变可引起右侧肢体失用，胼胝体前部或右侧皮层下白质受损时引起左侧肢体失用。
（五）痴呆
痴呆（dementia）是认知障碍最严重的表现形式，是慢性脑功能不全产生的获得性和持续性智能障碍综合征。智能损害包括记忆、语言、思维、理解、计算、分析、判断、概括、综合、定向、解决问题等能力的降低，同时患者常常伴有行为、人格异常及情感障碍，这些功能障碍导致患者日常生活、社会交往和工作能力的明显减退甚至丧失。
三、认知障碍的原因及发生机制
认知是大脑皮层功能活动的反映，任何直接或间接导致大脑皮层结构和功能损伤的因素均可引起认知障碍。
（一）脑外伤
脑外伤对学习记忆和智力有不同程度的影响。轻度脑外伤可无症状或症状轻微，常有失眠、健忘，多于数日后恢复；中度脑外伤患者可出现短暂意识丧失和近事遗忘；重度者常有较长时间昏迷，清醒后患者出现学习记忆严重障碍，甚至智力丧失。
（二）脑老化
人在60岁以后，认知功能一般随年龄增长而下降。其主要机制是：老年人脑的血液供应减少，合成和分解代谢以及对毒素的清除能力降低；脑组织中多种神经递质发生变化，如胆碱能神经元的丧失或破坏，使乙酰胆碱的合成、储存、释放发生障碍，神经递质不能正常传递；一些理化因素（温度、射线、乙醇等）、病原微生物等均可诱导神经元凋亡。
（三）脑组织调节分子异常
1．神经递质及其受体异常
大多数神经元之间的信息传递是通过神经递质（neurotransmitter）及其相应的受体完成的。这些神经递质或受体的结构、功能改变使神经元之间的信息传递异常，导致不同类型和不同程度的认知障碍。
（1）去甲肾上腺素（norepinephrine） 去甲肾上腺素是多巴胺经β羟化酶作用生成的产物。在脑内，去甲肾上腺素通过α1、α2和β受体发挥调节作用。一般认为，脑中α2受体激活与维持正常的认知功能有关，而α1受体持续、过度激活可致认知异常。α1、α2受体的不同作用主要是由于：在突触前膜，α2受体通过Gi 蛋白介导，使cAMP 生成减少，cAMP 依赖性蛋白激酶的活性降低，减少蛋白激酶对N‐型Ca2＋通道的磷酸化，以至Ca2＋通道关闭，Ca2＋内流减少，从而抑制去甲肾上腺素的释放（负反馈调节）；α2受体激活还可抑制在警醒状态下的蓝斑神经元的放电。在突触后膜，α2受体激活可引起K＋通道开放，K＋外流增加，神经元倾向超极化而产生抑制效应；而α1受体激活则使K＋通道关闭，K＋外流减少，神经元去极化产生兴奋效应。在正常警醒状态时，脑组织含有适量去甲肾上腺素，α2受体功能占优势，维持正常的认知功能。在应激状态下产生大量去甲肾上腺素，α1受体功能占优势，从而使长期处于应激状态的个体出现认知障碍。
（2）乙酰胆碱（acetylcholine，Ach） 乙酰胆碱由乙酰辅酶A 和胆碱在胆碱乙酰转移酶的作用下生成。神经细胞合成并释放的乙酰胆碱通过M‐受体（M‐AchR，毒蕈碱受体）和N‐受体（N‐AchR，烟碱受体）发挥调节作用，M‐AchR 是G‐蛋白耦联受体，N‐AchR 是配体门控离子通道受体。脑内的胆碱能神经元分为两类，即局部环路神经元和投射神经元，自Meynert 基底核发出的胆碱能神经纤维投射至大脑皮层的额叶、顶叶、颞叶和视皮层，此通路与学习、记忆功能密切相关。阿尔茨海默病（A1zheimer’s disease，AD）患者在早期便有Meynert 基底区胆碱能神经元减少，导致皮层胆碱乙酰转移酶活性和乙酰胆碱含量显着降低，是AD 患者记忆障碍的机制之一；精神分裂症患者认知障碍的程度与皮层胆碱乙酰转移酶活性呈负相关；给AD 和精神分裂症患者使用胆碱酯酶抑制剂或M 受体激动剂可使记忆障碍得到改善。
（3）多巴胺（dopamine） 多巴胺是以酪氨酸为底物，在酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase）和多巴脱羧酶（dopamine decarboxylase）的作用下合成的。研究发现：脑中多巴胺含量显着升高或降低时可导致动物智能减退、行为情感异常等高级神经活动障碍，例如，在帕金森病（Parkinson disease，PD）患者黑质多巴胺能神经元减少，酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶活性及纹状体多巴胺含量明显下降。多巴胺受体有D1和D2两大家族，精神分裂症患者与大脑额叶皮层的Dl 受体功能低下和皮层下结构D2受体功能亢进双重因素有关。
（4）谷氨酸（glutamate） 谷氨酸是由谷氨酰胺在谷氨酰胺酶作用下或α‐酮戊二酸在其转氨酶的作用下生成的，不能透过血脑屏障。在人大脑皮层中谷氨酸含量约为9～11μmol／g，比乙酰胆碱或单胺类递质的含量高千倍，比神经肽的含量高106数量级。谷氨酸通过N‐甲基‐D‐门冬氨酸（N‐methyl‐D‐aspartate，NMDA）和非NMDA受体起作用。