Sự tắc nghẽn của động mạch tủy sống trước thắt lưng do virus bại liệt (PV3)

Poliovirus đi vào cơ thể qua đường miệng, sẽ lây nhiễm những tế bào đầu tiên mà nó tiếp xúc là họng và niêm mạc ruột. Nó đi vào bằng cách gắn kết với một thụ thể dạng immunoglobulin, được gọi là thụ thể poliovirus hay CD155, trên màng tế bào.[35] Sau đó, virus tấn công bộ máy của tế bào chủ, và bắt đầu sao chép. Poliovirus phân chia bên trong các tế bào tiêu hóa trong khoảng một tuần, từ đó nó phát tán vào amidan (đặc biệt là tế bào đuôi gai nang nằm gần tâm phôi amidan), mô bạch huyết của đường ruột gồm các tế bào M của Peyer's patches, và đi sâu vào cổ tử cung và các hạch bạch huyết mạc treo, nơi nó nhân lên rất nhiều. Virus này sau đó được hấp thụ vào dòng máu.[36]

Được gọi là virus huyết (viremia), sự có mặt của virus trong dòng máu làm nó phân bố rộng khắp trong cơ thể. Poliovirus có thể tồn tại và nhân lên trong máu và hệ bạch huyết trong thời gian dài, đôi khi có thể kéo dài 17 tuần.[37] Trong một tỉ lệ nhỏ các ca bệnh, nó có thể phát tán và sao chép ở những vị trí khác, như mỡ nâu, các tế nào nội mô, và cơ.[38] Sự sao chép được duy trì này gây ra một lượng lớn virus trong máu, và dẫn đến các triệu chứng tương tự như cảm. Hiếm khi, điều này có thể tiến triển và virus có thể xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương, gây ra phản ứng viêm địa phương. Trong hầu hết các trường hợp, điều này gây ra triệu chứng viêm giới hạn màng não, là các lớp mô bao bọc xung quanh não, được gọi là viêm màng não vô khuẩn.[16] Sự xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương cho thấy không có lợi cho virus, và có thể là một sự lây nhiễm ngẫu nhiên của nhiễm trùng đường tiêu hóa thông thường.[39] Cơ chế virus bại liệt lây sang hệ thần kinh trung ương chưa thật sự được hiểu rõ, nhưng có vẻ chủ yếu là do ngẫu nhiên – độc lập với tuổi tác, giới tính, hay địa vị kinh tế xã hội của bệnh nhân.[39]

Viêm tủy xám liệt

Sự đứt dây thần kinh của mô cơ xương gần nơi nhiễm virus bại liệt có thể dẫn đến bị liệt.

Trong khoảng 1 phần trăm ca nhiễm, virus bại liệt lan theo một số đường sợi thần kinh, sinh sôi ở và phá hủy các nơron vận động trong tủy sống, thân não, hay vỏ não vận động. Điều này dẫn đến viêm tủy xám bại liệt, trong đó có các dạng (tủy sống, hành não, và hành-tủy) chỉ khác nhau ở mức độ viêm và số nơron bị phá hủy, và vùng trong hệ thần kinh trung ương bị ảnh hưởng.

Sự phá hủy các tế bào nơron làm tổn thương hạch thần kinh tủy sống; chúng cũng có thể xảy ra ở cấu tạo lưới, nhân tiền đình, thùy nhộng tủy não, và nhân tiểu não sâu.[39] Sự viêm do các nơron bị phá hủy làm thay đổi màu sắc và diện mạo của chất xám trong cột sống, khiến chúng có sắc đỏ và bị phồng lên.[16] Những thay đổi khác do bệnh liệt diễn ra ở vùng não trước, cụ thể là vùng dưới đồi và đồi thị.[39] Cơ chế phân tử của việc virus bại liệt gây nên bệnh bại liệt vẫn chưa được hiểu rõ.

Các triệu chứng của viêm tủy xám bại liệt gồm sốt cao, đau đầu, cơ cứng ở lưng và cổ, sự yếu cơ không đồng đều, nhạy cảm với va chạm, khó nuốt, đau cơ, mất phản xạ tự nhiên, dị cảm, dễ bị kích thích, táo bón, hoặc khó tiểu. Liệt thường xuất hiện từ một đến mười ngày sau khi có triệu chứng, kéo dài trong hai đến ba ngày, và thường kết thúc trước khi hết sốt.[40]

Khả năng bị viêm tủy xám bại liệt cũng như mức độ bị liệt tăng dần theo độ tuổi. Ở trẻ em, viêm màng não không liệt là hậu quả phổ biến nhất của việc lây sang hệ thần kinh trung ương, và liệt chỉ xảy ra ở một trong 1000 ca. Ở người lớn, liệt xảy ra ở một trong 75 ca.[41] Ở trẻ em dưới năm tuổi, liệt một chân là phổ biến nhất; ở người lớn, liệt vùng ngực và bụng, cũng như cả tứ chi – liệt tứ chi – phổ biến hơn.[42] Tỉ lệ liệt cũng phụ thuộc vào loại huyết thanh của virus bại liệt; tỉ lệ này cao nhất với virus bại liệt loại 1 vào khoảng một trong 200, tỉ lệ của virus loại 2 thấp hơn, vào khoảng một trong 2.000.[43]

Bại liệt tủy sống

Vị trí các nơron vận động trong tế bào sừng trước của cột sống

Bại liệt tủy sống, dạng phổ biến nhất của viêm tủy xám liệt, bắt nguồn từ sự nhiễm virus của các nơron vận động ở tế bào sừng trước, hay phần chất xám trước trong cột sống, vốn chịu trách nhiệm cho sự vận động các cơ, bao gồm thân mình, chi, và cơ gian sườn trước.[18] Virus xâm nhập dẫn đến sự viêm các tế bào thần kinh, làm tổn thương hoặc phá hủy hạch thần kinh nơron vận động. Khi các nơron tủy sống chết, quá trình thoái hóa Waller diễn ra, dẫn đến sự yếu các cơ do các nơron đó kiểm soát.[44] Khi các tế bào thần kinh bị phá hủy, các cơ không còn nhận tín hiệu từ não bộ hay tủy sống; không có các kích thích thần kinh, các cơ bị teo, trở nên yếu ớt, mềm xụ và khó kiểm soát, cuối cùng dẫn đến liệt.[18] Liệt hoàn toàn tiến triển nhanh (hai đến bốn ngày) và thường đi kèm với sốt và đau cơ. Các phản xạ gân cũng bị tác động, và thường bị mất hoặc yếu đi; tuy nhiên, cảm giác ở những chi bị liệt không bị ảnh hưởng.[45]

Mức độ ảnh hưởng của liệt tủy tùy thuộc vào vùng bị ảnh hưởng, có thể là cổ, ngực, hoặc thắt lưng.[46] Virus có thể ảnh hưởng đến cơ ở cả hai bên cơ thể, tuy nhiên thường sự liệt chỉ xảy ra ở một bên.[36] Bất kỳ chi nào cũng có thể bị liệt – một chân, một tay hoặc cả hai chân và hai tay. Liệt thường nặng hơn ở gần trung tâm cơ thể (nơi các chi nối với thân) hơn là ở xa (các ngón tay và ngón chân).[36]

Bại liệt hành não

Vị trí và cấu tạo của hành não (màu cam)

Chiếm khoảng hai phần trăm các ca viêm tủy xám liệt, bại liệt hành não diễn ra khi virus bại liệt xâm nhập và phá hủy các dây thần kinh trong vùng hành não của thân não.[1] Vùng hành não là một đường chất trắng kết nối vỏ đại não với thân não. Sự phá hủy những dây thần kinh này làm yếu các cơ của dây thần kinh sọ, dẫn đế triệu chứng của viêm não, và gây khó thở, nói và nuốt.[17] Các dây thần kinh quan trọng bị ảnh hưởng bao gồm dây thần kinh lưỡi-hầu (kiểm soát một phần việc nuốc và các chứng năng của họng, lưỡi và vị giác), thần kinh lang thang (gửi tín hiệu đến tim, ruột và phổi), và thần kinh phụ (kiểm soát vận động cổ trên). Do ảnh hưởng lên việc nuốt, dịch nhầy tiết ra có thể tích tụ trong khí quản, làm ngạt thở.[40] Các dấu hiệu và triệu chứng khác bao gồm yếu mặt (do sự phá hủy thần kinh sinh ba và thần kinh mặt, phân bố ở má, ống thông mũi họng, nướu, và cơ mặt), song thị, khó nhai, cũng như độ sâu, nhịp điệu, và tần số hô hấp khác thường (có thể dẫn đến ngừng hô hấp). Phù phổi và sốc tuần hoàn cũng có thể xảy ra và có khả năng gây tử vong.[46]

Bại liệt hành-tủy

Khoảng 19 phần trăm các ca viêm tủy xám liệt có cả triệu chứng tủy và hành não; được gọi là bại liệt hô hấp hay hành-tủy.[1] Trong trường hợp này, virus tác động đến phần trên của tủy sống cổ (đốt sống cổ C3 đến C5), xảy ra liệt cơ hoành. Các dây thần kinh quan trọng bị ảnh hưởng là dây thần kinh hoành (điều kiển cơ hoành để phồng phổi) và những dây kiểm soát cơ cần để nuốt. Do những dây thần kinh đó bị phá hủy, dạng bại liệt này ảnh hưởng đến việc hít thở, khiến bệnh nhân khó hoặc không thể hô hấp mà không có máy thở. Nó có thể dẫn đến liệt cánh tay và chân, cũng như ảnh hưởng đến việc nuốt và chức năng của tim.[47]