Κυανό του μεθυλενίου για την εγκεφαλική κάκωση: κατανοώντας τα προκλινικά δεδομένα

Ένα χτύπημα στο κεφάλι, μια αποφραγμένη αρτηρία και μια αργά εξελισσόμενη νευροεκφυλιστική νόσος μπορούν όλα να καταλήξουν στο ίδιο πρόβλημα: ο εγκέφαλος δεν έχει πλέον την ενέργεια που χρειάζεται για να λειτουργήσει. Αυτό το κοινό τελικό αποτέλεσμα εξηγεί γιατί μία ένωση εμφανίζεται επανειλημμένα και στις τρεις βιβλιογραφίες. Όμως το κοινό τελικό αποτέλεσμα δεν συνεπάγεται κοινή έννοια. Μια αγωγή που χορηγείται πριν από μια κάκωση, μια αγωγή που χορηγείται μέσα στην επόμενη ώρα και μια αγωγή της οποίας τα αποτελέσματα μετρώνται μήνες αργότερα εξετάζουν διαφορετικές ιδέες, ακόμη κι όταν η σύριγγα περιέχει το ίδιο μπλε υγρό.

Αυτό το άρθρο εστιάζει στο τμήμα αυτής της βιβλιογραφίας που αφορά την κάκωση. Εξετάζει τι σημαίνει η χρήση κυανού του μεθυλενίου για την εγκεφαλική κάκωση σε πειράματα με ζώα, διαχωρίζει την τραυματική κάκωση από το εγκεφαλικό επεισόδιο και τη χρόνια νευροεκφύλιση και δείχνει γιατί ο χρόνος χορήγησης της δόσης εξηγεί τις περισσότερες διαφορές μεταξύ των μελετών.

Τρεις βλάβες, μία ενεργειακή ανεπάρκεια

Ο μηχανισμός που συνδέει αυτά τα μοντέλα βρίσκεται μέσα στα μιτοχόνδρια. Κανονικά, τα ηλεκτρόνια διέρχονται από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για να παραχθεί ATP, και μια υγιής αλυσίδα κρατά υπό έλεγχο τις δραστικές μορφές οξυγόνου. Μετά την κάκωση, τμήματα της αλυσίδας δυσλειτουργούν, η παραγωγή ATP μειώνεται και η παραγωγή ελεύθερων ριζών αυξάνεται. Η ανασκόπηση του 2018 στο Molecular Neurobiology περιγράφει το κυανό του μεθυλενίου ως εναλλακτικό φορέα ηλεκτρονίων: δέχεται ηλεκτρόνια από το NADH και τα μεταφέρει στο κυτόχρωμα c, αυξάνοντας τη δραστικότητα του συμπλόκου IV και αποκαθιστώντας τη σύνθεση ATP ακόμη κι όταν το αρχικό τμήμα της αλυσίδας έχει υποστεί βλάβη.

Οι αριθμοί που αναφέρονται είναι συγκεκριμένοι. Σε παρασκευάσματα κυττάρων και ιστικών τομών, η δραστικότητα του συμπλόκου IV αυξήθηκε κατά 30 έως 100 τοις εκατό, ενώ η κατανάλωση οξυγόνου αυξήθηκε παράλληλα. Αυτό υποδηλώνει ότι τα επιπλέον ηλεκτρόνια παρήγαγαν χρήσιμο έργο αντί να διαφεύγουν ως ελεύθερες ρίζες. Σε μοντέλο εγκεφαλικού επεισοδίου σε αρουραίους, η παραγωγή ATP στην προσβεβλημένη περιοχή ήταν περίπου 30 τοις εκατό υψηλότερη 24 ώρες μετά την αγωγή σε σύγκριση με τα ζώα που δεν έλαβαν αγωγή. Η ανασκόπηση του 2022 στο Biochemistry (Moscow) προσθέτει τις επακόλουθες επιδράσεις: λιγότερο οξειδωτικό στρες, λιγότερη νευροφλεγμονή, λιγότερη απόπτωση, καθώς και επιδράσεις στη μονοαμινοξειδάση, στη συνθάση του μονοξειδίου του αζώτου, στη μιτοχονδριακή βιογένεση, στην αυτοφαγία και στη συσσωμάτωση λανθασμένα αναδιπλωμένων πρωτεϊνών.

Η ιδέα, λοιπόν, είναι απλή. Η κάκωση εμποδίζει τη φυσιολογική διαδρομή των ηλεκτρονίων και το κυανό του μεθυλενίου προσφέρει μια παράκαμψη. Όλα όσα ακολουθούν εξαρτώνται από το είδος της κάκωσης, τον χρόνο χορήγησης και τον τρόπο μέτρησης.

Η τραυματική κάκωση δεν είναι εγκεφαλικό επεισόδιο

Σε ένα μοντέλο τραυματικής εγκεφαλικής κάκωσης, η δύναμη ασκείται απότομα. Η πρωτογενής βλάβη είναι μηχανική: ο ιστός σχίζεται, τα αγγεία ρήγνυνται και ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός διαταράσσεται μέσα σε λίγα λεπτά. Αυτό που θα μπορούσε εύλογα να επηρεάσει το κυανό του μεθυλενίου είναι το δευτερογενές κύμα που ακολουθεί επί ώρες και ημέρες, καθώς τα μιτοχόνδρια στον ιστό που έχει επιβιώσει δυσλειτουργούν, η φλεγμονή εξαπλώνεται και το οίδημα αυξάνεται. Τα καταληκτικά σημεία αυτών των μελετών αντανακλούν αυτή την αλληλουχία: όγκος της βλάβης, περιεκτικότητα του εγκεφάλου σε νερό, επιβίωση νευρώνων κοντά στο σημείο πρόσκρουσης και μεταγενέστερη συμπεριφορά, όπως η κινητική αποκατάσταση ή η μάθηση σε λαβύρινθο.

Σε ένα μοντέλο εγκεφαλικού επεισοδίου ή γενικευμένης ισχαιμίας, η βλάβη ακολουθεί την αντίστροφη πορεία. Η αιματική ροή σταματά, η ενεργειακή ανεπάρκεια εμφανίζεται μέσα σε λίγα λεπτά και η αποκατάσταση της ροής προκαλεί τη δική της βλάβη επαναιμάτωσης. Εδώ η χορήγηση συγχρονίζεται με το αγγειακό συμβάν, συχνά μέσα σε λίγα λεπτά από την απόφραξη ή την επαναιμάτωση, και τα καταληκτικά σημεία ποσοτικοποιούν την οξεία έκβαση του ιστού μέσα σε ώρες έως μία ή δύο ημέρες: μέγεθος εμφράκτου, αιματική ροή και πρώιμη λειτουργική αποκατάσταση. Ένα μοτίβο στη βιβλιογραφία του εγκεφαλικού επεισοδίου είναι η προχορήγηση, δηλαδή η χορήγηση στα ζώα πριν από την αγγειακή απόφραξη, η οποία εξετάζει την πρόληψη με τρόπο που κανένα πείραμα κρανιοεγκεφαλικής κάκωσης δεν μπορεί να αναπαράγει δεοντολογικά σε ανθρώπους.

Τα αποτελέσματα για το εγκεφαλικό επεισόδιο είναι τα ισχυρότερα στη βιβλιογραφία της εγκεφαλικής βλάβης και περιλαμβάνουν επίσης το σαφέστερο μηδενικό εύρημα. Αρουραίοι που έλαβαν κυανό του μεθυλενίου κατά την επαναιμάτωση μετά από μία ώρα απόφραξης της μέσης εγκεφαλικής αρτηρίας είχαν εμφράκτα μικρότερα κατά 30 τοις εκατό την ημέρα 2, με μεγαλύτερη διάσωση του απειλούμενου πυρήνα και της ισχαιμικής ζώνης πέριξ αυτού (Shen, 2013). Μια μελέτη μόνιμης απόφραξης διαπίστωσε βραδύτερη εξέλιξη του απειλούμενου ιστού προς έμφρακτο, αλλά καμία μείωση του τελικού όγκου του εμφράκτου στις 24 ώρες σε καμία από τις δύο δόσεις που δοκιμάστηκαν (Rodriguez, 2014). Μια τρίτη μελέτη απόφραξης μείωσε το μέγεθος του εμφράκτου περίπου στο μισό με την ενδιάμεση δόση και τεκμηρίωσε άμεσα τη μιτοχονδριακή υπερδομή και τη μιτοφαγία στον ισχαιμικό εγκέφαλο, αναφέροντας παράλληλα την αντίθετη προς τη διαίσθηση λεπτομέρεια ότι η μετρούμενη απόπτωση αυξήθηκε καθώς η νέκρωση μειωνόταν (Di, 2015). Και στη γενικευμένη ισχαιμία, η συνεχής έγχυση χαμηλής δόσης αποκατέστησε τη δραστικότητα της οξειδάσης του κυτοχρώματος c, τα επίπεδα ATP και το δυναμικό της μιτοχονδριακής μεμβράνης στην ευάλωτη περιοχή CA1 του ιππόκαμπου, διατήρησε αυτούς τους νευρώνες και προστάτευσε τη χωρική μνήμη (Lu, 2016). Αξίζει να σταθούμε στη μέτρηση στην CA1: πρόκειται για άμεσα δεδομένα ATP και αναπνευστικής αλυσίδας μέσα από έναν τραυματισμένο εγκέφαλο, τα οποία η βιβλιογραφία της τραυματικής εγκεφαλικής κάκωσης συνήθως συνάγει αντί να μετρά.

Η χρόνια νευροεκφύλιση διαφέρει και από τις δύο. Τα μοντέλα νόσου Alzheimer, Parkinson και Huntington περιλαμβάνουν χορήγηση στα ζώα επί εβδομάδες ή μήνες και μετρούν τη συσσωμάτωση πρωτεϊνών, τη διαχείριση της ντοπαμίνης ή τη σταδιακή γνωστική έκπτωση. Αυτά τα καταληκτικά σημεία δεν έχουν σχεδόν τίποτε κοινό με μια βλάβη που μετράται ημέρες μετά την πρόσκρουση. Οι αναγνώστες που μεταφέρουν ένα αποτέλεσμα από τη μία κατηγορία στην άλλη μετακινούν ένα εύρημα πέρα από ένα όριο που τα πειράματα δεν διέσχισαν ποτέ. Ο οδηγός μας για τη βιβλιογραφία της νευροεκφύλισης διατηρεί αυτές τις μελέτες μακράς διάρκειας στο δικό τους πλαίσιο, ενώ η σύγκριση με τα δεδομένα αποκλειστικά για το εγκεφαλικό επεισόδιο διαχωρίζει αναλυτικά τα πειραματικά σχέδια αγγειακής απόφραξης από εκείνα της πρόσκρουσης.

Τι έκαναν πραγματικά τα μοντέλα τραυματικής εγκεφαλικής κάκωσης

Δεν έχει δημοσιευθεί καμία δοκιμή σε ανθρώπους για το κυανό του μεθυλενίου στην τραυματική εγκεφαλική κάκωση. Το σύνολο των δεδομένων για την τραυματική εγκεφαλική κάκωση προέρχεται από πειράματα σε ζώα, κυρίως αρουραίους και ποντίκια, και συγκεντρώνεται γύρω από έναν μικρό αριθμό πειραμάτων που αξίζει να αναφερθούν, επειδή οι λεπτομέρειές τους διαφέρουν με τρόπους που οι περιλήψεις αποσιωπούν.

Η πρώτη μελέτη ελεγχόμενης φλοιϊκής πρόσκρουσης χορήγησε σε αρουραίους 1 mg/kg ενδοφλεβίως μία ώρα μετά από ήπια πρόσκρουση και στη συνέχεια 0.5 mg/kg στις τρεις ώρες (Watts, 2014). Ο όγκος της βλάβης στη μαγνητική τομογραφία παρέμεινε χαμηλότερος στα ζώα που έλαβαν αγωγή κατά τη διάρκεια δύο εβδομάδων παρακολούθησης. Τα λανθασμένα πατήματα σε δοκιμασία βάδισης μειώθηκαν σημαντικά τις ημέρες 1, 2 και 7, αλλά όχι την ημέρα 14. Στη μικροσκοπική εξέταση την ημέρα 14, οι εκφυλιζόμενοι νευρώνες στον τραυματισμένο φλοιό ήταν 270 έναντι 368 ανά πεδίο και τα ευρήματα μη φυσιολογικής χρώσης Nissl ήταν 41 έναντι 73. Με άλλα λόγια, υπήρχε πρώιμη προστασία, ενώ το πλεονέκτημα στη συμπεριφορά εξασθενούσε έως τη δεύτερη εβδομάδα.

Ένα πειραματικό σχέδιο διάχυτης κάκωσης χρησιμοποίησε πλήξη με παλμό υγρού στη μέση γραμμή σε ποντίκια και μία ενδοφλέβια δόση 2 mg/kg μέσα σε μισή ώρα (Fenn, 2015). Τα ζώα που έλαβαν αγωγή εμφάνισαν ηπιότερη έκφραση φλεγμονωδών γονιδίων, λιγότερα φλεγμονώδη μικρογλοιακά κύτταρα, λιγότερο εμφανές οίδημα και απουσία συμπεριφοράς τύπου κατάθλιψης την ημέρα 7. Τα μηδενικά ευρήματα έχουν εξίσου μεγάλη σημασία: η ίδια η κάκωση αύξησε μόνο μέτρια την περιεκτικότητα του εγκεφάλου σε νερό και το κυανό του μεθυλενίου δεν αντιστάθμισε την απώλεια σωματικού βάρους ή το έλλειμμα κινητικού συντονισμού. Η αντιφλεγμονώδης δράση δεν ισοδυναμεί με πλήρη προστασία.

Δύο μελέτες σε ποντίκια χρησιμοποίησαν το ίδιο σχήμα, 1 mg/kg στη μία ώρα, 0.5 mg/kg στις έξι ώρες και στη συνέχεια καθημερινή χορήγηση για τρεις ημέρες, και διερεύνησαν περαιτέρω τον μηχανισμό. Σε ένα μοντέλο φλοιϊκής πρόσκρουσης, η αγωγή μείωσε τον όγκο της βλάβης στις 24 ώρες, στις 72 ώρες και την ημέρα 14, διατηρώντας παράλληλα τους νευρώνες και αυξάνοντας τους δείκτες αυτοφαγίας (Zhao, 2016). Σε ένα μοντέλο πλήξης με παλμό υγρού, μείωσε τη νευρωνική απόπτωση, περιόρισε τη διαρροή του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και βελτίωσε τις νευρολογικές βαθμολογίες σε διάστημα δύο εβδομάδων (Shen, 2019). Ωστόσο, η περιεκτικότητα του εγκεφάλου σε νερό δεν εμφάνισε διαφορά στις 72 ώρες στη μελέτη Zhao, ενώ η επίδοση στη δοκιμασία περιστρεφόμενης ράβδου δεν εμφάνισε διαφορά τις ημέρες 1 και 3 στη μελέτη Shen. Τα καταληκτικά σημεία της βλάβης και της κυτταρικής επιβίωσης μεταβλήθηκαν· το οίδημα και τα πρώιμα κινητικά καταληκτικά σημεία δεν ακολούθησαν πάντα.

Ως προς τον χρόνο χορήγησης, ξεχωρίζει το πείραμα καθυστερημένης χορήγησης (Watts, 2016). Στο ίδιο μοντέλο πρόσκρουσης, η πρώτη δόση δεν δόθηκε μέχρι τις 24 ώρες μετά την κάκωση. Έως την ημέρα 2, η ομάδα καθυστερημένης χορήγησης εμφάνισε μειώσεις της βλάβης συγκρίσιμες με εκείνες των ζώων που έλαβαν αγωγή τις πρώτες ώρες, και η μείωση διατηρήθηκε τις ημέρες 7 και 14. Το εύρημα στη συμπεριφορά ήταν ασθενέστερο: η βελτίωση των λανθασμένων πατημάτων στην ομάδα καθυστερημένης χορήγησης ήταν μια μη στατιστικά σημαντική τάση. Ένα εργαστήριο, ένα μοντέλο, ένα χρονικό παράθυρο 24 ωρών. Αυτό αποτελεί πραγματικό στοιχείο ότι το παράθυρο εκτείνεται πέρα από τις πρώτες ώρες, αλλά είναι επίσης το σύνολο των στοιχείων που στηρίζουν αυτή την πρόταση. Προσέξτε την παγίδα στη λέξη «καθυστερημένη» σε άλλες πηγές: μια ρωσική σειρά μελετών με τίτλο γύρω από την καθυστερημένη νευροπροστασία χορήγησε τη δόση στα 30 λεπτά και χρησιμοποίησε τον όρο «καθυστερημένη» για να δηλώσει μακροχρόνια αποτελέσματα, όχι καθυστερημένη έναρξη.

Μια μικρότερη μελέτη εστιακής κάκωσης σε αρουραίους συμπληρώνει την εικόνα του χρόνου χορήγησης από την άλλη πλευρά: τόσο η χορήγηση αμέσως πριν από την κάκωση όσο και η χορήγηση 30 λεπτά μετά μείωσαν τη δυσλειτουργία των άκρων (Stelmashook, 2019). Η προχορήγηση λειτουργεί στο εργαστήριο ακριβώς επειδή το εργαστήριο προγραμματίζει την κάκωση.

Η ακρίβεια ως προς τη δόση έχει σημασία εδώ. Οι ανασκοπήσεις περιγράφουν τις χαμηλές δόσεις ως διεγερτικές για τη μιτοχονδριακή αναπνοή και τις υψηλές ως ανασταλτικές, με την ίδια διφασική μορφή που παρατηρείται γενικότερα στη φαρμακολογία του κυανού του μεθυλενίου. Γι’ αυτό τα αποτελέσματα δεν μπορούν να ερμηνεύονται ως «περισσότερο μπλε, περισσότερη αποκατάσταση». Κάθε μελέτη εξετάζει ένα σημείο σε μια καμπύλη. Η επεξήγηση της σχέσης δόσης–απόκρισης παρακολουθεί αυτή την καμπύλη σε διαφορετικά μοντέλα, ενώ το προφίλ ασφάλειας και ανεπιθύμητων ενεργειών καλύπτει το τι προκαλούν αντί γι’ αυτό οι υψηλότερες δόσεις.

Διαβάστε τον πίνακα οριζόντια: η ίδια ένωση, τρία διαφορετικά χρονικά πλαίσια. Η πρόληψη ανήκει στη μεσαία γραμμή, η άμεση θεραπεία στις δύο πρώτες και οι όψιμες εκβάσεις στην πρώτη και στην τρίτη.

Πρόληψη, άμεση θεραπεία, όψιμες εκβάσεις

Η πρόληψη είναι ο ισχυρισμός που παρερμηνεύεται ευκολότερα. Στα μοντέλα ισχαιμίας, τα ζώα που λαμβάνουν τη δόση πριν από την αγγειακή απόφραξη έχουν καλύτερη έκβαση, και αυτό το αποτέλεσμα αναφέρεται μερικές φορές σαν να προστατεύει το κυανό του μεθυλενίου οποιονδήποτε εγκέφαλο από οποιαδήποτε μελλοντική βλάβη. Δεν δείχνει κάτι τέτοιο. Δείχνει ότι τα μιτοχόνδρια που έχουν προετοιμαστεί με μια εναλλακτική διαδρομή ηλεκτρονίων ανέχονται καλύτερα μια προγραμματισμένη απώλεια αιματικής ροής. Κανείς δεν προγραμματίζει έναν τραυματισμό στο κεφάλι.

Στην άμεση θεραπεία συγκεντρώνονται τα δεδομένα για την τραυματική εγκεφαλική κάκωση. Η χορήγηση τις ώρες μετά την πρόσκρουση στοχεύει τον καταρράκτη της δευτερογενούς βλάβης ενώ αυτός ακόμη εξελίσσεται: ενεργειακή ανεπάρκεια, οξειδωτικό στρες, φλεγμονή, οίδημα. Οι βελτιώσεις στα καταληκτικά σημεία της βλάβης και του οιδήματος αποτελούν πραγματικές επιδράσεις της αγωγής, αλλά αφορούν την αντιμετώπιση μιας διεργασίας, όχι την αναστροφή της ρήξης του ιστού.

Οι όψιμες εκβάσεις αποτελούν την τρίτη έννοια. Η συμπεριφορά που μετράται εβδομάδες μετά την κάκωση ή η διαχείριση πρωτεϊνών που μετράται μήνες μετά την έναρξη ενός εκφυλιστικού μοντέλου απαντούν στο αν διατηρήθηκε η πρώιμη προστασία ή αν άλλαξαν πορεία οι αργές διεργασίες. Μια μικρότερη βλάβη στις 24 ώρες, μια μη στατιστικά σημαντική τάση στη συμπεριφορά μετά από δόση που καθυστέρησε 24 ώρες και μια βελτίωση σε λαβύρινθο μετά από μήνες χρόνιας χορήγησης είναι τρεις διαφορετικοί ισχυρισμοί με τρεις διαφορετικές απαιτήσεις τεκμηρίωσης, και μόνο ο πρώτος πληροί σήμερα αυτές τις απαιτήσεις σε περισσότερες από μία περιπτώσεις.

Τι δεν μπορούν να δείξουν αυτά τα δεδομένα

Κάθε παραπάνω αποτέλεσμα έχει τον ίδιο περιορισμό. Τα μιτοχόνδρια των τρωκτικών ανταποκρίνονται στο κυανό του μεθυλενίου με τρόπους που ενδέχεται να μοιράζονται και τα ανθρώπινα μιτοχόνδρια, αλλά ένας αρουραίος που λαμβάνει ενδοφλέβια δόση λίγα λεπτά μετά από μια ελεγχόμενης έντασης πρόσκρουση δεν είναι ένας άνθρωπος που φτάνει στα επείγοντα ώρες μετά από πτώση. Η αναισθησία, η ελεγχόμενη βαρύτητα της κάκωσης, τα νεαρά υγιή ζώα και η σύντομη παρακολούθηση περιορίζουν όλα τη δυνατότητα μεταφοράς των ευρημάτων. Δεν υπάρχει καμία μελέτη του κυανού του μεθυλενίου για κάκωση από έκρηξη, επομένως το είδος κάκωσης που αφορά περισσότερο τους αναγνώστες από τον στρατιωτικό χώρο είναι εκείνο με τα λιγότερα δεδομένα.

Επίσης, δεν προκύπτει αντιστοίχιση δόσεων για ανθρώπινη χρήση. Η βιβλιογραφία σε ζώα χρησιμοποιεί ενδοφλέβια και ενδοπεριτοναϊκή χορήγηση σε δόσεις επιλεγμένες για τον πειραματικό έλεγχο, όχι τις από του στόματος σταγόνες που πωλούνται στη λιανική. Τίποτε σε αυτές τις μελέτες δεν καθορίζει σχήμα χορήγησης για ανθρώπους και τίποτε εδώ δεν εξετάζει το κυανό του μεθυλενίου παράλληλα με τη συνήθη φροντίδα για τραυματισμό στο κεφάλι.

Η έντιμη σύνοψη, λοιπόν, χωρά σε μία παράγραφο. Στα τρωκτικά, το κυανό του μεθυλενίου που χορηγείται κοντά στον χρόνο της τραυματικής ή ισχαιμικής εγκεφαλικής βλάβης διατηρεί τη μιτοχονδριακή παραγωγή ενέργειας, και αυτή η διατήρηση ακολουθείται από μικρότερες βλάβες και καλύτερες βαθμολογίες αποκατάστασης. Μία μελέτη πρόσκρουσης διατήρησε μέρος της επίδρασης στη βλάβη με πρώτη δόση που καθυστέρησε 24 ώρες. Το αν κάτι από αυτά συμβαίνει σε τραυματισμένους ανθρώπινους εγκεφάλους δεν έχει εξεταστεί, και οι βιβλιογραφίες της τραυματικής εγκεφαλικής κάκωσης και του εγκεφαλικού επεισοδίου εξετάζουν διαφορετικούς χρόνους χορήγησης με διαφορετικά καταληκτικά σημεία. Όποιος πουλά βεβαιότητα στηριζόμενος σε αυτά τα δεδομένα προσθέτει ένα συστατικό που τα πειράματα δεν περιείχαν ποτέ.