સ્ટ્રોક અને મગજમાં ઓછા રક્તપ્રવાહના સંશોધનમાં મેથિલીન બ્લુ: ત્રણ મોડેલ ખરેખર શું દર્શાવે છે

અવરોધાયેલી ધમની, પોષક તત્ત્વોથી વંચિત કોષ સંવર્ધન અને ગરદનની ધમનીઓ સાંકડી કરાયેલો ઉંદર—આ એક જ પ્રયોગનાં ત્રણ સ્વરૂપ જેવાં લાગે છે. પરંતુ તે એવું નથી. દરેક અલગ પ્રશ્ન પૂછે છે, અને દરેકમાં મેથિલીન બ્લુ અલગ જવાબ આપે છે. તેમને એકસાથે ગૂંચવો તો સંશોધન સાહિત્ય વિરોધાભાસી લાગે છે. તેમને અલગ રાખો તો એક સ્પષ્ટ પેટર્ન દેખાય છે, જે મુખ્યત્વે ઉપયોગના સમય પર આધારિત છે.

આ ભેદ સ્પષ્ટ કરવો એ જ આ સમીક્ષાનો મુખ્ય હેતુ છે. ત્રણ મોડેલ છે: તીવ્ર સ્થાનિક સ્ટ્રોક, સંવર્ધિત કોષોમાં ઑક્સિજન-ગ્લુકોઝના અભાવ પછી ફરી ઑક્સિજન મળવું, અને અઠવાડિયાઓ સુધી મગજમાં ઓછો રક્તપ્રવાહ. તેમને જોડતી સૂચિત કાર્યપદ્ધતિ મિટોકોન્ડ્રિયા સાથે સંબંધિત છે, પરંતુ ચયાપચયની પરિસ્થિતિ જુદી હોવાથી પરિણામો પણ જુદાં પડે છે.

ત્રણ મોડેલ અલગ પ્રશ્નોના જવાબ આપે છે

ઉંદરોમાં તીવ્ર સ્થાનિક સ્ટ્રોક સામાન્ય રીતે મધ્ય મસ્તિષ્ક ધમનીને અવરોધીને સર્જવામાં આવે છે, જેને ટૂંકમાં MCAO કહે છે. લોહીના ગંઠાવા જેવો અવરોધ રક્તપુરવઠાના અભાવવાળો કેન્દ્રિય વિસ્તાર બનાવે છે, જેની આસપાસ પેનમ્બ્રા હોય છે—એવા પેશીવિસ્તાર જે જોખમમાં હોય છે, પરંતુ રક્તપ્રવાહ પાછો આવે તો બચાવી શકાય છે. અહીં પ્રશ્ન એ છે કે કોઈ હસ્તક્ષેપ ઇન્ફાર્ક્ટની વૃદ્ધિ ધીમી કરે છે કે રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત થવાના સમયની આસપાસ કાર્યક્ષમતા જાળવે છે.

ઑક્સિજન-ગ્લુકોઝનો અભાવ, જેને ટૂંકમાં OGD કહે છે, તેનાથી વિપરીત સ્તરે કામ કરે છે. સંવર્ધિત મગજના કોષોને ગ્લુકોઝ વગર લગભગ શૂન્ય ઑક્સિજનમાં રાખવામાં આવે છે, અને પછી સામાન્ય સંવર્ધન માધ્યમમાં પાછા મૂકવામાં આવે છે. તેમાં લોહીનો ગંઠો, વૈકલ્પિક રક્તપરિભ્રમણ, રક્તચાપ કે રોગપ્રતિકારક તંત્ર હોતું નથી. પ્રશ્ન સંપૂર્ણપણે કોષીય છે: ચયાપચય માટેના પદાર્થો ગાયબ થાય અને પછી પાછા મળે ત્યારે કોષીય શ્વસન, ATP અને જીવિત રહેવાની ક્ષમતા પર શું અસર થાય છે.

મગજમાં લાંબા ગાળાના ઓછા રક્તપ્રવાહ માટે ઉંદરોની બંને કેરોટિડ ધમનીઓને કાયમી રીતે અવરોધવામાં આવે છે; તેને 2VO મોડેલ કહે છે. અગ્રમગજનો રક્તપ્રવાહ ઘટે છે અને અઠવાડિયાઓ સુધી ઓછો રહે છે. તેમાં અચાનક સ્થાનિક ઇન્ફાર્ક્ટ થતો નથી અને કટોકટીમાં રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવતો નથી. પ્રશ્ન એ છે કે લાંબા સમય સુધી ઓછા રક્તપ્રવાહ દરમિયાન અઠવાડિયાઓનું ચયાપચય આધાર રક્તવાહિનીઓ, મિટોકોન્ડ્રિયા અને સ્મૃતિને જાળવે છે કે નહીં.

આથી, 2VO મોડેલમાં એક મહિનાની સારવાર પછી સ્મૃતિમાં સુધારો થવો એ કટોકટીની થ્રોમ્બેક્ટોમિ દરમિયાન માનવ મગજને બચાવવા વિશે સીધું કંઈ જણાવતું નથી. આ ભેદ મહત્વનો છે, કારણ કે મોટાભાગના આશાવાદી સારાંશો તેને અવગણે છે.

તીવ્ર સ્ટ્રોક: રક્તપ્રવાહ પાછો આવે ત્યારે રક્ષણ, ન આવે ત્યારે વિલંબ

તીવ્ર સ્થિતિનું સૌથી સ્પષ્ટ પરિણામ રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવ્યો હોય એવા અસ્થાયી MCAOમાંથી મળે છે. ઉંદરોમાં 60 મિનિટ સુધી અવરોધ રાખવામાં આવ્યો, પછી રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત થવાની શરૂઆતથી મેથિલીન બ્લુની ઓછી માત્રા નસ દ્વારા આપવામાં આવી, અને વધુ માત્રાઓ 3 કલાકે તથા દિવસ 2 પર આપવામાં આવી. MRIએ દર્શાવ્યું કે વાહક દ્રાવણ મેળવનારા જૂથમાં ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તાર દિવસ 2 સુધીમાં લગભગ 19 ટકા વધ્યો, જ્યારે સારવાર મેળવનારા જૂથમાં તે લગભગ 17 ટકા ઘટ્યો; અંતિમ ઇન્ફાર્ક્ટ લગભગ 30 ટકા નાના હતા અને દિવસ 2 તથા 7 પર ન્યુરોલોજિકલ સ્કોર વધુ સારા હતા. ઇમેજિંગમાં કેન્દ્રિય અને પેનમ્બ્રા બંને વિસ્તારના પેશીઓનું જીવિત રહેવું સુધર્યું. વ્યાપક ન્યુરોપ્રોટેક્શન સાહિત્ય રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત થવાના સમયે મળતા આ રક્ષણને વ્યાપક ઇસ્કીમિયા અને આઘાતના તારણોની સાથે મૂકે છે.

ધમની અવરોધાયેલી જ રહે ત્યારે ચિત્ર બદલાય છે. કાયમી MCAOના પ્રયોગમાં, ચાલુ ઇસ્કીમિયા દરમિયાન આપવામાં આવેલા મેથિલીન બ્લુએ ડિફ્યુઝન ઇમેજિંગમાં દેખાતા ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તારનું વિસ્તરણ ધીમું કર્યું અને થોડા સમય માટે પર્ફ્યુઝન-ડિફ્યુઝન વચ્ચેનો અસંગત વિસ્તાર જાળવી રાખ્યો. સ્થાનિક રક્તપ્રવાહ થોડો વધુ સારો હતો, પરંતુ 24 કલાકે અંતિમ ઇન્ફાર્ક્ટના ઘનફળમાં નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો. તેણે જોખમવાળા પેશીઓનું ઇન્ફાર્ક્ટમાં રૂપાંતર વિલંબિત કર્યું, પરંતુ રક્તવાહિની ફરી ખોલવાનો વિકલ્પ બન્યું નહીં.

ત્રીજો તીવ્ર સ્થિતિનો અભ્યાસ કાર્યપદ્ધતિ અને માત્રા વિશે વધુ સૂક્ષ્મ માહિતી ઉમેરે છે. અવરોધ પછી તરત જ પેટની અંદરની ગુહામાં આપેલી એક માત્રાથી ઇન્ફાર્ક્ટમાં સૌથી મોટો ઘટાડો, લગભગ 50 ટકા, 1 અથવા 10 mg/kgને બદલે મધ્યમ 5 mg/kg માત્રાએ જોવા મળ્યો; સાથે સંવેદન-ચલન સંબંધિત સ્કોર પણ વધુ સારા હતા. લેખકોએ આને મિટોકોન્ડ્રિયાની રચના જળવાઈ રહેવા અને મિટોફેજી વધવા સાથે જોડ્યું. મિટોફેજી એટલે ક્ષતિગ્રસ્ત મિટોકોન્ડ્રિયાને પસંદગીપૂર્વક દૂર કરવાની પ્રક્રિયા. તેથી માત્રા, આપવાનો માર્ગ અને સમયક્રમ મહત્વના છે, અને ઉંદરોના mg/kg મૂલ્યો માનવ સ્ટ્રોક માટેની માત્રાઓ નથી.

કોષ સંવર્ધન: એક જ દવા ક્યારે પહોંચે છે તેના આધારે મદદ કરે છે કે નુકસાન

એસ્ટ્રોસાઇટનો પ્રયોગ સૌથી વધુ સમજ આપનારો અને સૌથી વધુ ખોટી રીતે ટાંકવામાં આવતો પ્રયોગ છે. ઉંદરના મસ્તિષ્ક પ્રાંતસ્થાના પ્રાથમિક એસ્ટ્રોસાઇટને ગ્લુકોઝ, પાયરુવેટ કે સીરમ વિનાના માધ્યમમાં 0.1 ટકા ઑક્સિજન પર 6 કલાક સુધી ગંભીર અભાવની સ્થિતિમાં રાખવામાં આવ્યા. ત્યારબાદ ચયાપચય માટેના પદાર્થો ફરી આપીને 24 કલાક સુધી ઑક્સિજન પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવ્યો. લગભગ અડધા કોષો મૃત્યુ પામ્યા, જેથી પરીક્ષણમાં અસર કઈ દિશામાં જાય છે તે દર્શાવવા અવકાશ રહ્યો.

અભાવના તબક્કા દરમિયાન મેથિલીન બ્લુ હાજર હતું ત્યારે જીવિત રહેવાની ક્ષમતા સુધરવાને બદલે વધુ ખરાબ થઈ. તેના બદલે ઑક્સિજન ફરી આપતી વખતે તે ઉમેરવામાં આવ્યું ત્યારે, ઓછી માઇક્રોમોલર સાંદ્રતાએ જીવંતતા સુધારી અને ઑક્સિજનનો વપરાશ, ગ્લુકોઝનું ગ્રહણ તથા ATPનું ઉત્પાદન વધાર્યું. સામાન્ય પરિસ્થિતિમાં આ જ સાંદ્રતાઓએ 0.1 માઇક્રોમોલર પર ગ્લુકોઝનું ગ્રહણ લગભગ 89 ટકા અને 1 માઇક્રોમોલર પર લગભગ 200 ટકા વધાર્યું. ઇજા પછી ગ્લાયકોજન અને હેક્સોકાઇનેઝની પ્રવૃત્તિ જળવાઈ રહી, અને સુપરઑક્સાઇડમાં કોઈ માપી શકાય એવો વધારો થયો નહીં.

બેકઅપ જનરેટરની ઉપમા દ્વારા આ કાર્યપદ્ધતિ સમજવી વધુ સરળ છે. મેથિલીન બ્લુ વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રોન વાહક તરીકે કામ કરે છે, જે અપચયકારી સમકક્ષો સ્વીકારે છે અને તેમને સાઇટોક્રોમ c તથા કોમ્પ્લેક્સ IV તરફ પહોંચાડે છે. આ પ્રક્રિયા અગાઉના તબક્કાઓમાં ઇલેક્ટ્રોનનું લીકેજ ઘટાડતાં ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહ અને ATPના સંશ્લેષણને ટેકો આપે છે. ગંભીર અભાવ દરમિયાન આ ઉત્તેજન નુકસાનકારક બને છે, કારણ કે ઑક્સિજન અને ગ્લુકોઝ લગભગ ગેરહાજર હોય ત્યારે તે ચયાપચયની માંગ વધારે છે, જે છેલ્લાં અનામત સંસાધનોને વધુ ઝડપથી ખતમ કરી શકે છે. ચયાપચય માટેના પદાર્થો પાછા મળે પછી આ જ ગુણ ફાયદાકારક બને છે, કારણ કે તે ક્ષતિગ્રસ્ત મિટોકોન્ડ્રિયાને ફરી ઉપલબ્ધ થયેલા ઑક્સિજન અને ગ્લુકોઝનો કાર્યક્ષમ રીતે ઉપયોગ કરવામાં મદદ કરે છે. આ જ કારણે મિટોકોન્ડ્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન હસ્તાંતરણને સમજાવતા લેખોના તારણો સાથે અભાવની પરિસ્થિતિનો સંદર્ભ જોડાયેલો હોવો જરૂરી છે.

એક સાવચેતી: સમય અંગેનો આ નિયમ એ ચોક્કસ એસ્ટ્રોસાઇટ પ્રયોગવ્યવસ્થાને લાગુ પડે છે. અલગ પ્રકારના કોષો, ઓછો ગંભીર અભાવ અને ઓછી સાંદ્રતા ધરાવતા સંબંધિત કોષ અભ્યાસમાં, અભાવ દરમિયાન સંપર્ક છતાં રક્ષણ જોવા મળ્યું. કોષનો પ્રકાર, બાકી રહેલો ઑક્સિજન, સાંદ્રતા અને પ્રયોગની પદ્ધતિ નક્કી કરે છે કે અસર લાભદાયક હશે કે નુકસાનકારક.

લાંબા ગાળાનો ઓછો રક્તપ્રવાહ: અઠવાડિયાઓ દરમિયાન સ્મૃતિ, સાઇટોક્રોમ ઑક્સિડેઝ અને રક્તવાહિનીઓ

લાંબા ગાળાના પ્રયોગોમાં અઠવાડિયાઓ સુધી દરરોજ ઓછી માત્રાની સારવાર આપવામાં આવી હતી, કટોકટીમાં એક જ વાર બોલસ માત્રા નહીં. પ્રથમ અભ્યાસમાં, કાયમી કેરોટિડ અવરોધવાળા ઉંદરોને એક મહિના સુધી દરરોજ 4 mg/kg આપવામાં આવ્યું. દરરોજના તાલીમ સત્ર પછી તેનો સમય રાખવામાં આવ્યો, જેથી તાત્કાલિક પ્રદર્શનને બદલે સ્મૃતિના સુદૃઢીકરણને લક્ષ્ય બનાવી શકાય. અવરોધવાળા પ્રાણીઓ દૃશ્યભેદ ઓળખવાના પ્રશ્નો વધુ ધીમે શીખ્યાં અને મુશ્કેલ સ્મૃતિ પરીક્ષણમાં નબળું પ્રદર્શન કર્યું, જ્યારે તરવાની ક્ષમતા, ચળવળની પ્રવૃત્તિ અને ગંધની ઓળખ પર અસર થઈ નહોતી. રોજની સારવારથી સામાન્ય ચળવળના વર્તનમાં ફેરફાર કર્યા વગર શીખવાની અને સ્મૃતિની ખામીઓ ઓછી થઈ.

અનુવર્તી અભ્યાસમાં એ જ એક મહિનાના સારવારક્રમ પછી મગજના 44 વિસ્તારોમાં સાઇટોક્રોમ ઑક્સિડેઝનું નકશાંકન કરવામાં આવ્યું; આ મિટોકોન્ડ્રિયાનું કોમ્પ્લેક્સ IV છે. અવરોધને કારણે દૃશ્ય, પ્રીફ્રન્ટલ અને પેરિરાઇનલ પ્રાંતસ્થા ઉપરાંત હિપ્પોકેમ્પસ અને એમિગ્ડાલામાં ઉત્સેચકની પ્રવૃત્તિ ઘટી, અને દૃશ્ય પ્રાંતસ્થા તથા હિપ્પોકેમ્પસ વચ્ચેની સંકલિત પ્રવૃત્તિ નબળી પડી. સારવારથી પ્રાદેશિક ઉત્સેચક પ્રવૃત્તિ જળવાઈ રહી અને જુદા વિસ્તારો વચ્ચેના આ ચયાપચય સહસંબંધો મજબૂત થયા; જળવાયેલી પ્રવૃત્તિ વધુ સારા કાર્યપ્રદર્શન સાથે સહસંબંધિત હતી. આ સહસંબંધો સંકલિત ચયાપચય ઉત્સેચક પ્રવૃત્તિનું વર્ણન કરે છે, માનવ મગજની કાર્યાત્મક જોડાણક્ષમતાના સીધા માપનું નહીં—આ ભેદ મગજના ઊર્જા ચયાપચયની સમીક્ષાઓ સ્પષ્ટ રાખવામાં મદદ કરે છે.

એક અલગ, એક અઠવાડિયાના અભ્યાસમાં દરરોજ 2 mg/kg વપરાયું અને કાર્યપદ્ધતિ તપાસવા માટે સંકેત માર્ગનો અવરોધક ઉમેરવામાં આવ્યો. સારવારથી મગજનો રક્તપ્રવાહ દર મિનિટે 100 g દીઠ લગભગ 60થી લગભગ 100 mL થયો, અને હિપ્પોકેમ્પસમાં રક્તવાહિનીઓની ઘનતા લગભગ 15.1થી 23 ટકા થઈ. PI3K/Akt કોષ-અસ્તિત્વ માર્ગને અવરોધવામાં આવ્યો ત્યારે બંને વધારાઓ આંશિક રીતે ઘટ્યા, અને સારવારથી ફૉસ્ફોરિલેટેડ Akt વધ્યું. રક્તપ્રવાહ, રક્તવાહિનીઓની ઘનતા, અવરોધક પડદો અને ચેતાકોષો સંબંધિત તારણો માત્ર ચયાપચયની અસરને બદલે PI3K/Akt સંકેતપ્રક્રિયા સાથે જોડાયેલા ચેતા-રક્તવાહિની રક્ષણ તરફ નિર્દેશ કરે છે.

આમાંથી કંઈ પણ કટોકટીની સ્ટ્રોક સારવાર સમાન કેમ નથી

પ્રયોગશાળામાં પરિસ્થિતિઓ પરનું નિયંત્રણ એ કારણ છે કે આ પરિણામો સીધાં લાગુ કરી શકાતાં નથી. સંવર્ધિત કોષોમાં લોહીનો ગંઠો કે શરીરમાં દવાની ગતિની પ્રક્રિયાઓ હોતી નથી. 2VO મોડેલ લાંબા સમય સુધી વ્યાપક ઓછા રક્તપ્રવાહનો છે, મિનિટો પહેલાં સર્જાયેલા પેનમ્બ્રાવાળા અચાનક સ્થાનિક એમ્બોલસનો નહીં. ઉંદરના MCAOમાં પણ યુવાન, સ્વસ્થ પ્રાણીઓ, એનેસ્થેસિયા, એકસરખા અવરોધ અને ચોક્કસ સમયે અપાતી માત્રાઓનો ઉપયોગ થાય છે. આ વિવિધ પ્રકારના લોહીના ગંઠા, એથેરોસ્ક્લેરોસિસ, ઊંચું રક્તચાપ, ડાયાબિટીસ અને શરૂઆતના અજ્ઞાત સમય ધરાવતા વૃદ્ધ દર્દીઓથી જુદું છે.

કોઈ પ્રકાશિત રૅન્ડમાઇઝ્ડ માનવ પરીક્ષણે મેથિલીન બ્લુને તીવ્ર ઇસ્કીમિક સ્ટ્રોકની કટોકટીની સારવાર તરીકે સ્થાપિત કર્યું નથી. ક્યારેક ટાંકવામાં આવતા માનવ ઇમેજિંગ અભ્યાસમાં સ્ટ્રોકના દર્દીઓ નહીં, પરંતુ 26 સ્વસ્થ પુખ્ત વ્યક્તિઓ સામેલ હતી. મોઢેથી અપાયેલી એક માત્રાએ કાર્યસંબંધિત મગજના સંકેતો બદલ્યા અને સ્મૃતિમાંથી માહિતી પાછી મેળવવામાં નાનો સુધારો થયો. તે કેન્દ્રીય ચેતાતંત્રમાં પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે, સ્ટ્રોકમાં અસરકારકતા નહીં. વર્તમાન કટોકટી માર્ગદર્શન તેના બદલે યોગ્ય દર્દીઓમાં નસ દ્વારા થ્રોમ્બોલિસિસ અને યોગ્ય મોટી રક્તવાહિનીના અવરોધોમાં થ્રોમ્બેક્ટોમિ વડે ઝડપથી રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત કરવા પર કેન્દ્રિત છે. સ્ટ્રોકની પ્રમાણભૂત કટોકટી સારવાર પ્રક્રિયાઓ જ એકમાત્ર સાબિત માર્ગ છે. સ્ટ્રોકની શંકા હોય ત્યારે મેથિલીન બ્લુ આપવા માટે સારવારમાં ક્યારેય વિલંબ કરવો નહીં. પૂર્વક્લિનિકલ માત્રાઓ પરથી અનુમાન કરવાની વ્યવહારિક મર્યાદાઓ સમજાવે છે કે ઉંદરોના સારવાર સમયક્રમને ક્લિનિકલ સારવારક્રમ તરીકે કેમ ન વાંચી શકાય.

સલામતીનો સંદર્ભ આ સીમાને વધુ મજબૂત બનાવે છે. નસ દ્વારા અપાતા મેથિલીન બ્લુ પર ગંભીર અથવા જીવલેણ સેરોટોનિન સિન્ડ્રોમ અંગે બોક્સવાળી ચેતવણી છે, જ્યારે તેને સેરોટોનિન પર અસર કરતી દવાઓ સાથે આપવામાં આવે છે. તેમાં SSRIs, SNRIs અને MAO અવરોધકો સામેલ છે, જે સ્ટ્રોક થવાની વયના ઘણા દર્દીઓ લેતા હોય છે. હિમોલિસિસના જોખમને કારણે G6PDની ઉણપમાં તેનો ઉપયોગ નિષિદ્ધ છે. તે નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડની સંકેતપ્રક્રિયાને પણ અવરોધે છે, જેના કારણે કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં રક્તવાહિનીઓનો પ્રતિકાર અને દબાણ વધે છે. તેથી તેને માત્ર મગજમાં રક્તપ્રવાહ વધારતી દવા તરીકે વર્ણવવી યોગ્ય નથી. હસ્તગત મેથેમોગ્લોબિનેમિયા માટે મંજૂર 1 mg/kgનો નસ દ્વારા અપાતો સારવારક્રમ સ્ટ્રોકનો સારવારક્રમ નથી.

પ્રામાણિક સારાંશ મર્યાદિત છે, પરંતુ વાસ્તવિક છે. અસ્થાયી સ્થાનિક ઇસ્કીમિયામાં રક્તપ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત થવાના સમયની આસપાસ, ઓછી માત્રાના મેથિલીન બ્લુએ ઉંદરોમાં ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તારનો વિકાસ ઘટાડ્યો. કાયમી અવરોધમાં તેણે ઇન્ફાર્ક્ટને વિલંબિત કર્યો, પરંતુ અટકાવ્યો નહીં. એસ્ટ્રોસાઇટમાં તેણે ગંભીર અભાવ દરમિયાન નુકસાન કર્યું અને ઑક્સિજન ફરી મળતાં મદદ કરી. લાંબા ગાળાના ઓછા રક્તપ્રવાહ દરમિયાન તેણે અઠવાડિયાઓ સુધી સાઇટોક્રોમ ઑક્સિડેઝ, રક્તવાહિનીઓ અને સ્મૃતિને જાળવી રાખ્યાં. એક વાહક, ત્રણ પરિસ્થિતિઓ, ત્રણ જવાબો.