Metýlenblátt í rannsóknum á heilablóðfalli og skertu heilablóðflæði: hvað þrjú líkön sýna í raun

Stífluð slagæð, sveltandi frumurækt og rotta með þrengdar hálsslagæðar hljóma eins og þrjár útgáfur af sömu tilrauninni. Svo er ekki. Hver þeirra spyr ólíkrar spurningar og metýlenblátt gefur ólíkt svar í hverri þeirra. Ef þeim er ruglað saman virðast rannsóknirnar mótsagnakenndar. Séu þær aðgreindar kemur skýrt mynstur í ljós sem ræðst að mestu af tímasetningu.

Þessi aðgreining er megintilgangur þessa yfirlits. Líkönin þrjú eru brátt staðbundið heilablóðfall, súrefnis- og glúkósaskortur með endursúrefnun í ræktuðum frumum og langvarandi skert heilablóðflæði yfir nokkrar vikur. Verkunarhátturinn sem talinn er tengja þau saman liggur í hvatberum, en niðurstöðurnar eru ólíkar vegna þess að efnaskiptaaðstæðurnar eru ólíkar.

Líkönin þrjú svara ólíkum spurningum

Brátt staðbundið heilablóðfall í rottum er yfirleitt framkallað með því að loka miðhjarnaslagæðinni, skammstafað MCAO. Stífla sem líkist blóðtappa myndar blóðþurrðarkjarna umkringdan jaðarsvæði, svokallaðri penumbra, þar sem vefur er í hættu en gæti bjargast ef blóðflæði kemst aftur á. Spurningin hér er hvort inngrip hægi á stækkun dreps eða varðveiti starfsemi þegar blóðflæði er endurheimt.

Súrefnis- og glúkósaskortur, skammstafað OGD, er rannsakaður á allt öðru stigi. Ræktaðar heilafrumur eru settar í umhverfi með nær engu súrefni og án glúkósa og síðan aftur í eðlilegan ræktunarvökva. Þar er enginn blóðtappi, ekkert hjáveitublóðflæði, enginn blóðþrýstingur og ekkert ónæmiskerfi. Spurningin snýst eingöngu um frumurnar: hvað verður um frumuöndun, ATP og lifun þegar hvarfefni hverfa og koma síðan aftur.

Langvarandi skert heilablóðflæði er rannsakað með varanlegri lokun beggja hálsslagæða í rottum, svokölluðu 2VO-líkani. Blóðflæði til framheilans minnkar og helst lítið vikum saman. Ekkert skyndilegt staðbundið drep verður og blóðflæði er ekki endurheimt með bráðainngripi. Spurningin er hvort stuðningur við efnaskipti í margar vikur varðveiti æðar, hvatbera og minni við langvarandi lítið blóðflæði.

Bætt minni eftir eins mánaðar meðferð í 2VO-líkaninu segir því ekkert beint um björgun heilavefs í mönnum við bráðaaðgerð til að fjarlægja blóðtappa. Þessi aðgreining skiptir máli vegna þess að flestar bjartsýnar samantektir sleppa henni.

Brátt heilablóðfall: vernd þegar blóðflæði er endurheimt, töf ef það er ekki endurheimt

Skýrasta niðurstaðan við bráðar aðstæður kemur úr tímabundnu MCAO-líkani þar sem blóðflæði var endurheimt. Slagæð var lokuð í rottum í 60 mínútur og síðan fengu þær metýlenblátt í lágum skammti í bláæð frá því að blóðflæði var endurheimt, með viðbótarskömmtum eftir 3 klukkustundir og á degi 2. Segulómun sýndi að skemmdin í hópnum sem fékk burðarvökva hafði stækkað um um það bil 19 prósent á degi 2, en skemmdin í meðferðarhópnum hafði minnkað um um það bil 17 prósent. Endanlegt drep var um 30 prósent minna og taugafræðileg skor betri á dögum 2 og 7. Myndrannsóknir sýndu bætta lifun vefjar bæði í kjarnanum og á jaðarsvæðinu. Víðara rannsóknaryfirlit um taugavernd setur þessa vernd, sem er tímasett við endurheimt blóðflæðis, í samhengi við niðurstöður um almenna heilablóðþurrð og áverka.

Myndin breytist þegar slagæðin helst lokuð. Í tilraun með varanlegri MCAO-lokun hægði metýlenblátt, gefið meðan blóðþurrð stóð enn yfir, á stækkun skemmdar á flæðisvigtuðum myndum og lengdi tímabundið tímann sem ósamræmi var milli gegnflæðis- og flæðisvigtunar, með örlítið betra staðbundnu blóðflæði. Endanlegt rúmmál dreps eftir 24 klukkustundir var þó ekki marktækt frábrugðið. Það tafði umbreytingu vefjar í hættu yfir í drep en kom ekki í stað þess að opna æðina aftur.

Þriðja rannsóknin við bráðar aðstæður bætir við upplýsingum um verkunarhátt og skammta. Einn skammtur í kviðarhol strax eftir lokun leiddi til mestrar minnkunar dreps, um 50 prósenta, við milliskammtinn 5 mg/kg fremur en við 1 eða 10 mg/kg, ásamt betri skorum fyrir skyn- og hreyfistarfsemi. Höfundarnir tengdu þetta við varðveislu byggingar hvatbera og aukið hvatberaát, sértæka hreinsun skemmdra hvatbera. Skammtur, íkomuleið og gjafaáætlun skipta því máli og mg/kg-gildi úr rottutilraunum eru ekki skammtar fyrir menn með heilablóðfall.

Frumurækt: sama lyfið hjálpar eða skaðar eftir því hvenær það kemur til sögunnar

Tilraunin með stjarnfrumur er sú lærdómsríkasta og sú sem oftast er vitnað rangt í. Frumrækt af stjarnfrumum úr heilaberki músa var látin þola 6 klukkustunda alvarlegan skort við 0.1 prósent súrefni í ræktunarvökva án glúkósa, pýrúvats eða sermis. Því fylgdu 24 klukkustundir af endursúrefnun með hvarfefnum aftur til staðar. Um helmingur frumnanna dó, sem gaf mælingunni svigrúm til að sýna áhrif í hvora áttina sem var.

Þegar metýlenblátt var til staðar meðan á skortinum stóð versnaði lifun í stað þess að batna. Þegar því var hins vegar bætt við við endursúrefnun bætti lágur míkrómólar styrkur lífvænleika og jók súrefnisnotkun, glúkósaupptöku og ATP-framleiðslu. Við eðlilegar aðstæður jók sami styrkur glúkósaupptöku um um það bil 89 prósent við 0.1 míkrómólar og um 200 prósent við 1 míkrómólar. Glýkógen og virkni hexókínasa varðveittust eftir skaða og engin aukning á súperoxíði mældist.

Auðveldara er að skilja verkunarháttinn með því að líkja honum við vararafstöð. Metýlenblátt verkar sem rafberandi hjáleið sem tekur við afoxunarígildum og flytur þau áfram í átt að cýtókrómi c og komplex IV. Það styður rafeindaflæði og ATP-myndun og dregur um leið úr rafeindaleka fyrr í keðjunni. Við alvarlegan skort verður þessi örvun ókostur vegna þess að hún eykur efnaskiptaþörf þegar súrefni og glúkósi eru nánast ekki til staðar, sem getur tæmt síðustu birgðirnar hraðar. Þegar hvarfefnin koma aftur verður sami eiginleiki kostur vegna þess að hann hjálpar skemmdum hvatberum að nýta súrefnið og glúkósann sem eru aftur tiltæk á skilvirkan hátt. Þess vegna þarf einnig að hafa skortsaðstæðurnar í huga þegar niðurstöður úr skýringum á rafeindaflutningi í hvatberum eru túlkaðar.

Einn fyrirvari: þessi tímasetningarregla á við um þessa tilteknu stjarnfrumurækt. Tengd frumurannsókn með annarri frumugerð, vægari skorti og lægri styrk sýndi vernd jafnvel þegar efnið var til staðar meðan á skortinum stóð. Frumugerð, súrefni sem eftir er, styrkur og tilraunaaðferð ráða því hvort áhrifin eru jákvæð eða neikvæð.

Langvarandi lítið blóðflæði: minni, cýtókrómoxídasi og æðar yfir nokkrar vikur

Í langvarandi tilraununum var notuð dagleg meðferð með lágum skammti í nokkrar vikur, ekki einn stakur bráðaskammtur. Í fyrstu rannsókninni fengu rottur með varanlega lokun hálsslagæða 4 mg/kg daglega í einn mánuð. Skammtarnir voru gefnir eftir hverja daglega þjálfunarlotu til að beinast að festingu minnis fremur en frammistöðu þá stundina. Dýr með lokaðar slagæðar voru lengur að læra sjónræna aðgreiningu og stóðu sig verr í erfiðu minnisprófi, en sundgeta, hreyfivirkni og lyktargreining voru óbreytt. Dagleg meðferð dró úr skerðingu náms og minnis án þess að breyta almennri hreyfihegðun.

Framhaldsrannsókn kortlagði cýtókrómoxídasa, sem er komplex IV í hvatberum, á 44 heilasvæðum eftir sömu eins mánaðar meðferð. Lokunin dró úr ensímvirkni í sjónberki, framennisberki og perirínalberki ásamt dreka og möndlu og veikti samhæfða virkni milli sjónbarkar og dreka. Meðferð varðveitti svæðisbundna ensímvirkni og styrkti þessar efnaskiptafylgnir milli svæða, og varðveitt virkni tengdist betri frammistöðu í verkefnum. Þessar fylgnir lýsa samhæfðri virkni efnaskiptaensíma, ekki beinum mælingum á starfrænum tengslum í mannsheila. Yfirlitsgreinar um orkuefnaskipti heilans hjálpa til við að halda þessum atriðum aðgreindum.

Sérstök eins viku rannsókn notaði 2 mg/kg daglega og bætti við boðleiðarhemli til að prófa verkunarháttinn. Heilablóðflæði jókst með meðferð úr um 60 í um 100 mL á hver 100 g á mínútu og æðaþéttni í dreka jókst úr um 15.1 í 23 prósent. Bæði áhrifin gengu að hluta til baka þegar PI3K/Akt-boðleiðin sem stuðlar að frumulifun var hindruð og magn fosfóraðs Akt jókst við meðferð. Niðurstöðurnar um blóðflæði, æðaþéttni, blóð-heilaþröskuld og taugafrumur benda til verndar tauga og æða sem tengist PI3K/Akt-boðflutningi fremur en hreinum efnaskiptaáhrifum.

Hvers vegna ekkert af þessu jafngildir bráðameðferð við heilablóðfalli

Stýrðar rannsóknarstofuaðstæður eru ástæðan fyrir því að þessar niðurstöður yfirfærast ekki beint. Í frumurækt er hvorki blóðtappi né lyfjahvörf. 2VO-líkanið felur í sér langvarandi almennt lítið blóðflæði, ekki skyndilega staðbundna lokun vegna blóðreks með jaðarsvæði sem varð til fyrir fáeinum mínútum. Jafnvel MCAO-líkön í rottum nota ung og heilbrigð dýr, svæfingu, samræmdar lokanir og nákvæmlega tímasetta skammtagjöf. Það er ólíkt eldri sjúklingum með mismunandi blóðtappa, æðakölkun, háþrýsting, sykursýki og óþekktan upphafstíma.

Engin birt slembiröðuð rannsókn á mönnum hefur staðfest metýlenblátt sem bráðameðferð við bráðu heilablóðfalli vegna blóðþurrðar. Myndrannsókn á mönnum, sem stundum er vitnað til, náði til 26 heilbrigðra fullorðinna, ekki sjúklinga með heilablóðfall. Einn skammtur um munn breytti heilaboðum tengdum verkefnum og gaf lítillega betri endurheimt upplýsinga úr minni. Það sýnir virkni í miðtaugakerfinu, ekki árangur við heilablóðfalli. Núverandi leiðbeiningar um bráðameðferð leggja þess í stað áherslu á hraða endurheimt blóðflæðis með segaleysandi meðferð í bláæð hjá sjúklingum sem uppfylla skilyrði og brottnámi blóðtappa við viðeigandi lokanir stórra æða. Hefðbundnir bráðaferlar við heilablóðfalli eru áfram eina leiðin með sannaðan árangur. Aldrei má tefja meðferð vegna gruns um heilablóðfall til að gefa metýlenblátt. Hagnýtar takmarkanir á yfirfærslu skammta úr forklínískum rannsóknum skýra hvers vegna ekki má lesa gjafaáætlanir fyrir rottur sem klínískar meðferðaráætlanir.

Öryggissjónarmið undirstrika þessi mörk. Metýlenblátt í bláæð ber viðvörun í ramma um alvarlegt eða banvænt serótónínheilkenni þegar það er gefið með serótónínvirkum lyfjum, þar á meðal SSRI-lyfjum, SNRI-lyfjum og MAO-hemlum, sem margir sjúklingar á þeim aldri þegar heilablóðfall er algengt taka. Það er frábending við G6PD-skorti vegna hættu á rauðkornarofi. Það hamlar einnig boðflutningi köfnunarefnisoxíðs, sem eykur æðaviðnám og þrýsting við sumar aðstæður. Því ætti ekki einfaldlega að lýsa því sem lyfi sem eykur heilablóðflæði. Samþykkt gjöf 1 mg/kg í bláæð við áunninni methemóglóbínemíu er ekki meðferðaráætlun við heilablóðfalli.

Heiðarleg samantekt er afmörkuð en byggð á raunverulegum niðurstöðum. Við endurheimt blóðflæðis eftir tímabundna staðbundna blóðþurrð dró metýlenblátt í lágum skammti úr framvindu skemmda í rottum. Við varanlega lokun tafði það drep en kom ekki í veg fyrir það. Í stjarnfrumum olli það skaða við alvarlegan skort en hjálpaði við endursúrefnun. Við langvarandi skert blóðflæði varðveitti það cýtókrómoxídasa, æðar og minni yfir nokkrar vikur. Einn rafeindaberi, þrjár aðstæður, þrjú svör.