Metýlenblátt við heilaskaða: skilningur á forklínískum rannsóknargögnum

Högg á höfuðið, stífluð slagæð og hægfara taugahrörnunarsjúkdómur geta öll endað með sama vandamálinu: heilinn hefur ekki lengur orkuna til að sinna starfi sínu. Þessi sameiginlega niðurstaða skýrir hvers vegna sama efnasambandið birtist aftur og aftur í rannsóknarritum um öll þrjú sviðin. En sameiginleg niðurstaða þýðir ekki að verið sé að prófa sömu hugmynd. Meðferð sem er gefin fyrir áverka, meðferð sem er gefin á fyrstu klukkustundinni eftir hann og meðferð sem er metin mörgum mánuðum síðar prófa ólíkar hugmyndir, jafnvel þótt sprautan innihaldi sama bláa vökvann.

Þessi grein fjallar um þann hluta rannsóknanna sem snýr að heilaskaða. Hún fer yfir hvað metýlenblátt við heilaskaða merkir í dýratilraunum, greinir á milli áverkaheilaskaða, heilablóðfalls og langvinnrar taugahrörnunar og sýnir hvers vegna tímasetning skammtsins skýrir mestan mun á rannsóknunum.

Þrjár gerðir skaða, ein orkubilun

Verkunarhátturinn sem tengir þessi líkön saman er inni í hvatberunum. Við eðlilegar aðstæður fara rafeindir eftir rafeindaflutningskeðjunni til að mynda ATP og heilbrigð keðja heldur hvarfgjörnum súrefnissamböndum í skefjum. Eftir skaða bregðast hlutar keðjunnar, ATP-framleiðsla minnkar og myndun sindurefna eykst. Í yfirlitsgrein í Molecular Neurobiology frá 2018 er metýlenbláu lýst sem öðrum mögulegum rafeindabera: það tekur við rafeindum frá NADH og flytur þær til cýtókróms c, sem eykur virkni komplex IV og endurheimtir ATP-myndun jafnvel þegar fyrri hluti keðjunnar er skertur.

Tölurnar sem greint er frá eru áþreifanlegar. Í frumu- og vefjasneiðasýnum jókst virkni komplex IV um 30 til 100 prósent og súrefnisnotkun jókst samhliða, sem bendir til þess að viðbótarrafeindirnar hafi nýst til gagnlegs starfs fremur en að leka út sem sindurefni. Í rottulíkani af heilablóðfalli var ATP-framleiðsla á skaddaða svæðinu um 30 prósent meiri 24 klukkustundum eftir meðferð en hjá ómeðhöndluðum dýrum. Yfirlitsgrein í Biochemistry (Moscow) frá 2022 bætir við afleiðingunum neðar í ferlinu: minna oxunarálag, minni taugabólga, minni stýrður frumudauði, auk áhrifa á mónóamínoxídasa, nituroxíðsyntasa, nýmyndun hvatbera, sjálfsát og samsöfnun rangt samanbrotinna próteina.

Hugmyndin er því einföld. Skaði þrengir að eðlilegri leið rafeindanna og metýlenblátt býður upp á hjáleið. Allt sem á eftir kemur snýst um hvaða skaða er um að ræða, hvenær efnið er gefið og hvernig niðurstöðurnar eru mældar.

Áverkaheilaskaði er ekki heilablóðfall

Í líkani af áverkaheilaskaða kemur krafturinn allur í einu. Frumskemmdin er vélræn: vefur rifnar, æðar rofna og blóð-heilaþröskuldurinn opnast innan nokkurra mínútna. Það sem metýlenblátt gæti með trúverðugum hætti haft áhrif á er síðari bylgjan sem fylgir á næstu klukkustundum og dögum, þegar hvatberar í eftirlifandi vef bregðast, bólga breiðist út og bjúgur safnast upp. Endapunktar þessara rannsókna endurspegla þessa atburðarás: rúmmál vefjaskemmda, vatnsinnihald heilans, lifun taugafrumna nærri höggstaðnum og síðar hegðun, svo sem endurheimt hreyfigetu eða nám í völundarhúsi.

Í líkani af heilablóðfalli eða almennri blóðþurrð í heila er atburðarásin annars eðlis. Blóðflæði stöðvast, orkubilun fylgir innan nokkurra mínútna og endurheimt blóðflæðis veldur eigin endurflæðisskaða. Hér er lyfjagjöf samstillt við atburðinn í æðinni, oft innan nokkurra mínútna frá lokun eða endurflæði, og endapunktarnir mæla bráð örlög vefjarins á nokkrum klukkustundum til eins eða tveggja daga: stærð drepsvæðis, blóðflæði og fyrstu endurheimt færni. Eitt mynstur í rannsóknum á heilablóðfalli er formeðferð, þar sem dýrum er gefið efnið fyrir æðalokun. Þannig eru forvarnir prófaðar með hætti sem engin tilraun með höfuðáverka getur siðferðilega endurtekið hjá mönnum.

Niðurstöður rannsókna á heilablóðfalli eru þær sterkustu í rannsóknunum á heilaskaða og þar er einnig skýrasta dæmið um engin áhrif. Rottur sem fengu metýlenblátt við endurflæði eftir einnar klukkustundar lokun á miðhjarnaslagæð höfðu 30 prósent minni drepsvæði á degi 2 og meira af ógnaða kjarnasvæðinu og jaðarsvæðinu bjargaðist (Shen, 2013). Rannsókn með varanlegri lokun sýndi hægari þróun úr ógnaðri vefjastöðu yfir í drep, en enga minnkun á endanlegu rúmmáli drepsvæðis eftir 24 klukkustundir við hvorn skammtinn sem prófaður var (Rodriguez, 2014). Þriðja rannsóknin á æðalokun minnkaði drepsvæðið um það bil um helming við miðskammtinn og skoðaði fínbyggingu hvatbera og sértækt sjálfsát hvatbera beint í blóðþurrðarheilanum. Jafnframt var greint frá því óvænta atriði að mældur stýrður frumudauði jókst á meðan drep minnkaði (Di, 2015). Við almenna blóðþurrð í heila endurheimti samfellt innrennsli í lágum skammti virkni cýtókróm-c-oxídasa, ATP-gildi og himnuspennu hvatbera á hinu viðkvæma CA1-svæði dreka, varðveitti þær taugafrumur og verndaði rúmminni (Lu, 2016). Það er þess virði að staldra við þessa CA1-mælingu: bein gögn um ATP og öndunarkeðjuna innan úr sködduðum heila, atriði sem í TBI-rannsóknum er að mestu ályktað um fremur en mælt.

Langvinn taugahrörnun er frábrugðin hvoru tveggja. Í líkönum af Alzheimer-, Parkinson- og Huntington-sjúkdómi er dýrum gefið efnið í vikur eða mánuði og mæld samsöfnun próteina, meðhöndlun dópamíns eða stigvaxandi hnignun vitsmunagetu. Þessir endapunktar eiga nánast ekkert sameiginlegt með vefjaskemmd sem er mæld nokkrum dögum eftir högg. Lesendur sem flytja niðurstöðu úr einum flokki yfir í annan færa hana yfir mörk sem tilraunirnar fóru aldrei yfir. Leiðarvísir okkar um rannsóknir á taugahrörnun heldur þessum langtímarannsóknum innan eigin ramma og samanburðurinn við gögn sem varða eingöngu heilablóðfall greinir ítarlega á milli rannsóknarsniða með æðastíflu og rannsóknarsniða með höggi.

Hvað var í raun gert í TBI-líkönunum

Engin rannsókn á metýlenbláu við áverkaheilaskaða hjá mönnum hefur verið birt. Öll TBI-gögnin koma úr dýrarannsóknum, aðallega á rottum og músum, og byggjast á fáeinum tilraunum sem vert er að nefna, því þær eru ólíkar í atriðum sem hverfa gjarnan í samantektum.

Í fyrstu rannsókninni með stýrðu höggi á heilabörk fengu rottur 1 mg/kg í bláæð einni klukkustund eftir vægt högg og síðan 0.5 mg/kg eftir þrjár klukkustundir (Watts, 2014). Rúmmál vefjaskemmda á segulómun hélst minna hjá meðhöndluðu dýrunum í tveggja vikna eftirfylgd. Mistök við að stíga niður í gönguprófi fækkaði marktækt á dögum 1, 2 og 7, en ekki á degi 14. Við smásjárskoðun á degi 14 voru hrörnandi taugafrumur í sködduðum heilaberki 270 á móti 368 á hvert sjónsvið og frumur með óeðlilega Nissl-litun 41 á móti 73. Með öðrum orðum kom fram snemmbúin vernd, en forskotið í hegðunarprófum dofnaði við aðra vikuna.

Í rannsóknarsniði með dreifðum skaða var miðlínuvökvaþrýstingshöggi beitt á mýs og einn 2 mg/kg skammtur gefinn í bláæð innan hálfrar klukkustundar (Fenn, 2015). Meðhöndluð dýr sýndu minni tjáningu bólgutengdra gena, færri bólguvirkar örtróðsfrumur, minni sýnilegan bjúg og enga þunglyndislíka hegðun á degi 7. Niðurstöðurnar þar sem engin áhrif komu fram skipta jafnmiklu máli: skaðinn sjálfur jók vatnsinnihald heilans aðeins lítillega og metýlenblátt kom ekki í veg fyrir þyngdartap eða skerðingu á samhæfingu hreyfinga. Bólguminnkandi áhrif jafngilda ekki fullri vernd.

Tvær rannsóknir á músum notuðu sömu áætlun, 1 mg/kg eftir eina klukkustund, 0.5 mg/kg eftir sex klukkustundir og síðan daglega gjöf í þrjá daga, og víkkuðu rannsóknina á verkunarhættinum. Í líkani með höggi á heilabörk minnkaði meðferðin rúmmál vefjaskemmda eftir 24 klukkustundir, 72 klukkustundir og á degi 14, um leið og hún varðveitti taugafrumur og jók sjálfsátsvísa (Zhao, 2016). Í líkani með vökvaþrýstingshöggi dró hún úr stýrðum dauða taugafrumna, minnkaði leka um blóð-heilaþröskuldinn og bætti stig á taugafræðilegum matskvörðum yfir tvær vikur (Shen, 2019). Hins vegar var enginn munur á vatnsinnihaldi heilans eftir 72 klukkustundir í rannsókn Zhao og enginn munur á frammistöðu á snúningsstöng á dögum 1 og 3 í rannsókn Shen. Endapunktar fyrir vefjaskemmdir og lifun frumna breyttust; bólga og fyrstu mælingar á hreyfigetu fylgdu ekki alltaf eftir.

Tilraunin með seinkaða gjöf sker sig úr hvað tímasetningu varðar (Watts, 2016). Sama högglíkan var notað, en fyrsti skammturinn var ekki gefinn fyrr en 24 klukkustundum eftir skaðann. Á degi 2 sýndi hópurinn með seinkaða gjöf minnkun vefjaskemmda sem var sambærileg við það sem sást hjá dýrum sem voru meðhöndluð á fyrstu klukkustundunum og minnkunin hélst á dögum 7 og 14. Vísbendingin í hegðunarprófunum var veikari: fækkun mistaka við að stíga niður í hópnum með seinkaða gjöf var tilhneiging sem náði ekki tölfræðilegri marktækni. Ein rannsóknarstofa, eitt líkan, einn 24 klukkustunda tímarammi. Þetta eru raunveruleg gögn um að meðferðarglugginn nái lengra en fyrstu klukkustundirnar, en þetta eru jafnframt öll gögnin sem styðja þá fullyrðingu. Gætið að gildrunni í orðinu seinkað annars staðar: í rússneskri rannsóknaröð þar sem titlarnir vísuðu til síðbúinnar taugaverndar var efnið gefið eftir 30 mínútur og orðið síðbúin vísaði til langvarandi niðurstaðna, ekki þess að meðferð hefði hafist seint.

Minni rannsókn á afmörkuðum skaða í rottum fyllir út tímasetningarmyndina frá hinni hliðinni: bæði gjöf strax fyrir skaðann og gjöf 30 mínútum eftir hann drógu úr starfsskerðingu útlima (Stelmashook, 2019). Formeðferð virkar á rannsóknarstofunni einmitt vegna þess að rannsóknarstofan ákveður hvenær skaðinn verður.

Nákvæmni í skömmtun skiptir máli hér. Yfirlitsgreinarnar lýsa lágum skömmtum sem örvandi fyrir öndun hvatbera og háum skömmtum sem hamlandi, sama tvífasa mynstri og sést víða í lyfjafræði metýlenblás. Þess vegna er ekki hægt að lesa niðurstöðurnar sem svo að meira blátt þýði meiri bata. Hver rannsókn prófar einn punkt á ferli. Skýringin á skammtasvörun rekur þann feril milli líkana og yfirlitið yfir öryggi og aukaverkanir fjallar um hvað hærri skammtar gera í staðinn.

Lesið þvert yfir töfluna: sama efnasambandið, þrír ólíkir tímakvarðar. Forvarnir tilheyra miðröðinni, tafarlaus meðferð fyrstu tveimur röðunum og síðbúnar niðurstöður fyrstu og þriðju röðinni.

Forvarnir, tafarlaus meðferð, síðbúnar niðurstöður

Fullyrðingin um forvarnir er auðveldust að misskilja. Í blóðþurrðarlíkönum vegnar dýrum sem fá efnið fyrir æðalokun betur og stundum er vitnað í þá niðurstöðu eins og metýlenblátt verndi hvaða heila sem er gegn hvers kyns framtíðarskaða. Hún sýnir ekkert slíkt. Hún sýnir að hvatberar sem hafa verið undirbúnir með annarri rafeindaleið þola betur fyrirfram tímasett tap á blóðflæði. Enginn tímasetur höfuðáverka.

Gögnin um TBI snúast aðallega um tafarlausa meðferð. Gjöf á klukkustundunum eftir högg beinist að síðari skaðakeðjunni meðan hún er enn að þróast: orkubilun, oxunarálagi, bólgu og bjúg. Bættir endapunktar fyrir vefjaskemmdir og bjúg hér eru raunveruleg meðferðaráhrif, en þau felast í meðferð á ferli, ekki í því að snúa við rifnum vef.

Síðbúnar niðurstöður eru þriðja hugmyndin. Hegðun sem er mæld mörgum vikum eftir skaða, eða meðhöndlun próteina sem er mæld mörgum mánuðum eftir að hrörnunarlíkan hefst, svarar því hvort snemmbúin vernd hafi haldist eða hvort hægfara ferlar hafi breytt um stefnu. Minni vefjaskemmd eftir 24 klukkustundir, ómarktæk tilhneiging í hegðun eftir fyrsta skammt sem er seinkað um 24 klukkustundir og bætt frammistaða í völundarhúsi eftir margra mánaða langvarandi gjöf eru þrjár ólíkar fullyrðingar með þrenns konar sönnunarkröfum. Sem stendur hefur aðeins sú fyrsta uppfyllt sína kröfu oftar en einu sinni.

Hvað þessi gögn geta ekki sýnt

Allar niðurstöðurnar hér að ofan hafa sömu takmörkun. Hvatberar nagdýra bregðast við metýlenbláu á þann hátt sem hvatberar manna kunna einnig að gera, en rotta sem fær skammt í bláæð nokkrum mínútum eftir nákvæmlega stillt högg er ekki manneskja sem kemur á bráðamóttöku mörgum klukkustundum eftir fall. Svæfing, stýrt alvarleikastig skaðans, ung og heilbrigð dýr og stutt eftirfylgd takmarka öll það sem hægt er að yfirfæra. Engin rannsókn á metýlenbláu við sprengiskaða er yfirhöfuð til, þannig að sú tegund skaða sem skiptir lesendur úr hernum mestu máli er sú sem minnst gögn eru til um.

Hér er heldur engin yfirfærsla skammta í boði. Í dýrarannsóknunum er notuð gjöf í bláæð og í kviðarhol með skömmtum sem eru valdir til að stjórna tilrauninni, ekki dropar til inntöku sem seldir eru í smásölu. Ekkert í þessum rannsóknum ákvarðar meðferðaráætlun fyrir menn og ekkert hér prófar metýlenblátt samhliða hefðbundinni meðferð við höfuðáverka.

Heiðarleg samantekt rúmast því í einni málsgrein. Hjá nagdýrum varðveitir metýlenblátt, gefið um það leyti sem áverkaheilaskaði eða blóðþurrðarskaði í heila verður, orkuframleiðslu hvatbera og í kjölfar þess sjást minni vefjaskemmdir og betri batastig. Í einni rannsókn með höggi hélst hluti áhrifanna á vefjaskemmdir þegar fyrsta skammti var seinkað um 24 klukkustundir. Hvort eitthvað af þessu gerist í sködduðum mannsheilum hefur ekki verið prófað og rannsóknir á TBI og heilablóðfalli prófa ólíkar tímasetningar gagnvart ólíkum endapunktum. Hver sá sem selur vissu á grundvelli þessara gagna bætir við innihaldsefni sem tilraunirnar innihéldu aldrei.