Metylenblått ved hjerneskade: forstå det prekliniske kunnskapsgrunnlaget

Et slag mot hodet, en blokkert arterie og en langsom nevrodegenerativ sykdom kan alle ende med samme problem: Hjernen har ikke lenger nok energi til å gjøre jobben sin. Dette felles endepunktet er grunnen til at én forbindelse stadig dukker opp i alle tre forskningsfeltene. Men et felles endepunkt betyr ikke at det samme konseptet undersøkes. En behandling gitt før en skade, en behandling gitt i timen etter den og en behandling vurdert måneder senere undersøker ulike ideer, selv når sprøyten inneholder den samme blå væsken.

Denne artikkelen tar for seg skadedelen av denne litteraturen. Den gjennomgår hva metylenblått ved hjerneskade betyr i dyreforsøk, skiller traumatisk skade fra hjerneslag og kronisk nevrodegenerasjon, og viser hvorfor tidspunktet for dosen forklarer de fleste forskjellene mellom studiene.

Tre skader, én energisvikt

Mekanismen som knytter disse modellene sammen, finnes inne i mitokondriene. Normalt beveger elektroner seg gjennom elektrontransportkjeden for å produsere ATP, og en velfungerende kjede holder reaktive oksygenforbindelser i sjakk. Etter en skade svikter deler av kjeden, ATP-produksjonen faller, og produksjonen av frie radikaler øker. Oversiktsartikkelen i Molecular Neurobiology fra 2018 beskriver metylenblått som en alternativ elektronbærer: Det tar imot elektroner fra NADH og overfører dem til cytokrom c, noe som øker aktiviteten i kompleks IV og gjenoppretter ATP-syntesen selv når den tidlige delen av kjeden er svekket.

Tallene som rapporteres, er konkrete. I celle- og vevssnittpreparater økte aktiviteten i kompleks IV med 30 til 100 prosent, samtidig som oksygenforbruket økte tilsvarende. Det tyder på at de ekstra elektronene gjorde nyttig arbeid i stedet for å lekke ut som radikaler. I en hjerneslagmodell hos rotter var ATP-produksjonen i det berørte området omtrent 30 prosent høyere 24 timer etter behandling enn hos ubehandlede dyr. Oversiktsartikkelen i Biochemistry (Moscow) fra 2022 beskriver også de påfølgende virkningene: mindre oksidativt stress, mindre nevroinflammasjon, mindre apoptose, samt effekter på monoaminoksidase, nitrogenmonoksidsyntase, mitokondriell biogenese, autofagi og aggregering av feilfoldede proteiner.

Konseptet er altså enkelt. Skaden hemmer elektronenes normale vei, og metylenblått tilbyr en omvei. Alt som følger, handler om hvilken skade det gjelder, når stoffet gis, og hvordan resultatet måles.

Traumatisk skade er ikke hjerneslag

I en modell for traumatisk hjerneskade kommer kraftpåvirkningen brått. Den primære skaden er mekanisk: Vev rives opp, blodkar brister, og blod-hjerne-barrieren åpnes i løpet av minutter. Det metylenblått plausibelt kan påvirke, er den sekundære bølgen som følger over timer og dager, når mitokondrier i overlevende vev svikter, inflammasjonen sprer seg og ødem utvikles. Endepunktene i disse studiene gjenspeiler dette forløpet: lesjonsvolum, hjernens vanninnhold, overlevelse av nevroner nær treffstedet og senere atferd, som motorisk funksjonsbedring eller læring i en labyrint.

I en modell for hjerneslag eller global iskemi har belastningen motsatt form. Blodstrømmen stanser, energisvikt følger i løpet av minutter, og gjenopprettet blodstrøm medfører sin egen reperfusjonsskade. Her tilpasses doseringstidspunktet hendelsen i blodkaret, ofte innen minutter etter okklusjon eller reperfusjon, og endepunktene måler den akutte utviklingen i vevet over timer til en dag eller to: infarktstørrelse, blodstrøm og tidlig funksjonsbedring. Ett mønster i hjerneslaglitteraturen er forbehandling, der dyr får dosen før karokklusjon. Dette undersøker forebygging på en måte som ikke etisk kan gjenskapes hos mennesker i noe forsøk med hodetraume.

Resultatene fra hjerneslagstudiene er de sterkeste i skadelitteraturen, og de omfatter også det tydeligste nullfunnet. Rotter som fikk metylenblått ved reperfusjon etter én times okklusjon av den midtre hjernearterien, hadde 30 prosent mindre infarkter på dag 2, med mer bevart vev i den truede kjernen og penumbraen (Shen, 2013). En studie med permanent okklusjon fant at truet vev utviklet seg langsommere til infarkt, men ingen reduksjon i endelig infarktvolum etter 24 timer ved noen av de to dosene som ble undersøkt (Rodriguez, 2014). En tredje okklusjonsstudie reduserte infarktstørrelsen til omtrent halvparten ved den mellomste dosen og dokumenterte mitokondriell ultrastruktur og mitofagi direkte i den iskemiske hjernen. Samtidig rapporterte den den kontraintuitive detaljen at målt apoptose økte mens nekrose avtok (Di, 2015). Ved global iskemi gjenopprettet kontinuerlig lavdoseinfusjon aktiviteten til cytokrom c-oksidase, ATP-nivåene og mitokondrielt membranpotensial i den sårbare CA1-regionen i hippocampus, bevarte disse nevronene og beskyttet romlig hukommelse (Lu, 2016). Det er verdt å stanse ved denne CA1-målingen: direkte data om ATP og respirasjonskjeden inne i en skadet hjerne, noe TBI-litteraturen hovedsakelig utleder fremfor å måle.

Kronisk nevrodegenerasjon skiller seg fra begge. I modeller for Alzheimers, Parkinsons og Huntingtons sykdom får dyrene doser i uker eller måneder, og man måler proteinaggregering, dopaminhåndtering eller gradvis kognitiv svekkelse. Disse endepunktene har nesten ingenting til felles med en lesjon målt få dager etter et støt. Lesere som overfører et resultat fra én kategori til en annen, flytter et funn over en grense forsøkene aldri krysset. Vår veiledning til nevrodegenerasjonslitteraturen behandler disse studiene med lange tidsforløp innenfor deres egen ramme, og sammenligningen med dokumentasjon som bare gjelder hjerneslag skiller detaljert mellom forsøksoppsett med karblokkering og forsøksoppsett med støtskade.

Hva TBI-modellene faktisk gjorde

Ingen studie på mennesker av metylenblått ved traumatisk hjerneskade er publisert. Hele kunnskapsgrunnlaget om TBI består av dyreforsøk, hovedsakelig med rotter og mus. Det er samlet rundt et lite sett forsøk som det er verdt å nevne, fordi detaljene varierer på måter som forsvinner i oppsummeringer.

Den tidligste studien med kontrollert kortikalt støt ga rotter 1 mg/kg intravenøst én time etter et mildt støt, deretter 0.5 mg/kg etter tre timer (Watts, 2014). Lesjonsvolumet målt med MR holdt seg lavere hos behandlede dyr gjennom to ukers oppfølging. Feiltråkk i en gangtest ble signifikant redusert på dag 1, 2 og 7, men ikke på dag 14. Ved mikroskopi på dag 14 var antallet degenererende nevroner i den skadede hjernebarken 270 mot 368 per synsfelt, og antallet med unormal Nissl-farging var 41 mot 73. Med andre ord: tidlig beskyttelse, men forskjellen i atferd avtok innen den andre uken.

Et forsøksoppsett for diffus skade brukte væskeperkusjon langs midtlinjen hos mus og én intravenøs dose på 2 mg/kg innen en halvtime (Fenn, 2015). Behandlede dyr viste dempet uttrykk av inflammasjonsrelaterte gener, færre inflammatoriske mikroglia, mindre tilsynelatende ødem og ingen depresjonslignende atferd på dag 7. Nullfunnene er like viktige: Selve skaden økte hjernens vanninnhold bare beskjedent, og metylenblått motvirket verken tap av kroppsvekt eller svekket motorisk koordinasjon. Betennelsesdempende er ikke det samme som fullstendig beskyttende.

To studier med mus brukte samme opplegg, 1 mg/kg etter én time, 0.5 mg/kg etter seks timer, deretter daglig dosering i tre dager, og utvidet forståelsen av mekanismen. I en modell med kortikalt støt reduserte behandlingen lesjonsvolumet etter 24 timer, 72 timer og på dag 14, samtidig som nevroner ble bevart og autofagimarkører økte (Zhao, 2016). I en væskeperkusjonsmodell reduserte den nevronal apoptose, gjorde en lekk blod-hjerne-barriere tettere og forbedret skårene for nevrologisk funksjon gjennom to uker (Shen, 2019). Hjernens vanninnhold viste imidlertid ingen forskjell etter 72 timer i Zhao-studien, og prestasjonen på rotarod viste ingen forskjell på dag 1 og 3 i Shen-studien. Endepunkter for lesjon og celleoverlevelse endret seg; hevelse og tidlige motoriske endepunkter fulgte ikke alltid etter.

Forsøket som skiller seg ut når det gjelder tidspunkt, er forsøket med utsatt dosering (Watts, 2016). Med samme støtmodell ble den første dosen ikke gitt før 24 timer etter skaden. På dag 2 viste gruppen med utsatt behandling lesjonsreduksjoner som var sammenlignbare med dem hos dyr behandlet i de første timene, og reduksjonen vedvarte på dag 7 og 14. Atferdssignalet var svakere: Bedringen i feiltråkk i gruppen med utsatt behandling var en ikke-signifikant tendens. Ett laboratorium, én modell, ett 24-timersvindu. Dette er reell dokumentasjon på at vinduet strekker seg utover de første timene, men det er også hele dokumentasjonen for denne påstanden. Merk fellen i ordet «forsinket» andre steder: En russisk studieserie med forsinket nevrobeskyttelse som tema i tittelen ga dosen etter 30 minutter og brukte «forsinket» om langvarige utfall, ikke sen behandlingsstart.

En mindre studie av fokal skade hos rotter utfyller bildet av tidspunkt fra den andre retningen: Både dosering umiddelbart før skaden og dosering 30 minutter etter den reduserte funksjonssvikt i lemmene (Stelmashook, 2019). Forbehandling virker i laboratoriet nettopp fordi laboratoriet bestemmer når skaden skjer.

Dosehensyn er viktige her. Oversiktsartiklene beskriver lave doser som stimulerende for mitokondriell respirasjon og høye doser som hemmende, det samme bifasiske mønsteret som ses ellers i farmakologien til metylenblått. Derfor kan ikke resultatene leses som «mer blått, bedre funksjonsbedring». Hver studie undersøker ett punkt på en kurve. Forklaringen av dose–respons følger denne kurven på tvers av modeller, og sikkerhets- og bivirkningsprofilen dekker hva høyere doser gjør i stedet.

Les på tvers av tabellen: samme forbindelse, tre ulike tidsforløp. Forebygging hører til den midterste raden, umiddelbar behandling til de to første, og senere utfall til den første og tredje.

Forebygging, umiddelbar behandling, senere utfall

Forebygging er den påstanden som lettest misforstås. I iskemimodeller klarer dyr som får dosen før karokklusjon, seg bedre, og dette resultatet siteres noen ganger som om metylenblått beskytter enhver hjerne mot enhver fremtidig skade. Det viser ikke noe slikt. Det viser at mitokondrier som er klargjort med en alternativ elektronvei, tåler et planlagt bortfall av blodstrøm bedre. Ingen planlegger en hodeskade.

Det meste av dokumentasjonen om TBI gjelder umiddelbar behandling. Dosering i timene etter støtet retter seg mot den sekundære skadekaskaden mens den fortsatt utvikler seg: energisvikt, oksidativt stress, inflammasjon og hevelse. Forbedringer i endepunkter for lesjon og ødem her er reelle behandlingseffekter, men de er behandling av en prosess, ikke reversering av opprevet vev.

Senere utfall er det tredje konseptet. Atferd målt uker etter skaden, eller proteinhåndtering målt måneder inn i en degenerativ modell, besvarer om den tidlige beskyttelsen vedvarte, eller om langsomme prosesser endret forløp. En mindre lesjon etter 24 timer, en ikke-signifikant atferdstendens etter en dose utsatt i 24 timer og bedre labyrintprestasjon etter måneder med langvarig dosering er tre ulike påstander med tre ulike krav til dokumentasjon. Foreløpig er det bare den første som oppfyller sitt krav mer enn én gang.

Hva denne dokumentasjonen ikke kan vise

Alle resultatene ovenfor har den samme begrensningen. Mitokondrier hos gnagere reagerer på metylenblått på måter som menneskelige mitokondrier kanskje deler, men en rotte som får en intravenøs dose minutter etter et kalibrert støt, er ikke en person som kommer til akuttmottaket timer etter et fall. Anestesi, kontrollert skadegrad, unge friske dyr og kort oppfølging begrenser alle hva som kan overføres. Det finnes ingen studie av metylenblått ved eksplosjonsskade, så skadetypen som er mest relevant for militære lesere, er den med minst dokumentasjon.

Det gis heller ikke noe grunnlag for å overføre dosene. Dyrelitteraturen bruker intravenøs og intraperitoneal administrasjon med doser valgt for eksperimentell kontroll, ikke dråpene til oral bruk som selges i handelen. Ingenting i disse studiene fastsetter et behandlingsopplegg for mennesker, og ingenting her undersøker metylenblått sammen med standardbehandling for hodeskade.

Den ærlige oppsummeringen får derfor plass i ett avsnitt. Hos gnagere bevarer metylenblått gitt rundt tidspunktet for traumatisk eller iskemisk hjerneskade mitokondrienes energiproduksjon, og denne bevaringen etterfølges av mindre lesjoner og bedre skårer for funksjonsbedring. Én støtstudie beholdt en del av effekten på lesjonen da første dose ble utsatt i 24 timer. Om noe av dette skjer i skadede menneskehjerner, er ikke undersøkt, og TBI- og hjerneslaglitteraturen undersøker ulike tidspunkter mot ulike endepunkter. Alle som selger sikkerhet på grunnlag av denne dokumentasjonen, tilsetter en ingrediens forsøkene aldri inneholdt.