Metilensko modrilo v raziskavah možganske kapi in možganske hipoperfuzije: kaj dejansko pokažejo trije modeli

Zamašena arterija, izstradana celična kultura in podgana z zoženimi vratnimi arterijami zvenijo kot tri različice istega poskusa. Vendar niso. Vsak obravnava drugo vprašanje in metilensko modrilo v vsakem daje drugačen odgovor. Če jih zamenjujemo, je literatura videti protislovna. Če jih ločimo, se pokaže jasen vzorec, ki ga določa predvsem čas uporabe.

Prav to razlikovanje je bistvo tega pregleda. Trije modeli so akutna žariščna možganska kap, pomanjkanje kisika in glukoze s ponovno oksigenacijo celic v kulturi ter večtedenska kronična možganska hipoperfuzija. Predlagani mehanizem, ki jih povezuje, je mitohondrijski, vendar se izidi razlikujejo, ker se razlikujejo presnovne razmere.

Trije modeli odgovarjajo na različna vprašanja

Akutno žariščno možgansko kap pri podganah običajno povzročijo z zaporo srednje možganske arterije, skrajšano MCAO. Zapora, podobna strdku, ustvari ishemično jedro, obdano s penumbro: tkivom, ki je ogroženo, vendar ga je ob obnovitvi pretoka morda še mogoče rešiti. Vprašanje pri tem modelu je, ali poseg upočasni širjenje infarkta ali ohrani funkcijo v obdobju reperfuzije.

Pomanjkanje kisika in glukoze, skrajšano OGD, deluje na povsem drugi ravni. Možganske celice v kulturi izpostavijo skoraj popolni odsotnosti kisika in odsotnosti glukoze, nato pa jih vrnejo v običajno gojišče. Ni strdka, kolateralnega krvnega obtoka, krvnega tlaka ali imunskega sistema. Vprašanje je izključno celično: kaj se zgodi z dihanjem, ATP in preživetjem, ko substrati izginejo in se nato vrnejo.

Pri kronični možganski hipoperfuziji uporabljajo trajno obojestransko zaporo karotidnih arterij pri podganah, imenovano model 2VO. Pretok krvi v sprednje možgane se zmanjša in ostane nizek več tednov. Ni nenadnega žariščnega infarkta niti nujne reperfuzije. Vprašanje je, ali večtedenska presnovna podpora med dolgotrajno zmanjšanim pretokom ohrani žile, mitohondrije in spomin.

Izboljšanje spomina po enem mesecu zdravljenja v modelu 2VO zato ne pove ničesar neposrednega o reševanju človeških možganov med nujno trombektomijo. Ta razlika je pomembna, ker jo večina optimističnih povzetkov prezre.

Akutna možganska kap: zaščita ob reperfuziji, odložitev brez nje

Najjasnejši akutni rezultat izhaja iz prehodne MCAO z reperfuzijo. Pri podganah je zapora trajala 60 minut, nato pa so jim ob začetku reperfuzije intravensko dali majhen odmerek metilenskega modrila, z dodatnimi odmerki po 3 urah in na dan 2. Magnetnoresonančno slikanje je pokazalo, da se je lezija v skupini, ki je prejela le nosilec, do dne 2 povečala za približno 19 odstotkov, medtem ko se je v zdravljeni skupini zmanjšala za približno 17 odstotkov. Končni infarkti so bili približno 30 odstotkov manjši, nevrološke ocene na dneva 2 in 7 pa boljše. Slikanje je pokazalo boljše preživetje tako tkiva v jedru kot tkiva v penumbri. Širša literatura o nevroprotekciji to zaščito, časovno vezano na reperfuzijo, obravnava skupaj z ugotovitvami pri globalni ishemiji in poškodbah.

Slika se spremeni, če arterija ostane zaprta. V poskusu s trajno MCAO je metilensko modrilo, dano med trajajočo ishemijo, upočasnilo širjenje lezije na difuzijskem slikanju in za kratek čas podaljšalo neskladje med perfuzijo in difuzijo, ob nekoliko boljšem lokalnem pretoku. Vendar se končni volumen infarkta po 24 urah ni statistično značilno razlikoval. Upočasnilo je prehod ogroženega tkiva v infarkt, ni pa nadomestilo ponovnega odprtja žile.

Tretja akutna raziskava dodaja podrobnosti o mehanizmu in odmerku. Enkratni intraperitonealni odmerek takoj po zapori je povzročil največje zmanjšanje infarkta, približno 50 odstotkov, pri vmesnem odmerku 5 mg/kg, ne pa pri 1 ali 10 mg/kg, ob boljših senzomotoričnih ocenah. Avtorji so to povezali z ohranjeno strukturo mitohondrijev in povečano mitofagijo, selektivnim odstranjevanjem poškodovanih mitohondrijev. Odmerek, način dajanja in časovni razpored so torej pomembni, vrednosti mg/kg pri podganah pa niso odmerki za zdravljenje možganske kapi pri ljudeh.

Celična kultura: ista učinkovina pomaga ali škoduje glede na čas uporabe

Poskus z astrociti je najbolj poučen in se najpogosteje napačno navaja. Primarne mišje kortikalne astrocite so za 6 ur izpostavili hudemu pomanjkanju pri 0.1 odstotka kisika v gojišču brez glukoze, piruvata ali seruma. Sledilo je 24 ur ponovne oksigenacije z obnovljeno oskrbo s substrati. Približno polovica celic je odmrla, zato je preizkus omogočal prikaz učinka v obeh smereh.

Ko je bilo metilensko modrilo prisotno med fazo pomanjkanja, se je preživetje poslabšalo, ne izboljšalo. Ko so ga namesto tega dodali ob ponovni oksigenaciji, so nizke mikromolarne koncentracije izboljšale viabilnost ter povečale porabo kisika, privzem glukoze in tvorbo ATP. V običajnih razmerah so iste koncentracije povečale privzem glukoze za približno 89 odstotkov pri 0.1 mikromolarni koncentraciji in za približno 200 odstotkov pri 1 mikromolarni koncentraciji. Po poškodbi sta bila ohranjena glikogen in aktivnost heksokinaze, izmerjenega povečanja superoksida pa ni bilo.

Mehanizem je lažje razumeti s primerjavo z rezervnim generatorjem. Metilensko modrilo deluje kot alternativni prenašalec elektronov, ki sprejema redukcijske ekvivalente in jih prenaša proti citokromu c in kompleksu IV. S tem podpira tok elektronov in sintezo ATP ter zmanjšuje uhajanje elektronov v predhodnih korakih verige. Med hudim pomanjkanjem je ta spodbuda škodljiva, ker poveča presnovne potrebe, ko kisika in glukoze skoraj ni, zato lahko hitreje izčrpa zadnje zaloge. Ko se substrati vrnejo, ista lastnost postane prednost, saj poškodovanim mitohondrijem pomaga učinkovito izkoristiti ponovno razpoložljiva kisik in glukozo. Prav zato je treba ugotovitve iz razlag mitohondrijskega prenosa elektronov vedno obravnavati tudi v kontekstu pomanjkanja.

Opozorilo: to pravilo glede časa uporabe velja za opisano pripravo astrocitov. Sorodna celična raziskava z drugačno vrsto celic, blažjim pomanjkanjem in nižjo koncentracijo je pokazala zaščito tudi ob izpostavljenosti med pomanjkanjem. Vrsta celic, preostali kisik, koncentracija in protokol določajo, ali je učinek koristen ali škodljiv.

Kronično zmanjšan pretok: spomin, citokrom oksidaza in žile skozi več tednov

V kroničnih poskusih so več tednov uporabljali vsakodnevno zdravljenje z majhnimi odmerki, ne enkratnega nujnega bolusa. V prvi raziskavi so podgane s trajno zaporo karotidnih arterij en mesec prejemale 4 mg/kg dnevno, po vsakem dnevnem treningu, da bi vplivali na utrjevanje spomina in ne na trenutno uspešnost. Živali z zaporo so se počasneje učile nalog vizualnega razlikovanja in slabše opravile zahteven preizkus spomina, medtem ko sposobnost plavanja, motorična aktivnost in prepoznavanje vonjev niso bili prizadeti. Vsakodnevno zdravljenje je ublažilo primanjkljaje pri učenju in spominu, ne da bi spremenilo splošno motorično vedenje.

Nadaljnja raziskava je po enakem enomesečnem režimu preučila citokrom oksidazo, torej mitohondrijski kompleks IV, v 44 možganskih regijah. Zapora je zmanjšala aktivnost encima v vidni, prefrontalni in peririnalni skorji ter v hipokampusu in amigdali, poleg tega pa je oslabila usklajeno aktivnost med vidno skorjo in hipokampusom. Zdravljenje je ohranilo regionalno aktivnost encima in okrepilo te medregionalne presnovne korelacije, ohranjena aktivnost pa je bila povezana z boljšim opravljanjem nalog. Te korelacije opisujejo usklajeno aktivnost presnovnega encima, ne neposrednih meritev funkcionalne povezanosti pri ljudeh. To razliko pomagajo pojasniti pregledi energijske presnove možganov.

V ločeni enotedenski raziskavi so uporabljali 2 mg/kg dnevno in za preverjanje mehanizma dodali zaviralec signalne poti. Z zdravljenjem se je pretok krvi skozi možgane povečal s približno 60 na približno 100 mL na 100 g na minuto, gostota žil v hipokampusu pa s približno 15.1 na 23 odstotkov. Obe izboljšanji sta se delno zmanjšali, ko so zavrli signalno pot preživetja PI3K/Akt, količina fosforiliranega Akt pa se je z zdravljenjem povečala. Ugotovitve o pretoku krvi, gostoti žil, pregradi in nevronih kažejo na nevrovaskularno zaščito, povezano s signaliziranjem PI3K/Akt, ne zgolj na presnovni učinek.

Zakaj nič od tega ni enakovredno nujni oskrbi pri možganski kapi

Nadzorovane laboratorijske razmere so razlog, da teh rezultatov ni mogoče neposredno prenesti v klinično prakso. Celice v kulturi nimajo tromba ali farmakokinetike. Model 2VO predstavlja dolgotrajno globalno zmanjšan pretok, ne nenadnega žariščnega embolusa s penumbro, ki obstaja šele nekaj minut. Tudi pri MCAO pri podganah uporabljajo mlade zdrave živali, anestezijo, enotne zapore in natančno časovno določeno odmerjanje. To se razlikuje od starejših bolnikov z različnimi strdki, aterosklerozo, hipertenzijo, sladkorno boleznijo in neznanim časom nastopa simptomov.

Nobena objavljena randomizirana raziskava pri ljudeh ni potrdila metilenskega modrila kot nujnega zdravljenja akutne ishemične možganske kapi. Včasih navajana raziskava slikanja pri ljudeh je vključila 26 zdravih odraslih, ne bolnikov z možgansko kapjo. Enkratni peroralni odmerek je spremenil možganske signale, povezane z nalogo, ob majhnem izboljšanju priklica. To kaže na delovanje v osrednjem živčevju, ne na učinkovitost pri možganski kapi. Trenutne smernice za nujno oskrbo se namesto tega osredotočajo na hitro reperfuzijo z intravensko trombolizo pri primernih bolnikih in trombektomijo pri ustreznih zaporah velikih žil. Standardni postopki nujne oskrbe pri možganski kapi ostajajo edina dokazana pot. Ob sumu na možgansko kap se oskrbe nikoli ne sme odložiti zaradi dajanja metilenskega modrila. Praktične omejitve ekstrapolacije predkliničnih odmerkov pojasnjujejo, zakaj časovnih razporedov pri podganah ni mogoče razumeti kot klinične režime zdravljenja.

Varnostni vidiki to mejo dodatno utrjujejo. Intravensko metilensko modrilo ima posebej izpostavljeno opozorilo o resnem ali smrtnem serotoninskem sindromu ob sočasni uporabi s serotoninergičnimi zdravili, vključno s SSRI, SNRI in zaviralci MAO, ki jih jemlje veliko bolnikov v starosti, ko je možganska kap pogostejša. Pri pomanjkanju G6PD je kontraindicirano zaradi tveganja za hemolizo. Zavira tudi signaliziranje dušikovega oksida, kar v nekaterih razmerah poveča žilni upor in tlak, zato ga ne bi smeli opisovati zgolj kot zdravilo, ki poveča pretok krvi skozi možgane. Odobreni intravenski režim 1 mg/kg za pridobljeno methemoglobinemijo ni režim za možgansko kap.

Pošten povzetek je omejen, vendar temelji na dejanskih ugotovitvah. V obdobju reperfuzije pri prehodni žariščni ishemiji je metilensko modrilo v majhnih odmerkih zmanjšalo napredovanje lezije pri podganah. Pri trajni zapori je infarkt odložilo, ne pa preprečilo. Pri astrocitih je med hudim pomanjkanjem škodovalo, ob ponovni oksigenaciji pa pomagalo. Med kronično hipoperfuzijo je skozi več tednov ohranilo citokrom oksidazo, žile in spomin. En prenašalec, trije konteksti, trije odgovori.