เมทิลีนบลูในงานวิจัยโรคหลอดเลือดสมองและภาวะเลือดไปเลี้ยงสมองลดลง: แบบจำลองทั้งสามแสดงอะไรจริง ๆ

หลอดเลือดแดงที่อุดตัน เซลล์เพาะเลี้ยงที่ขาดสารอาหาร และหนูแรตที่มีหลอดเลือดแดงบริเวณคอตีบ ฟังดูเหมือนการทดลองเดียวกันสามรูปแบบ แต่ไม่ใช่ แต่ละแบบตั้งคำถามต่างกัน และเมทิลีนบลูให้คำตอบต่างกันในแต่ละแบบ หากสับสนระหว่างแบบจำลองเหล่านี้ งานวิจัยจะดูขัดแย้งกัน แต่เมื่อแยกออกจากกัน รูปแบบที่ชัดเจนจะปรากฏขึ้น โดยมีช่วงเวลาที่ให้สารเป็นตัวกำหนดหลัก

การแยกแยะนี้คือประเด็นสำคัญทั้งหมดของบททบทวนนี้ แบบจำลองทั้งสาม ได้แก่ โรคหลอดเลือดสมองเฉียบพลันเฉพาะที่ การขาดออกซิเจนและกลูโคสแล้วให้ออกซิเจนกลับคืนในเซลล์เพาะเลี้ยง และภาวะเลือดไปเลี้ยงสมองลดลงเรื้อรังเป็นเวลาหลายสัปดาห์ กลไกที่เสนอว่าเชื่อมโยงแบบจำลองเหล่านี้เกี่ยวข้องกับไมโทคอนเดรีย แต่ผลลัพธ์แตกต่างกันเพราะบริบททางเมแทบอลิซึมแตกต่างกัน

แบบจำลองทั้งสามตอบคำถามต่างกัน

โรคหลอดเลือดสมองเฉียบพลันเฉพาะที่ในหนูแรตมักสร้างขึ้นด้วยการอุดตันหลอดเลือดแดงสมองส่วนกลาง ซึ่งย่อว่า MCAO การอุดตันที่เลียนแบบลิ่มเลือดทำให้เกิดบริเวณแกนกลางที่ขาดเลือด ล้อมรอบด้วยบริเวณเพนัมบรา ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่เสี่ยงต่อความเสียหายแต่ยังอาจกู้คืนได้หากเลือดกลับมาไหลเวียน คำถามในแบบจำลองนี้คือ การแทรกแซงช่วยชะลอการขยายตัวของบริเวณเนื้อสมองตาย หรือรักษาการทำงานในช่วงที่เลือดกลับมาไหลเวียนได้หรือไม่

การขาดออกซิเจนและกลูโคส ซึ่งย่อว่า OGD เป็นการทดลองในระดับที่ตรงกันข้าม เซลล์สมองเพาะเลี้ยงถูกนำไปไว้ในสภาวะที่มีออกซิเจนเกือบเป็นศูนย์และไม่มีกลูโคส แล้วจึงนำกลับสู่อาหารเลี้ยงเซลล์ตามปกติ ไม่มีลิ่มเลือด ไม่มีการไหลเวียนเลือดผ่านหลอดเลือดทางเบี่ยง ไม่มีความดันโลหิต และไม่มีระบบภูมิคุ้มกัน คำถามจึงอยู่ในระดับเซลล์ล้วน ๆ ว่า การหายใจระดับเซลล์ ATP และการอยู่รอดเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อสารตั้งต้นหายไปแล้วกลับคืนมา

แบบจำลองภาวะเลือดไปเลี้ยงสมองลดลงเรื้อรังใช้การอุดตันหลอดเลือดแดงคาโรติดทั้งสองข้างอย่างถาวรในหนูแรต เรียกว่าแบบจำลอง 2VO การไหลเวียนเลือดไปยังสมองส่วนหน้าลดลงและคงอยู่ในระดับต่ำเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ไม่มีเนื้อสมองตายเฉพาะที่แบบฉับพลัน และไม่มีการทำให้เลือดกลับมาไหลเวียนแบบฉุกเฉิน คำถามคือ การสนับสนุนเมแทบอลิซึมเป็นเวลาหลายสัปดาห์ช่วยรักษาหลอดเลือด ไมโทคอนเดรีย และความจำระหว่างที่เลือดไหลเวียนต่ำเป็นเวลานานได้หรือไม่

ดังนั้น ความจำที่ดีขึ้นหลังให้สารเป็นเวลาหนึ่งเดือนในแบบจำลอง 2VO จึงไม่ได้บอกอะไรโดยตรงเกี่ยวกับการกู้เนื้อสมองของมนุษย์ระหว่างการนำลิ่มเลือดออกแบบฉุกเฉิน ความแตกต่างนี้สำคัญ เพราะบทสรุปส่วนใหญ่ที่มองผลในแง่ดีมักข้ามประเด็นนี้ไป

โรคหลอดเลือดสมองเฉียบพลัน: ปกป้องเมื่อเลือดกลับมาไหลเวียน ชะลอความเสียหายเมื่อเลือดยังไม่กลับมา

ผลการทดลองเฉียบพลันที่ชัดเจนที่สุดมาจาก MCAO ชั่วคราวที่ตามด้วยการให้เลือดกลับมาไหลเวียน หนูแรตถูกอุดตันหลอดเลือดเป็นเวลา 60 นาที จากนั้นได้รับเมทิลีนบลูขนาดต่ำทางหลอดเลือดดำโดยเริ่มเมื่อเลือดกลับมาไหลเวียน และได้รับเพิ่มเติมที่ 3 ชั่วโมงและในวันที่ 2 MRI แสดงให้เห็นว่ารอยโรคของกลุ่มที่ได้รับตัวพาสารขยายขึ้นประมาณ 19 เปอร์เซ็นต์ภายในวันที่ 2 ขณะที่รอยโรคของกลุ่มที่ได้รับเมทิลีนบลูลดลงประมาณ 17 เปอร์เซ็นต์ โดยมีขนาดบริเวณเนื้อสมองตายสุดท้ายเล็กลงประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ และมีคะแนนทางระบบประสาทดีขึ้นในวันที่ 2 และ 7 ภาพตรวจแสดงให้เห็นการอยู่รอดของเนื้อเยื่อทั้งในบริเวณแกนกลางและเพนัมบราที่ดีขึ้น งานวิจัยด้านการปกป้องระบบประสาทในภาพรวมกล่าวถึงการปกป้องที่เกิดขึ้นเมื่อให้สารตรงกับช่วงเลือดกลับมาไหลเวียนนี้ ควบคู่กับผลการศึกษาในภาวะขาดเลือดทั่วสมองและการบาดเจ็บ

ภาพรวมเปลี่ยนไปเมื่อหลอดเลือดยังคงอุดตัน ในการทดลอง MCAO แบบถาวร เมทิลีนบลูที่ให้ระหว่างภาวะขาดเลือดที่ยังดำเนินอยู่ช่วยชะลอการขยายตัวของรอยโรคที่เห็นจากภาพการแพร่ของน้ำ และยืดช่วงเวลาที่บริเวณผิดปกติจากภาพการไหลเวียนเลือดกับภาพการแพร่ของน้ำมีขนาดไม่ตรงกันออกไปชั่วครู่ พร้อมกับการไหลเวียนเลือดเฉพาะที่ที่ดีขึ้นเล็กน้อย แต่ปริมาตรเนื้อสมองตายสุดท้ายที่ 24 ชั่วโมงไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ สารนี้ชะลอการเปลี่ยนจากเนื้อเยื่อที่เสี่ยงเป็นเนื้อเยื่อตาย แต่ไม่ได้ทดแทนการเปิดหลอดเลือดให้กลับมาไหลเวียน

การศึกษาเฉียบพลันครั้งที่สามเพิ่มรายละเอียดด้านกลไกและขนาดสาร การให้สารเข้าช่องท้องครั้งเดียวทันทีหลังอุดตันหลอดเลือดทำให้บริเวณเนื้อสมองตายลดลงมากที่สุด ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ ที่ขนาดระดับกลาง 5 mg/kg แทนที่จะเป็น 1 หรือ 10 mg/kg พร้อมกับคะแนนการทำงานด้านประสาทรับความรู้สึกและการเคลื่อนไหวที่ดีขึ้น ผู้วิจัยเชื่อมโยงผลนี้กับการคงสภาพโครงสร้างไมโทคอนเดรียและการเพิ่มขึ้นของไมโทฟาจี ซึ่งเป็นการกำจัดไมโทคอนเดรียที่เสียหายอย่างจำเพาะ ดังนั้น ขนาดสาร ช่องทางการให้ และตารางเวลาจึงมีความสำคัญ และค่า mg/kg ในหนูแรตไม่ใช่ขนาดยาสำหรับโรคหลอดเลือดสมองในมนุษย์

เซลล์เพาะเลี้ยง: สารเดียวกันช่วยหรือทำอันตรายได้ ขึ้นอยู่กับเวลาที่ให้

การทดลองในแอสโทรไซต์ให้บทเรียนชัดเจนที่สุด และถูกอ้างคลาดเคลื่อนบ่อยที่สุด แอสโทรไซต์ปฐมภูมิจากเปลือกสมองของหนูเมาส์ถูกทำให้ขาดออกซิเจนและสารอาหารอย่างรุนแรงเป็นเวลา 6 ชั่วโมง ที่ออกซิเจน 0.1 เปอร์เซ็นต์ ในอาหารเลี้ยงเซลล์ที่ไม่มีกลูโคส ไพรูเวต หรือซีรัม จากนั้นให้ออกซิเจนกลับคืนเป็นเวลา 24 ชั่วโมง พร้อมคืนสารตั้งต้น เซลล์ประมาณครึ่งหนึ่งตาย จึงทำให้การทดสอบนี้มีช่วงให้ตรวจพบผลได้ทั้งในทิศทางที่ดีขึ้นและแย่ลง

เมื่อมีเมทิลีนบลูอยู่ในช่วงที่ขาดออกซิเจนและสารอาหาร การอยู่รอดกลับแย่ลง ไม่ใช่ดีขึ้น แต่เมื่อเริ่มให้ในช่วงที่ให้ออกซิเจนกลับคืนแทน ความเข้มข้นต่ำในระดับไมโครโมลาร์ช่วยเพิ่มความมีชีวิตของเซลล์ และเพิ่มการใช้ออกซิเจน การนำกลูโคสเข้าสู่เซลล์ และการสร้าง ATP ภายใต้สภาวะปกติ ความเข้มข้นเดียวกันเพิ่มการนำกลูโคสเข้าสู่เซลล์ประมาณ 89 เปอร์เซ็นต์ที่ 0.1 ไมโครโมลาร์ และประมาณ 200 เปอร์เซ็นต์ที่ 1 ไมโครโมลาร์ พร้อมทั้งคงระดับไกลโคเจนและกิจกรรมของเอนไซม์เฮกโซไคเนสหลังการบาดเจ็บ โดยไม่พบการเพิ่มขึ้นของซูเปอร์ออกไซด์จากการตรวจวัด

กลไกนี้เข้าใจได้ง่ายขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง เมทิลีนบลูทำหน้าที่เป็น ตัวพาอิเล็กตรอนทางเลือกที่รับสมมูลรีดิวซ์และส่งต่อไปยังไซโตโครม c และคอมเพล็กซ์ IV ซึ่งสนับสนุนการไหลของอิเล็กตรอนและการสังเคราะห์ ATP พร้อมลดการรั่วไหลของอิเล็กตรอนในขั้นตอนก่อนหน้า ระหว่างการขาดออกซิเจนและสารอาหารอย่างรุนแรง การกระตุ้นนี้กลับเป็นผลเสีย เพราะเพิ่มความต้องการทางเมแทบอลิซึมในเวลาที่แทบไม่มีออกซิเจนและกลูโคส จึงอาจทำให้พลังงานสำรองที่เหลืออยู่หมดเร็วขึ้น หลังสารตั้งต้นกลับคืนมา คุณสมบัติเดียวกันกลับเป็นข้อดี เพราะช่วยให้ไมโทคอนเดรียที่เสียหายใช้ออกซิเจนและกลูโคสที่กลับคืนมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ นี่จึงเป็นเหตุผลที่ต้องกำกับคำอธิบายเรื่องการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรียด้วยบริบทของการขาดออกซิเจนและสารอาหารด้วย

ข้อควรระวังหนึ่งประการคือ กฎเรื่องช่วงเวลานี้เป็นผลเฉพาะของระบบทดลองแอสโทรไซต์ดังกล่าว การศึกษาเซลล์อีกงานหนึ่งที่ใช้เซลล์ต่างชนิด การขาดออกซิเจนและสารอาหารที่รุนแรงน้อยกว่า และความเข้มข้นต่ำกว่า พบผลปกป้องแม้ให้สารในช่วงที่ยังขาดออกซิเจนและสารอาหาร ชนิดเซลล์ ออกซิเจนที่เหลืออยู่ ความเข้มข้น และขั้นตอนการทดลองเป็นตัวกำหนดทิศทางของผล

การไหลเวียนเลือดต่ำเรื้อรัง: ความจำ ไซโตโครมออกซิเดส และหลอดเลือดในช่วงหลายสัปดาห์

การทดลองเรื้อรังใช้การให้สารขนาดต่ำทุกวันเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ไม่ใช่การให้ครั้งเดียวแบบฉุกเฉิน ในการศึกษาแรก หนูแรตที่มีหลอดเลือดแดงคาโรติดอุดตันถาวรได้รับสาร 4 mg/kg ทุกวันเป็นเวลาหนึ่งเดือน โดยให้หลังการฝึกแต่ละวันเพื่อมุ่งที่การทำให้ความจำคงตัว แทนที่จะเป็นความสามารถในการทำภารกิจทันที สัตว์ที่มีหลอดเลือดอุดตันเรียนรู้โจทย์แยกแยะสิ่งเร้าทางการมองเห็นได้ช้ากว่า และทำได้แย่กว่าในการทดสอบความจำที่ยาก ขณะที่ความสามารถในการว่ายน้ำ กิจกรรมการเคลื่อนไหว และการจดจำกลิ่นไม่ได้รับผลกระทบ การให้สารทุกวันช่วยลดความบกพร่องด้านการเรียนรู้และความจำ โดยไม่เปลี่ยนพฤติกรรมการเคลื่อนไหวทั่วไป

การศึกษาติดตามทำแผนที่ไซโตโครมออกซิเดส ซึ่งเป็นคอมเพล็กซ์ IV ของไมโทคอนเดรีย ในสมอง 44 บริเวณ หลังให้สารตามตารางเดียวกันเป็นเวลาหนึ่งเดือน การอุดตันลดกิจกรรมของเอนไซม์ในเปลือกสมองส่วนการมองเห็น ส่วนหน้าผากส่วนหน้า และส่วนเพอริไรนัล รวมถึงฮิปโปแคมปัสและอะมิกดะลา และทำให้กิจกรรมที่ประสานกันระหว่างเปลือกสมองส่วนการมองเห็นกับฮิปโปแคมปัสลดลง การให้สารช่วยคงกิจกรรมของเอนไซม์ในแต่ละบริเวณและเพิ่มความสัมพันธ์ทางเมแทบอลิซึมระหว่างบริเวณเหล่านั้น โดยกิจกรรมที่คงอยู่สัมพันธ์กับการทำภารกิจได้ดีขึ้น ความสัมพันธ์เหล่านี้อธิบายกิจกรรมของเอนไซม์ทางเมแทบอลิซึมที่ประสานกัน ไม่ใช่การวัดความเชื่อมโยงเชิงหน้าที่ของสมองมนุษย์โดยตรง ซึ่งเป็นประเด็นที่ บททบทวนเรื่องเมแทบอลิซึมพลังงานของสมอง ช่วยให้แยกแยะได้ชัดเจน

การศึกษาอีกงานหนึ่งที่ดำเนินเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ใช้สาร 2 mg/kg ทุกวัน และเพิ่มสารยับยั้งวิถีส่งสัญญาณเพื่อทดสอบกลไก เมื่อให้เมทิลีนบลู การไหลเวียนเลือดในสมองเพิ่มจากประมาณ 60 เป็นประมาณ 100 mL ต่อ 100 g ต่อนาที และความหนาแน่นของหลอดเลือดในฮิปโปแคมปัสเพิ่มจากประมาณ 15.1 เป็น 23 เปอร์เซ็นต์ ผลที่เพิ่มขึ้นทั้งสองอย่างลดลงบางส่วนเมื่อยับยั้งวิถี PI3K/Akt ที่เกี่ยวข้องกับการอยู่รอดของเซลล์ และระดับ Akt ที่ผ่านการเติมหมู่ฟอสเฟตเพิ่มขึ้นเมื่อให้สาร ผลด้านการไหลเวียนเลือด ความหนาแน่นของหลอดเลือด แนวกั้น และเซลล์ประสาทชี้ถึงการปกป้องระบบประสาทและหลอดเลือดที่เชื่อมโยงกับการส่งสัญญาณ PI3K/Akt มากกว่าจะเป็นผลทางเมแทบอลิซึมเพียงอย่างเดียว

เหตุใดผลทั้งหมดนี้จึงไม่เท่ากับการดูแลโรคหลอดเลือดสมองฉุกเฉิน

การควบคุมสภาวะในห้องปฏิบัติการคือเหตุผลที่ไม่สามารถนำผลเหล่านี้ไปใช้โดยตรง เซลล์เพาะเลี้ยงไม่มีลิ่มเลือดหรือเภสัชจลนศาสตร์ แบบจำลอง 2VO เป็นการไหลเวียนเลือดต่ำทั่วสมองเป็นเวลานาน ไม่ใช่ลิ่มเลือดอุดตันเฉพาะที่อย่างฉับพลันพร้อมบริเวณเพนัมบราที่เพิ่งเกิดขึ้นไม่กี่นาที แม้แต่ MCAO ในหนูแรตก็ใช้สัตว์อายุน้อยที่สุขภาพดี การดมยาสลบ การอุดตันที่สม่ำเสมอ และการให้สารในเวลาที่กำหนดอย่างแม่นยำ ต่างจากผู้ป่วยสูงอายุที่มีลิ่มเลือดหลากหลายรูปแบบ ภาวะหลอดเลือดแดงแข็ง ความดันโลหิตสูง เบาหวาน และไม่ทราบเวลาเริ่มอาการ

ยังไม่มีการทดลองแบบสุ่มในมนุษย์ที่ตีพิมพ์ซึ่งยืนยันว่าเมทิลีนบลูเป็นการรักษาฉุกเฉินสำหรับโรคหลอดเลือดสมองขาดเลือดเฉียบพลัน การศึกษาภาพสมองในมนุษย์ที่ถูกอ้างถึงในบางครั้งรับอาสาสมัครผู้ใหญ่สุขภาพดี 26 คน ไม่ใช่ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง และการรับประทานสารครั้งเดียวเปลี่ยนสัญญาณสมองที่สัมพันธ์กับการทำภารกิจ พร้อมกับการเรียกคืนความจำที่ดีขึ้นเล็กน้อย ผลนั้นแสดงว่าสารมีการออกฤทธิ์ในระบบประสาทส่วนกลาง ไม่ได้แสดงประสิทธิผลต่อโรคหลอดเลือดสมอง แนวทางฉุกเฉินในปัจจุบันมุ่งเน้นการทำให้เลือดกลับมาไหลเวียนอย่างรวดเร็วด้วยยาละลายลิ่มเลือดทางหลอดเลือดดำในผู้ป่วยที่เข้าเกณฑ์ และการนำลิ่มเลือดออกในกรณีหลอดเลือดขนาดใหญ่อุดตันที่เหมาะสม แนวทางดูแลโรคหลอดเลือดสมองฉุกเฉินมาตรฐานยังคงเป็นหนทางเดียวที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ไม่ควรชะลอการดูแลเมื่อสงสัยโรคหลอดเลือดสมองเพื่อให้เมทิลีนบลูโดยเด็ดขาด และข้อจำกัดในทางปฏิบัติของการอนุมานขนาดสารจากงานวิจัยก่อนคลินิกอธิบายว่าเหตุใดจึงไม่สามารถตีความตารางการให้สารในหนูแรตเป็นแผนการรักษาทางคลินิกได้

บริบทด้านความปลอดภัยยิ่งย้ำขอบเขตนี้ เมทิลีนบลูทางหลอดเลือดดำมีคำเตือนในกรอบเกี่ยวกับกลุ่มอาการเซโรโทนินที่รุนแรงหรือถึงแก่ชีวิตเมื่อใช้ร่วมกับยาที่ออกฤทธิ์ต่อระบบเซโรโทนิน รวมถึง SSRIs, SNRIs และยากลุ่มยับยั้ง MAO ซึ่งผู้ป่วยจำนวนมากในช่วงอายุที่พบโรคหลอดเลือดสมองใช้กันอยู่ ห้ามใช้ในผู้ที่มีภาวะพร่อง G6PD เนื่องจากเสี่ยงต่อเม็ดเลือดแดงแตก สารนี้ยังยับยั้งการส่งสัญญาณของไนตริกออกไซด์ ซึ่งเพิ่มความต้านทานของหลอดเลือดและความดันในบางสภาวะ จึงไม่ควรอธิบายอย่างง่าย ๆ ว่าเป็นยาที่เพิ่มการไหลเวียนเลือดในสมอง แผนการให้ทางหลอดเลือดดำ 1 mg/kg ที่ได้รับอนุมัติสำหรับภาวะเมทฮีโมโกลบินในเลือดที่เกิดขึ้นภายหลัง ไม่ใช่แผนการรักษาโรคหลอดเลือดสมอง

ข้อสรุปที่ตรงไปตรงมามีขอบเขตแคบ แต่เป็นผลที่พบจริง เมื่อให้ใกล้ช่วงที่เลือดกลับมาไหลเวียนในภาวะขาดเลือดเฉพาะที่แบบชั่วคราว เมทิลีนบลูขนาดต่ำลดการลุกลามของรอยโรคในหนูแรต ภายใต้การอุดตันถาวร สารนี้ชะลอแต่ไม่ได้ป้องกันเนื้อสมองตาย ในแอสโทรไซต์ สารนี้ก่อผลเสียระหว่างการขาดออกซิเจนและสารอาหารอย่างรุนแรง และให้ผลดีเมื่อให้ออกซิเจนกลับคืน ในภาวะเลือดไปเลี้ยงลดลงเรื้อรัง สารนี้ช่วยคงไซโตโครมออกซิเดส หลอดเลือด และความจำตลอดหลายสัปดาห์ ตัวพาอิเล็กตรอนหนึ่งชนิด สามบริบท สามคำตอบ