Beyin hasarında metilen mavisi: klinik öncesi kanıtları anlamak

Başa alınan bir darbe, tıkalı bir atardamar ve yavaş ilerleyen bir nörodejeneratif hastalık aynı sorunla sonuçlanabilir: beyin artık işini yapacak enerjiye sahip değildir. Aynı bileşiğin bu üç araştırma alanında da sürekli karşımıza çıkmasının nedeni bu ortak son noktadır. Ancak ortak bir son nokta, ortak bir kavram anlamına gelmez. Hasardan önce verilen bir tedavi, hasardan sonraki bir saat içinde verilen bir tedavi ve aylar sonra sonuçları ölçülen bir tedavi, şırıngada aynı mavi sıvı bulunsa bile farklı fikirleri sınar.

Bu makale, söz konusu literatürün hasarla ilgili kısmını ele alıyor. Hayvan deneylerinde beyin hasarı için metilen mavisi kullanımının ne anlama geldiğini inceliyor, travmatik hasarı inmeden ve kronik nörodejenerasyondan ayırıyor ve dozun verildiği zamanın çalışmalar arasındaki farklılıkların çoğunu neden açıkladığını gösteriyor.

Üç hasar türü, tek bir enerji yetersizliği

Bu modelleri birbirine bağlayan mekanizma mitokondrilerin içinde yer alır. Normalde elektronlar, ATP üretmek üzere elektron taşıma zinciri boyunca ilerler ve sağlıklı bir zincir reaktif oksijen türlerini kontrol altında tutar. Hasardan sonra zincirin bazı bölümleri aksar, ATP üretimi azalır ve serbest radikal üretimi artar. 2018 Molecular Neurobiology derlemesi, metilen mavisini alternatif bir elektron taşıyıcısı olarak tanımlar: NADH'den elektron alıp bunları sitokrom c'ye aktarır; bu da kompleks IV aktivitesini artırır ve zincirin başlangıç kısmı bozulmuş olsa bile ATP sentezini yeniden sağlar.

Bildirilen sayılar somuttur. Hücre ve doku kesiti preparatlarında kompleks IV aktivitesi yüzde 30 ila 100 artarken oksijen tüketimi de buna paralel artmıştır; bu, fazladan elektronların radikal olarak sızmak yerine yararlı iş yaptığını gösterir. Sıçanlarda kullanılan bir inme modelinde, tedaviden 24 saat sonra etkilenen bölgedeki ATP üretimi, tedavi edilmeyen hayvanlara göre yaklaşık yüzde 30 daha yüksekti. 2022 Biochemistry (Moscow) derlemesi bunun ardından gelen sonuçları da ekler: daha az oksidatif stres, daha az nöroinflamasyon, daha az apoptoz; ayrıca monoamin oksidaz, nitrik oksit sentaz, mitokondriyal biyogenez, otofaji ve yanlış katlanmış proteinlerin agregasyonu üzerindeki etkiler.

Dolayısıyla temel fikir basittir. Hasar, elektronların normal yolunu daraltır ve metilen mavisi alternatif bir güzergâh sunar. Bundan sonrası, hangi hasarın söz konusu olduğuna, bileşiğin ne zaman verildiğine ve sonuçların nasıl ölçüldüğüne bağlıdır.

Travmatik hasar inme değildir

Travmatik beyin hasarı modelinde kuvvet bir anda etki eder. Birincil hasar mekaniktir: doku yırtılır, damarlar çatlar ve kan-beyin bariyeri dakikalar içinde açılır. Metilen mavisinin etkileyebileceği düşünülen süreç, sonraki saatler ve günler boyunca gelişen ikincil dalgadır; sağ kalan dokudaki mitokondriler işlevini yitirir, inflamasyon yayılır ve ödem oluşur. Bu çalışmalardaki sonlanım ölçütleri söz konusu sırayı yansıtır: lezyon hacmi, beyin su içeriği, darbe bölgesine yakın nöronların sağkalımı ve daha sonraki motor iyileşme ya da labirent öğrenmesi gibi davranışlar.

İnme veya global iskemi modelinde ise hasarın gelişimi bunun tersidir. Kan akımı durur, dakikalar içinde enerji yetersizliği gelişir ve akımın yeniden sağlanması kendi reperfüzyon hasarını beraberinde getirir. Burada dozlama, damardaki olayın zamanlamasına göre ayarlanır; çoğu zaman tıkanma veya reperfüzyondan sonraki dakikalar içinde yapılır. Sonlanım ölçütleri ise saatler ile bir veya iki gün arasında dokunun akut durumunu nicel olarak değerlendirir: infarkt boyutu, kan akımı ve erken işlevsel iyileşme. İnme literatüründeki yaklaşımlardan biri ön tedavidir; hayvanlara damar tıkanmasından önce doz verilir. Bu, önlemeyi test eder ve hiçbir kafa travması deneyinin insanlarda etik olarak tekrarlayamayacağı bir yaklaşımdır.

İnme sonuçları, hasar literatüründeki en güçlü sonuçlardır ve etkisizliğe ilişkin en net bulguyu da içerir. Orta serebral arterin bir saatlik tıkanmasının ardından reperfüzyon sırasında metilen mavisi verilen sıçanlarda, 2. günde infarktlar yüzde 30 daha küçüktü; risk altındaki çekirdek ve penumbranın daha büyük bir kısmı korunmuştu (Shen, 2013). Kalıcı tıkanma çalışmasında, risk altındaki dokunun infarkta dönüşmesi daha yavaş ilerledi; ancak test edilen iki dozun hiçbirinde 24 saat sonundaki infarkt hacmi azalmadı (Rodriguez, 2014). Üçüncü bir tıkanma çalışmasında, orta doz infarkt boyutunu yaklaşık yarıya indirdi ve iskemik beyinde mitokondriyal ultrastrüktür ile mitofaji doğrudan incelendi; aynı zamanda, nekroz azalırken ölçülen apoptozun arttığı yönünde sezgilere aykırı bir ayrıntı bildirildi (Di, 2015). Global iskemide ise sürekli düşük doz infüzyon, hassas CA1 hipokampal bölgesinde sitokrom c oksidaz aktivitesini, ATP düzeylerini ve mitokondriyal membran potansiyelini yeniden sağladı, bu nöronları korudu ve mekânsal belleği muhafaza etti (Lu, 2016). Bu CA1 ölçümü üzerinde durmaya değer: bunlar, hasarlı beynin içinden elde edilen doğrudan ATP ve solunum zinciri verileridir; TBI literatürü bunları çoğunlukla ölçmek yerine dolaylı olarak çıkarır.

Kronik nörodejenerasyon her ikisinden de farklıdır. Alzheimer, Parkinson ve Huntington hastalığı modellerinde hayvanlara haftalar veya aylar boyunca doz verilir; protein agregasyonu, dopaminin işlenmesi veya kademeli bilişsel gerileme ölçülür. Bu sonlanım ölçütlerinin, darbeden günler sonra ölçülen bir lezyonla neredeyse hiçbir ortak yanı yoktur. Bir sütundaki sonucu başka bir sütuna taşıyan okurlar, bulguyu deneylerin hiç aşmadığı bir sınırın ötesine geçirir. Nörodejenerasyon literatürü rehberimiz, bu uzun süreli çalışmaları kendi çerçevelerinde ele alır; yalnızca inme kanıtlarıyla yapılan karşılaştırma ise damar tıkanması tasarımlarını darbe tasarımlarından ayrıntılı biçimde ayırır.

TBI modellerinde gerçekte ne yapıldı?

Travmatik beyin hasarında metilen mavisi kullanımına ilişkin yayımlanmış bir insan çalışması yoktur. TBI bulgularının tamamı, çoğunlukla sıçan ve farelerle yürütülen hayvan çalışmalarından gelir. Bunlar, adını anmaya değer az sayıdaki deney etrafında kümelenir; çünkü ayrıntıları, özetlerde silinip giden önemli farklılıklar içerir.

İlk kontrollü kortikal darbe çalışmasında sıçanlara, hafif bir darbeden bir saat sonra intravenöz yolla 1 mg/kg, ardından üçüncü saatte 0.5 mg/kg verildi (Watts, 2014). MRI ile ölçülen lezyon hacmi, iki haftalık takip boyunca tedavi edilen hayvanlarda daha düşük kaldı. Yürüme testindeki hatalı adımlar 1., 2. ve 7. günlerde anlamlı biçimde azaldı, ancak 14. günde azalmadı. 14. gündeki mikroskobik incelemede, hasarlı kortekste dejenere olan nöron sayısı alan başına 368'e karşı 270, anormal Nissl boyanması ise 73'e karşı 41 idi. Başka bir deyişle, erken dönemde koruma görüldü; ancak davranışsal üstünlük ikinci haftaya gelindiğinde azaldı.

Yaygın hasar oluşturan bir tasarımda farelere orta hat sıvı perküsyonu uygulandı ve yarım saat içinde intravenöz yolla tek bir 2 mg/kg doz verildi (Fenn, 2015). Tedavi edilen hayvanlarda inflamatuvar gen ekspresyonu daha düşük düzeydeydi, inflamatuvar mikroglia daha azdı, belirgin ödem daha azdı ve 7. günde depresyon benzeri davranış görülmedi. Etki bulunmayan sonuçlar da aynı derecede önemlidir: hasarın kendisi beyin su içeriğini yalnızca mütevazı ölçüde artırdı ve metilen mavisi vücut ağırlığı kaybını veya motor koordinasyon bozukluğunu gidermedi. Antiinflamatuvar etki, tam korumayla aynı şey değildir.

İki fare çalışması aynı programı kullandı: birinci saatte 1 mg/kg, altıncı saatte 0.5 mg/kg, ardından üç gün boyunca günlük dozlama. Bu çalışmalar mekanizmaya ilişkin bilgileri de genişletti. Kortikal darbe modelinde tedavi, nöronları koruyup otofaji belirteçlerini artırırken 24. saatte, 72. saatte ve 14. günde lezyon hacmini küçülttü (Zhao, 2016). Sıvı perküsyonu modelinde nöronal apoptozu azalttı, geçirgenliği artmış kan-beyin bariyerini daha sıkı hâle getirdi ve iki hafta boyunca nörolojik puanları iyileştirdi (Shen, 2019). Bununla birlikte, Zhao çalışmasında 72. saatte beyin su içeriğinde fark görülmedi; Shen çalışmasında ise 1. ve 3. günlerde rotarod performansında fark yoktu. Lezyon ve hücre sağkalımı ölçütleri değişti; şişme ve erken motor ölçütler her zaman bunlara eşlik etmedi.

Zamanlama açısından öne çıkan çalışma, gecikmiş dozlama deneyidir (Watts, 2016). Aynı darbe modeli kullanıldı, ancak ilk doz hasardan 24 saat sonrasına kadar verilmedi. 2. güne gelindiğinde gecikmiş tedavi grubunda, ilk saatlerde tedavi edilen hayvanlarla karşılaştırılabilir lezyon küçülmeleri görüldü; bu küçülme 7. ve 14. günlerde de sürdü. Davranışsal bulgu daha zayıftı: gecikmiş grupta hatalı adımlardaki iyileşme, istatistiksel olarak anlamlı olmayan bir eğilimdi. Tek laboratuvar, tek model, tek bir 24 saatlik pencere. Bu, müdahale penceresinin ilk saatlerin ötesine uzandığına dair gerçek bir kanıttır; ancak bu önermeye ilişkin kanıtın tamamı da bundan ibarettir. Başka çalışmalardaki “gecikmiş” sözcüğünün yarattığı tuzağa dikkat edin: başlığında gecikmiş nöroproteksiyon ifadesi bulunan bir Rus çalışma serisinde doz 30. dakikada verilmişti ve “gecikmiş” sözcüğü geç başlanmayı değil, uzun süreli sonuçları anlatıyordu.

Sıçanlarda yapılan daha küçük bir fokal hasar çalışması, zamanlama tablosunu diğer yönden tamamlar: hem hasardan hemen önce hem de hasardan 30 dakika sonra verilen doz, uzuv işlev bozukluğunu azalttı (Stelmashook, 2019). Ön tedavi laboratuvarda işe yarar; çünkü hasarın zamanını laboratuvar belirler.

Burada doz konusunda titizlik önemlidir. Derlemeler, düşük dozların mitokondriyal solunumu uyarıcı, yüksek dozların ise baskılayıcı olduğunu belirtir; bu, metilen mavisi farmakolojisinin genelinde görülen aynı iki fazlı örüntüdür. Bu nedenle sonuçlar, “daha fazla mavi, daha fazla iyileşme” şeklinde okunamaz. Her çalışma bir eğri üzerindeki tek bir noktayı test eder. Doz-yanıt açıklaması bu eğriyi modeller boyunca izler; güvenlilik ve yan etki profili ise daha yüksek dozların bunun yerine ne yaptığını ele alır.

Tabloyu satırlar boyunca okuyun: aynı bileşik, üç farklı zaman çizelgesi. Önleme orta satıra, hemen uygulanan tedavi ilk iki satıra, geç dönem sonuçlar ise birinci ve üçüncü satırlara aittir.

Önleme, hemen uygulanan tedavi, geç dönem sonuçlar

En kolay yanlış anlaşılan iddia önlemedir. İskemi modellerinde, damar tıkanmasından önce doz verilen hayvanların durumu daha iyi olur ve bu sonuç bazen metilen mavisi herhangi bir beyni gelecekteki herhangi bir hasardan koruyormuş gibi aktarılır. Böyle bir şey göstermez. Gösterdiği şey, alternatif bir elektron yoluyla önceden hazırlanmış mitokondrilerin, zamanı belirlenmiş bir kan akımı kaybını daha iyi tolere ettiğidir. Kimse kafa travmasının zamanını planlamaz.

TBI kanıtları, hemen uygulanan tedavide yoğunlaşır. Darbeden sonraki saatlerde doz verilmesi, ikincil hasar zincirini hâlâ gelişmekteyken hedefler: enerji yetersizliği, oksidatif stres, inflamasyon, şişme. Bu aşamada iyileşen lezyon ve ödem ölçütleri gerçek tedavi etkileridir; ancak bunlar yırtılmış dokunun eski hâline döndürülmesini değil, bir sürecin tedavisini gösterir.

Üçüncü kavram geç dönem sonuçlardır. Hasardan haftalar sonra ölçülen davranış veya dejeneratif bir modelin aylar sonrasında ölçülen protein işlenmesi, erken korumanın sürüp sürmediğini ya da yavaş ilerleyen süreçlerin yön değiştirip değiştirmediğini yanıtlar. 24. saatte daha küçük bir lezyon, 24 saat gecikmeyle verilen dozdan sonra istatistiksel olarak anlamlı olmayan bir davranışsal eğilim ve kronik dozlamanın aylar sonrasında labirent performansında iyileşme; bunlar, farklı kanıt gereklilikleri olan üç ayrı iddiadır ve şu anda yalnızca ilki kendi kanıt eşiğini birden fazla kez aşmıştır.

Bu kanıtlar neyi gösteremez?

Yukarıdaki her sonuç aynı sınırı taşır. Kemirgen mitokondrilerinin metilen mavisine verdiği yanıtlar insan mitokondrilerinde de görülebilir; ancak şiddeti ayarlanmış bir darbeden dakikalar sonra intravenöz doz verilen bir sıçan, düşmeden saatler sonra acil servise ulaşan bir insan değildir. Anestezi, kontrollü hasar şiddeti, genç ve sağlıklı hayvanlar ile kısa takip süresi, bulguların aktarılabilirliğini sınırlar. Metilen mavisine ilişkin hiçbir patlama hasarı çalışması yoktur; dolayısıyla askerî bağlamdaki okurlar için en ilgili hasar türü, hakkında en az kanıt bulunan türdür.

Burada insanlara yönelik bir doz uyarlaması da sunulmuyor. Hayvan literatüründe, perakende satılan oral damlalar değil, deneysel kontrol amacıyla seçilmiş dozlarda intravenöz ve intraperitoneal uygulama yolları kullanılır. Bu çalışmaların hiçbiri insanlar için bir kullanım rejimi belirlemez ve burada metilen mavisi standart kafa travması bakımıyla birlikte test edilmemiştir.

Dolayısıyla dürüst özet tek bir paragrafa sığar. Kemirgenlerde, travmatik veya iskemik beyin hasarının oluştuğu zamanın yakınında verilen metilen mavisi, mitokondriyal enerji üretimini korur; bu korunmayı daha küçük lezyonlar ve daha iyi iyileşme puanları izler. Bir darbe çalışmasında, ilk doz 24 saat gecikmeyle verildiğinde lezyon üzerindeki etkinin bir kısmı korundu. Bunlardan herhangi birinin hasarlı insan beyninde gerçekleşip gerçekleşmediği test edilmemiştir; TBI ve inme literatürleri farklı zamanlamaları farklı sonlanım ölçütleriyle sınar. Bu kanıtlara dayanarak kesinlik satan herkes, deneylerde hiç bulunmayan bir bileşen eklemektedir.