Xanh methylen trong nghiên cứu đột quỵ và giảm tưới máu não: ba mô hình thực sự cho thấy điều gì

Một động mạch bị tắc, một mẫu nuôi cấy tế bào thiếu dưỡng chất và một con chuột có động mạch ở cổ bị hẹp nghe như ba phiên bản của cùng một thí nghiệm. Nhưng không phải vậy. Mỗi thí nghiệm đặt ra một câu hỏi khác nhau, và xanh methylen cho một câu trả lời khác nhau trong từng thí nghiệm. Nếu nhầm lẫn chúng, các tài liệu nghiên cứu sẽ có vẻ mâu thuẫn. Nếu tách biệt chúng, một quy luật rõ ràng sẽ xuất hiện, chủ yếu được chi phối bởi thời điểm sử dụng.

Sự phân biệt đó chính là mục đích của bài tổng quan này. Ba mô hình gồm đột quỵ khu trú cấp, thiếu oxy-glucose rồi tái cung cấp oxy trong tế bào nuôi cấy, và giảm tưới máu não mạn tính kéo dài nhiều tuần. Cơ chế được đề xuất để liên kết chúng liên quan đến ty thể, nhưng kết quả khác nhau vì bối cảnh chuyển hóa khác nhau.

Ba mô hình trả lời những câu hỏi khác nhau

Đột quỵ khu trú cấp ở chuột thường được tạo ra bằng cách gây tắc động mạch não giữa, viết tắt là MCAO. Sự tắc nghẽn mô phỏng cục máu đông tạo ra một lõi thiếu máu cục bộ, bao quanh bởi vùng tranh tối tranh sáng — mô đang bị đe dọa nhưng có thể cứu được nếu dòng máu được khôi phục. Câu hỏi ở đây là liệu một biện pháp can thiệp có làm chậm sự lan rộng của vùng nhồi máu hoặc bảo tồn chức năng quanh thời điểm tái tưới máu hay không.

Mô hình thiếu oxy-glucose, viết tắt là OGD, hoạt động ở quy mô hoàn toàn khác. Tế bào não nuôi cấy được đặt trong môi trường gần như không có oxy và không có glucose, rồi được đưa trở lại môi trường bình thường. Không có cục máu đông, không có tuần hoàn bàng hệ, không có huyết áp và không có hệ miễn dịch. Câu hỏi hoàn toàn ở cấp độ tế bào: điều gì xảy ra với hô hấp tế bào, ATP và khả năng sống sót khi các cơ chất biến mất rồi được cung cấp trở lại.

Mô hình giảm tưới máu não mạn tính sử dụng phương pháp gây tắc vĩnh viễn cả hai động mạch cảnh ở chuột, gọi là mô hình 2VO. Lưu lượng máu đến não trước giảm và duy trì ở mức thấp trong nhiều tuần. Không có ổ nhồi máu khu trú đột ngột và không có tái tưới máu cấp cứu. Câu hỏi là liệu việc hỗ trợ chuyển hóa trong nhiều tuần có bảo tồn mạch máu, ty thể và trí nhớ khi lưu lượng máu thấp kéo dài hay không.

Vì vậy, việc cải thiện trí nhớ sau một tháng điều trị trong mô hình 2VO không trực tiếp cho biết điều gì về khả năng cứu mô não người trong một ca lấy huyết khối cấp cứu. Sự phân biệt này quan trọng vì phần lớn các bản tóm tắt lạc quan đều bỏ qua nó.

Đột quỵ cấp: bảo vệ khi tái tưới máu, trì hoãn khi không tái tưới máu

Kết quả rõ ràng nhất trong bối cảnh cấp tính đến từ mô hình MCAO tạm thời có tái tưới máu. Chuột được gây tắc mạch trong 60 phút, sau đó được dùng xanh methylen liều thấp qua đường tĩnh mạch bắt đầu từ lúc tái tưới máu, với các liều tiếp theo vào thời điểm 3 giờ và ngày 2. MRI cho thấy tổn thương ở nhóm dùng dung môi tăng khoảng 19 phần trăm vào ngày 2, trong khi tổn thương ở nhóm được điều trị giảm khoảng 17 phần trăm, với thể tích nhồi máu cuối cùng nhỏ hơn khoảng 30 phần trăm và điểm đánh giá thần kinh tốt hơn vào ngày 2 và 7. Khả năng sống sót của mô ở cả vùng lõi và vùng tranh tối tranh sáng trên hình ảnh đều được cải thiện. Các tài liệu rộng hơn về bảo vệ thần kinh đặt tác dụng bảo vệ gắn với thời điểm tái tưới máu này bên cạnh những phát hiện về thiếu máu cục bộ toàn thể và chấn thương.

Kết quả thay đổi khi động mạch vẫn bị tắc. Trong một thí nghiệm MCAO vĩnh viễn, xanh methylen được dùng khi tình trạng thiếu máu cục bộ vẫn tiếp diễn đã làm chậm sự lan rộng của tổn thương trên hình ảnh khuếch tán và kéo dài trong thời gian ngắn tình trạng bất tương xứng tưới máu-khuếch tán, kèm theo lưu lượng máu tại chỗ tốt hơn đôi chút, nhưng thể tích nhồi máu cuối cùng ở thời điểm 24 giờ không khác biệt có ý nghĩa thống kê. Thuốc trì hoãn việc mô có nguy cơ chuyển thành mô nhồi máu, nhưng không thay thế được việc tái thông mạch.

Một nghiên cứu cấp tính thứ ba bổ sung những điểm cần phân biệt về cơ chế và liều. Một liều duy nhất tiêm trong phúc mạc ngay sau khi gây tắc mạch cho thấy mức giảm nhồi máu lớn nhất, khoảng 50 phần trăm, ở liều trung gian 5 mg/kg thay vì 1 hoặc 10 mg/kg, đồng thời cải thiện điểm đánh giá cảm giác-vận động. Các tác giả liên hệ điều này với việc bảo tồn cấu trúc ty thể và tăng tự thực bào ty thể, tức quá trình loại bỏ có chọn lọc các ty thể bị tổn thương. Vì vậy, liều, đường dùng và lịch dùng đều quan trọng, và các giá trị mg/kg ở chuột không phải là liều điều trị đột quỵ ở người.

Nuôi cấy tế bào: cùng một thuốc có thể có lợi hoặc gây hại tùy thời điểm đưa vào

Thí nghiệm trên tế bào hình sao mang lại nhiều bài học nhất và cũng thường bị trích dẫn sai nhất. Tế bào hình sao vỏ não nguyên phát của chuột nhắt trải qua 6 giờ thiếu hụt nghiêm trọng ở mức oxy 0.1 phần trăm trong môi trường không có glucose, pyruvate hoặc huyết thanh, sau đó được tái cung cấp oxy trong 24 giờ cùng với việc khôi phục các cơ chất. Khoảng một nửa số tế bào chết, tạo khoảng biến thiên để phép thử thể hiện tác động theo cả hai chiều.

Khi xanh methylen có mặt trong giai đoạn thiếu hụt, khả năng sống sót kém đi chứ không tốt hơn. Ngược lại, khi được đưa vào lúc tái cung cấp oxy, các nồng độ thấp ở mức micromolar cải thiện khả năng sống của tế bào và tăng mức tiêu thụ oxy, hấp thu glucose và sản xuất ATP. Trong điều kiện bình thường, cùng các nồng độ đó làm tăng hấp thu glucose khoảng 89 phần trăm ở mức 0.1 micromolar và khoảng 200 phần trăm ở mức 1 micromolar, đồng thời bảo tồn glycogen và hoạt tính hexokinase sau tổn thương, mà không ghi nhận sự gia tăng superoxide.

Cơ chế này dễ hiểu hơn khi so sánh với một máy phát điện dự phòng. Xanh methylen hoạt động như một chất mang electron thay thế, nhận các đương lượng khử rồi chuyển chúng về phía cytochrome c và phức hợp IV, qua đó hỗ trợ dòng electron và tổng hợp ATP, đồng thời giảm sự rò rỉ electron ở các khâu phía trước. Trong tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng, sự kích thích đó trở thành bất lợi vì làm tăng nhu cầu chuyển hóa khi oxy và glucose gần như không còn, có thể khiến lượng dự trữ cuối cùng cạn kiệt nhanh hơn. Sau khi cơ chất được cung cấp trở lại, cùng đặc tính đó lại trở thành lợi thế vì giúp các ty thể bị tổn thương sử dụng hiệu quả oxy và glucose vừa được khôi phục. Đó cũng là lý do những diễn giải về chuyển electron trong ty thể cần đi kèm bối cảnh thiếu hụt này.

Một điểm cần thận trọng: quy luật về thời điểm này chỉ áp dụng cho hệ tế bào hình sao đó. Một nghiên cứu tế bào đi kèm, sử dụng loại tế bào khác, mức thiếu hụt nhẹ hơn và nồng độ thấp hơn, ghi nhận tác dụng bảo vệ ngay cả khi tiếp xúc với thuốc trong giai đoạn thiếu hụt. Loại tế bào, lượng oxy còn lại, nồng độ và quy trình quyết định tác động đi theo chiều nào.

Lưu lượng máu thấp mạn tính: trí nhớ, cytochrome oxidase và mạch máu qua nhiều tuần

Các thí nghiệm mạn tính sử dụng điều trị liều thấp hằng ngày trong nhiều tuần, không phải một liều tiêm nhanh duy nhất trong cấp cứu. Trong nghiên cứu đầu tiên, chuột bị tắc động mạch cảnh vĩnh viễn được dùng 4 mg/kg hằng ngày trong một tháng, vào thời điểm sau mỗi buổi huấn luyện hằng ngày để tác động vào quá trình củng cố trí nhớ thay vì khả năng thực hiện tức thời. Những con bị tắc mạch học các bài phân biệt thị giác chậm hơn và thực hiện kém hơn trong một phép thử trí nhớ khó, trong khi khả năng bơi, hoạt động vận động và nhận biết mùi không bị ảnh hưởng. Điều trị hằng ngày làm giảm các suy giảm về học tập và trí nhớ mà không thay đổi hành vi vận động nói chung.

Một nghiên cứu tiếp nối đã lập bản đồ cytochrome oxidase, tức phức hợp IV của ty thể, trên 44 vùng não sau cùng phác đồ kéo dài một tháng. Tắc mạch làm giảm hoạt tính enzyme ở vỏ não thị giác, vỏ não trước trán và vỏ não quanh rãnh khứu, cùng với hồi hải mã và hạch hạnh nhân, đồng thời làm suy yếu hoạt động phối hợp giữa vỏ não thị giác và hồi hải mã. Điều trị bảo tồn hoạt tính enzyme tại các vùng và tăng cường những tương quan chuyển hóa giữa các vùng đó; hoạt tính được bảo tồn cũng tương quan với khả năng thực hiện nhiệm vụ tốt hơn. Những tương quan này mô tả hoạt tính phối hợp của enzyme chuyển hóa, không phải phép đo trực tiếp về kết nối chức năng ở người — một điểm mà các bài tổng quan về chuyển hóa năng lượng não giúp làm rõ.

Một nghiên cứu riêng kéo dài một tuần sử dụng 2 mg/kg hằng ngày và bổ sung một chất ức chế đường truyền tín hiệu để kiểm tra cơ chế. Lưu lượng máu não tăng từ khoảng 60 lên khoảng 100 mL trên 100 g mỗi phút khi điều trị, và mật độ mạch máu ở hồi hải mã tăng từ khoảng 15.1 lên 23 phần trăm. Cả hai mức cải thiện đều bị đảo ngược một phần khi đường truyền tín hiệu duy trì sự sống tế bào PI3K/Akt bị chặn, và lượng Akt được phosphoryl hóa tăng khi điều trị. Các phát hiện về lưu lượng máu, mật độ mạch máu, hàng rào và tế bào thần kinh cho thấy tác dụng bảo vệ thần kinh-mạch máu gắn với tín hiệu PI3K/Akt, thay vì chỉ là tác động chuyển hóa thuần túy.

Vì sao những kết quả này không tương đương với điều trị đột quỵ cấp cứu

Các điều kiện được kiểm soát trong phòng thí nghiệm là lý do những kết quả này không thể được áp dụng trực tiếp. Tế bào nuôi cấy không có huyết khối hay dược động học. Mô hình 2VO là tình trạng lưu lượng máu thấp toàn thể kéo dài, không phải tắc mạch khu trú đột ngột với vùng tranh tối tranh sáng mới xuất hiện được vài phút. Ngay cả mô hình MCAO ở chuột cũng sử dụng động vật trẻ, khỏe mạnh, được gây mê, với tình trạng tắc mạch đồng nhất và thời điểm dùng thuốc chính xác, khác với những bệnh nhân lớn tuổi có cục máu đông đa dạng, xơ vữa động mạch, tăng huyết áp, đái tháo đường và thời điểm khởi phát không rõ.

Chưa có thử nghiệm ngẫu nhiên nào trên người được công bố xác lập xanh methylen là phương pháp điều trị cấp cứu cho đột quỵ thiếu máu cục bộ cấp. Một nghiên cứu hình ảnh học ở người đôi khi được viện dẫn đã tuyển 26 người trưởng thành khỏe mạnh, không phải bệnh nhân đột quỵ; một liều uống duy nhất làm thay đổi tín hiệu não liên quan đến nhiệm vụ, kèm theo cải thiện nhỏ về khả năng truy hồi trí nhớ. Điều đó cho thấy tác động lên hệ thần kinh trung ương, không phải hiệu quả điều trị đột quỵ. Thay vào đó, hướng dẫn cấp cứu hiện hành tập trung vào tái tưới máu nhanh bằng thuốc tiêu sợi huyết đường tĩnh mạch ở bệnh nhân đủ điều kiện và lấy huyết khối đối với các trường hợp tắc mạch lớn phù hợp; các quy trình cấp cứu đột quỵ tiêu chuẩn vẫn là hướng xử trí duy nhất đã được chứng minh. Không bao giờ được trì hoãn xử trí một trường hợp nghi ngờ đột quỵ để dùng xanh methylen, và những giới hạn thực tế của việc ngoại suy liều tiền lâm sàng giải thích vì sao không thể xem lịch dùng ở chuột là phác đồ lâm sàng.

Bối cảnh an toàn càng củng cố ranh giới này. Xanh methylen đường tĩnh mạch có cảnh báo đóng khung về hội chứng serotonin nghiêm trọng hoặc gây tử vong khi phối hợp với các thuốc tác động lên serotonin, gồm SSRI, SNRI và thuốc ức chế MAO — những thuốc mà nhiều bệnh nhân ở độ tuổi thường gặp đột quỵ đang sử dụng. Thuốc chống chỉ định ở người thiếu G6PD vì nguy cơ tan máu. Thuốc cũng ức chế tín hiệu nitric oxide, làm tăng sức cản mạch máu và huyết áp trong một số bối cảnh, nên không nên chỉ mô tả đơn giản là thuốc làm tăng lưu lượng máu não. Phác đồ 1 mg/kg đường tĩnh mạch được phê duyệt cho tình trạng methemoglobin máu mắc phải không phải là phác đồ điều trị đột quỵ.

Kết luận trung thực có phạm vi hẹp nhưng vẫn có giá trị. Quanh thời điểm tái tưới máu trong thiếu máu cục bộ khu trú tạm thời, xanh methylen liều thấp làm giảm sự tiến triển của tổn thương ở chuột. Khi mạch bị tắc vĩnh viễn, thuốc trì hoãn nhưng không ngăn được nhồi máu. Ở tế bào hình sao, thuốc gây hại trong giai đoạn thiếu hụt nghiêm trọng và có lợi khi tái cung cấp oxy. Trong giảm tưới máu mạn tính, thuốc bảo tồn cytochrome oxidase, mạch máu và trí nhớ qua nhiều tuần. Một chất trung chuyển, ba bối cảnh, ba câu trả lời.