Нейропротекция и нейропластичность при черепно-мозговой и спинальной травме (лекция)

Дафин Ф. Мурешану, Кафедра неврологии Медицинского и фармацевтического университета Cluj-Napoca, Румыния

В отличие от острого инсульта, когда целью нейропротекции является предотвращение гибели клеток пенумбры, основной целью нейропротекции при ЧМТ является предупреждение и уменьшение вторичного повреждения вещества мозга, а также усиление репаративных процессов.

Травма нарушает деятельность мозга как за счет первичного (биомеханические факторы), так и вследствие последующего вторичного повреждения (активация патофизиологических каскадов). Вторичное повреждение охватывает множество сложных биохимических и клеточных процессов, увеличивающих тяжесть первичного повреждения.

Повреждение мозга при ЧМТ последовательно прогрессирует (около трети пациентов, которые умерли после тяжелой ЧМТ, в какие-то моменты после травмы были в сознании и выполняли инструкции). Нейропротекция направлена на прерывание и подавление механизмов, приводящих к вторичному повреждению мозга.

Понимание патофизиологии ЧМТ значительно углубилось за последние несколько десятилетий, что позволило создать новые препараты, оказавшиеся эффективными при лечении ЧМТ в эксперименте.

Новые сведения по нейрофизиологии и нейрофармакологии не должны отвлекать наше внимание от абсолютной необходимости устранения гипоксии, гипотензии, повышенного внутричерепного давления и других фундаментальных факторов, вызывающих вторичное повреждение ткани мозга [1, 2].

Основные механизмы гибели нейронов пенумбры и стратегические цели нейропротекции [3]:

• Глутаматная эксайтотоксичность.
• Волны перифокальной деполяризации.
• Воспаление (реперфузионное повреждение).
• Программированная смерть клеток (процессы, подобные апоптозу).

Основные механизмы гибели нейронов при ЧМТ и стратегические цели нейропротекции. Сложная патофизиология ЧМТ позволяет выделить множество точек приложения для нейропротективной терапии. Большое количество средств уже изучены или будут исследованы на экспериментальных моделях ЧМТ.

Нейропротекторы с непрямыми механизмами действия:

• модуляторы кальциевых каналов;
• модуляторы натриевых каналов;
• антагонисты рецепторов NMDA;
• агонисты рецепторов GABA;
• антиоксиданты "ловушки" свободных радикалов;
• антагонисты молекул адгезии;
• агонисты и антагонисты аденозина.

Нейропротекторы с прямыми механизмами действия:

• нейротрофические факторы;
• молекулы, подобные нейротрофическим факторам;
• некоторые классы цитокинов.

К сожалению, клинические испытания препаратов при ЧМТ до настоящего времени были безуспешными.

Антагонисты возбуждающих нейротрансмиттеров. Высокая внеклеточная концентрация глутамата продемонстрирована как в эксперименте, так и у пациентов с ЧМТ. Известен ряд антагонистов глутамата, оказывающих на пре- и постсинаптические ионотропные (NMDA, AMPA и др.) и метаботропные рецепторы конкурентное, неконкурентное или модулирующее действие. Поскольку глутаматные рецепторы важны для нормального функционирования мозга, эффекты должны достигаться при условии минимального вмешательства в нормальные процессы [4].

Некоторые высокоэффективные антагонисты NMDA-рецепторов не исследовались у пациентов в связи с вероятностью развития побочных эффектов, часть исследований была прекращена из-за негативных результатов испытаний при инсульте.

Траксопродил (Traxoprodil) - антагонист NMDA второго поколения, воздействующий на те рецепторы, которые содержат субъединицу NR2B, был исследован в клинических условиях. Препарат хорошо переносился, приводил к статистически незначимому снижению летальности и повышению частоты хороших исходов, что особенно сильно проявилось у пациентов с тяжелой ЧМТ [5].

Дексанабинол (Dexanabinol) - синтетический каннабиноид без психотропных эффектов, имеющий свойства потенциального нейропротектора (подавление эксайтотоксичности, антиоксидантное и противовоспалительное действие). Препарат недавно был исследован в III фазе клинических испытаний и оказался безопасным, но неэффективным при лечении ЧМТ.

Таким образом, польза от ингибиторов процессов эксайтотоксичности в условиях ЧМТ или другого повреждения мозга остается недоказанной [6].

Магний играет важную роль в жизнедеятельности клеток в норме и оказывает нейропротективное воздействие в эксперименте при изучении моделей инсульта и ЧМТ. Одним из преимуществ является плейотропность эффектов. В то время как большинство средств оказывают воздействие лишь на один патофизиологический процесс, нейропротективные эффекты магния опосредованы рядом механизмов: неконкурентная блокада NMDA-рецепторов, подавление пресинаптического высвобождения возбуждающих нейромедиаторов, торможение распространения волны деполяризации в коре мозга и блокирование вольтажзависимых кальциевых каналов [7].

Несмотря на все предпосылки для нейрозащитного действия, в законченном недавно рандомизированном двойном слепом исследовании у 499 пациентов со среднетяжелой и тяжелой ЧМТ не было выявлено церебропротективных свойств и клинически значимых преимуществ применения магнезии в течение 5 дней после травмы. Более того, получены сведения о возможном вреде от данного терапевтического подхода. Сходные результаты получены и в исследовании эффективности магнезии при инсульте [8, 9].

Митохондриальная дисфункция. Дисфункция митохондрий может быть уменьшена применением таких средств, как циклоспорин А и его производные.

С учетом доклинических данных циклоспорин А был изучен в двух клинических исследованиях II фазы, которые продемонстрировали способность препарата повышать перфузионное давление в мозге (cerebral perfusion presure) и стимулировать церебральный метаболизм (по данным микродиализа).

Циклоспорин А при ЧМТ был безопасен. В настоящее время идет разработка дизайна исследования III фазы. Как этап подготовки к исследованию III фазы недавно была изучена фармакокинетика препарата в ликворе [10–13].

В эксперименте блокатор вольтажзависимых кальциевых каналов N-типа зиконотид (ziconotide, SNX-111) способствовал частичному восстановлению функций митохондрий. Однако последующее клиническое исследование было прервано из-за более высокой летальности в группе активного лечения.

Высокоселективные блокаторы вольтажзависимых кальциевых каналов N-типа (SNX-185 и др.) имеют лучшую биодоступность и проявили свойства нейропротекторов в опытах на животных, однако нуждаются в дополнительных исследованиях [14].

Эритропоэтин. Способность секретировать эритропоэтин есть у большинства клеток центральной нервной системы. Секреция возрастает в условиях гипоксии и эксайтотоксичности, что позволяет предположить роль эритропоэтина в защите мозга от повреждения. Эритропоэтин проявил свойства нейропротектора в экспериментальном исследовании инсульта и ЧМТ. Препарат уменьшал объем зоны повреждения и улучшал функциональный исход, что, возможно, было обусловлено подавлением воспалительного ответа на повреждение [15].

В двойном слепом исследовании для обоснования концепции (proof-of-concept trial) не было выявлено серьезных побочных действий препарата. Данные дают возможность говорить о тенденции к лучшему функциональному исходу заболевания в группе эритропоэтина. Такие сведения послужили основанием для проведения дальнейших клинических испытаний эритропоэтина.

В настоящее время продолжаются многоцентровое исследование II/III фазы при инсульте, а также дополнительные работы по уточнению фармакокинетики эритропоэтина в ликворе после парентерального введения.

Также проходит рандомизированное исследование II фазы при ЧМТ (Висконсин, США). Особенностью данного исследования является принятие уровня маркеров повреждения клеток мозга в качестве первичной конечной точки [16].

Гормоны. Большой метаанализ не выявил существенных отличий в исходах ЧМТ между мужчинами и женщинами. В то же время известно, что прогестерон и аллопрегнанолон положительно влияют на выживание нейронов и функциональный исход при моделировании ЧМТ [17].

Согласно экспериментальным данным, прогестерон обладает свойствами потенциального нейропротектора благодаря следующим эффектам [18]:

• уменьшению выраженности отека мозга вследствие воздействия на проницаемость гематоэнцефалического барьера и ГАМКергические нейромедиаторные системы, что противодействует эффектам эксайтотоксичности;
• подавлению процессов апоптоза и глиоза;
• снижению выраженности воспалительного ответа.

Обнадеживающие экспериментальные данные и хорошо изученная фармакокинетика прогестерона позволили провести клиническое испытание II фазы, которое подтвердило отсутствие серьезных побочных действий в связи с назначением прогестерона при ЧМТ. Исход у пациентов с ЧМТ умеренной тяжести в группе прогестерона был лучше, чем в группе контроля. Для подтверждения эффективности терапии организовано большое многоцентровое исследование, которое проходит в настоящее время [19].

Антагонисты брадикинина. Рецепторы к брадикинину типа B2 могут играть важную роль в реализации воспалительного ответа на повреждение мозга, их модуляция считается перспективным направлением уменьшения тяжести вторичного повреждения мозга, опосредованного воспалением. Специфическое угнетение B2-брадикининовых рецепторов может быть способом нейропротекции. Проведено исследование I фазы, в котором изучалось применение анатибанта (Anatibant) при тяжелой ЧМТ, его результаты опубликованы.

В настоящее время продолжается исследование II фазы у 500 пациентов с ЧМТ с акцентом на безопасности вмешательства.

Оксид азота и ингибиторы синтеза оксида азота. Оксид азота, вероятно, является ключевым фактором в механизмах вторичного повреждения. Соединение потенциально нейротоксично, так как способствует гибели нейронов в связи с эксайтотоксичностью, образованию цитотоксических пероксинитритов, прямому повреждению, угнетению синтеза ДНК, а также ингибированию окисления в митохондриях и стимуляции апоптоза.

Оксид азота синтезируется из L-аргинина при помощи фермента NO-синтетазы (NOS), имеющего 4 изоформы. Три из 4 изоформ NOS являются конституциональными (нейрональная, эндотелиальная и митохондриальная NOS), а одна - индуцируемой (iNOS). iNOS индуцируется патологическими состояниями. Оксид азота начинает накапливаться в мозге сразу после повреждения, впоследствии процесс продолжается в течение дней и недель. Экспериментальные исследования выявили преимущества ингибиторов NOS, особенно ингибиторов нейрональной NOS и iNOS. Однако в клинических исследованиях польза вмешательства еще не подтверждена.

Такие расхождения могут указывать на отличия в функциях различных изоформ NOS у человека и животных, а также могут быть обусловлены разными сроками применения препаратов [20].

Сейчас исследуется новый препарат VAS203 - структурный аналог 5678-tetrahydro-l-biopterin (BH4) - естественного кофактора NOS. Это один из самых мощных ингибиторов NOS, известных в настоящее время.

Большинство исследований, посвященных нейропротекторам при инсульте, ЧМТ и нейродегенеративных заболеваниях, обречены на неудачу в силу методологических проблем, начинающихся еще на доклиническом этапе и, как следствие, имеющих место при разработке дизайна и проведении клинических исследований. Вмешательства тестируются на здоровых молодых животных в искусственных и тщательно поддерживаемых условиях. Методы лечения не изучаются достаточно полно и адекватно (например, многими исследователями интервенции не проводятся на различных моделях ЧМТ и инсульта) до перехода к клиническому этапу. Экспериментальные животные отбираются по принципу генотипической и фенотипической однородности, в то время как у пациентов большое значение могут иметь генетические особенности и такие факторы, как возраст и сопутствующие заболевания (гипертензия, диабет). Несмотря на сходство патофизиологических процессов, вызванных инсультом или ЧМТ, у различных видов имеют место существенные отличия в анатомии сосудов, строении и функциях мозга.

Насколько адекватно существующие модели ЧМТ отображают реальную клиническую ситуацию?

Для изучения различных аспектов фокальной и диффузной ЧМТ у человека требуется, видимо, использовать ряд различных моделей, так как ни одна из моделей не позволяет воспроизвести весь спектр феноменов клинической картины ЧМТ. Экстраполяция результатов эксперимента на клинические ситуации проблематична.

В ранние исследования по ЧМТ пациенты включались только на основании баллов шкалы комы Глазго при поступлении (без учета типа и механизма повреждения). Условием включения пациента в исследование эффективности какого-либо вещества, воздействующего на некий патофизиологический механизм или процесс, должно быть наличие данного у пациента этого механизма или процесса.

Иными словами, пациенты, например, с диффузным аксональным повреждением и больные с субдуральной гематомой не должны быть участниками одного испытания даже в том случае, если у них одинаковый балл ШКГ при госпитализации. Мы должны отбирать пациентов, у которых вероятна польза от изучаемого вмешательства.

ЧМТ легкой и умеренной степени тяжести могут рассматриваться как заболевание, отличное от тяжелой ЧМТ. Безуспешные клинические испытания, в которых подгруппа пациентов с ЧМТ умеренной тяжести позитивно не ответила на лечение, ставят вопрос: быть может, исследования должны фокусировать внимание преимущественно на больных с умеренными или даже легкими повреждениями головного мозга, состояние которых курабельно? Этот контингент мало представлен в исследованиях, хотя охватывает большинство случаев ЧМТ в мире [19].

Экспериментальные данные указывают на то, что большинство нейропротекторов эффективны только при применении в первые 2-4 часа после начала заболевания. Игнорирование терапевтического окна было одной из наиболее весомых причин негативных результатов клинических испытаний.

В отличие от инсульта экспериментальные и клинические исследования при ЧМТ предусматривали изучение каждого химического соединения по отдельности.

Маловероятно, что найдется магическая "живая вода", которая исцелит сразу всех пациентов с ЧМТ без учета их особенностей.

Серьезного внимания заслуживает комбинированная терапия, в ходе которой многие препараты назначаются одновременно или последовательно.

Ряд комбинаций нейропротекторов изучали на моделях инсульта. Например, перспективным представляется сочетание антагонистов NMDA-рецепторов:

• с агонистами GABA-рецепторов [21];
• поглотителями свободных радикалов [22];
• cytidine-5'-diphosphocholine (цитиколином) [23];
• ингибитором синтеза белка cyclohexamide [24];
• ингибиторами каспаз [25];
• факторами роста, такими как основной фактор роста фибробластов (bFGF) [26];
• двумя различными антиоксидантами [27];
• цитиколином с основным фактором роста фибробластов [28].

Схема дозирования. В I фазе клинических испытаний необходимо провести глубокие исследования фармакокинетики, которые позволят установить максимальную эффективную дозу.

В I или ранней II фазе нужно убедиться, что можно достичь терапевтических концентраций препарата в плазме при приемлемой переносимости.

Фармакокинетика при ЧМТ заметно отличается от нормальных физиологических условий. В последних исследованиях III фазы применялись схемы введения, разработанные в ходе II фазы.

Есть мнения о целесообразности более детального изучения фармакодинамики: кроме концентраций в плазме, следует проводить мониторинг уровня вещества в ликворе и/или экстрацеллюлярной жидкости мозга. В этом процессе, по всей видимости, будет возрастать роль церебрального микродиализа [29].

Первичной конечной точкой большинства исследований по лечению ЧМТ был балл шкалы исходов Глазго (Glasgow Outcome Score), по которому исходы у пациентов относили к благоприятным или неблагоприятным (favorable/unfavorable).

Использование одной шкалы и условие, что только увеличение частоты благоприятных исходов не менее 10 % будет названо положительным результатом, было причиной негативных результатов исследований. Во многих исследованиях, названных негативными, на самом деле было выявлено не достигшее уровня статистической значимости позитивное влияние вмешательства на исход. В этом случае не получено убедительных доказательств ни на счет эффективности, ни на счет неэффективности вмешательства.

В недавно опубликованном исследовании дексанабинола был использован новаторский статистический метод, позволяющий полнее учесть исходные отличия пациентов контрольной и основной группы. Этот метод, получивший название скользящей дихотомии (sliding dichotomy), дает возможность корригировать влияние различного прогноза пациентов каждой из групп на исход и таким образом повысить статистическую мощность исследования.

Похожий взвешенный подход использовался также в недавнем исследовании магнезии. В данном исследовании использовалась композитная конечная точка, включавшая летальность, судорожные припадки, функциональный исход и результат нейропсихологического тестирования. Такой подход является более чувствительным для выявления терапевтического эффекта. Однако практическую ценность использования такой композитной конечной точки еще предстоит подтвердить в дополнительных исследованиях [8].

Помимо клинических параметров, для оценки эффективности лечения могут использоваться суррогатные маркеры исхода, такие как внутричерепное давление, соотношение "лактат/пируват" и другие биохимические показатели. Такие суррогатные маркеры должны тесно коррелировать с клиническими параметрами оценки исхода, что пока не доказано даже для наиболее изученного параметра - внутричерепного давления.

Препятствием на пути к успеху во многих клинических исследованиях была недостаточная стандартизация лечебных мероприятий. Анализ многоцентровых исследований свидетельствует о неоднородности исходной популяции пациентов и методов лечения, на которую не было сделано необходимой поправки.

С другой стороны, перенесение результатов, полученных в одноцентровом исследовании, на генеральную совокупность чревато ошибками ввиду отличий в подходах и тактике.

Соблюдение протоколов лечения, созданных на основе руководств по доказательной медицине, позволит уменьшить влияние гетерогенности на результаты многоцентровых исследований.

С учетом сходства многих патофизиологических каскадов и последовательности событий при инсульте и ЧМТ логичной представляется общая стратегия нейропротекции при обоих заболеваниях, направленная на борьбу:

• с эксайтотоксичностью;
• воспалением;
• апоптозом.

Таким образом, наилучшим подходом к нейропротекции является применение препаратов, обладающих плейотропным воздействием: подавлением эксайтотоксичности (воздействие на внесинаптические NMDA-рецепторы), ослаблением повреждающего действия и усилением позитивных эффектов воспаления, отсутствием отрицательного влияния на процессы нейропластичности, которые связаны с взаимодействием возбуждающих аминокислот и синаптических NMDA-рецепторов.

С учетом того, что при ишемии мозга и ЧМТ активируется несколько каскадов реакций, вызывающих гибель клеток, эффективная нейропротекция требует сложной комбинации препаратов, действующих на различные звенья цепи патофизиологических событий по мере эволюции повреждения мозга.

Единственным классом веществ, который способен обеспечить одновременно нейропротекцию (многогранное воздействие на патологические реакции) и нейропластичность (стимуляцию нейрорепарации), являются нейротрофические факторы и молекулы, подобные нейротрофическим факторам (церебролизин).

Литература
1. Teasdale G.M., Graham D.I. Craniocerebral trauma: protection and retrieval of the neuronal population after injury // Neurosurgery. - 1998. - 43. - 723-737.
2. Narayan R.K., Michel M.E., Ansell B. et al. Clinical trials in head injury // J. Neurotrauma. - 2002. - 19. - 503-557.
3. Dirnagl U. et al. // Trends Neurosci. - 1999. - 22. - 231-397.
4. Chen H.S., Lipton S.A. The chemical biology of clinically tolerated NMDA receptor antagonists // J. Neurochem. - 2006. - 97. - 1611-1626.
5. Yurkewicz L., Weaver J., Bullock M.R., Marshall L.F. The effect of the selective NMDA receptor antagonist traxoprodil in the treatment of traumatic brain injury // J. Neurotrauma. - 2005. - 22. - 1428-1443.
6. Maas A.I., Murray G., Henney H. 3rd et al. Efficacy and safety of dexanabinol in severe traumatic brain injury: results of a phase III randomised, placebocontrolled, clinical trial // Lancet Neurol. - 2006. - 5. - 38-45.
7. Van den Heuvel C., Vink R. The role of magnesium in traumatic brain injury // Clin. Calcium. - 2004. - 14. - 9-14.
8. Temkin N.R., Anderson G.D., Winn H.R. et al. Magnesium sulfate for neuroprotection after traumatic brain injury: a randomized controlled trial // Lancet Neurol. - 2007. - 6. - 29-38.
9. Muir K.W., Lees K.R., Ford I. et al. Magnesium for acute stroke (Intravenous Magnesium Efficacy in Stroke trial): randomised controlled trial // Lancet. - 2004. - 363. - 439-445.
10. Sullivan P.G., Rabchevsky A.G., Waldmeier P.C., Springer J.E. Mitochondrial permeability transition in CNS trauma: cause or effect of neuronal cell death? // J. Neurosci Res. - 2005. - 79. - 231-239.
11. Merenda A., Bullock R. Clinical treatments for mitochondrial dysfunctions after brain injury // Curr. Opin. Crit. Care. - 2006. - 12. - 90-96.
12. Mazzeo A.T., Kunene N.K., Gilman C.B. et al. Severe human traumatic brain injury, but not cyclosporin A treatment, depresses activated T lymphocytes early after injury // J. Neurotrauma. - 2006. - 23. - 962-975.
13. Empey P.E., McNamara P.J., Young B. et al. Cyclosporin A disposition following acute traumatic brain injury // J. Neurotrauma. - 2006. - 23. - 109-116.
14. Lee L.L., Galo E., Lyeth B.G. et al. Neuroprotection in the rat lateral fluid percussion model of traumatic brain injury by SNX-185, an N-type voltage-gated calcium channel blocker // Exp. Neurol. - 2004. - 190. - 70-78.
15. Hasselblatt M., Ehrenreich H., Siren A.L. The brain erythropoietin system and its potential therapeutic exploitation in brain disease // J. Neurosurg. Anesth. - 2006. - 18. - 132-138.
16. Xenocostas A., Cheung W.K., Farrell F. et al. The pharmacokinetics of erythropoietin in the cerebrospinal fluid after intravenous administration of recombinant human erythropoietin // Eur. J. Clin. Pharmacol. - 2005. - 61. - 189-195.
17. Mushkudiani N., Engel D.C., Steyerberg E.W. et al. The prognostic value of demographic characteristics in traumatic brain injury: results from the IMPACT study // J. Neurotrauma (in press).
18. Robertson C.L., Puskar A., Hoffman G.E. et al. Physiologic progesterone reduces mitochondrial dysfunction and hippocampal cell loss after traumatic brain injury in female rats // Exp. Neurol. - 2006. - 197. - 235-243.
19. Wright D.W., Kellermann A.L., Hertzberg V.S. et al. ProTECT: A randomized clinical trial of progesterone for acute traumatic brain injury // Ann. Emerg. Med. - 2006 (pub ahead of print).
20. Marklund N., Bakshi A., Castelbuono D.J. et al. Evaluation of pharmacological treatment strategies in traumatic brain injury // Curr. Pharm. Des. - 2006. - 12. - 1645-1680.
21. Lyden P.D., Jackson-Friedman C., Shin C., Hassid S. Synergistic combinatorial stroke therapy: a quintal bioassay of a GABA agonist and a glutamate antagonist // Exp. Neurol. - 2000. - 163. - 477-489
22. Barth A., Barth L., Newell D.W. Combination therapy with MK-801 and alpha-phenyl-tert-butyl-nitrone enhances protection against ischemic neuronal damage in organotypic hippocampal slice cultures // Exp. Neurol. - 1996. - 141. - 330-336.
23. Onal M.Z., Li F., Tatlisumak T., Locke K.W., Sandage B.W. Jr., Fisher M. Synergistic effects of citicoline and MK-801 in temporary experimental focal ischemia in rats // Stroke. - 1997. - 28. - 1060-1065.
24. Du C., Hu R., Csernansky C.A., Liu X.Z., Hsu C.Y., Choi D.W. Additive neuroprotective effects of dextrorphan and cycloheximide in rats subjected to transient focal cerebral ischemia // Brain Res. - 1996. - 718. - 233-236.
25. Ma J., Endres M., Moskowitz M.A. Synergistic effects of caspase inhibitors and MK-801 in brain injury after transient focal cerebral ischaemia in mice // Br. J. Pharmacol. - 1998. - 124. - 756-762.
26. Barth A., Barth L., Morrison R.S., Newell D.W. bFGF enhances the protective effects of MK-801 against ischemic neuronal injury in vitro // Neuroreport. - 1996. - 7. - 1461-1464.
27. Schimd-Elsaesser R., Hungerhuber E., Zausinger S., Baethmann A., Reulen H.J. Neuroprotective efficacy of combination therapy with two different antioxidants in rats subjected to transient focal ischemia // Brain Res. - 1999. - 816. - 471-479.
28. Schabitz W.R., Li F., Irie K., Sandage B.W. Jr., Locke K.W., Fisher M. Synergistic effects of a combination of low-dose basic fibroblast growth factor and citicoline after temporary experimental focal ischemia // Stroke. - 1999. - 30. -427-431; discussion 431-442.
29. Hillered L., Persson L., Nilsson P. et al. Continuous monitoring of cerebral metabolism in traumatic brain injury: a focus on cerebral microdialysis // Curr. Opin. Crit. Care. - 2006. - 12. - 112-118.