Přednáška 8: Základy excitotoxicity, epilepsie a

Přednáška 8: Základy excitotoxicity, epilepsie a

Přednáška 8: Základy excitotoxicity, epilepsie a generalizované křeče, farmakologie
antiepileptik
Neurony obratlovců jsou výrazně specializovány na svou funkci. Jediný neuron může
dostávat a zpracovávat informace z až tisíců jiných neuronů, čímž je podmíněna velmi
komplexní funkce mozku. Extrémně rychlá signalizace mezi neurony je zase podmíněna
bleskovými toky iontů přes membrány. Nicméně za tuto specializaci se také platí. Na
udržování relativně přesných koncentrací iontů na různých stranách membrány vydává neuron
značné množství energie. Jakkoliv mozek představuje jen 2% tělesné hmotnosti, využívá asi
20% tělem spotřebovaného kyslíku a cca 15% celkového srdečního výdeje. Nedostatečné
prokrvení mozku vede k vyčerpání kyslíku a glukosy a k hromadění potenciálně toxických
metabolitů, jako jsou laktát nebo CO2. Přerušení dodávek krve do mozku může vést ke ztrátě
vědomí během 10 sekund, což je průměrný čas, za který mozek vyčerpá aktuálně dodaný
kyslík.
Pokud se neuronům nedostává kyslíku a glukosy, velmi rychle ztrácí schopnost
udržovat svůj klidový membránový potenciál. Začnou generovat salvy akčních potenciálů,
které navodí výlev neuropřenašečů depolarizujících sousední neurony. Tento proces může být
začátkem destruktivního cyklu, který vede k prodlouženým periodám neuronální aktivity a
díky nim k poruše iontového gradientu na membráně, masivnímu vtoku Ca2+, otoku buňky,
aktivaci buněčných proteas a lipas a eventuálně k rozsáhlé smrti neuronů. I jen
několikaminutová ischemie může vést k nenávratnému poškození mozku.
MRTVICE
Mrtvice (iktus) je akutní neurologický stav, při kterém je přerušena dodávka krve
k určité části mozku. Důvody mohou být v zásadě dva: cévu ucpe trombus
(ischemická/okluzivní = trombotická nebo embolická mrtvice), nebo céva praskne
(hemoragická mrtvice). V ČR
ročně postihne mrtvice asi 35
tisíc lidí, z čehož třetina do
roka zemře, třetina si nese
trvalé následky (pohybová
omezení, poruchy řeči a
kognitivních funkcí aj.) a jen
třetina vyvázne téměř bez
poškození.
V případě
hemoragické mrtvice (asi 15%
mrtvic) umírá asi polovina
pacientů. Tento typ mrtvice
může
vzniknout
po
epidurálním,
subduráLním
nebo
subarachnoideálním
krvácení nebo po prasknutí
aneurysmatu a kromě přerušení dodávky kyslíku poškozuje mozek i
zvýšením
intrakraniálního tlaku. Subarachnoideální krvácení také vede k vasospasmu povrchových cév
mozku, které navodí další snížení dodávek okysličené krve k mozkovému parenchymu.
Intraparenchymální krvácení může být způsobeno akutním zvýšením krevního tlaku nebo
řadou poruch vedoucích k zeslabené cévní stěny. Jedním z hlavních riskových faktorů je
v tomto případě chronická hypertenze, nicméně fragilitu cévních stěn zvyšují i poruchy
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
koagulačních kaskád, mozkové nádory nebo třeba užívání kokainu či amfetaminu, neboť obě
tyto látky způsobují rychlé zvýšení krevního tlaku. Tento typ krvácení může vést ke vzniku
drobných zátek z krevních sraženin a tím i k další mrtvici okluzní.
Léčba pacientů po mrtvici vyjde stát ročně cca na 20 miliard korun (!).
ZÁKLADNÍ MECHANISMY EXCITOTOXICITY
Pokud je průtok krve mozkem zeslaben nebo zastaven, dochází k poklesu přísunu
živin a kyslíku a zvyšování koncentrací potenciálně toxických metabolitů v mozkové tkáni.
To je spojeno s podstatnými biochemickými změnami v dané oblasti mozku. Změny
v extracelulárním prostředí neuronů vedou k poruše buněčných funkcí: ztrácí se iontový
gradient na membráně, otevírají se iontové kanály a propouštějí Ca2+ do buněk, jsou
aktivovány početné systémy druhých poslů a některé signální dráhy jsou aktivovány
nadměrně často. Mnohé z těchto změn působí na neurony velmi ničivě až fatálně, některé
mají na přežití neuronů jen malý vliv a některé jsou i neuroprotektivní. V rámci celé kaskády
dějů, které po ischemii vedou k neuronálnímu poškození, se zastavíme u následujících:
•
•
•
•
•
•
•
•
vyčerpání energetických zásob
selhání iontových pump
depolarizace membrány a vznik akčních potenciálů
vzrůst intracelulární koncentrace Ca2+
aktivace Ca2+-dependentních enzymů
acidóza
vznik volných radikálů
apoptóza
Vyčerpání energetických zásob
Za normálních podmínek užívá mozek kyslík a glukosu k produkci ATP v procesu
oxidativní fosforylace a glykolýzy. Jak už jsme se zmínil, kompletní zastavení přívodu krve
do mozku vede k vyčerpání kyslíku během cca 10 vteřin. Za nedostatku kyslík je jediným
zdrojem ATP pro neurony anaerobní glykolýza, která je schopná „dodat“ méně než 10% ATP
pro neurony potřebného, a navíc vede k produkci kyseliny mléčné. Kvůli zastavenému
přísunu živit musí neurony začít metabolizovat i své zásoby glukosy a glykogenu, které
během ischemie vyčerpají za 2-3 minuty. Využívají nakonec i své zásoby fosfokreatinu, takže
ischemie vede k celkové depleci ATP v řádu minut. Esnergetické potřeby neuronů jsou
značné a tento nedostatek ATP tedy velmi rychle spouští kaskádu dalších dějů.
Selhání iontových pump
Jedním z nejvážnějších důsledků ztráty dostupného ATP je selhání na ATP závislých
iontových pump. Zastavení jejich činnosti vede k disipaci membránového potenciálu. Víte, že
hlavní pumpou, která udržuje nerovnoměrné koncentrace sodíku a draslíku na obou stranách
membrány, je Na+-K+-ATPasa, které přenáší ionty na úkor ATP. Ačkoliv velké neurony
dokáží udržet negativní membránový potenciál i nějakou dobu po zablokování Na+-K+ATPasy, malé a vysoce větvené savčí neurony jsou k inhibici Na+-K+-ATPasy velmi citlivé,
neboť poměr jejich povrchové plochy je vůči jejich objemu značný (větvení!). Proto se mnohé
neurony savčího CNS depolarizují velmi záhy po vyčerpání zásob ATP.
2
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
Pokles či zastavení činnost Na+-K+-ATPasy má i jiné důsledky než přímou depolarizaci
membrány. Mnohé iontové pumpy, včetně Na+-Ca2+ přenašeče, jsou závislé na
transmembránovém gradientu Na+. Pokud tento gradient klesá, klesá i jejich účinnost, což
vede k dalšímu vychýlení od iontové rovnováhy na membráně. Navíc mnohé další neuronální
pumpy (např. ATP-dependentní Ca2+-pumpy) přestávají při vyčerpání energetických zásob
také fungovat.
Depolarizace membrány a vznik akčních potenciálů
Selhání Na+-K+-ATPasy vede k depolarizaci membrány a případně i ke vzniku akčních
potenciálů. Se vzrůstem frekvence těchto akčních potenciálů dále roste i míra depolarizace
membrány, více a více se snižují rozdíly v koncentracích iontů na obou stranách membrány a
roste výlev neuropřenašečů ze zakončení neuronů. Pokud jde o neuropřenašeče excitační
(glutamát), začnou se depolarizovat a generovat akční potenciály i neurony sousední, což
rozšiřuje rozsah poškození.
Neuronální změny během ischemie mohou být způsobeny i selháním neuropřenašečových
transportních systémů, zejména těch pro glutamát. Glutamát je zpětně vychytáván na
neuronech i gliích a tento proces je závislý na ATP. Pokud ATP není dostupné, klesá i aktivita
glutamátových transportérů. Nefyziologicky vysoké koncentrace glutamátu v synaptické
štěrbině mohou aktivovat glutamátové receptory po neúměrně dlouhou dobu.
Vzrůst intracelulární koncentrace Ca2+
Za
normálních
klidových
podmínek
je
cytoplasmatická
koncentrace vápníku v neuronu zhruba
100
nM,
zatímco
koncentrace
extracelulární asi 1 mM. Tento rozdíl
čtyřech řádů je velmi přísně udržován,
jakkoliv jsou hnací síly pro vstup Ca2+
do cytoplasmy velké. Hlavní podíl na
něm mají ATP-dependentní vápníkové
pumpy. Pokud se vyčerpají zásoby
ATP a dojde ke snížení nebo zástavě
činnosti
vápníkových
pump
a
transportérů, vápník vstupuje po svém
koncentračním gradientu do buňky,
není masivně odstraňován a membrána
se depolarizuje. To následně vede
k otevírání
napěťově
ovládaných
vápníkových kanálů a dalšímu vstupu
Ca2+ do buňky. Glutamát uvolňovaný
okolními depolarizovanými neurony také může navodit vtok vápníku NMDA receptory.
A diagrammatic representation of Ca2+ homeostasis in a stylized neuron. 1, Ca2+ and Na+ influx along with K+ efflux
in receptor-gated ionic channels, such as glutamate receptors. 2, Ca2+ efflux via an ATP-requiring ionic pump. 3, Ca2+
influx via voltage-gated Ca2+ channels. 4, Ca2+ efflux in exchange for Na+ influx via the Na+/Ca2+ exchanger. 5,
additional ionic channels contributing to membrane repolarization and ionic homeostasis. 6, intracellular Ca2+
buffering by Ca2+-binding proteins.7, Ca2+ sequestration by mitochondria.8, Ca2+ fluxes through the nuclear
membrane with potential effects on nucleic acid transcription. 9, Ca2+ sequestration (and release) by endoplasmic
reticulum.ADP, adenosine diphosphate.
3
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
Aktivace Ca2+-dependentních enzymů
Značný vzrůst cytoplasmatické koncentrace vápníku v neuronech může navodit
s ischemií spojenou buněčnou smrt. Průkaz tohoto fenoménu byl proveden i experimentálně.
Pokud byl v in vitro pokusech na kulturách neuronů zablokován vstup vápníku do buněk
inhibicí některých vápníkových kanálů, neurony bylo chráněny proti excitotoxickému
poškození. Navíc, neurony exprimující AMPA receptory, které propouštějí Ca2+, jsou
náchylnější k toxickému působení kainátu (kainát je agonista glutamátových receptorů).
Proč může vysoká cytoplasmatické koncentrace vápníku indukovat smrt buňky?
Odpovědí je několik: vápník je významný druhý posel. Za fyziologických podmínek i malá
změna v intracelulární koncentraci Ca2+ naznačuje, že se stalo něco podstatného. Může
signalizovat např. depolarizaci a aktivaci napěťově ovládaných vápníkových kanálů nebo
aktivaci systémů druhých poslů, které vedly k uvolnění Ca2+ z intracelulárních rezervoárů.
Na zvýšenou hladinu vápníku v cytosolu může reagovat celá řada enzymů. Značnou
roli v neuronálním poškození spojeném se vzrůstem cytoplasmatické koncentrace vápníku
hrají vápníkem aktivované proteasy, zejména kalpain. Kalpain štěpí cytoskeletární proteiny
spectrin a s mikrotubuly asociovaný protein 2 (microtubule-associated protein 2, MAP2).
Destrukce těchto proteinů vede k vážnému poškození cytoskeletární architektury neuronu.
Fosfolipasy, jako např. PLA2, jsou také aktivovány vápníkem. PLA2 atakuje membránové
fosfolipidy a štěpí vazby mezi jejich polární hlavičkou a nepolárními konci. Pokud dojde
k masivními štěpení fosfolipidů membrány, může se její integrita porušit změnou v počtu i
zastoupení jednotlivých fosfolipidů. Vznikající volné mastné kyseliny, jako např. kyselina
arachidonová, jsou dále metabolizovány cykloxygenasami a lipoxygenasami za vzniku
četných biologicky aktivních produktů, jakými jsou např. prostaglandiny aj. Během těchto
reakcí také vznikají vysoce reaktivní kyslíkové radikály (•O2¯).
Jiným enzymem, aktivovaným vazbou Ca2+ na kalmodulinový komplex, synthasa
oxidu dusnatého (NOS). NOS produkuje oxid dusnatý (NO) při přeměně argininu na citrulin.
NO pak slouží jako messengerová molekula aktivující gualnynylcyklasua vedoucí k produkci
cGMP. NO také přímo nitrosyluje proteiny, zejména ty, které obsahují Fe-S komplexy.
Mnohé z těchto enzymů jsou zásadní pro správně probíhající metabolismus (mitochondriální
NADH-ubiquitonoxidoreduktasa, NADH-sukcinátoxidoreduktasa). NO se také podílí na
vzniku dalších volných radikálových molekul. Existují tři isoformy NO synthas: neuronální
NOS (nNOS), exprimovaná všemi neurony, a endoteliální NOS (eNOS) a inducibilni NOS
(iNOS), které exprimují jen neurony některé. eNOS může sloužit jako faktor rozšiřující cévy:
navozuje relaxaci hladké svaloviny okolo arteriol. Zvyšuje tedy průtok krve tkání.
Role NO synthas v rámci mrtvice a její neuroprotekce je lehce rozporuplná. Myši
deficientní na nNOS vykazovaly menší rozsah infarktového poškození po experimentálně
navozené mrtvici, zatímco myši deficientní pro eNOS daleko větší – eNOS se podílí na
reperfuzi ischemické oblasti a při jejím nedostatku je plocha nekrotické tkáně větší. Myši
knock-outované pro i NOS vykazovaly podobně jako nNOS-deficientní myši menší velikost
poškozených ploch; absence iNOS zřejmě snižuje zánětlivou odpověď v poškozené oblasti.
Acidóza
Přerušení krevních dodávek do mozku vede ke vzrůstu parciální tlaku CO2 v mozkové
tkáni (ssnížené odstraňování CO2) a ke vzrůstu koncentrace laktátu (díky anaerobní
glykolýze). Oba tyto děje vedou k acidóze. Acidóza spojená s ischemií může být velice těžká,
hodnoty pH v ischemické oblasti se často blíží 6.0. Acidóza ovlivňuje buněčné funkce mnoha
způsoby: vznikají volné radikály, jsou inhibovány Na+-Ca2+ výměníky, rozpadá se NAD
nezbytný pro oxidativní fosforylaci nebo je inhibováno zpětné vychytávání neuropřenašečů.
4
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
Příspěvek acidózy k celkové úmrtnosti neuronů při ischemických stavech zatím nebyl dobře
kvantifikován. Acidóza může míti některé neuroprotektivní efekty – neurony vystavené
velkým dávkám glutamátu jsou při fyziologickém pH výrazně poškozeny, zatímco při pH 6.6
se v experimentech poškození vyhnuly. Jde zřejmě o inhibici pH sensitivních NMDA
receptorů. Při nízkém pH výrazně klesá tok Ca2+ těmito receptory a nedochází k tak masivní
excitotoxické stimulaci ischemického neuronu.
Vznik volných radikálů
In vitro studie prokázaly, že excitotoxicita je spojena také se vznikem značného
množství volných radikálů. Volné radikály jsou molekuly s volným elektronem. Tento
nespárovaný elektron dělá danou molekulu nestabilní a vysoce reaktivní. Volné radikály mj.
lipoperoxidují mastné kyseliny membrán, což způsobuje změny v jejich fluiditě a integritě.
Oxidují sulfhydrylové (-SH) skupiny proteinů, které tím znefunkční. Způsobují střihy či
zlomy v DNA, tedy přímé poškození genetického materiálu.
Děje uvedené výše také přispívají ke vzniku a působení volných radikálů. Osmotický
otok nebo nadměrná stimulace fosfolipas vede k uvolnění obsahu mitochondrií do
cytoplasmy, a s ním i k uvolnění volných radikálů. Aktivace PLA2 vede k produkci
arachodinové kyseliny, která je dále metabolizována i za vzniku •O2¯. Aktivace NO synthas
vede ke vzniku NO, který reaguje s kyslíkem nebo O2¯za vzniku peroxynitrátu (ONOO).
Peroxynitrát je rozkládán za vzniku vysoce toxického hydroxylového radikálu (•OH).
Vychytávání volných radikálů různými scavengerovými molekulami je účinné pouze
při jejich velmi časném podání po nástupu mrtvice.
Apoptóza
Smrt neuronů po ischemii byla dlouho připisována výhradně procesu nekrózy. Ve
finále neurony a jejich organely, které podstupují nekrotickou smrt, otékají a praskají, přičemž
nekontrolovaně uvolňují svůj obsah do okolí. Tím mohou nejen toxicky poškozovat okolní
buňky, ale také navodit zánětlivé procesy v dané oblasti. Naopak při programované buněčné
smrti –apoptóze dochází ke smršťování buňky, cytoplasma se stává densnější a organely se
shlukují k sobě, dochází ke kondenzaci a hrudkování chromatinu jádra, fragmentaci DNA,
vytváření povrchových puchýřků (tzv. „blebs“) a následnému rozpadu buňky na tzv.
apoptotická tělíska. Apoptotická tělíska jsou následně odstraňována hlavně gliemi. Apoptóza
je tedy sled kroků, které buňka aktivně podniká, aby zabránila nekróze.
Neurony podléhají apoptóze jen při mírném ischemickém poškození. Těžce poškozené
neurony podléhají rychlé nekrotické smrti ještě před nástupem apoptózy.
Pro apoptózu je typická změněná exprese a aktivita některých důležitých proteinů.
Mění se hladiny regulačních pro- a antiapoptotických členů tzv. Bcl-2 rodiny, vzrůstá
koncentrace propoptotického proteinu p53, což je jaderný supresorový protein. Apoptóza na
rozdíl od nekrózy zahrnuje rovněž aktivaci specifických cysteinových proteas nazývaných
kaspasy. Kaspasy jsou během postupující apoptózy aktivovány za svých inaktivních forem,
prokaspas, a spouštějí další biochemické kaskády. Velmi důležitým krokem v celém procesu
apoptózy je uvolnění cytochromu c z mitochondrií do cytoplasmy. To ve finále vede
k aktivaci hlavního výkonného enzymu apoptózy – kaspasy-3. Kaspasa-3 aktivuje další
kaspasy a dochází k dokončení celého apoptotického scénáře.
Experimentální zablokování procesu apoptózy vede ke vzniku menších
postischemických infarktových ložisek. Ideální v prevenci rozvoje těchto ložisek by bylo
využití inhibitorů kaspas. Zatím dostupné inhibitory jsou bohužel zejména malé peptidy, kter
neprocházejí hematoencefalickou bariérou.
5
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
LÉČBA MRTVICE
Navzdory tomu, že už docela dobře známe mechanismy, jakými vzniká ischemické
poškození, naše možnosti postiktální léčby jsou stále poněkud omezené. Nejužívanější akutní
přístupy jsou v podstatě zaměřeny na udržení funkce kardiovaskulárního systému,
znovuobnovení krevního zásobení různými farmaky (aspirin, trombolytika) či mechanicky, a
na zpomalení metabolismu hypotermií. Přístup k mrtvicím je také preventivní: incidence iktů
byla výrazně snížena preventivními kontrolami hypertenze a hypercholesterolemie.
V prevenci okluzivních příhod se také terapeuticky uplatňuje dlouhodobé užívání nízkých
dávek látek, které inhibují krevní destičky (aspirin, ibuprofen), i když za cenu mírného
zvýšení rizika hemoragického iktu. U postmenopauzálních žen byl také prkázán příznivý
účinek podávání estrogenu.
Prevence iktů je nesmírně důležitá i proto, že všechny současné terapie mrtvice bojují
proti nelítostnému protivníkovi: času. Mezi tím, kdy se u pacienta projeví známky mrtvice,
dostane se do nemocnice, je diagnostikován a začne účinná terapie, mohou uplynout až
hodiny. Vážné neuronální / neurologické poškození přitom vzniká v řádu minut.
Vlastní léčebné přístupy se dají rozdělit do několika oblastí:
•
•
•
•
obnova krevního zásobení
minimalizace vtoku Ca2+ do buněk
snižování poškození způsobeného volnými radikály
podpora „uzdravení“ neuronů
Důležitá je také léčba periiktální oblasti. Tato tkáň obsahuje poškozené, ale nikoliv
nezachránitelné neurony a glie, které se nacházejí mezi ischemií těžce postiženou
(infarktovou) tkání a tkání, která byla adekvátně prokrvována. Buňky periiktální oblasti jsou
velmi zranitelné, neboť i jim hrozí smrt díky tomu, že jsou vystaveny vysokým koncentracím
excitotoxických neuropřenašečů, volných radikálů, vlnám depolarizace nebo zánětlivým
procesům. Ale nyní se obraťme k jednotlivým terapeutickým aspektům.
Obnova krevního zásobení
Po okluzivní mrtvici může být průtok krve poškozenou oblastí obnoven buď mechanicky,
nebo pomocí antikoagulačních a trombolytických farmak, která rozpustí krevní zátku a
obnoví tok krve. Tyto látky musí být ale užívány velmi obezřetně z důvodu hrozících
hemoragií, a před jejich nasazením je potřeba předem vyloučit mrtvici hemoragickou (MRI,
CT).
A) Trombolytika
Klíčovým enzymem, který degraduje fibrin jakožto
hlavní strukturní protein krevních sraženin, je
plasmin. Mezi proteiny, které napomáhají konverzi
proenzymu plasminogenu na plasmin, patří
urokinasa, streptokinasa, prourokinasa a tkáňový
aktivátor plasminogenu (tPA; v USA je tPA
jediným povoleným trombolytikem.)
•
Tkáňový
jednořetězcový
aktivátor
plasminogenu
štěpí
plasminogen na dvě molekuly
6
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
plasminu. Je u lidí lokalizován na chromosomu 8, nicméně terapeuticky se využívá často tPA
rekombinantní. Pak bývá označován jako alteplasa, reteplasa (produkován E. coli) nebo
teneplasa (produkován linií ovariálních buněk čínských křečků). Pokud je podán do tří hodin
od nástupu projevu mrtvice, výrazně u pacientů zlepšuje poruchy hybnosti. Mírně sice
zvyšuje incidenci mozkového krvácení, nicméně úmrtnost ani po 3 měsících od podání oproti
kontrolním jedincům nezvyšuje.
• Streptokinasa je protein produkovaný různými streptokoky, schopný vázat se na
plasminogen. Účinkuje poněkud jiným způsobem než tPA – štěpí hydrolyticky plasminogen
na mezi Arg561a Val562 (http://en.wikipedia.org/wiki/Streptokinase). Je podávána
intravenózně, nikoliv však déle než 4 dny, neboť by jako bakteriální produkt mohla vyvolávat
alergické reakce.
• Prourokinasa je jednořetězcový proenzym štěpený plazminem za vzniku urokinasy. K její
aktivaci dochází poměrně pomalu v přítomnosti trombu. Její terapeutické využití není
rozsáhlé.
B) Antikoagulancia
• Heparin je vysoce sulfatovaný mukopolysacharid, molekula, která nese nejvíce záporného
povrchového náboje z biologicky aktivních molekul. Nativní heparin je polymer o velikosti 330 kDa, většina komerčně dostupných preparátů jsou hepariny o velikosti 12-15 kDa. Běžně
se vykytuje v mastocytech a extracelulární matrix většiny tkání. Není vhodný pro perorální
podávání a příliš ani pro intramuskulární (riziko hematomů); nejběžnějšíforma aplikace je i.v.
nebo do podkoží. Nízkomolekulární deriváty jsou používány v prevenci hluboké žilní
trombózy nebo plicní embolie (obecně je heparin používán spíše v prevenci, neboť
nerozrušuje už vzniklé krevní sraženiny). Vznik krevní zátky inhibuje tím, že zvyšuje aktivitu
antitrombinu III. Antithrombin III je protein, který formuje během vzniku krevní sraženiny
ekvimolární komplexy s různými proteasami – faktorem Xa, trombinem aj. Heparin se na
antithrombin III přímo váže a navodí takové konformační změny, které vedou ke zvýšené
vazbě antitrombinu III na cílové molekuly. Vzhledem k negativním zbytkům heparinu je
vznik ternárního komplexu heparin-antithrombin III-proteasa závislý na počtu sacharidových
podjednotek v molekule heparinu. Pro reakci s trombinem jich je potřeba nejméně 18, na
reakci s faktorem Xa jich stačí pět. Nepříjemným důsledkem déledobého podávání heparinu
může být např. heparinem navozená trombocytopenie, kdy klesá díky degradaci imunitním
systémem počet krevních destiček. Heparin je testován i v léčbě alergické rýmy, astmatu,
artritidy nebo rejekčních reakcí na transplantáty.
• Aspirin irreverzibilně inhibuje cyklooxygenasu, která v krevních destičkách katalyzuje
konverzi kyseliny arachidonové na prostaglandin H. Ten je pak tromboxan-A synthesou
přeměněn na tromboxan A2.Tromboxan A2 je velmi důležitý intermediát koagulační kaskády,
který stimuluje aktivaci dalších krevních destiček a zvyšuje agregaci stávajících, a to díky
odkrývání glykoproteinového komplexu GP IIb/IIIa na membráně destiček. Působí tedy
hlavně auto- a parakrinně, neboť má poločas degradace na inaktivní tromboxan B2 asi 30
sekund. Při podávání pacientům léčených na iktálním lůžku „ušetří“ ve srovnání s placebem
cca 13 životů na 1000 pacientů.
• Warfarin je používán u pacientů, kteří neodpovídají na aspirin a jemu příbuzné sloučeniny.
Je to derivát kumarinu (kumarin samotný je chemicky benzopyron), běžné rostlinné
7
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
sloučeniny. Jeho objev se datuje k 20. létům minulého století, kdy v severních částech
Ameriky a Kanadě zjistili, že domácí zvířata po drobných veterinárních zákrocích vykrvácela
k smrti, pokud se předtím napásla posečené komonice (Melilotus sp.). Z té byl nakonec
vyizolován dikumarol za krvácení zodpovědný. Warfarin účinkuje jako antagonista vitamínu
K. Vitamín K je kofaktorem enzymů aktivujících některé faktory koagulační kaskády, jako
např. faktor II, VII, IX a X nebo proteinu C, S a Z. Zabraňuje redukci oxidovaného vitamínu
K do jeho aktivní formy. Warfarin je jedna z nejsilnějších orálně podávaných
antikoagulačních látek; bohužel má také značné vedlejší účinky. Často bývá koadministrován
s heparinem.
Antikoagulancia se obecně používají k prevenci přechodných ischemických atak, krátkých
ischemií mozku bez přetrvávajícího neurologického deficitu. Symptomy těchto atak jsou
podobné iktu, ale během minut až hodin vymizí.
Minimalizace vtoku Ca2+ do buněk
Vzhledem k tomu, že vtok vápníku do glií a neuronů je kritickou událostí v rozvoji
biochemických procesů vedoucích k destrukci mozkové tkáně, minimalizace jeho vtoku do
buněk by mohla být v post-iktální terapii velmi slibná. V klinických pokusech nicméně tato
cesta příliš efektivní není. Antagonisté NMDA receptorů mají sice výrazný protektivní účinek
na tkáňových kulturách, který se ovšem neprojevil u lidských pacientů. Tito antagonisté navíc
navozovali stavy podobné psychóze a disociaci. Ani blokátory napěťově ovládaných
vápníkových kanálů (nimodipin, flunarizin) nevykázaly u pacientů s mrtvicí nějaké výrazné
zlepšení. V pokusech neuspěly ani blokátory napěťově ovládaných sodíkových kanálů
(phenytion), jinak velmi účinné v terapií křečí.
Snižování poškození způsobeného volnými radikály
K vychytávání volných radikálů se používají molekuly tzv. scavengerů. Scavengery
jsou látky oxidované kyslíkovými radikály, které vyvazují a eliminují jejich destrukční
působení na buňku. Non-glukokortikoidní steroid tirilazad inhibuje lipoperoxidaci a bylo
prokázáno, že při podání do 10 minut od kompletní fokální ischemie výrazně redukuje
infarktovou oblast. Jeho efekt ovšem nebyl prokázánu lidských pacientů při podání 4 h od
nástupu mrtvice. Další scavenger ebselen vykázal v klinických testech mírné zmenšení
oblasti zasažené infarktem při okluzi střední mozkové tepny ještě 6-12 hodin od nástupu iktu.
Profylakticky bývají užívány jiné antioxidanty jako vitamín E.
Podpora „uzdravení“ neuronů
Dalším z přístupů v postiktální terapii je napomoci poškozeným nervovým buňkám v
„opravách“, nebo podpořit zdravé neurony v růst ev. dělení, aby mohly kompenzovat ztráty
buněk způsobené mrtvicí. K tomuto cíli mohou vést dvě cesty. První je v podstatě nutritivní –
zajišťující, aby neurony měly dostatek molekul nutných pro svou opravu a růst. Druhá je
signální – zahrnuje zejména neurotrofické faktory instruující neurony k růstu. V rámci první
strategie se uplatňuje např. podávání fosfolipidového prekursoru citicholinu, jehož mírný
prospěšný efekt byl klinicky prokázán. V rámci neurotrofických faktorů byl testován např.
růstový faktor fibroblastů (FGF). Na zvířecích modelech redukoval velikost infarktem
postižené oblasti, pokud byl podán bezprostředně po fokální ischemii. Dlouhodobé vylepšení
postižených motorických a/nebo kognitivních funkcí se bohužel dosahuje zejména
rehabilitací, tedy kompenzačním remodelováním poškozených neuronálních okruhů.
8
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
KŘEČE A EPILEPSIE
Křeče jsou záchvatovité poruchy mozkových funkcí, které obvykle vznikají
důsledkem silné a obecně synchronizované aktivity skupin neuronů. Tato aktivita se může
objevit v různých oblastech mozku a její somatické projevy se mění podle toho, která část
mozku je zasažena. Termín „křeč“ pak obecně postihuje projevy od cca třívteřinových
výpadků vědomí pozorovatelných okolím až po těžké tonicko-klonické křeče typu
epileptického grand malu. Udává se, že během života postihne záchvat křečí alespoň jednou
jednoho člověka z dvaceti. Ve většině případů to bývá důsledkem specifické situace, např.
poranění hlavy, vysokou horečkou nebo abstinenčním příznakem po vysazení drog či
alkoholu. Asi jeden člověk z 200 může být označen za epileptika nebo osobu se zvýšenou
náchylností ke křečím. (Epilepsie je skupina poruch mozku projevujících se opakovanými
záchvaty paroxysmů různého charakteru.) Snižovat práh pro výskyt křečí mohou také
chronické choroby, lokální mozkové poškození a podobně.
Tak jako je mnoho typů křečí, tak je i mnoho typů epilepsií. Epileptičí pacienti mohou
být např. děti, které trpí pětivteřinovými výpadky pozornosti a koncentrace ve školní hodině,
stejně jako mentálně retardovaní kvadruplegici, kteří musí nosit ochranné helmy, protože
nekontrolovatelně padají. Stejně tak efektivita léčby velice kolísá.
Vznik křečí
Při normálním bdělém stavu bez alterace
vědomí se na EEG záznamu objevuje několik máslo
typů vln a žádné výrazné posuvy v polaritě záznamu
(vpravo). Takový záznam neznamená, že mozek je
„potichu“; spíš indikuje, že aktivita jednotlivých
neuronálních popluací je asynchronní. Abychom udrželi
vyrovnaný tělesný postoj, rovnováhu a mohli ovládat
jemnou motoriku, musí být např. některé neurony
motorického kortexu aktivní a jiné hyperpolarizované.
Při nástupu záchvatu křečí se EEG záznam mění. Začínají se objevovat mnohdy
dramatické posuvy polarity směrem nahoru
i dolů, naznačující, že velké skupiny
neuronů začaly generovat akční potenciály
a repolarizovat se synchronně. Typ tohoto
synchronního chování neuronů může být
spojen
s různými
abnormitami
motorickými,
senzorickými
nebo
poruchami vědomí. Velmi typickým EEG
projevem křečí spojených se ztrátou
vědomí je tzv. 3Hz hrot-vlna aktivita, která se může objevovat v rozsahu celého kortexu
(vlevo).
Vznik křečové aktivity, tedy synchronní generování akčních potenciálů omezenou
skupinou neuronů, podmiňuje více faktorů. Pomocí MRI či jiných zobrazovacích technik
bývají detekovatelná ložiska křečí. Ta bývají nezřídka spojena se skupinami degenrujících
neuronů nebo s mozkovým nádorem. Nástup křečové aktivity může být podmíněn i celkovým
snížením obsahu inhibičních neuropřenašečů v mozkové tkáni. U vnímavých jedinců může
způsobit křeče i hyperventilace (zvýšení pCO2) nebo světelné záblesky. Tendence neuronů
generovat synchronně akční potenciály souvísí i s mírou jejich vzájemného propojení.
Neurony v jednom regionu mozku mívají bohatá reciproká propojení, stejně tak s neurony
9
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
v jiných oblastech mozkového parenchymu. Např. glutamátergní neurony thalamu projikují
do glutamtátergních kortikálních neuronů, které dále inervují jiné talamické neurony. Pokud
pak vzniknou vlny synchronní aktivity, mohou se v podstatě samoudržovacím mechanismem
přesouvat z jednoho mozkového regionu do druhého.
Klasifikace křečí
Velmi obecně mohou být křeče děleny na parciální, dříve fokální (částečné) a
generalizované. Fokální křeče jsou charakterizovány klinicky i podle EEG záznamu iniciální
aktivitou neuronů v poměrně malé, ohraničené oblasti mozku, zatímco vzniku křečí
generalizovaných se účastní obě hemisféry a dochází při nich k rozsáhlé aktivaci různých
skupin neuronů. Tato obecná klasifikace v sobě ukrývá desítky typů křečí s typickými
klinickými projevy a zapojením charakteristickým mozkových oblastí. Existují i křeče
multifokální nebo způsobené synchronní aktivitou jen jedné hemisféry a pod. Křeče se co do
projevu dělí na tonické (extense a ztuhnutí končetin/y ev. celého těla), klonické /záškuby, třas
apo.) nebo tonicko-klonické.
Mezi částečné/fokální křeče paří např. i křeče afázické/fonatorní, které se vyznačují
náhlou neschopností mluvit, psát nebo číst. Jejich ložiska leží často v temporálním, přední
části frontálního nebo zadní části parietálního laloku. V somatosensorickém laloku se
nacházejí ložiska způsobující somatosensorické křeče, projevující se jako vjemy horka,
chladu, píchání špendlíky a pod. Ve frontálním laloku nebo precentrálním gyru se nachází
ložiska adversivních křečí, které se manifestují náhlými pohyby očí nebo a hlavy na opačnou
stranu od hemisférové lokalizace ložiska. Fokální motorické křeče vycházejí z ložisek poblíž
motorického kortexu a vedou k stahům kontralaterálních svalů. Vnějšími projevy pak může
být mírný třas až těžké záškuby. Těžkou formou fokálních křečí jsou komplexní parciální
křeče, které jsou spojeny se ztrátou vědomí a širokou symptomatologií. Pacienti mívají
poruchy motoriky, ale i vyšších funkcí – halucinace zraková i sluchové, pocity deja vu,
poruchy paměti, vykazují automatizované žvýkací pohyby a pod.
Původ generalizovaných křečí není zcela objasněn. Nejsou spojeny z žádným
ohraničeným ložiskem, takže jsou na EEG odlišitelné od křečí parciálních, které se také
mohou celotělově šířit. Mnoho generalizovaných křečí je spojeno s vývojovými poruchami.
Tonické generalizované křeče
jsou
nejčastější
u
dětí
s Lennoxův-Gaustatův
syndromem. Ten se obvykle
manifestuje mezi 1-10 rokem
života (nejčastěji mezi 3-5) a
bývá spojen s malformitami
mozku,
hypoxickoischemickým
poškozením
mozku,
encefalitidami
a
meningitidami.
Mezi
jeho
projevy patří např. poruchy
kognitivních funkcí a různé
typy křečí, včetně kompletně
atonických atak. Typickým EEG projevem jsou už zmiňované úseky 2.5-3Hz útvarů hrotvlna, které mají zřejmě původ ve vápníkových proudech tekoucích kanály T-typu
v retikulárních neuronech thalamu. Tento 3 Hz vzorec hrot-vlna je v EEG záznamu typický
10
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
pro tzv. petit mal absence. Křeče realizované formou absencí jsou charakterizovány krátkými
ztrátami vědomí s tonickými i klonickými projevy (u některých pacientů). Popsány byly už
roku 1705 francouzským lékařem Poupardem. 3 Hz EEG vzorec hrot-vlna je pravděpodobně
spojen s oscilací mezi excitací (hrot) a inhibicí (vlna) vzájemně propojených neuronů
thalamokortikální sítě. Thalamické neurony fungují v zásadě ve dvou aktivitních stavech:
v oscilačním a tonickém.
Během bdělé pozornosti je vzorec jejich aktivity
desynchronizovaný a reprezentuje přenos informace ze senzorických neuronů do kortexu.
Pokud začnou thalamokortikální neurony signalizovat synchronizovaně, v oscilačním
aktivitním módu, zvedá se práh pro vznik a akčních potenciálů v neuronech thalamu a přenos
signálů do kortexu je redukován. Vznikají poruchy vědomí.
Mezí další formy generalizovaných křečí patří křeče atonické, projevující se náhlou
ztrátou svalového tonu trvající několik sekund a nespojenou se ztrátou vědomí. Někdy jim
předchází křeče myoklonické, což jsou rychlé mimovolní svalové kontrakce, zpravidla
realizované jedním či málo záškuby (oproti repetitivním svalovým křečím nebo křečím
klonickým). Známou formou generalizovaných křečí jsou tonicko-klonické křeče označované
jako grand mal. Grand mal je spojen s hlubokým komatem a následnou tonickou (ruce
v semiflexi, nohy v extenzi) a klonickou (křeče celého těla s přechodnými relaxacemi) fází.
Na EEG je v tonické fázi patrná rychlá hrotová aktivita se salvami akčních potenciálů
prokládaných pomalými vlnami klonických fází.
Mezinárodní klasifikace křečí pochází z roku 1981 (s revizí z roku 1997, ale ta není
obecně akceptovaná) a je následující:
I Partial seizures (Older term: focal seizures)
A Simple partial seizures - consciousness is not impaired
1 With motor signs
2 With sensory symptoms
3 With autonomic symptoms or signs
4 With psychic symptoms
B Complex partial seizures - consciousness is impaired
(Older terms: temporal lobe or psychomotor seizures)
1 Simple partial onset, followed by impairment of consciousness
2 With impairment of consciousness at onset
C Partial seizures evolving to secondarily generalized seizures
1 Simple partial seizures evolving to generalized seizures
2 Complex partial seizures evolving to generalized seizures
3 Simple partial seizures evolving to complex partial
seizures evolving to generalized seizures
II Generalized seizures
A Absence seizures (Older term: petit mal)
1 Typical absence seizures
11
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
2 Atypical absence seizures
B Myoclonic seizures
C Clonic seizures
D Tonic seizures
E Tonic–clonic seizures (Older term: grand mal)
F Atonic seizures
III Unclassified epileptic seizures
Čím je dáno, že thalamokortikální neurony fungují v tonickém nebo oscilačním
aktivitním modu? Zdá se, že to závisí na aktivitě tzv. neuronů retikulárního jádra thalamu
(nucleus reticularis thalami, NRT). GABAergní neurony NRT jsou hustě propojeny jeden
s druhým a projikují také k téměř všem thalamickým neuronům. Dostávají také boční vstupy
(excitační glutamátergní) z kolaterál thalamokortikálních i kortikothalamických axonů.
Během období bdělosti je jejich aktivita tonická, v podobě signalizace jednotlivými akčními
potenciály, zatímco během synchronizované EEG aktivity generují salvy akčních potenciálů.
Za tento oscilační vzorec aktivity (salvy APs) jsou nejspíše odpovědné napěťově ovládané
vápníkové kanály T-typu. Tyto kanály jsou schopné vést dovnitř tekoucí vápníkový proud a
navodit akční potenciál jen tehdy, pokud byly předtím hyperpolarizovány. Až poté reagují na
depolarizaci ke své prahové hodnotě, která je asi –50 mV. Nezbytná hyperpolarizace je
navozena přes GABAB receptory zprostředkující odpověď na proudy generované sousedními
NRT neurony. Následná malá depolarizace pak vede k aktivaci napěťově ovládaných
vápníkových kanálů T-typu, vtoku vápníku do buňky, depolarizaci a akčnímu potenciálu.
Aktivovaný NRT neuron uvolňuje GABA na přilehlé NRT, thalamické a kortikální neurony.
Přilehlé NRT neurony jsou přes své GABAB Rs hyperpolarizovány a inaktivovány, může
následovat další depolarizace napěťově ovládaných vápníkových kanálů T-typu a celý cyklus
se může opakovat.
Tento model vysvětluje vznik oscilačního chování thalamických neuronů, ale o tom,
jaké okolnosti navodí změnu aktivity ze signalizace jednotlivými APs k oscilačnímu modu,
příliš nevíme. Petit mal absence jsou často navozeny hyperventilací; snížení krevního pH tedy
asi také navodí určité změny NRT neuronů, které vedou k preferenci oscilačního chování.
Ataky absenčních křečí se ovšem objevují bez jakéhokoliv zjevného spouštěče.
Popsaný mechanismus vzniku oscilačního chování thalamických neuronů elegantně
vysvětluje účinek některých antiepileptik. Ethosuximid se ve vhodných dávkách používá
v terapii petit malu; blokuje napěťově ovládané vápníkové kanály T-typu na NRT neuronech.
Tento typ křečí je jeden z mála, které negativně reagují na terapii GABA agonisty, Látky
posilující GABAergní přenos (vigabatrin aj.) mohou zesilovat náchylnost NRT neuronů k
„přepnutí“ se do oscilační vzruchové aktivity.
Původ epilepsie
Co způsobuje sklony k epileptickým křečím? Příčin je značné množství. Mnohé
knock-outované myši jsou náchylné je spontánním křečím, různé formy lidských epilepsií
mají genetický základ spojený s mutacemi různých genů, a jak už bylo zmíněno, epilepsie se
často objevuje po mozkovém poranění nebo infekci.
Neurony jsou velmi silně a často recipročně propojeny. Teoreticky se každá excitační
aktivita může šířit a posilovat přes celým mozek. U zdravých jedinců je její propagace
12
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
zastavena inhibičními okruhy, ať už jde o šíření časové či prostorové. Obecně, každý stav, při
kterém je porušena křehká rovnováha mezi excitační a inhibiční signalizací, může vyústit
v křeče/epilepsii.
● Genetické vlivy
Více než 20 různých myších knock-outů vykazuje spontánní křeče. Podobně se
chovají i některé kmeny, pro které je typická nadměrná exprese některých proteinů (GAP,
PLP). Spontánní křeče vykazují např. myší knock-outované pro některé iontové kanály
(opožděně usměrňující K+ kanál označovaný jako mKv1.1), pro neuropřenašečové receptory
(Glu R2, 5-HT2C), pro enzymy (Ca2+/kalmodulinkinasa II) nebo pro transkripční faktory.
Jejich stručný přehled je v tabulce. Toto množství a variabilita genových produktů, porucha
jejichž exprese se může projevit křečemi, asi nepřekvapí. Iontové kanály a neuropřenašečové
receptory ovlivňují excitabilitu membrány neuronu přímo. enzymy, které receptory a iontové
kanály modifikují, ovlivňují excitabilitu neuronů dalšími způsoby. Proteiny vážící se na DNA
mění zastoupení proteinů exprimovaných neurony a mohou se účastnit epileptogenese i
komplexněji – např. mohou ovlivňovat celkově vývojové procesy za vzniku abnormálních
neuronálních obvodů.
Myši mutantní pro GluR2 jsou zajímavým příkladem, kdy mutace proteinu receptoru
pro neuropřenašeč způsobuje epilepsii. Postnatálně jsou GluR2 mutantní myši bez křečí,
nicméně od počátku třetího týdne života se u nich začnou projevovat spontánní křeče. Kolem
20. dne obvykle umírají. Pokud si vzpomenete, exprese GluR2 podtypu glutamátergního
receptoru způsobuje nepropustnost AMPA receptoru pro vápník. Tato „inhibice“ je navozena
postranskripční úpravou GluR2 mRNA. mRNA GluR2 exprimovaných v časných vývojových
fázích ještě není editovaná a nesnižuje tedy propustnost AMPA Rs pro Ca2+, zatímco později
editovaná GluR2 mRNA už ano. Tento typ křečí ovšem může být spojen i s expresí
abnormálních AMPA receptorů se zvýšenou vodivostí pro vápník, což vede ke zvýšené
excitabilitě postižených neuronálních okruhů. Vápníková propustnost takto alterovaných
AMPA receptorů mlže při excitaci navíc dále růst sebeposilujícím způsobem, takže postižené
neurony jsou vystaveny většíma větším vtokům Ca2+.
Z Noebels JL. Neuron 16:241, 1996
13
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
I mnohé formy lidských epilepsií mají genetický podklad, i když jejich dědičnost je
ojediněle mendelovská, jednoduchá a přímá. Mnohé lidské epileptické syndromy byly
spojeny s konkrétními chromosomy a v některých případech se dokonce podařilo
identifikovat gen/y. Tyto typy epilepsií máte shrnuty v následující tabulce:
Z Berkovic SF, Scheffer IE, Curr Opin Neurol 12-177-182, 1999
Všechny známé epilepsii způsobující mutace u lidí postihují iontové kanály nebo
receptory, zpravidla ve smyslu jejich následného deficitu. Ten pak přímo ovlivňuje vzrušivost
neuronální membrány.
● Epileptogenese a neuronální smrt, neurogenese a růst neuronů
Kromě genetických vlivů, infekcí a pod. může epileptické křeče navodit i poranění
hlavy, kraniotrauma. Velmi typické jsou například křeče po nárazu hlavy. Poranění
způsobující křeče je obvykle ostře anatomicky ohraničeno a experimentálně bylo studováno
zejména v oblasti hippokampu. U zvířat poranění vedoucí k epileptickým křečím doprovází
v oblasti hippokampu ztráta inhibičních inerneuronů hillus dentatus, stejně jako vzrůst počtu
tzv. mechových vláken (excitační axony) v dentálním gyru. Tato ztráta buněk hillu a šíření
mechových vláken je spojen i s lidskou epilepsií spánkového laloku.
Ztráta inhibičních neuronů dentálního hillu samozřejmě vede k poruše excitačněinhibiční rovnováhy. Proč ale umírají inhibiční neurony v daleko větším počtu než ty
excitační? Jaké mechanismy zvyšují počet mechových vláken? Mechová vlákna se mohou
šířit z již existujících granulárních buněk gyrus dentatus, nebo z buněk nově vzniklých.
Jakkoliv je produkce granulárních buněk gyrus dentatus dospělosti mírná, po úrazu hlavy se
zvyšuje. Výsledný efekt zvýšení počtu mechových vláken není zcela popsán. Ke vzniku
epileptických projevů nejspíše mechová vlákna přispívají zvyšováním excitačních vtupů do
hippokampálních neuronálních okruhů. Mechová vlákna nicméně mohou vytvářet selektivně
synapse se zbylými inhibičními neurony hillu, zřejmě ve snaze zvýšit celkový inhibiční tonus
až k předchozí normální úrovni.
Proliferaci mechových vláken lze ovlivnit farmakologicky i molekulárně. Antagonista
NMDA receptorů MK-801 zpomaluje šíření mechových vláken a nástup epileptických
14
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
projevů. Podobný efekt má i eliminace genu pro transkripční faktor c-Fos. Růst mechových
vláken ovlivňují i neurotrofické faktory, zejména BDNF.
LÉČBA EPILEPSIE
Navzdory tomu, jak se vyvíjejí naše poznatky o etiologii křečí, vývoj nových a
efektivních antiepileptik je stále poněkud limitován. Většina epileptiků je léčena
antikonvulsanty, která se používají již mnoho let.
Téměř všechny antikonvulsanty účinkují přímo na úrovni membrány neurony, kde
ovlivňují její vzrušivost buď alterací propustností iontových kanálů pro určité ionty, nebo
ovlivňují dostupnost aminokyselinových neuropřenašečů. Klíčem k prevenci křečí je
interference těchto farmak s rychlou, synchronizovanou signalizací neuronů. Ideální
antikonvulsant by měl blokovat synchronizované výboje objevující se během epizody křečí, a
zároveň neovlivňovat ostatní funkce neuronu. Většina antikonvulsant/antiepileptik může být
zařazena podle mechanismu svého účinku do některé z následujících obecných skupin:
•
•
•
látky ovlivňující Na+ kanály – stabilizují inaktivní stav Na+ kanálů a tím snižují
schopnost neuronu generovat salvy akčních potenciálů;
látky ovlivňující GABAergní přenos – zvyšují dostupnost GABA nebo zesilují
efekt GABA na jejích receptorech;
látky ovlivňující Ca2+ kanály – a to inhibičně, nejlépe kanály T-typu.
Většina antiepileptik působí aspoň jedním z těchto mechanismů, nicméně mnohá antepileptika
ovlivňují i další složky nervového přenosu. Např. některé antikonvulsanty redukují
glutamátergní přenos, ať už změnou metabolismu glutamátu nebo přímou blokací
glutamátových receptorů.
Látky zesilující inaktivaci Na+ kanálů působí jako antikonvulsanty zejména na
neuronech rychle generujících oscilační salvy akčních potenciálů. Váží se na sodíkové kanály
v jejich inaktivovaném stavu a stabilizují je v něm. mezi tyto látky patří phenytoin,
carbamazepin, oxcarbazepin, lamotrigin, topirimát a nebo felbamát. Další látkou
blokující Na+ kanály je valproát (sodný), jehož účinky jsou ovšem slabší než třeba účinky
phenytoinu či carbamzepinu. Působí i na jiné cílové molekuly než jsou sodíkové kanály.
Blokuje i vápníkové kanály a je schopen zvýšit hladinu inhibiční aminokyseliny GABA.
Valproát, resp. kyselina valproová je také např. spolu s carbazepinem používán k léčbě
bipolárních poruch. Mechanismus, jakým pacientům pomáhají např. stabilizovat náladu, je
zatím nekompletně objasněn. Ví se, že kyselina valproová rovněž inhibuje deacetylasu
histonů.
Látky zesilující inhibiční vliv GABAergních neuronů obvykle působí cestou
zvyšování chloridové vodivosti. Patří mezi ně např. benzodiazepiny a barbituráty, které se
váží na různá místa GABAA receptoru. Tento typ farmak, jakým je např. fenobarbital, se už
dnes k léčbě epilepsie nepoužívá tak frekventovaně jako v minulosti, neboť mezi jeho vedlejší
efekty kromě sedativního vlivu patřila i zvýšená únava, zapomnětlivost či stavy zmatenosti.
Při opakovaném podávání benzodiazepinů navíc dochází k jejich rychlé toleranci. Jiným
typem antikonvulsativa působícího v rámci GABAergního přenosu je vigabatrin. je to
syntetický strukturní analog GABA, inhibující GABA transaminasu. Zvyšuje tedy dostupnost
GABA na synapsi. Tiagabin je inhibitor GABA transportéru. Zabraňuje vychytávání GABA
ze synaptické štěrbiny a prodlužuje čas, po který v ní zůstává. V hippokampálních CA1
15
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 8
neuronech prodlužuje dobu trvání inhibičních proudů. Je také používán v léčbě panických
poruch. Gabapentin je analog GABA, který zvyšuje její koncentrace v mozkomíšním moku
pravděpodobně tím, že stimuluje její uvolňování z non-vesikulárních zásob. Nebylo
prokázáno, že by se vázal na GABA receptory nebo ovlivňoval zpětné vychytávání GABA ze
synaptické štěrbiny. Může ovšem také stimulovat syntézu GABA. Široce je využíván v terapii
bolesti, zejména neuropatické.Tady se váže na N-typ napěťově ovládaného vápníkového
kanálu.
Mezi látky ovlivňující Ca2+ kanály patří např. ethosuximid, užívaný zejména u dětí
k léčbě absencí. Často je kombinován s kyselinou valproovou. Snižuje vápníkové proudy
v neuronech thalamu tím, že zvyšuje práh pro otevření napěťově ovládaných kanálů T-typu.
Co si pamatovat z dnešní přednášky:
⇒ definice a typy mrtvice
⇒ základní mechanismy excitotoxicity
⇒ léčba mrtvice (zejména na poli krevního zásobení tkáně)
⇒ některé typy křečí
⇒ EEG podklad křečové aktivity
⇒ typy farmak používaných jako antiepileptika či antikovulsanty
16
[email protected]