Transcript léčba mrtvice

Neurochemie:
Základy excitotoxicity, epilepsie a
generalizované křeče,
farmakologie antiepileptik
8. přednáška
Cena za specializaci = mozek představuje jen 2% tělesné hmotnosti  využívá asi 20%
tělem spotřebovaného kyslíku a cca 15% celkového srdečního výdeje
 nedostatečné prokrvení mozku  vyčerpání kyslíku a glukosy  hromadění
potenciálně toxických metabolitů (laktát, CO2)
 průměrný čas, za který mozek vyčerpá aktuálně dodaný kyslík: přerušení dodávek
krve do mozku může vést ke ztrátě vědomí během 10 sekund
 ztráta schopnosti udržovat svůj klidový membránový potenciál  generování salv
akčních potenciálů  výlev neuropřenašečů depolarizujících sousední neurony
 tedy: začátek destruktivního cyklu vedoucího k prodlouženým periodám neuronální
aktivity
 díky nim porušení iontového gradientu na membráně, masivní vtok Ca2+,
otok buňky, aktivace buněčných proteas a lipas a eventuálně rozsáhlá smrt neuronů
 i jen několikaminutová ischemie může vést k nenávratnému poškození mozku
 ischemie = místní nedokrevnost tkání a orgánů, která vede k jejich poškození
až odumření (nekróze, infarktu)
 hypoxie = snížený obsah kyslíku ve tkáních
 anoxie =nepřítomnost kyslíku v organismu, orgánech, tkáních či buňkách
MRTVICE
Mrtvice (iktus) je akutní neurologický stav, při kterém je přerušena dodávka krve
k určité části mozku.
a)
ischemická/okluzivní = trombotická nebo embolická mrtvice: cévu ucpe trombus
b)
hemoragická mrtvice: céva praskne
MRTVICE
 v ČR ročně postihne asi 35 tisíc lidí
 třetina do roka zemře
 třetina s trvalými následky (pohybová omezení,
poruchy řeči a kognitivních funkcí aj.)
 třetina téměř bez poškození
 v případě hemoragické mrtvice (asi 15% mrtvic)
umírá asi polovina pacientů
 léčba ročně cca na 20 miliard korun
ZÁKLADNÍ MECHANISMY EXCITOTOXICITY
 zeslabení nebo zastavení průtoku krve mozkem  pokles přísunu živin a kyslíku 
zvyšování koncentrací potenciálně toxických metabolitů v mozkové tkáni  podstatné
biochemické změny v dané oblasti mozku  změny v extracelulárním prostředí
neuronů vedou k poruše buněčných funkcí
 mnohé z těchto změn velmi ničivé až fatální, některé mají na přežití neuronů jen malý
vliv a některé jsou i neuroprotektivní:
• vyčerpání energetických zásob
• vzrůst intracelulární koncentrace Ca2+
• selhání iontových pump
• vznik volných radikálů • aktivace Ca2+-dependentních enzymů
• depolarizace membrány
a vznik APs
• apoptózac
• acidóza
Vyčerpání energetických zásob






za normálních podmínek produkce ATP v procesu oxidativní fosforylace a glykolýzy
kompletní zastavení přívodu krve do mozku  vyčerpání kyslíku během cca 10 vteřin.
pak jediným zdrojem ATP pro neurony anaerobní glykolýza
ta „dodá“ méně než 10% ATP pro neurony potřebného
navíc vede k produkci kyseliny mléčné
neurony musí začít metabolizovat i své zásoby glukosy a glykogenu,
které během ischemie vyčerpají za 2-3 minuty
 nakonec využívají i své zásoby fosfokreatinu
 ischemie vede k celkové depleci ATP v řádu minut
 nedostatek ATP tedy velmi rychle spouští kaskádu dalších dějů
Selhání iontových pump




jeden z nejvážnějších důsledků ztráty dostupného ATP
vede k disipaci membránového potenciálu
hlavní pumpa: Na+-K+-ATPasa, které přenáší ionty na úkor ATP
velké neurony dokáží udržet negativní membránový potenciál i nějakou dobu
po zablokování Na+-K+-ATPasy
 malé a vysoce větvené savčí neurony k inhibici Na+-K+-ATPasy velmi citlivé
(poměr jejich povrchové plochy je vůči jejich objemu značný - větvení!)
 velmi rychlá depolarizace mnohých neuronů savčího CNS po vyčerpání zásob ATP
 nejen přímá depolariazce: mnohé iontové pumpy (Na+-Ca2+ přenašeče aj.) závislé
na transmembránovém gradientu Na+; s jeho poklesem klesá i jejich účinnost
Depolarizace membrány a vznik akčních potenciálů





selhání Na+-K+-ATPasy  depolarizace membrány  případně vznik APs
se vzrůstem frekvence APs dále roste i míra depolarizace membrány
více a více se snižují rozdíly v koncentracích iontů na obou stranách membrány
roste výlev neuropřenašečů ze zakončení neuronů
neuropřenašeče excitační (glutamát)  depolarizace a vznik APs i neuronech
sousedních  větší rozsah poškození
 selhání neuropřenašečových transportních systémů (Glu): reuptake závislý na ATP
 ATP není dostupné  pokles aktivity glutamátových transportérů  nefyziologicky
vysoké koncentrace glutamátu v synaptické štěrbině  aktivace glutamátové receptory
po neúměrně dlouhou dobu
Vzrůst intracelulární koncentrace Ca2+
 za normálních klidových podmínek cytoplasmatická koncentrace vápníku v neuronu
zhruba 100 nM, koncentrace extracelulární asi 1 mM
 rozdíl čtyřech řádů udržován hlavně díky ATP-dependentním vápníkovým pumpám
 vyčerpání zásob ATP  a snížení nebo zástava činnosti vápníkových pump a
transportérů  vstup Ca2+ po koncentračním gradientu do buňky  depolarizace
membrány  další otevírání napěťově ovládaných vápníkových kanálů  další vtok Ca2+
 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.
Another diagrammatic representation
of Ca2+ homeostasis in a stylized
neuron
Aktivace Ca2+-dependentních enzymů




značný vzrůst cytoplasmatického Ca2+  s ischemií spojená buněčná smrt
vápník je významný druhý posel
i malá změna v intracelulární koncentraci Ca2+ naznačuje = stalo se něco podstatného
např. depolarizace a aktivace napěťově ovládaných vápníkových kanálů nebo aktivace
systémů druhých poslů, které vedly k uvolnění Ca2+ z intracelulárních rezervoárů
 neuronálním poškození spojené se vzrůstem cytoplasmatické koncentrace vápníku 
vápníkem aktivované proteasy, zejména kalpain
 kalpain štěpí cytoskeletární proteiny spectrin a s mikrotubuly asociovaný protein 2
(microtubule-associated protein 2, MAP2)  vážné poškození cytoskeletární architektury
neuronu
 fosfolipasy (PLA2) také aktivovány vápníkem, PLA2 atakuje membránové fosfolipidy
 pří masivním štěpení fosfolipidů membrány  porušení integrita membrány změnou
v počtu i zastoupení jednotlivých fosfolipidů
 vznikající volné mastné kyseliny (k. arachidonová) dále metabolizovány cykloxygenasami
a lipoxygenasami za vzniku četných biologicky aktivních produktů (prostaglandiny aj.)
 během těchto reakcí také vznikají vysoce reaktivní kyslíkové radikály (·O2ˉ)
 synthasa oxidu dusnatého (NOS): produkuce oxid dusnatý (NO) při přeměně argininu
na citrulin za účasti Ca2+
 NO = messengerová molekula aktivující gualnynylcyklasua vedoucí k produkci cGMP
 NO = nitrosyluje proteiny, zejména ty, které obsahují Fe-S komplexy (mitochondriální
NADH-ubiquitonoxidoreduktasa, NADH-sukcinátoxidoreduktasa)
 NO se také podílí na vzniku dalších volných radikálových molekul
 myši deficientní pro eNOS daleko větší rozsah poškození, myši knock-outované pro
iNOS menší velikost poškozených ploch (eNOS = reperfuse; absence iNOS snížení
zánětlivé odpověď v poškozené oblasti)
Acidóza
 přerušení krevních dodávek do mozku  vzrůst parciálního tlaku CO2 v mozkové tkáni
( odstraňování), vzrůst koncentrace laktátu (díky anaerobní glykolýze)  acidóza
 může být velice těžká: hodnoty pH v ischemické oblasti často až k 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
 neuroprotektivní efekty acidózy – neurony vystavené velkým dávkám glutamátu jsou při
fyziologickém pH výrazně poškozeny, při pH 6.6 se v experimentech poškození vyhnuly
 zřejmě o inhibici pH sensitivních NMDA receptorů: při nízkém pH výrazně klesá tok Ca2+
těmito receptory, menší excitotoxická stimulace ischemického neuronu
Vznik volných radikálů





volné radikály = molekuly s volným elektronem
nespárovaný elektron  nestabilní a vysoce reaktivní molekula
lipoperoxidují mastné kyseliny membrán  změny v jejich fluiditě a integritě
oxidují sulfhydrylové (-SH) skupiny proteinů  ztráta funkčnosti
způsobují střihy či zlomy v DNA, tedy přímé poškození genetického materiálu
 osmotický otok nebo nadměrná stimulace fosfolipas  k uvolnění obsahu mitochondrií
do cytoplasmy  s ním i uvolnění volných radikálů
 aktivace PLA2  arachodinová kyselina dále metabolizována i za vzniku ·O2ˉ
 NO reaguje s kyslíkem nebo O2ˉza vzniku peroxynitrátu (ONOO)
 peroxynitrát je rozkládán za vzniku vysoce toxického hydroxylového radikálu (·OH)
Apoptóza
 smrt neuronů po ischemii nejen nekrózou
 nekrotická smrt: buňky otékají a praskají  nekontrolované uvolnění obsahu do okolí
 nejen toxické poškození okolních buněky, ale i zánětlivé procesy v dané oblasti
 apoptóza: smršťování buňky, densnější cytoplasma, organely se shlukují k sobě,
kondenzace a hrudkování chromatinu jádra, fragmentace DNA, vytváření povrchových
puchýřků (tzv. „blebs“) a následný rozpad buňky na tzv. apoptotická tělíska
 apoptotická tělíska odstraňována hlavně gliemi
 apoptóza = tedy sled kroků, které buňka aktivně podniká, aby zabránila nekróze










neurony podléhají apoptóze jen při mírném ischemickém poškození, jinak nekróza
apoptóza = typická změněná exprese a aktivita některých důležitých proteinů
změny hladin regulačních pro- a antiapoptotických členů tzv. Bcl-2 rodiny
vzrůsá koncentrace propoptotického proteinu p53 ( jaderný supresorový protein)
aktivace specifických cysteinových proteas nazývaných kaspasy
kaspasy během postupující apoptózy aktivovány za svých inaktivních forem, prokaspas
spouštějí další biochemické kaskády
„point of no return“ = uvolnění cytochromu c z mitochondrií do cytoplasmy
to ve finále vede k aktivaci hlavního výkonného enzymu apoptózy – kaspasy-3
kaspasa-3 aktivuje další kaspasy, 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, které neprocházejí
hematoencefalickou bariérou.
LÉČBA MRTVICE
 možnosti postiktální léčby stále poněkud omezené
 nejužívanější akutní přístupy v podstatě zaměřeny na
•
•
•
•
udržení funkce kardiovaskulárního systému
znovuobnovení krevního zásobení různými farmaky (aspirin, trombolytika)
znovuobnovení krevního zásobení mechanicky
zpomalení metabolismu hypotermií
 preventivní přístup: incidence iktů byla výrazně snížena preventivními kontrolami
hypertenze a hypercholesterolemie
 v prevenci okluzivních příhod dlouhodobé užívání nízkých dávek látek, které inhibují
krevní destičky (aspirin, ibuprofen)
 u postmenopauzálních žen byl také prokázán příznivý účinek podávání estrogenu.
 „time is brain“: všechny současné terapie mrtvice bojují proti času
 projevy známek mrtvice - účinná terapie: mohou uplynout až hodiny
 vážná neuronální / neurologické poškození přitom vznikají v řádu minut
Vlastní léčebné přístupy:
• obnova krevního zásobení
• minimalizace vtoku Ca2+ do buněk
• snižování poškození způsobeného volnými radikály
• podpora „uzdravení“ neuronů
Farmaka
v léčbě
iktu
 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 velmi zranitelné, neboť i jim hrozí smrt díky vysokým
koncentracím excitotoxických neuropřenašečů, volných radikálů, vlnám depolarizace
nebo zánětlivým procesům
Obnova krevního zásobení
 po okluzivní mrtvici může být průtok krve
poškozenou oblastí obnoven buď
mechanicky, nebo pomocí antikoagulačních
a trombolytických farmak
 látky rozpouštějící krevní zátku a obnovující
tok krve musí být ale užívány velmi
obezřetně z důvodu hrozících hemoragií,
před jejich nasazením je potřeba předem
vyloučit mrtvici hemoragickou (MRI, CT)
 mechanické odstranění okluze: stenty
 po delší době uzavření cévy
 „roztahující“ cévu (wing stents)
 „tlačící“ krevní zátku pryč
LÉČBA MRTVICE
Wing stent
LÉČBA MRTVICE
LÉČBA MRTVICE
Obnova krevního zásobení: trombolytika
 klíčovým enzyme degradující fibrin = plasmin
 konverzi proenzymu plasminogenu na plasmin napomáhají urokinasa,
streptokinasa, prourokinasa a tkáňový aktivátor plasminogenu (tPA)
 tkáňový aktivátor plasminogenu štěpí jednořetězcový
plasminogen na dva plasminy
 u lidí lokalizován na chromosomu 8, nicméně
terapeuticky často tPA rekombinantní
 pak označován jako alteplasa, reteplasa
(produkován E. coli) nebo teneplasa
(produkován linií ovariálních buněk čínských křečků)
 při podání do tří hodin od nástupu projevu mrtvice, výrazně u pacientů zlepšuje
poruchy hybnosti
 streptokinasa = protein produkovaný streptokoky, schopný vázat se na plasminogen
 štěpí hydrolyticky plasminogen na mezi Arg561a Val562
 podávána intravenózně, nikoliv však déle než 4 dny, neboť by jako bakteriální produkt
mohla vyvolávat alergické reakce
 prourokinasa = jednořetězcový proenzym štěpený plazminem za vzniku urokinasy
 k její aktivaci dochází poměrně pomalu v přítomnosti trombu
 terapeutické využití není rozsáhlé
LÉČBA MRTVICE
Obnova krevního zásobení: antikoagulancia
 obecně k prevenci přechodných ischemických atak, krátkých ischemií mozku bez
přetrvávajícího neurologického deficitu
 symptomy těchto atak jsou podobné iktu, ale během minut až hodin vymizí






heparin = vysoce sulfatovaný mukopolysacharid
molekula nesoucí nejvíce záporného povrchového náboje z biologicky aktivních molekul
nativní heparin = polymer o velikosti 3-30 kDa
většina komerčně dostupných preparátů jsou hepariny o velikosti 12-15 kDa
běžně 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 = v prevenci hluboké žilní trombózy nebo plicní embolie
 vznik krevní zátky inhibuje tím, že zvyšuje aktivitu antitrombinu III
 antithrombin III =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 heparinantithrombin 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
 déledobé podávání heparinu  např. heparinem navozená trombocytopenie, kdy klesá
díky degradaci imunitním systémem počet krevních destiček
Heparin
První heparin pro intravenózní
použití byl připraven roku 1936
Švédy.
Před rokem 1933 byl sice dostupný,
ale extrémně drahý a toxický. Na
lidech začaly první klinické pokusy
roku 1935.
A = 1HPN (all IdoA(2S) residues in 2S0 conformation) Jmol viewer
B = van der Waals radius space filling model of A
C = 1HPN (all IdoA(2S) residues in 1C4 conformation) Jmol viewer
D = van der Waals radius space filling model of C
LÉČBA MRTVICE
Obnova krevního zásobení: antikoagulancia







aspirin irreverzibilně inhibuje cyklooxygenasu
ta v krevních destičkách katalyzuje konverzi kyseliny arachidonové na prostaglandin H
PGH následně tromboxan-A synthesou přeměněn na tromboxan A2
tromboxan A2 = velmi důležitý intermediát koagulační kaskády
stimuluje aktivaci dalších krevních destiček a zvyšuje agregaci stávajících
děje se tak odkrýváním glykoproteinového komplexu GP IIb/IIIa na membráně destiček
působí tedy hlavně auto- a parakrinně (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 = používán u pacientů, kteří neodpovídají na aspirin a jemu příbuzné sloučeniny
derivát kumarinu (kumarin samotný je chemicky benzopyron)
objev se datuje k 20. létům minulého století
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 komonice nakonec vyizolován dikumarol za krvácení zodpovědný
 warfarin = antagonista vitamínu K
 vitamín K = kofaktore enzymů aktivujících některé faktory koagulační kaskády
(např. faktor II, VII, IX a X nebo proteinu C, S a Z)
 zabraňuje redukci oxidovaného vitamínu K do jeho aktivní formy
 warfarin = jedna z nejsilnějších orálně podávaných antikoagulačních látek
 často koadministrován s heparinem
Mechanismus působení antikoagulantů a trombolytik
Minimalizace vtoku Ca2+ do buněk
LÉČBA MRTVICE
 vtok vápníku do glií a neuronů = kritická událost v rozvoji biochemických procesů
vedoucích k destrukci mozkové tkáně
 minimalizace jeho vtoku do buněk v post-iktální terapii teoreticky velmi slibná
 v klinických pokusech nicméně tato cesta příliš efektivní nen
 antagonisté NMDA receptorů: výrazný protektivní účinek na tkáňových kulturách,
který se ovšem neprojevil u lidských pacientů
 navíc navozovali stavy podobné psychóze a disociaci
 blokátory napěťově ovládaných vápníkových kanálů (nimodipin, flunarizin): u pacientů
s mrtvicí nějaké výrazné zlepšení
 neuspěly ani blokátory napěťově ovládaných sodíkových kanálů (phenytion),
jinak velmi účinné v terapií křečí
Snižování poškození způsobeného volnými radikály
 k vychytávání volných radikálů = molekuly tzv. scavengerů
 scavengery = látky oxidované kyslíkovými radikály, které vyvazují a eliminují jejich
destrukční působení na buňku
 non-glukokortikoidní steroid tirilazad inhibuje lipoperoxidaci
 při podání do 10 minut od kompletní fokální ischemie výrazně redukuje infarktovou oblast
 jeho efekt ovšem neprokázánu 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 = jiné antioxidanty jako vitamín E
LÉČBA MRTVICE
Podpora „uzdravení“ neuronů
 dalším z přístupů = napomoci poškozeným nervovým buňkám v „opravách“,
nebo podpořit zdravé neurony v růst ev. dělení, aby mohly kompenzovat ztráty
buněk způsobené mrtvicí
 teoreticky dvě cesty:
• nutritivní – zajišťující, aby neurony měly dostatek molekul nutných pro svou
opravu a růst
• signální – zahrnuje zejména neurotrofické faktory instruující neurony k růstu
 v rámci první strategie např. podávání fosfolipidového prekursoru citicholinu,
jehož mírný prospěšný efekt byl klinicky prokázán
 v rámci neurotrofických faktorů 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 =
zejména rehabilitací, tedy kompenzačním remodelováním poškozených neuronálních
okruhů
KŘEČE A EPILEPSIE





křeče = záchvatovité poruchy mozkových funkcí
obvykle vznikají důsledkem silné a obecně synchronizované aktivity skupin neuronů
tato aktivita se může objevit v různých oblastech mozku
její somatické projevy se mění podle toho, která část mozku je zasažena
„křeč“ = obecně projevy od cca třívteřinových výpadků vědomí pozorovatelných
okolím až po těžké tonicko-klonické křeče typu epileptického grand malu
 během života údajně postihne záchvat křečí alespoň jednou jednoho člověka z 20
 většinou důsledkem 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 = skupina poruch mozku projevujících se opakovanými záchvaty
paroxysmů různého charakteru
 snižovat práh pro výskyt křečí mohou také chronické choroby, lokální mozkové
poškození a pod.
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
 normálním bdělý stav bez alterace vědomí:
na EEG záznamu objevuje několik málo typů
vln a žádné výrazné posuvy v polaritě
záznamu
 !!! mozek není „potichu“ !!!
 záznam spíš indikuje asynchronní aktivitu
jednotlivých neuronálních populací
 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 změna EEG záznamu
 mnohdy dramatické posuvy polarity
směrem nahoru i dolů
 naznačují, že velké skupiny neuronů
začaly generovat akční potenciály a
repolarizovat se synchronně
 typ tohoto synchronního chování
neuronů  různé abnormity
motorické, senzorické nebo
poruchy vědomí
 velmi typický EEG projev křečí
spojených se ztrátou
vědomí: 3Hz hrot-vlna aktivita
 může se objevovat v rozsahu celého kortexu
Vznik křečí
 vícefaktorové podmínění vzniku křečové aktivity, tedy synchronního
generování akčních potenciálů omezenou skupinou neuronů
 pomocí MRI či jiných zobrazovacích technik detekovatelná ložiska křečí
 ložiska 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 souvisí i s mírou
jejich vzájemného propojení
 neurony v jednom regionu mozku bohatě recipročně propojeny spolu i
s neurony 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 obecněděleny na parciální, dříve fokální (částečné) a generalizované
• fokální křeče = klinicky i podle EEG záznamu iniciální aktivita neuronů v
poměrně malé, ohraničené oblasti mozku
• vzniku křečí generalizovaných se účastní obě hemisféry a dochází při nich
k rozsáhlé aktivaci různých skupin neuronů
 desítky typů křečí s typickými klinickými projevy a zapojením charakteristických
mozkových oblastí
 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 apod.)
• nebo tonicko-klonické
Mezinárodní klasifikace křečí pochází z roku 1981 (s revizí z roku 1997, ale ta není
obecně akceptovaná).
Klasifikace křečí: křeče fokální
Mezi částečné/fokální křeče paří např. i
• křeče afázické/fonatorní = náhlá neschopností mluvit, psát nebo číst; jejich ložiska
leží často v temporálním, přední části frontálního nebo zadní části parietálního laloku
• v somatosensorickém laloku = ložiska způsobující somatosensorické křeče,
projevující se jako vjemy horka, chladu, píchání špendlíky a pod.
• ve frontálním laloku nebo precentrálním gyru = 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; vnější = mírný třas až těžké záškuby
• komplexní parciální křeče = těžká forma fokálních křečí , 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.
Klasifikace křečí: křeče generalizované
 původ generalizovaných křečí ne zcela objasněn
 nejsou spojeny z žádným ohraničeným ložiskem
 díky tomu na EEG odlišitelné od křečí parciálních, které se také mohou
celotělově šířit
 mnoho generalizovaných křečí spojeno s vývojovými poruchami
 tonické generalizované křeče jsou nejčastější u dětí
s Lennoxův-Gaustatův syndromem
 obvykle se manifestuje mezi 1-10 rokem života (nejčastěji mezi 3-5)
 bývá spojován s malformitami mozku, hypoxicko-ischemickým poškozením mozku,
encefalitidami a meningitidami
 typické projevy:
• např. poruchy kognitivních funkcí
• různé typy křečí, včetně kompletně atonických atak
• EEG: 2.5-3Hz útvarů hrot-vlna
 tato 3 Hz aktvita hrot-vlna má zřejmě původ ve vápníkových proudech tekoucích
kanály T-typu v retikulárních neuronech thalamu
 v EEG záznamu typický pro tzv. petit mal (absence)
 křeče realizované formou absencí = krátké ztráty vědomí s tonickými i klonickými
projevy (u některých pacientů)
3 Hz aktvita hrot-vlna
Klasifikace křečí: křeče generalizované
 absence 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
 bdělá pozornost: vzorec jejich aktivity desynchronizovaný a reprezentuje přenos
informace ze senzorických neuronů do kortexu
 synchronizovaná signalizace (v oscilačním aktivitním módu): zvedá se práh pro vznik
akčních potenciálů v neuronech thalamu a přenos signálů do kortexu je redukován
 vznikají poruchy vědomí
Mezí další formy generalizovaných křečí patří
 křeče atonické = náhlá ztrátou svalového tonu trvající několik sekund a nespojená
se ztrátou vědomí
 křeče myoklonické = někdy předchází atonickým; jsou to rychlé mimovolní svalové
kontrakce, zpravidla realizované jedním či málo záškuby (oproti repetitivním svalovým
křečím nebo křečím klonickým)
 grand mal = známá forma generalizovaných křečí; tonicko-klonické křeče
 spojen s hlubokým komatem a následnou tonickou (ruce v semiflexi, nohy v extenzi) a
klonickou (křeče celého těla s přechodnými relaxacemi) fází
 EEG záznam: v tonické fázi patrná rychlá hrotová aktivita se salvami akčních
potenciálů prokládaných pomalými vlnami klonických fází
Neurony retikulárního jádra thalamu
Čím je dáno, že thalamokortikální neurony fungují v tonickém nebo oscilačním aktivitním modu?




nejspíše aktivitou tzv. neuronů retikulárního jádra thalamu (nc. reticularis thalami, NRT)
NRT = GABAergní neurony
NRT hustě propojeny jeden s druhým, projikují také k téměř všem thalamickým neuronům
boční vstupy (excitační glutamátergní) z kolaterál thalamokortikálních
i kortikothalamických axonů
 období bdělosti = aktivita NRT neuronů tonická, v podobě signalizace jednotlivými
akčními potenciály
 během synchronizované EEG aktivity = salvy akčních potenciálů (oscilační vzorec aktivity)
 za salvy APs nejspíše odpovědné napěťově ovládané vápníkové kanály T-typu
 tyto kanály vedou dovnitř tekoucí vápníkový proud a navozují akční potenciál jen tehdy,
pokud byly předtím hyperpolarizovány
 až po hyperpolarizaci reagují na depolarizaci ke své prahové hodnotě, která je asi –50 mV
 nezbytná hyperpolarizace 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
Neurony retikulárního jádra thalamu
 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
 celý cyklus se může opakovat
 model vysvětluje vznik oscilačního chování thalamických neuronů
 jaké okolnosti navodí změnu aktivity ze signalizace jednotlivými APs
k oscilačnímu modu?
 petit mal absence často navozeny hyperventilací  snížení krevního pH tedy
asi také navodí určité změny NRT neuronů  preference oscilačního chování
 ataky absenčních křečí se ovšem i bez jakéhokoliv zjevného spouštěče
 popsaný mechanismus elegantně vysvětluje účinek některých antiepileptik
 ethosuximid bloukuje napěťově ovládané vápníkové kanály T-typu
na NRT neuronech
 absence negativně reagují na terapii GABA agonisty (jeden z mála typů křečí)
 látky posilující GABAergní přenos (vigabatrin aj.) mohou zesilovat náchylnost
NRT neuronů k „přepnutí“ se do oscilační vzruchové aktivity
ethosuximid
Původ epilepsie




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
epilepsie se často objevuje po mozkovém poranění nebo infekci




neurony velmi silně a často recipročně propojeny
teoreticky: každá excitační aktivita se může šířit a posilovat přes celým mozek
zdraví jedinci: její propagace je zastavena inhibičními okruhy
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 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 mKv1.1)
• pro neuropřenašečové receptory (Glu R2, 5-HT2C)
• pro enzymy (Ca2+/kalmodulinkinasa II) nebo
• pro transkripční faktory.
 iontové kanály a neuropřenašečové receptory ovlivňují excitabilitu membrány neuronu přímo
 enzymy modifikující receptory a iontové kanály 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 = zajímavým příkladem, kdy mutace proteinu receptoru
pro neuropřenašeč způsobuje epilepsii
 postnatálně jsou GluR2 mutantní myši bez křečí
 od počátku třetího týdne života se u nich začnou projevovat spontánní křeče
 kolem 20. dne obvykle umírají
 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+
 později editovaná GluR2 mRNA už AMPA propustnost snižuje
 tento typ křečí ovšem může být spojen i s expresí abnormálních AMPA receptorů se
zvýšenou vodivostí pro vápník  zvýšená excitabilita postižených neuronálních
okruhů
 vápníková propustnost takto alterovaných AMPA receptorů může při excitaci navíc
dále růst sebeposilujícím způsobem  neurony vystaveny většíma větším
vtokům Ca2+
 mnohé formy lidských epilepsií = genetický podklad
 dědičnost ojediněle mendelovská, jednoduchá a přímá
 všechny známé epilepsii způsobující mutace u lidí postihují iontové kanály nebo
receptory, zpravidla ve smyslu jejich následného deficitu
 tento deficit pak přímo ovlivňuje vzrušivost neuronální membrány
Epileptogenese a neuronální smrt, neurogenese a růst neuronů





epileptické křeče může navodit i poranění hlavy, kraniotrauma
typicky křeče po nárazu hlavy
poranění způsobující křeče obvykle ostře anatomicky ohraničeno
experimentálně bylo studováno zejména v oblasti hippokampu
u zvířat poranění vedoucí k epileptickým křečím doprovází v oblasti hippokampu
ztráta inhibičních inerneuronů hillus dentatus
 vzrůstá též počet 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  porucha excitačně-inhibiční rovnováhy
 mechová vlákna se mohou šířit z již existujících granulárních buněk gyrus dentatus,
nebo z buněk nově vzniklých
 produkce granulárních buněk gyrus dentatus dospělosti mírná, po úrazu hlavy se zvyšuje
 ke vzniku epileptických projevů nejspíše mechová vlákna přispívají zvyšováním excitačních
vstupů do hippokampálních neuronálních okruhů
 mohou ale vytvářet selektivně i synapse se zbylými inhibičními neurony hillu
(snaha zvýšit celkový inhibiční tonus až k předchozí normální úrovni?)
 jejich proliferaci lze ovlivnit farmakologicky i molekulárně
 antagonista NMDA receptorů MK-801 zpomaluje šíření mechových vláken a nástup
epileptických projevů
 podobně i eliminace genu pro transkripční faktor c-Fos
 růst mechových vláken ovlivňují i neurotrofické faktory (BDNF)
LÉČBA EPILEPSIE
 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:
i) ovlivňují její vzrušivost buď alterací propustností iontových kanálů pro určité ionty
ii) nebo ovlivňují dostupnost aminokyselinových neuropřenašečů
 klíč k prevenci křečí: interference těchto farmak s rychlou, synchronizovanou
signalizací neuronů
 ideální antikonvulsant = blokuje synchronizované výboje objevující se během epizody
křečí, a zároveň neovlivňuje ostatní funkce neuronu
 antikonvulsanty/antiepileptika podle mechanismu svého účinku:
• 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
LÉČBA EPILEPSIE
 většina antiepileptik působí aspoň jedním z těchto mechanismů
 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

 phenytoin, carbamazepin, oxcarbazepin,
lamotrigin, topirimát
a nebo felbamát
 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 GABA
carbamazepin
 kyselina valproová např. spolu s carbazepinem používána k léčbě
bipolárních poruch
 kyselina valproová rovněž inhibuje
deacetylasu histonů
kyselina valproová
phenytoin
Látky zesilující inhibiční vliv GABAergních neuronů
 obvykle působí cestou zvyšování chloridové vodivosti
 např. benzodiazepiny a barbituráty (váží se na různá místa GABAA receptoru)
 tento typ farmak (fenobarbital) už dnes k léčbě epilepsie nepoužíván tak frekventovaně
jako v minulosti
 jeho vedlejší efekty: sedativní vliv, zvýšená únava, zapomnětlivost či stavy zmatenosti
 při opakovaném podávání benzodiazepinů navíc dochází k jejich rychlé toleranci
 jiný typ antikonvulsativa působícího v rámci GABAergního přenosu: vigabatrin
 syntetický strukturní analog GABA, inhibující GABA transaminasu
 zvyšuje tedy dostupnost GABA na synapsi
 tiagabin = inhibitor GABA transportéru
 zabraňuje vychytávání GABA ze synaptické štěrbiny a prodlužuje čas,
po který v ní zůstává
 v hippokampálních CA1 neuronech prodlužuje dobu trvání inhibičních proudů
 používán i v léčbě panických poruch
 gabapentin = analog GABA, který zvyšuje její koncentrace v mozkomíšním moku
 njespíše 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
tiagabin
fenobarbital
gabapentin
Látky ovlivňující Ca2+ kanály
 např. ethosuximid
 užívaný zejména u dětí k léčbě absencí
 často je kombinován s kyselinou valproovou
 snižuje vápníkové proudy v neuronech thalamu
zvyšuje práh pro otevření napěťově ovládaných kanálů T-typu
ethosuximid
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