Drgawki gorączkowe
Patofizjologia i mechanizm
Drgawki gorączkowe, najczęstsze napady drgawkowe u dzieci w wieku 3 miesięcy do 5 lat, wynikają z niedojrzałości OUN i nadpobudliwości neuronalnej indukowanej gorączką, najczęściej w przebiegu infekcji ogólnoustrojowej. Kluczową rolę w patogenezie odgrywają cytokiny prozapalne (IL-1β, IL-6, TNF-α) oraz mediator HMGB1, których podwyższone poziomy w surowicy i płynie mózgowo-rdzeniowym korelują z występowaniem i ciężkością drgawek. Mechanizmy neurofizjologiczne obejmują alkalizację mózgu związaną z hiperwentylacją i hipokapnią oraz aktywację kanałów wapniowych typu L, co potwierdza skuteczność nimodypiny w modelach zwierzęcych. Genetyczne predyspozycje, w tym mutacje w genach SCN1A, SCN1B, GABRG2 i STX1B, oraz czynniki środowiskowe, takie jak infekcje wirusowe (np. HHV-6, wirus grypy), niedobory mikroelementów (cynk, wapń) i stres okołoporodowy, również wpływają na ryzyko wystąpienia drgawek gorączkowych.
Patofizjologia drgawek gorączkowych
Drgawki gorączkowe to najczęstszy rodzaj napadów drgawkowych występujących u dzieci w wieku od 3 miesięcy do 5 lat, charakteryzujący się nieprawidłową nadpobudliwością neuronalną w odpowiedzi na podwyższoną temperaturę ciała podczas gorączki, spowodowanej zwykle infekcją ogólnoustrojową.12 Mimo że drgawki gorączkowe są przedmiotem licznych badań, ich dokładna patofizjologia pozostaje niejasna i jest uznawana za wieloczynnikową oraz heterogenną.34
Czynniki rozwojowe i niedojrzałość ośrodkowego układu nerwowego
Jednym z kluczowych elementów w patogenezie drgawek gorączkowych jest niedojrzałość ośrodkowego układu nerwowego. Drgawki gorączkowe występują głównie u dzieci poniżej 5. roku życia, przy czym większość przypadków dotyczy dzieci poniżej 3. roku życia, co sugeruje ścisły związek z dojrzewaniem mózgu.5 Rozwijający się mózg, szczególnie w okresie wzmożonej ekscytacji neuronalnej wzmocnionej gorączką, jest bardziej podatny na napady drgawkowe.67 Dokładna natura tego procesu dojrzewania pozostaje niejasna, ale może być związana z postępującą mielinizacją, normalnym obumieraniem nadmiernych neuronów i/lub zwiększającą się złożonością synaptyczną.8
W rozwijającym się mózgu próg drgawkowy jest niższy, co czyni go bardziej podatnym na wystąpienie napadów w odpowiedzi na bodźce takie jak gorączka.9 Podwzgórze, odpowiedzialne za homeostazę temperatury ciała, rozwija się jeszcze u małych dzieci, co powoduje większą podatność na gwałtowne wzrosty temperatury ciała.10
Rola cytokin i mediatorów zapalnych
Coraz więcej dowodów wskazuje na istotną rolę cytokin i innych mediatorów zapalnych w patogenezie drgawek gorączkowych.1112 Podczas infekcji dochodzi do uwolnienia cytokin prozapalnych, takich jak interleukina 1β (IL-1β), interleukina 6 (IL-6) i czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α), które mogą zmieniać normalną fizjologię mózgu.1314
Mechanizm, w jakim cytokiny indukują drgawki gorączkowe, obejmuje kilka procesów:
- Cytokiny, wraz z wzorcami molekularnymi związanymi z patogenami (PAMPs), takimi jak lipopolisacharyd (LPS), oddziałują z barierą krew-mózg (BBB), powodując jej zwiększoną przepuszczalność, co ułatwia wnikanie cytokin i LPS do ośrodkowego układu nerwowego.15
- Nieprawidłowo podwyższone poziomy IL-1 stopniowo zwiększają pobudzającą (glutaminergiczną) neurotransmisję i zmniejszają hamującą (GABAergiczną) neurotransmisję, co sprzyja patogenezie drgawek.16
- Wzrost IL-1 w OUN prowadzi również do zaburzenia równowagi między glutaminianem a GABA, powodując brak równowagi między przekaźnictwem pobudzającym a hamującym w mózgu, co prowadzi do drgawek towarzyszących gorączce.17
Badania wykazały, że dzieci z drgawkami gorączkowymi mają znacząco wyższe poziomy IL-1β i innych prozapalnych cytokin niż dzieci z gorączką bez drgawek.18 Dotyczy to zarówno poziomów w surowicy, jak i w płynie mózgowo-rdzeniowym.19 Co ciekawe, niektóre badania sugerują, że pacjenci z drgawkami gorączkowymi wykazują wzmożone reakcje zapalne podczas epizodów drgawek gorączkowych, ale nie podczas innych epizodów gorączkowych lub okresów zdrowych.20
Warto zauważyć, że raczej niż pojedyncza, specyficzna cytokina, równowaga między cytokinami pro- i przeciwzapalnymi może być kluczowa w wieloczynnikowej patogenezie drgawek gorączkowych.21 Cytokiny przeciwzapalne, takie jak antagonista receptora IL-1 (IL-1RA) i IL-10, wraz z przeciwzapalnymi sygnałami cholinergicznymi z odśrodkowego nerwu błędnego, zapewniają negatywne sprzężenie zwrotne na zapalenie. Niemniej jednak, u podatnych pacjentów, wydaje się, że kontrola ujemnego sprzężenia zwrotnego jest utracona, a podwyższone ogólnoustrojowe poziomy cytokin prozapalnych wywołują napad drgawkowy.22
Rola białka HMGB1
Białko HMGB1 (High-Mobility Group Box 1) jest kolejnym istotnym mediatorem w patogenezie drgawek gorączkowych. Metaanaliza wykazała, że dzieci z drgawkami gorączkowymi mają znacząco wyższe poziomy HMGB1 w porównaniu z dziećmi zdrowymi oraz dziećmi z gorączką bez drgawek.23
HMGB1 może pośrednio uczestniczyć w mechanizmie zaburzeń neurotransmisji glutaminergicznej i GABAergicznej oraz w drgawkach gorączkowych wywołanych gorączką podczas zapalenia poprzez zwiększenie ekspresji IL-1 i innych cytokin prozapalnych.24 Poziom HMGB1 u dzieci ze złożonymi drgawkami gorączkowymi jest wyższy niż u dzieci z prostymi drgawkami gorączkowymi, co sugeruje, że wysoki poziom HMGB1 w surowicy jest dodatnio skorelowany z czasem trwania drgawek gorączkowych u dzieci.25
Mechanizmy neurofizjologiczne
Na poziomie neurofizjologicznym, kilka mechanizmów może przyczyniać się do wystąpienia drgawek gorączkowych:
- Alkalizacja mózgu i hiperwentylacja: Badania na modelach zwierzęcych wykazały, że hipertermia powoduje zasadowicę oddechową, która może wyzwalać drgawki. Dane wskazują, że drgawki gorączkowe mogą być związane z hiperwentylacją wywołaną gorączką, a wynikająca z tego hipokapnia może być jednym z czynników wyzwalających drgawki.26 Spadek pCO2 zwiększa pobudliwość neuronalną w hipokampie zarówno in situ, jak i in vitro.27
- Kanały wapniowe: Badania wykazały, że aktywacja kanałów wapniowych typu L, które są wrażliwe na temperaturę, może napędzać aktywność elektryczną podczas drgawek gorączkowych. Nimodypina, bloker kanałów wapniowych typu L, dramatycznie zmniejszała częstość i czas trwania drgawek gorączkowych u zwierząt doświadczalnych.2829
Predyspozycje genetyczne w drgawkach gorączkowych
Coraz więcej dowodów wskazuje na istotną rolę czynników genetycznych w patogenezie drgawek gorączkowych.3031 Około jedna trzecia przypadków drgawek gorączkowych charakteryzuje się dodatnim wywiadem rodzinnym u jednego lub obojga rodziców.32
Modele dziedziczenia
Dziedziczenie drgawek gorączkowych jest złożone i może obejmować:
- Dziedziczenie wielogenowe/poligenowe, które jest najprawdopodobniejsze w większości przypadków33
- Dziedziczenie autosomalnie dominujące z obniżoną penetracją, obserwowane w małej liczbie rodzin34
Badania bliźniąt wykazały predysponujący składnik genetyczny wraz z licznymi możliwymi loci, które uważa się za związane z drgawkami gorączkowymi. Jednak do tej pory nie zidentyfikowano pojedynczego genu podatności na drgawki gorączkowe.35
Loci i geny związane z drgawkami gorączkowymi
Zidentyfikowano kilka loci genetycznych odpowiedzialnych za zwiększone ryzyko drgawek gorączkowych, w tym 1q31, 2q2334, 3p24, 3q26, 5q1415, 5q34, 6q2224, 8q1321, 18p11, 19p13, 19q i 21q22.36 Najczęściej zaangażowane geny to:
- SCN1A: Gen kodujący podjednostkę kanału sodowego, którego mutacje mogą prowadzić do nadpobudliwości neuronalnej z powodu zmniejszonego zależnego od częstotliwości osłabienia działania.37
- SCN1B: Gen kodujący podjednostkę kanału sodowego, wymagany do prawidłowej inaktywacji kanału.38
- GABRG2: Gen kodujący podjednostkę receptora GABA typu A, którego mutacje mogą prowadzić do zmniejszonej funkcji kanałów jonowych na błonie komórkowej.39 Mutacje te mogą zmieniać ekspresję GABAAR, bramkowanie i/lub transport na powierzchni komórki, prowadząc do zmniejszonych prądów wywoływanych przez GABA w neuronach, co może powodować odhamowanie neuronalne i predysponować dotkniętych pacjentów do drgawek.40
- STX1B: Gen kodujący białko zaangażowane w uwalnianie neuroprzekaźników. Mutacje w tym genie prowadzą do upośledzenia regulacji uwalniania pewnych substancji przekaźnikowych komórek nerwowych, czego konsekwencją jest zwiększenie mimowolnych wyładowań elektrycznych w mózgu, którym towarzyszą napady gorączkowe.41 Badania na zebrafish potwierdziły wpływ nowo odkrytych mutacji STX1B, wykazując, że podobne wzorce ataków epileptokształtnych występują również u ryb z genetycznie zmienionymi genami STX1B, a także pojawiały się zmiany fal mózgowych, które były wyraźnie nasilane przez hipertermię.42
Badania z wykorzystaniem dużych konsorcjów, takich jak EuroEPINOMICS Consortium, doprowadziły do odkrycia nowych wariantów genetycznych związanych z drgawkami gorączkowymi. Ostatnie badania zidentyfikowały siedem nowych regionów genowych mocno powiązanych ze zwiększonym ryzykiem rozwoju drgawek gorączkowych, w tym geny PTGER3 i IL10, które mają duże znaczenie w rozwoju gorączki u ssaków.43
Czynniki środowiskowe i infekcyjne
Oprócz czynników genetycznych i rozwojowych, czynniki środowiskowe i infekcyjne odgrywają istotną rolę w patogenezie drgawek gorączkowych.4445
Infekcje jako czynnik wyzwalający
Infekcje wirusowe są związane i stanowią czynniki wyzwalające w 80% przypadków drgawek gorączkowych.46 Najczęstsze przyczyny obejmują:
- Infekcje górnych dróg oddechowych (URTI)47
- Infekcje dolnych dróg oddechowych (LRTI)48
- Zapalenie ucha środkowego49
- Infekcje dróg moczowych (UTI)50
- Zapalenie żołądka i jelit51
Badania wykazały, że niektóre wirusy są szczególnie często związane z drgawkami gorączkowymi, w tym wirus grypy i wirus ludzkiego herpeswirusa 6 (HHV-6), które często powodują wysoką gorączkę.5253 W przypadku HHV-6 postuluje się, że bezpośrednia inwazja wirusa do mózgu, w połączeniu z gorączką, powoduje początkowy napad gorączkowy, a wirus może być reaktywowany przez gorączkę podczas kolejnych chorób, powodując nawracające drgawki gorączkowe.54
Inne czynniki środowiskowe
Inne czynniki środowiskowe, które mogą przyczyniać się do wystąpienia drgawek gorączkowych, obejmują:
- Stres okołoporodowy i ekspozycja na nikotynę i/lub alkohol, które mogą nasilać drgawki gorączkowe z powodu zwiększenia poziomu kortyzolu u potomstwa.55
- Szczepienia: Wszystkie szczepionki, które powodują gorączkę u małych dzieci, mają również małe wrodzone ryzyko wywołania drgawek gorączkowych.56
- Niedobory mikroelementów: Badania kontrolne wykazały obniżone poziomy cynku zarówno w surowicy, jak i płynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci z drgawkami gorączkowymi w porównaniu z kontrolami gorączkowymi bez drgawek.57 Poziomy wapnia również mogą mieć znaczenie, sugerując, że hipokalcemia może być jedną z przyczyn wielokrotnych napadów w tym samym przebiegu gorączkowym.58
Zaawansowane mechanizmy patofizjologiczne
Najnowsze badania rzucają światło na bardziej zaawansowane mechanizmy molekularne i komórkowe leżące u podstaw patogenezy drgawek gorączkowych.
Interakcje neuroimmunologiczne
Sieć neuroimmunologiczna odgrywa kluczową rolę w patogenezie drgawek gorączkowych, gdzie cytokiny zwiększają pobudliwość neuronalną i wywołują drgawki przy braku bezpośredniej inwazji patogenów do OUN, dysruptywnych zmian BBB i wyraźnego zapalenia miąższu mózgu.59
Odpowiedzi zapalne poza OUN zwiększają stężenie cytokin w OUN (sieć neuroimmunologiczna), a uwolnione cytokiny wyzwalają nadpobudliwość neuronalną w OUN (rola cytokin w miąższu mózgu), generując drgawki gorączkowe. Koncepcja ta może być zastosowana do generowania napadów niegorączkowych lub padaczki, którym towarzyszą różne rodzaje zapalenia o przyczynach niezakaźnych, w tym urazy, uszkodzenia toksyczne, uszkodzenia niedotlenieniowe i reakcje autoimmunologiczne.60
Stres oksydacyjny
Badania dostarczają dowodów na udział stresu oksydacyjnego w patogenezie drgawek gorączkowych. Podwyższone markery stresu oksydacyjnego w połączeniu z obniżonymi poziomami cytokin przeciwzapalnych sugerują dysregulowaną odpowiedź zapalną i upośledzony mechanizm obrony antyoksydacyjnej u dzieci z drgawkami gorączkowymi.61
Mechanizmy epileptogenezy
Drgawki gorączkowe, szczególnie złożone i przedłużone, mogą prowadzić do zmian w mózgu, które potencjalnie predysponują do rozwoju padaczki. Retrospektywne analizy dorosłych z padaczką skroniową wykazały wysoką częstość występowania (20-60%) drgawek gorączkowych w dzieciństwie, sugerując rolę etiologiczną drgawek gorączkowych w rozwoju padaczki skroniowej.62
Uszkodzenie neuronalne wywołane drgawkami gorączkowymi zostało zasugerowane jako mechanizm rozwoju stwardnienia przyśrodkowego płata skroniowego, patologicznego znaku rozpoznawczego padaczki skroniowej.63 Istnieje silny związek między drgawkami gorączkowymi ze stanem padaczkowym (status epilepticus) lub drgawkami gorączkowymi charakteryzującymi się objawami ogniskowymi a późniejszym rozwojem padaczki skroniowej.64
Czynniki, które przyczyniają się do rozwoju padaczki z prostych drgawek gorączkowych, są w dużej mierze nieznane. Predyspozycja genetyczna odgrywa ważną rolę, ale dotychczas zrozumienie, które mutacje genomowe są szczegółowo zaangażowane, jest nieadekwatne.65
Implikacje terapeutyczne
Zrozumienie mechanizmów patogenetycznych drgawek gorączkowych może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych.
Potencjalne cele terapeutyczne
Na podstawie zrozumienia patogenezy drgawek gorączkowych, kilka potencjalnych celów terapeutycznych zostało zidentyfikowanych:
- Blokery kanałów wapniowych: Nimodypina, bloker kanałów wapniowych typu L, dramatycznie zmniejszała zarówno częstość występowania, jak i czas trwania drgawek gorączkowych u szczurów. Ponieważ blokery kanałów wapniowych typu L, takie jak nimodypina, są bezpiecznymi lekami, potencjalnie każde dziecko z drgawkami gorączkowymi może być leczone w celu zatrzymania lub zapobiegania drgawkom wywołanym wysoką gorączką i zmniejszenia ryzyka długoterminowych konsekwencji neurologicznych niekontrolowanych, nawracających lub przedłużonych drgawek gorączkowych.66
- Terapie przeciwzapalne: Biorąc pod uwagę rolę cytokin zapalnych w patogenezie drgawek gorączkowych, terapie przeciwzapalne celujące w te cytokiny mogą zapobiegać drgawkom gorączkowym lub późniejszej epileptogenezie.67
- Ukierunkowanie na geny związane z drgawkami gorączkowymi: Badania nad modelami zwierzęcymi z genami STX1B wskazują, że można rozwinąć nowy lek, który zapobiegałby rozwojowi pewnych form ciężkiej padaczki w dzieciństwie.68
Biomarkery i czynniki prognostyczne
Zrozumienie patogenezy drgawek gorączkowych może również pomóc w identyfikacji biomarkerów, które mogą przewidywać ryzyko drgawek gorączkowych lub ich nawrót:
- Markery zapalne: Wskaźniki zapalne, takie jak NLR (stosunek neutrofili do limfocytów), PLT (płytki krwi), stosunek NLT/PLT, MPV (średnia objętość płytek) i RDW (rozpiętość rozkładu objętości erytrocytów), wydają się być przydatnymi biomarkerami w tym zakresie. Te wskaźniki są łatwiejsze i tańsze do oceny w praktyce klinicznej niż cytokiny. Wydaje się, że NLR i MPV mogą synergistycznie determinować wystąpienie drgawek gorączkowych.69
- HMGB1: Poziom HMGB1 może być zaangażowany w przedłużenie, nawrót i rozwój drgawek gorączkowych u dzieci i może być użytecznym markerem do odróżnienia, czy występują drgawki, czy nie.7071
Dalsze badania mogą nie tylko przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw patogenezy drgawek gorączkowych, ale także określić kierunek działań, które mogą zmniejszyć ryzyko ich występowania i/lub nawrotu.72
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.