Drgawki
Patofizjologia i mechanizm
Drgawki są klinicznym przejawem nadmiernych, hipersynchronicznych wyładowań neuronów korowych, wynikających z nagłej nierównowagi między pobudzeniem a hamowaniem w sieci neuronalnej, z przewagą pobudzenia. Na poziomie komórkowym inicjacja drgawek wiąże się z napływem zewnątrzkomórkowego Ca²⁺, otwarciem napięciowo-zależnych kanałów Na⁺ i generowaniem powtarzających się potencjałów czynnościowych, co prowadzi do paroksyzmalnych przesunięć depolaryzacyjnych (PDS). Epileptogeneza obejmuje zmiany w neurotransmisji glutaminianergicznej i GABA-ergicznej, modyfikacje kanałów jonowych oraz procesy zapalne i stres oksydacyjny, które zwiększają pobudliwość neuronalną i sprzyjają rozwojowi padaczki. Metabolit glikolityczny – kwas mlekowy – odgrywa rolę w inicjacji i zakończeniu napadów poprzez modulację receptorów NMDA, aktywację kanałów jonowych wrażliwych na kwasy oraz wzmocnienie hamującego działania GABA. Drgawki dzieli się na częściowe (ogniskowe) i uogólnione, z odmiennymi mechanizmami patofizjologicznymi, m.in. zaburzeniami rytmów wzgórzowo-korowych w napadach nieświadomości.
- Mechanizm drgawek (Seizures pathogenesis mechanism)
- Mechanizmy molekularne epileptogenezy
- Rodzaje drgawek i ich mechanizmy
- Czynniki wpływające na powstawanie drgawek
- Mechanizmy drgawek w szczególnych stanach klinicznych
- Mechanizm drgawek w udarze mózgu
- Mechanizm drgawek w chorobie Alzheimera
- Mechanizm drgawek w guzach mózgu
- Mechanizmy zakończenia drgawek
- Implikacje terapeutyczne
- Podsumowanie mechanizmu drgawek
Mechanizm drgawek (Seizures pathogenesis mechanism)
Drgawki (seizures) to kliniczne manifestacje nieprawidłowych, nadmiernych, hipersynchronicznych wyładowań populacji neuronów korowych. Są one wynikiem nagłej nierównowagi między pobudzeniem a hamowaniem w sieci neuronów korowych, z przewagą nagłego pobudzenia. 12 Stanowią przejściowe zjawisko, charakteryzujące się objawami lub oznakami wynikającymi z nieprawidłowej, nadmiernej lub synchronicznej aktywności neuronalnej w mózgu. 3
Etapy powstawania drgawek
Inicjacja drgawek charakteryzuje się dwoma równoczesnymi zjawiskami: 1) wyładowaniami o wysokiej częstotliwości oraz 2) hipersynchronizacją populacji neuronów. 4 Na poziomie komórkowym, drgawki rozpoczynają się od pobudzenia podatnych neuronów mózgowych, co prowadzi do synchronicznych wyładowań w coraz większych grupach połączonych neuronów. 5
Aktywność drgawkowa, wynikająca ze stosunkowo długotrwałej depolaryzacji błony neuronalnej, jest spowodowana napływem zewnątrzkomórkowego Ca2+, co prowadzi do otwarcia zależnych od napięcia kanałów Na+, napływu Na+ i generowania powtarzających się potencjałów czynnościowych. 6 Elektrofizjologicznym korelatem drgawek ogniskowych są paroksyzmalne przesunięcia depolaryzacyjne (PDS), które stanowią nadmierne pobudzenie neuronów. 7
Propagacja drgawek, czyli proces rozprzestrzeniania się napadów częściowych w mózgu, zachodzi, gdy występuje wystarczająca aktywacja do rekrutacji otaczających neuronów. 8 Napad musi rekrutować więcej tkanki nerwowej, aby stać się drgawką. 9
Zaburzenia równowagi jonowej
Zaburzenia równowagi jonowej w sieciach neuronalnych przyczyniają się do złożoności napadów padaczkowych, obejmując zmiany w napięciowo-zależnych kanałach sodowych i potasowych oraz tworzenie różnorodnych podtypów kanałów jonowych. 10
Koncept progu drgawkowego oznacza, że każda osoba znajduje się na kontinuum podatności na drgawki, na którą wpływa wiele czynników. 11 Napady padaczkowe i padaczka powstają z wielu przyczyn i są podtrzymywane poprzez proces pozytywnego wzmacniania, gdzie początkowa nierównowaga między hamowaniem a pobudzeniem neuronalnym wywołuje dalsze nierównowagi. 12
Mechanizmy komórkowe i molekularne
Na poziomie komórkowym i molekularnym, drgawki są wynikiem zaburzenia normalnej równowagi między pobudzeniem a hamowaniem. W zdrowych warunkach, pobudzająca neurotransmisja (głównie za pośrednictwem glutaminianu) i hamująca neurotransmisja (głównie poprzez GABA) utrzymują stabilność korową. Nadmiar pobudzenia lub brak hamowania może zaburzyć tę równowagę, sprzyjając hipersynchronicznemu wyładowaniu neuronalnemu charakterystycznemu dla napadów. 13
Badania wykazały, że glikoliza zwiększa się podczas napadów, a metabolit glikolityczny – kwas mlekowy, może być wykorzystany jako źródło energii. Mechanizm kwasu mlekowego obejmuje kilka aspektów, w tym hamowanie enzymu glikolitycznego 6-fosfofruktokinazy-1, hamowanie receptora NMDA, aktywację kanału jonowego wrażliwego na kwasy 1A, wzmocnienie mechanizmu receptorowego hamującego neuroprzekaźnika GABA i zmiany w wewnątrz- i zewnątrzkomórkowym środowisku. 14
Mechanizmy molekularne epileptogenezy
Epileptogeneza to proces, w którym normalnie funkcjonujący mózg ulega zmianom prowadzącym do rozwoju padaczki, angażując różne czynniki. 15 Jest to sekwencja zdarzeń, które przekształcają normalną sieć neuronalną w sieć nadpobudliwą. 16
Zaburzenia neurotransmiterów
Na poziomie komórkowym, główne mechanizmy obejmują:
- Zwiększoną pobudzającą neurotransmisję glutaminianergiczną 17
- Zmniejszoną hamującą neurotransmisję GABAergiczną 18
- Zmiany w napięciowo-zależnych kanałach jonowych 19
- Zmiany w wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowych stężeniach jonów 20
Epileptogeneza wywołuje zmiany molekularne w hipokampie, w tym zmienioną neurogenezę i zwiększoną ekspresję czynników neurotroficznych i białek. 21 Zwiększona aktywacja szlaków mTOR (mammalian target of rapamycin) wpływa na epileptogenezę, oddziałując na pobudliwość neuronalną i tworzenie synaps, przy czym mutacje genetyczne przyczyniają się do zespołów padaczkowych, a modulacja autofagii odgrywa rolę w pojawianiu się napadów. 22
Rola stanu zapalnego
Stan zapalny odgrywa istotną rolę w progresji epileptogenezy. 23 Cytokiny prozapalne pochodzące z aktywowanych mikrogleju i astrocytów w tkance epileptycznej inicjują kaskadę zapalną, zwiększając pobudliwość neuronalną i wywołując aktywność podobną do padaczki. 24
Układ odpornościowy, zarówno wrodzony jak i nabyty, jest aktywowany u pacjentów z padaczką. Mikroglej i astrocyty jako komórki glejowe i nieneuronalne części ośrodkowego układu nerwowego są źródłem prozapalnych cytokin w tkance epileptycznej. Cytokiny zapalne odgrywają rolę w zmianie pobudliwości neuronalnej, produkcji mediatorów toksycznych i zwiększaniu przepuszczalności bariery krew-mózg. 25
Stres oksydacyjny
Stres oksydacyjny prowadzi do uszkodzenia komórek, zaburzenia systemów antyoksydacyjnych i dysfunkcji mitochondriów, stając się kluczowym elementem epileptogenezy i potencjalnych interwencji neuroprotekcyjnych. 26 Zmiana szlaków katabolicznych glukozy jest jednym z czynników wpływających na epileptogenezę. 27
Rodzaje drgawek i ich mechanizmy
Drgawki można klasyfikować jako częściowe (ogniskowe) lub uogólnione. W napadzie częściowym, najczęstszym typie napadu u dorosłych, najpierw aktywuje się jeden obszar kory mózgowej i może manifestować się poprzez proste objawy, takie jak zjawiska ruchowe lub czuciowe. Napady uogólnione wynikają z rozlanej aktywacji korowej na początku napadu lub uogólnienia aktywności napadu częściowego. 28
Mechanizmy napadów ogniskowych
Patofizjologia napadów ogniskowych różni się od mechanizmów leżących u podstaw napadów uogólnionych. 29 Następujące mechanizmy mogą współistnieć w różnych kombinacjach, powodując napady o początku ogniskowym:
- Zmniejszone hamowanie
- Wadliwa aktywacja neuronów GABA
- Zwiększona aktywacja 30
Jeśli mechanizmy prowadzące do zwiększonej pobudliwości netto staną się trwałymi zmianami, u pacjentów może rozwinąć się padaczka ogniskowa oporna na farmakoterapię. 31
Mechanizmy napadów uogólnionych
Najlepiej zrozumiałym przykładem mechanizmów patofizjologicznych napadów uogólnionych jest interakcja wzgórzowo-korowa, która może leżeć u podstaw typowych napadów nieświadomości. Obwód wzgórzowo-korowy ma normalne rytmy oscylacyjne, z okresami stosunkowo zwiększonego pobudzenia i okresami stosunkowo zwiększonego hamowania. 32
Zakłócenie obwodów łączących wzgórze i korę mózgową stanowi mechanizm napędowy padaczki nieświadomości. 33 Zmienione rytmy wzgórzowo-korowe mogą prowadzić do pierwotnych napadów o początku uogólnionym. 34
Napady nieświadomości powstają z hipersynchronicznych patologicznych oscylacji w sieci wzgórzowo-korowej. Zmiany we współdziałaniu między neuronami pobudzającymi a hamującymi w mikrobwodach korowych i wzgórzowych mogą generować patologiczną rytmiczną aktywność obserwowaną w wyładowaniach iglica-fala. 35
Czynniki wpływające na powstawanie drgawek
Napady mogą być wywołane (provoked) lub niewywołane (unprovoked). Napady wywołane, znane również jako ostre objawowe napady, mogą wynikać z zaburzeń elektrolitowych, toksyn, urazów głowy, procesów zakaźnych, anomalii naczyniowych, guzów lub innych zmian masowych, i wielu innych przyczyn. 36
Czynniki genetyczne
Epileptogeneza jest determinowana przez wiele czynników, w tym stres oksydacyjny, zmiany neurochemiczne w mózgu spowodowane przez neuroprzekaźniki i kanały jonowe, wahania stężenia jonów, różnice w receptorach powierzchni komórek oraz obecność stanu zapalnego. 37
Mechanizmy epigenetyczne, które nie są związane ze zmianami w sekwencji DNA, ale raczej z regulacją transkrypcji lub potranskrypcyjną, mogą odgrywać rolę w epileptogenezie. 38
Czynniki metaboliczne
Pobudliwość mózgu i równowaga metaboliczna są ściśle powiązane. Dostarczanie energii do neuronów zależy krytycznie od glukozy, której wahania mogą sprzyjać natychmiastowej nadpobudliwości, prowadząc do ostrych objawowych napadów. 39
Hiperglikemia może bezpośrednio zwiększyć pobudliwość neuronalną działając na kanały potasowe wrażliwe na ATP w neuronach hipokampa i kory mózgowej; hipoglikemia obniża poziom GABA, zwiększając przekaźnictwo pobudzające. 40
Glikoliza, ważny szlak obejściowy dla dostarczania energii, może złagodzić niedobór energii spowodowany uszkodzeniem energetycznym metabolizmu tlenowego. Metabolit glikolityczny – kwas mlekowy – jest zaangażowany w początek napadów i dostarcza energii we wczesnych okresach napadu. 41
Rola cytokin w drgawkach gorączkowych
Drgawki gorączkowe (FS), które występują u gorączkujących dzieci bez podstawowych problemów zdrowotnych, są najczęstszym typem zaburzeń drgawkowych u dzieci. Sugerowana patogeneza FS, wywnioskowana z kilku badań na zwierzętach i ludziach, jest wieloczynnikowa i dyskusyjna. Nadpobudliwość neuronalna, która rozwija się podczas odpowiedzi zapalnych towarzyszących gorączce, prowokuje drgawki. 42
W podatnym niedojrzałym OUN zwiększona pobudliwość neuronalna sprzyja drgawkom, a cytokiny produkowane i uwalniane podczas ostrych odpowiedzi zapalnych towarzyszących gorączce odgrywają rolę w zwiększaniu pobudliwości neuronalnej. Odpowiedzi zapalne poza OUN zwiększają stężenie cytokin w OUN (sieć neuro-immunologiczna), a uwolnione cytokiny wywołują nadpobudliwość neuronalną w OUN, generując FS. 43
Mechanizmy drgawek w szczególnych stanach klinicznych
Mechanizm drgawek w udarze mózgu
Udar jest najczęstszą przyczyną wtórnej padaczki u osób starszych. Występowanie padaczki jest ściśle związane z typem i lokalizacją udaru. 44
Badania wykazały, że odkładanie się hemosyderyny jest ściśle związane z występowaniem wczesnych napadów padaczkowych po krwotoku podpajęczynówkowym. Zwiększenie stężenia glutaminianu i zmniejszenie stężenia GABA prowadzą do zwiększonej pobudliwości neuronów i obniżenia progu drgawek, co powoduje zwiększoną podatność na napady. 45
Ważnym powodem napadów padaczkowych po udarze niedokrwiennym jest zaburzenie gradientu stężenia jonów. Następnie istnieją trzy czynniki, które wpływają na rozprzestrzenianie się napadów padaczkowych po udarze niedokrwiennym: masowe uwalnianie glutaminianu, nadmierna aktywacja receptorów i wysokie zewnątrzkomórkowe stężenie potasu. 46
Mechanizm drgawek w chorobie Alzheimera
Osoby z chorobą Alzheimera (AD) są 6-10 razy bardziej narażone na rozwój drgawek niż zdrowa populacja osób starszych. 47
Wiodącą hipotezą nadpobudliwości w AD jest to, że odkładanie się amyloidu beta prowadzi do neurodegeneracji i nieprawidłowej nadaktywności, w tym drgawek, co z kolei skutkuje zwiększonym obciążeniem amyloidem, prowadząc do samowzmacniającej się kaskady neurodegeneracyjnej. 4849
Kluczowym wynikiem badań jest to, że wcześniej zgłaszane zmiany w połączeniach funkcjonalnych w AD skutkują sieciami mózgowymi, które łatwiej generują drgawki w odpowiedzi na zwiększoną pobudliwość korową niż u zdrowych osób. 5051
Mechanizm drgawek w guzach mózgu
Guzy mózgu i przerzuty mogą powodować drgawki poprzez różne mechanizmy; zmiany w pobudzającym przekaźnictwie nerwowym i zewnątrzkomórkowych prądach jonowych są uważane za najbardziej prawdopodobne. Inne potencjalne mechanizmy obejmują hipoksję, kwasicę, stan zapalny, efekty mechaniczne i zakłócenie lokalnej homeostazy ze zmianami elektrolitów, perfuzji i metabolizmu. 52
Padaczka związana z guzami mózgu (BTRE) jest trudnym zagadnieniem, ponieważ mechanizmy patofizjologiczne nie są jeszcze w pełni zrozumiałe. Niemniej jednak, uważa się, że neurozapalenie odgrywa kluczową rolę. Oprócz neurozapalenia, odkrycia dotyczące patogenezy BTRE ustaliły, że zaangażowane są pewne mutacje genetyczne, z których najbardziej znane są mutacje IDH w glejakach. 53
Mechanizmy zakończenia drgawek
Główne mechanizmy zakończenia napadów obejmują zużycie energii i kwasicę metaboliczną. Kwas mlekowy wywołuje kwasicę poprzez kilka możliwych szlaków: hamuje aktywność kinazy-1 6-fosfofruktozy i receptorów NMDA, aktywuje kanał jonowy wrażliwy na kwasy 1A i wzmacnia mechanizm receptorowy hamującego neuroprzekaźnika GABA. 54
Hipoteza wyczerpania energii
Hipoteza wyczerpania energii opiera się na fakcie, że neurony nieprawidłowo wyładowują się podczas napadów, co prowadzi do wyczerpania energii, które może prowadzić do zakończenia napadów. 55
Kwasica metaboliczna
Kwasica metaboliczna może być kolejnym mechanizmem zakańczającym drgawki. Podczas procesu wyładowania epileptycznego, nagromadzenie różnych metabolitów generowanych przez nieprawidłowe wyładowania neuronów podczas napadów prowadzi do kwasicy, co może być zaangażowane w proces zakończenia napadu. 56
Glikoliza produkuje duże ilości kwasu mlekowego, powodując obniżenie pH, co skutkuje kwasicą zewnątrzkomórkową. Obniżenie pH do 6,7 zwiększa interwał między zdarzeniami podobnymi do napadów, a zakwaszenie spowalnia szybkość propagacji napadów. 57
Rola czynników modulujących
Leki działające na receptor GABA w celu wzmocnienia lokalnego hamowania bez zwiększania sedacji lub tachyfilaksji stanowiłyby poprawę w stosunku do benzodiazepin, które są wartościowe głównie w ostrej kontroli napadów. 58
Leki ukierunkowane na transportery chlorku i gradienty mogą kontrolować zespoły napadów zależne od wieku. Leki ukierunkowane na kinazę adenozyny, receptory endokannabinoidu i NPY oraz zmieniające środowisko hormonalne mogą poprawić kontrolę napadów i ich zakończenie. 59
Stymulacja nerwu błędnego (Blount JP i wsp. 2006), inicjowana przez pacjenta, zatrzyma aktywność napadową i może być rozszerzona na modyfikujące napady obwody, takie jak przednie wzgórze, część siatkowata istoty czarnej i jądro podwzgórzowe. 60
Implikacje terapeutyczne
Wiedza o mechanizmach drgawek ma kluczowe znaczenie dla rozwoju nowych terapii przeciwpadaczkowych. Leki przeciwdrgawkowe mogą wpływać na drgawki poprzez dwa mechanizmy: (i) tłumienie określonych wzorców aktywności napadowej (stanów) w sposób wszystko albo nic oraz (ii) skrócenie czasu trwania innych wzorców napadowych. 61
Leki przeciwdrgawkowe
Leki przeciwpadaczkowe są zaprojektowane do modyfikacji procesów neuronalnych w taki sposób, aby sprzyjać hamowaniu nad pobudzeniem, a tym samym zatrzymać lub zapobiec aktywności napadowej. 62
Leki przeciwpadaczkowe można pogrupować według ich głównego mechanizmu działania, chociaż wiele z nich ma kilka działań, a inne mają nieznane mechanizmy działania:
- Leki blokujące kanały sodowe zapobiegają powrotowi tych kanałów do stanu aktywnego, stabilizując je w stanie nieaktywnym. 63
- Kanały wapniowe funkcjonują jako „rozruszniki” normalnej rytmicznej aktywności mózgu. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku wzgórza. 64
- System GABA może być wzmocniony przez bezpośrednie wiązanie się z receptorami GABA-A, przez blokowanie presynaptycznego wychwytu GABA, przez hamowanie metabolizmu GABA przez transaminazę GABA i przez zwiększenie syntezy GABA. 65
- Leki, które modyfikują receptory glutaminianowe, są antagonistyczne wobec glutaminianu. 66
Nowe podejścia terapeutyczne
Cenobamate, niedawno zatwierdzony lek przeciwdrgawkowy o podwójnym mechanizmie działania – pozytywnej modulacji GABA-A i hamowaniu kanałów sodowych – został oceniony jako leczenie uzupełniające u dorosłych z niekontrolowanymi napadami o początku ogniskowym (FOS). 67
Badania wykazały, że leki aktywujące sygnalizację adenozynową mogą być możliwą drogą leczenia dysplazji korowej ogniskowej, związanej z najczęstszą przyczyną napadów, których nie można kontrolować lekami u dzieci. 6869
Badanie ujawnia wcześniej nieznany sposób, w jaki kannabidiol (CBD), substancja zawarta w konopiach, zmniejsza napady w wielu lekoopornych formach padaczki dziecięcej. CBD blokuje pozytywną pętlę sprzężenia zwrotnego, w której napady zwiększają sygnalizację LPI-GPR55, co prawdopodobnie sprzyja kolejnym napadom, co z kolei zwiększa poziom zarówno LPI, jak i GPR55. 70
Podsumowanie mechanizmu drgawek
Drgawki są wynikiem złożonych interakcji między czynnikami genetycznymi, molekularnymi i środowiskowymi, które prowadzą do zaburzenia równowagi między pobudzeniem a hamowaniem w mózgu. Mechanizmy obejmują:
- Zaburzenia kanałów jonowych i neurotransmiterów
- Nieprawidłową synchronizację neuronów
- Procesy zapalne i neuroimmunologiczne
- Zmiany w metabolizmie energetycznym mózgu
- Modyfikacje strukturalne sieci neuronalnych
Zrozumienie tych mechanizmów jest kluczowe dla opracowania skutecznych strategii terapeutycznych dla różnych rodzajów drgawek i padaczki. 7172
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.