Napad nieświadomości
Patofizjologia i mechanizm
Napady nieświadomości (typ uogólnionych napadów padaczkowych) wynikają z patologicznych, hipersynchronicznych oscylacji w obwodzie korowo-wzgórzowo-korowym (CTC), gdzie kluczową rolę odgrywają neurony jądra siatkowatego wzgórza (nRt), neurony przekaźnikowe wzgórza oraz korowe komórki piramidowe. Mechanizm patofizjologiczny obejmuje prądy wapniowe typu T, zwłaszcza w kanałach CaV3.2, oraz modulację hamowania GABA-B i pobudzenia glutaminianergicznego. Genetyczne mutacje gain-of-function w genie CACNA1H (kodującym kanał wapniowy typu T) są powiązane z dziecięcą padaczką nieświadomości (CAE), co tłumaczy oporność na etosuksymid. Leki hamujące kanały wapniowe typu T, takie jak etosuksymid i walproinian, są skuteczne, natomiast leki wzmacniające hamowanie GABA-B (np. tiagabina, wigabatryna) mogą nasilać napady. Dodatkowo, kanały BK w neuronach linii środkowej wzgórza (MLT) oraz struktury podkorowe, w tym móżdżek i jądra podstawy, mają istotne znaczenie w generowaniu i modulacji napadów, co otwiera nowe możliwości terapeutyczne, np. poprzez inhibitory kanałów BK (paksylina) lub modulację aktywności jąder podstawy (droga SNr-TRN). Wartości częstotliwości wyładowań typu iglica-fala (SWD) wynoszą 2-4 Hz, a czas trwania stanu pro-iktalnego to co najmniej 1 minuta, zaś stan przed-iktalny trwa kilka sekund.
Patogeneza napadów nieświadomości
Patofizjologiczny mechanizm rozwoju napadów nieświadomości nie jest jeszcze w pełni poznany. Jednakże uważa się, że obwód korowo-wzgórzowo-korowy (CTC) odgrywa znaczącą rolę w patofizjologii tego typu napadów12. Napady nieświadomości powstają w wyniku hipersynchronicznych patologicznych oscylacji w obrębie sieci CTC3. Obecnie badacze przyjmują, że oscylacje w obwodach wzgórzowo-korowych przekształcają się w patologiczne wyładowania typu iglica-fala wolna (SWD), charakterystyczne dla napadów nieświadomości.
Mechanizm obwodowy
Napady nieświadomości reprezentują obustronnie synchroniczne wyładowania grupy wzajemnie połączonych populacji neuronalnych znajdujących się we wzgórzu i korze mózgowej4. Ostatnie badania wykazały, że neurony jądra siatkowatego wzgórza (nRt), neurony przekaźnikowe wzgórza (RNs) oraz korowe komórki piramidowe tworzą obwód podtrzymujący wzgórzowo-korowe oscylacyjne wyładowania charakterystyczne dla napadów nieświadomości5.
Nieprawidłowe rytmy oscylacyjne rozwijają się w drogach wzgórzowo-korowych, co wiąże się z naprzemiennym hamowaniem zależnym od receptorów GABA-B oraz pobudzeniem zależnym od glutaminianu6. Badania wskazują, że aktywność sieci wzgórzowych jest niezbędna dla ritmogenezy wyładowań typu iglica-fala, a nadpobudliwość korowa jest konieczna do ich generowania7.
Konsensus naukowy wskazuje, że paroksyzmalne oscylacje w pętlach korowo-wzgórzowych są inicjowane w korze mózgowej, a synchronizacja na dużą skalę jest zapośredniczona przez niezwykle szybkie wewnątrzkorowe rozprzestrzenianie się aktywności napadowej8. Z tego powodu napady nieświadomości są nadal uważane za prawidłowo sklasyfikowane jako typ napadów uogólnionych.
Mechanizm molekularny
Badania genetyki padaczki nieświadomości wykazały, że geny kodujące kanały wapniowe typu T oraz receptory GABA są związane z etiopatogenezą tego rodzaju padaczki910. Mechanizm komórkowy obejmuje prądy wapniowe typu T. Kanały T komórek GABAergicznych jądra siatkowatego wzgórza odgrywają główną rolę w wyładowaniach typu iglica-fala neuronów GABAergicznych wzgórza11.
W badaniach zidentyfikowano trzy wewnętrzne mechanizmy neuronalne, które zwiększają prawdopodobieństwo oscylacji wzgórzowo-korowych12:
- Prądy T wywoływane przez aktywację kanałów wapniowych typu T, które wydają się wyzwalać trwałe wyładowania typu burst w neuronach wzgórza podczas napadów nieświadomości.
- Receptory GABA-B, które mogą wywoływać długotrwałą hiperpolaryzację w neuronach wzgórza, niezbędną do „przygotowania” kanałów T do trwałych wyładowań typu burst.
- Zdolność receptorów GABA-A, zlokalizowanych na neuronach nRt, do pośredniczenia w nawracającym hamowaniu. Wzmocniona aktywacja receptorów GABA-A na neuronach nRt zmniejsza zdolność tych komórek do generowania rytmu, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo generowania napadów nieświadomości.
Mechanizmy cholinergiczne poprzez modulowanie pobudliwości korowej oraz mechanizmy zależne od aminokwasów pobudzających poprzez depolaryzację neuronów wzgórza również odgrywają rolę w napadach nieświadomości13.
Rola kanałów wapniowych
Kanały wapniowe typu T są kluczowym czynnikiem w patogenezie napadów nieświadomości14. Leki przeciwpadaczkowe, które hamują kanały wapniowe typu T, takie jak etosuksymid i walproinian, są skutecznymi lekami przeciw napadom nieświadomości15. Etosuksymid działa głównie poprzez hamowanie kanałów wapniowych typu T, zmniejszając przepływ jonów wapnia do neuronów podczas niskonapięciowych wyładowań wapniowych16. To hamowanie zmniejsza pobudliwość neuronów wzgórzowych, zakłócając tym samym nieprawidłowe rytmiczne wzorce wyładowań, które przyczyniają się do napadów nieświadomości17.
Interesująco, badania genetyczne powiązały dużą liczbę mutacji typu gain-of-function w genie CACNA1H, ale nie potwierdzono mutacji w genach CACNA1G i CACNA1I, z dziecięcą padaczką nieświadomości (CAE)18. Badania na modelach zwierzęcych wykazały, że ekspresja mutanta hCaV3.2(C456S) powoduje zastąpienie endogennych kanałów CaV3.2 kanałami mutantowymi o wyższym prawdopodobieństwie otwarcia, bez zmiany napływu wapnia na jedno otwarcie19. Te odkrycia ujawniają nowy epileptogenny mechanizm dla CAE i wyjaśniają kliniczny paradoks, że pacjenci z CAE noszący mutacje kanału CaV3.2 nie reagują na etosuksymid20.
Rola receptorów GABA
Hamowanie związane z GABA-B wydaje się być zmienione w napadach nieświadomości, a wzmocnienie hamowania GABA-B lekami takimi jak tiagabina (Gabitril), wigabatryna (Sabril) i potencjalnie gabapentyna (Neurontin) prowadzi do nasilenia napadów nieświadomości21. Natomiast agoniści GABA-A (np. benzodiazepiny), które preferencyjnie wzmacniają aktywność GABAergiczną w neuronach jądra siatkowatego wzgórza, mogą hamować napady nieświadomości22.
Leki przeciwpadaczkowe takie jak karbamazepina, okskarbazepina, wigabatryna i tiagabina są przeciwwskazane w leczeniu napadów nieświadomości23. Agoniści GABA, wigabatryna i tiagabina, mogą wywoływać napady nieświadomości, w tym stan nieświadomości padaczkowej24. Karbamazepina również działa na receptory GABA-A, które odgrywają rolę w wyładowaniach neuronów wzgórzowych, prowadząc do zwiększonej częstości napadów nieświadomości25.
Zaangażowanie obwodów neuronalnych
Sieć wzgórzowo-korowa
Sieć CTC obejmuje wzajemne połączenia między korą somatosensoryczną a grzbietowym wzgórzem26. Napady nieświadomości charakteryzują się wysoce zsynchronizowanymi, uogólnionymi, patologicznymi oscylacjami obejmującymi sieci CTC po obu stronach mózgu27.
Zmiany w interakcji między neuronami pobudzającymi i hamującymi w mikrobwodach korowych i wzgórzowych mogą generować patologiczną rytmiczną aktywność obserwowaną w wyładowaniach SWD28. Dokładne komórkowe i molekularne zdarzenia przekształcające normalne fizjologiczne oscylacje w sieci CTC w patologiczne oscylacje SWD są nadal badane i wydają się być wieloczynnikowe29.
Badania z wykorzystaniem obrazowania BOLD oraz EEG wykazały, że w sieciach korowych występują zarówno zmiany hemodynamiczne, jak i EEG przed uogólnionymi SWD i napadami nieświadomości30. Generowanie uogólnionych SWD obejmuje proces wieloetapowy: stan sieci pro-iktalny trwający co najmniej 1 minutę oraz stan sieci przed-iktalny trwający kilka sekund przed SWD na EEG31.
Rola móżdżku
Najnowsze badania wskazują, że struktury podkorowe, takie jak móżdżek, mogą przyczyniać się do powstawania napadów nieświadomości, chociaż podstawy komórkowe i molekularne pozostają słabo poznane32. Wykazano, że genetyczna ablacja kanałów wapniowych typu P/Q w komórkach ziarnistych móżdżku (model quirky) lub komórkach Purkinjego (model purky) prowadzi do nawracających SWD, przy czym model purky wykazuje cięższy fenotyp33.
Model myszy quirky wykazał nieregularne wyładowania potencjałów czynnościowych neuronów jąder móżdżku (CN), a także rytmiczne wyładowania podczas fali SWD34. W obu modelach częstość SWD można było zmniejszyć poprzez zwiększenie aktywności CN za pomocą aktywacji receptora DREADD sprzężonego z Gq lub za pomocą receptora metabotropowego glutaminianu 1 sprzężonego z Gq35.
Zakłócenie rytmicznego wyładowywania CN za pomocą protokołu stymulacji channelrhodopsin-2 w zamkniętej pętli potwierdziło, że trwające SWD można zatrzymać poprzez aktywację neuronów CN36. Dane te podkreślają, że kanały wapniowe typu P/Q w komórkach ziarnistych móżdżku i komórkach Purkinjego mogą być istotne dla epileptogenezy37.
Rola jąder podstawy
Uważa się, że padaczka nieświadomości jest związana z nieprawidłowymi interakcjami między korą mózgową a wzgórzem38. Postulowano, że jądra podstawy mogą odgrywać kluczową rolę w modulacji napadów nieświadomości, ale odpowiednie mechanizmy biofizyczne nie są jeszcze w pełni ustalone39.
Jądra podstawy stanowią grupę wzajemnie połączonych jąder podkorowych i jako całość reprezentują fundamentalną jednostkę przetwarzania w mózgu40. Dlatego naturalnie oczekuje się, że jądra podstawy mogą odgrywać aktywną rolę w pośredniczeniu między stanem napadowym a stanem bez napadów u pacjentów z padaczką nieświadomości41.
Badania z wykorzystaniem realistycznego modelu jąder podstawy-korowo-wzgórzowego (BGCT) wykazały, że droga SNr-TRN (substantia nigra pars reticulata do jądrą siatkowatego wzgórza) może odgrywać kluczową rolę w kontrolowaniu napadów nieświadomości, a odpowiednie zmniejszenie poziomu aktywacji neuronów SNr może hamować typowe 2-4 Hz SWD42. Wyniki te podkreślają dwukierunkowe efekty modulacyjne jąder podstawy na napady nieświadomości i mogą mieć implikacje fizjologiczne dla leczenia padaczki nieświadomości43.
Rola linii środkowej wzgórza
Linia środkowa wzgórza (MLT) jest kluczowym regionem wzgórza dla patogenezy napadów nieświadomości44. Neurony MLT wykazują zsynchronizowane wyładowania typu burst podczas fazy iktalnej45. Kanały BK przyczyniają się do wyładowań typu burst w MLT46.
Tłumienie wyładowań MLT zwiększa czujność i hamuje napady nieświadomości47. Celowanie w rytmiczne oscylacje w celu zapobiegania hipersynchronizacji jest zatem niezbędne do leczenia napadów nieświadomości48. Ponieważ wyładowania typu burst neuronów wzgórzowych są ważne w napędzaniu rytmicznych oscylacji i hipersynchronizacji, celowanie w wyładowania wzgórzowe może być obiecującą strategią leczenia padaczki nieświadomości49.
Czynniki genetyczne
Składnik genetyczny istnieje dla wszystkich padaczek uogólnionych, a w szczególności dla padaczki nieświadomości50. Wzorzec dziedziczenia nie jest ściśle autosomalny recesywny ani dominujący i uważa się go za wieloczynnikowy i poligeniczny51.
Napady nieświadomości mają zwykle podłoże genetyczne52. Padaczka nieświadomości dziecięca (CAE) jest klasyfikowana jako zespół padaczkowy z domniemaną przyczyną poligeniczną według Międzynarodowej Ligi Przeciwpadaczkowej (ILAE)53.
CAE jest jedną z idiopatycznych padaczek uogólnionych (IGE) – ILAE opisała szeroką grupę genetycznych padaczek uogólnionych (GGE), które charakteryzują się uogólnionymi typami napadów i uogólnioną iglicą-falą z domniemaną etiologią genetyczną54.
Mutacje monogenetyczne (10%) dotyczą pojedynczej mutacji genu predysponującej do padaczki55. Mutacje te dotyczą genów kodujących kanały wapniowe bramkowane napięciem oraz receptory kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), które są ważne w regulacji aktywności wzgórzowo-korowej56.
Napad nieświadomości jest specyficznie spowodowany dziedziczeniem wieloczynnikowym57. Kanał wapniowy typu T bramkowany napięciem jest regulowany przez geny podjednostki gamma-2 receptora kwasu gamma-aminomasłowego (GABRG2), GABRG3 i CACNA1A258.
Zmiany neurochemiczne
W ogólności, napady padaczkowe występują w wyniku wybuchu impulsów elektrycznych z komórek nerwowych w mózgu, zwanych neuronami59. Neurony zwykle wysyłają sygnały elektryczne i chemiczne przez synapsy, które je łączą60.
U osób, które mają napady padaczkowe, normalna aktywność elektryczna mózgu jest zmieniona61. Podczas napadu nieświadomości te sygnały elektryczne powtarzają się w trzysekundowym wzorcu62.
Osoby, które mają napady padaczkowe, mogą również mieć zmienione poziomy chemicznych przekaźników, które pomagają komórkom nerwowym komunikować się ze sobą63. Te chemiczne przekaźniki są nazywane neuroprzekaźnikami.
W jądrze siatkowatym wzgórza rozwijają się nieprawidłowe rytmy oscylacyjne64. Powoduje to zahamowanie neurotransmisji GABAergicznej i pobudzenie neurotransmisji glutaminianergicznej65. Nieprawidłowe oscylacyjne impulsy są wytwarzane przez kanał wapniowy typu T o niskim progu66. Wyjaśnia to, w jaki sposób dziedziczenie kodu genowego dla kanału wapniowego typu T prowadzi do napadu nieświadomości.
Rola stanu zapalnego
Zwiększona ekspresja interleukiny-6 (IL-6) zarówno w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF), jak i w osoczu jest ściśle związana z padaczką drgawkową i nasileniem objawów depresji67. Badania wykazały, że tocilizumab (TCZ), antagonista receptora IL-6, znacząco zmniejszył rozwój napadów nieświadomości u dorosłych szczurów WAG/Rij w wieku 6 miesięcy (1 miesiąc po przerwaniu leczenia) w porównaniu z nieleczonymi kontrolami, wykazując tym samym efekty modyfikujące chorobę68.
Wyniki te sugerują możliwą rolę IL-6 i wynikającego z tego stanu zapalnego neuronów w procesie epileptogennym leżącym u podstaw rozwoju i utrzymywania się napadów nieświadomości u szczurów WAG/Rij69. Zgodnie z tym, sygnalizacja IL-6 może być obiecującym celem farmakologicznym w padaczce nieświadomości i współistniejących objawach depresyjnych70.
Stan zapalny rzeczywiście odgrywa znaczącą rolę w progresji epileptogenezy71. Nadmierna aktywacja szlaku sygnałowego mTOR bezpośrednio wpływa na progresję epileptogenezy i pobudliwość neuronalną72.
Nowe podejścia terapeutyczne
Postęp w mechanistycznym zrozumieniu padaczki nieświadomości jest kluczowy dla rozwoju nowych terapii, szczególnie dla pacjentów niereagujących na obecne leczenie73.
Badania na modelu myszy z channellopatią BK gain-of-function D434G wykazały, że tłumienie wyładowań typu burst neuronów linii środkowej wzgórza (MLT) skutecznie zapobiega napadom nieświadomości74. Wzmocniona aktywność kanału BK w neuronach MLT BK-D434G promuje zsynchronizowane wyładowania podczas fazy iktalnej napadów nieświadomości75. Te odkrycia sugerują, że MLT jest obiecującym celem dla interwencji klinicznych76.
Skuteczność paksyliny (PAX), specyficznego inhibitora kanału BK, w hamowaniu napadów nieświadomości indukowanych przez BK-D434G u myszy ustala związek przyczynowy tej mutacji typu gain-of-function z napadami nieświadomości77. Te badania nie tylko wyjaśniają komórkowe podstawy channellopatii BK-D434G w padaczce i zaburzeniach ruchowych, ale także wykazują, że hamowanie BK może być obiecującą strategią terapeutyczną w łagodzeniu padaczki wywoływanej przez GOF BK78.
Niektóre badania sugerują, że kanały wapniowe są kluczowym czynnikiem w patogenezie napadów nieświadomości79. Zonisamid jest lekiem przeciwpadaczkowym, który stabilizuje błonę komórkową i działa na zależne od napięcia kanały sodowe i wapniowe; te ostatnie są jednym z głównych czynników zaangażowanych w patofizjologię napadów nieświadomości80. W małym badaniu leczenie zonisamidem, który ma pewną aktywność na kanale wapniowym typu T, zaowocowało eliminacją napadów u 38% pacjentów z padaczką nieświadomości, a 77% pacjentów miało co najmniej 50% redukcję aktywności napadów nieświadomości81.
Epileptogeneza i progresja choroby
Epileptogeneza to proces, w którym normalny mózg rozwija zmiany przyczyniające się do powstawania padaczki, nawiązując do transformacji mózgu, który wcześniej funkcjonował normalnie, w mózg, który doświadcza napadów82. Procesy biologiczne, zmiany strukturalne i zmiany funkcjonalne odgrywają kluczową rolę w epileptogenezie83.
Podstawowa fizjologia napadu padaczkowego obejmuje niestabilność błony komórkowej lub otaczających ją lub sąsiadujących komórek podporowych84. Napady padaczkowe i padaczka wynikają z wielu przyczyn i są podtrzymywane poprzez proces pozytywnego wzmocnienia, w którym początkowy brak równowagi między hamowaniem neuronalnym a pobudzeniem wywołuje dalsze braki równowagi85.
Na epileptogenezę wpływają czynniki takie jak stres oksydacyjny, zmiany neurochemiczne w mózgu spowodowane przez neuroprzekaźniki i kanały jonowe, wahania stężenia jonów, zmiany w receptorach powierzchni komórek oraz obecność stanu zapalnego86.
Badania sugerują, że nieprawidłowa aktywność neuronalna podczas napadów nieświadomości może prowadzić do zmian w mielinizacji87. Zmiany w mielinie z kolei prowadzą do progresji napadów88. Bieżące badania prowadzone przez grupę dr Knowles są pierwszymi, które jasno pokazują, że nieprawidłowa aktywność neuronalna (w tym przypadku z powodu napadów nieświadomości) może prowadzić do szkodliwych zmian w mielinizacji, które przyczyniają się do dalszej progresji padaczki89.
Modele zwierzęce wykazały, że prawidłowe, wczesne leczenie nie tylko hamuje napady, ale także zapobiega rozwojowi związanych z nimi zmian histologicznych90.
Zmiany funkcjonalne podczas napadów
W padaczce nieświadomości, badania neuroobrazowania u ludzi sugerują, że podczas napadu może wystąpić brak świadomego przetwarzania informacji z powodu upośledzenia sieci czołowo-ciemieniowej, układów pobudzenia we wzgórzu i pniu mózgu, lub sieci stanu spoczynkowego91.
Chociaż pochodzenie napadów nieświadomości nie jest w pełni zrozumiałe, obecne badania na szczurzych modelach napadów nieświadomości sugerują, że powstają one z pobudzenia w polu baryłkowym kory somatosensorycznej, a następnie rozprzestrzeniają się na inne struktury, w tym wzgórze, które odgrywa istotną rolę podczas stanu iktalnego92.
Wcześniejsze wyniki na szczurach GAERS wskazały, że podczas napadu nieświadomości nadaktywna aktywność elektrofizjologiczna w korze somatosensorycznej może przyczyniać się do obustronnych i regularnych wzorców wyładowań SWD w większości części kory93.
Chociaż SWD są początkowo wyzwalane przez nadaktywne neurony kory somatosensorycznej, częstotliwość wyładowań neuronalnych, szczególnie w większości neuronów czołowo-ciemieniowych korowych i wzgórzowo-korowych przekaźnikowych, jest raczej zmniejszona niż zwiększona podczas SWD, co skutkuje ogólnym zmniejszeniem aktywności w tych populacjach neuronalnych94.
Komponent ciszy SWD jest uważany za spowodowany dezaktywacją neuronalną lub zwiększoną aktywnością hamującą, potencjalnie skutkującą ogólnie zmniejszoną aktywnością neuronalną w neuronach wzgórzowo-korowych i korowych95. Odkrycia ujemnych HRF w regionach korowych są zgodne z tą hipotezą, sugerując zmniejszoną aktywność neuronalną96.
Na podstawie wyników fMRI zaobserwowano zmniejszoną aktywację w korze podczas stanu iktalnego, wraz z ograniczonym rozprzestrzenianiem się aktywności w porównaniu z okresem międzynapadowym, co może wskazywać na zmniejszoną reaktywność i przetwarzanie informacji podczas stymulacji zewnętrznej97.
Podczas SWD ogólna aktywność neuronalna w kilku obszarach korowych jest globalnie zmniejszona, potencjalnie z powodu komponentu fali SWD ze zwiększonym hamowaniem wzgórzowo-korowym98. Zmniejszona reaktywność fMRI sugeruje, że SWD jest dominującą cechą mózgu nawet w warunkach stymulacji i że szczególnie faza fali neuronalnego oscylacyjnego wzorca SWD może zapobiegać reaktywności w tych warunkach99.
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.