Paraliż
Patofizjologia i mechanizm
Paraliż jest wynikiem zaburzeń w przekazywaniu sygnałów nerwowych z mózgu do mięśni, prowadząc do całkowitej (plegia) lub częściowej (pareza) utraty funkcji ruchowej. Uszkodzenia mogą dotyczyć neuronów ruchowych górnych (paraliż spastyczny), neuronów ruchowych dolnych (paraliż wiotki), złącza nerwowo-mięśniowego lub mięśni. Przykłady obejmują hemiplegię poudarową z uszkodzeniem dróg korowo-rdzeniowych, polio z destrukcją neuronów przedniego rogu rdzenia, stwardnienie rozsiane z demielinizacją, porażenie nerwu twarzowego (VII) i nerwu krtaniowego wstecznego (RLN), a także paraliż przepony związany z uszkodzeniem korzeni nerwów szyjnych C3-C5. Warto podkreślić, że w paraliżu spastycznym mięśnie są sztywne, a w wiotkim – wiotkie i niezdolne do skurczu. Patogeneza obejmuje mechanizmy autoimmunologiczne, infekcyjne, genetyczne (np. mutacje SCN4A w hiperkalemicznym porażeniu okresowym) oraz toksyczne (np. neurotoksyny kleszczowe, toksyna botulinowa). Wartości istotne to m.in. unerwienie przepony przez nerwy C3-C5 oraz czas trwania blokady przewodzenia w neuropraksji (6-8 tygodni).
- Paraliż: Patogeneza i mechanizmy powstawania
- Neuroanatomiczne podłoże paraliżu
- Mechanizmy paraliżu poudarowego
- Mechanizmy paraliżu porażennego
- Mechanizmy paraliżu w chorobach demielinizacyjnych
- Mechanizmy paraliżu obwodowego
- Paraliż w zaburzeniach elektrolitowych
- Paraliż wywołany toksynami
- Paraliż funkcjonalny
- Paraliż snu
- Paraliż w mechanizmach immunologicznych
- Paraliż w mechanizmach niedoboru witamin
Paraliż: Patogeneza i mechanizmy powstawania
Paraliż, definiowany jako utrata lub upośledzenie dowolnego ruchu mięśniowego, jest wynikiem zaburzeń w funkcjonowaniu układu nerwowego. Istotą tego zjawiska jest przerwanie lub zakłócenie prawidłowego przekazywania sygnałów nerwowych z mózgu do mięśni, co uniemożliwia wykonywanie zamierzonych ruchów.12 Paraliż może być całkowity (plegia) – gdy występuje całkowita niemożność wykonywania ruchów, lub częściowy (pareza) – gdy siła mięśniowa jest jedynie ograniczona.3 Patogeneza paraliżu jest złożona i zależna od konkretnej przyczyny wywołującej to zaburzenie.
Neuroanatomiczne podłoże paraliżu
Z punktu widzenia neuroanatomicznego, paraliż może być konsekwencją uszkodzenia różnych poziomów drogi ruchowej:4
- Neurony ruchowe górne (kora ruchowa mózgu, struktury podkorowe, pień mózgu i drogi korowo-rdzeniowe) – uszkodzenie prowadzi do paraliżu spastycznego
- Neurony ruchowe dolne (jądra ruchowe nerwów czaszkowych, neurony ruchowe rogów przednich rdzenia kręgowego, nerwy obwodowe) – uszkodzenie powoduje paraliż wiotki
- Złącze nerwowo-mięśniowe – zaburzenia przekaźnictwa w obrębie synapsy nerwowo-mięśniowej
- Mięśnie – pierwotne uszkodzenie tkanki mięśniowej
Rozróżnienie między paraliżem spastycznym a wiotkim ma istotne znaczenie diagnostyczne. W paraliżu spastycznym mięśnie pozostają w stałym skurczu, stają się sztywne i nieruchome, podczas gdy w paraliżu wiotkim mięśnie nie mogą się kurczyć, co powoduje ich wiotkość i unieruchomienie.7
Mechanizmy paraliżu poudarowego
Najczęstszą przyczyną hemiplegii (paraliżu połowiczego) jest uszkodzenie dróg korowo-rdzeniowych i powiązanych dróg ruchowych w jednej półkuli mózgu, spowodowane niedrożnością (skrzep krwi lub zakrzepica) lub pęknięciem (krwotok mózgowy) głównej tętnicy mózgowej.8 Przerwanie dopływu krwi do określonych obszarów mózgu prowadzi do obumarcia neuronów odpowiedzialnych za kontrolę motoryczną, co skutkuje paraliżem po przeciwnej stronie ciała w stosunku do uszkodzonej półkuli.9
Ważnym aspektem patogenezy paraliżu poudarowego jest możliwość spontanicznej poprawy. Badania na myszach wykazały, że nawet po uszkodzeniu mózgu w głównych obszarach, tworzenie nowych sieci neuronalnych może prowadzić do pewnego stopnia spontanicznego powrotu funkcji neurologicznych.10 Eksperymenty dowiodły, że kora mózgowa po nieuszkodzonej stronie może kompensować funkcje uszkodzonej strony, a sparaliżowana kończyna może odzyskać zdolność ruchu. Badania potwierdziły, że nowe obwody neuronalne utworzone w rdzeniu szyjnym przyczyniają się do spontanicznego powrotu funkcji motorycznych, a sygnalizacja BDNF-TrkB jest niezbędna do tworzenia nowych obwodów po urazie mózgu.11
Mechanizmy paraliżu porażennego
W przypadku polio (poliomyelitis), patogeneza paraliżu związana jest z infekcją wirusową. Wirus polio wnika przez jamę ustną i namnaża się w nosogardzieli oraz przewodzie pokarmowym.12 Następnie może przedostać się do ośrodkowego układu nerwowego poprzez wiremię wtórną lub wsteczną migrację przez nerwy obwodowe.13 W ośrodkowym układzie nerwowym wirus wywołuje zniszczenie neuronów ruchowych przedniego rogu rdzenia kręgowego i komórek pnia mózgu, co prowadzi do charakterystycznego paraliżu.14 Czynniki predysponujące do poważnego uszkodzenia neurologicznego obejmują wiek, niedawną tonsillektomię lub wstrzyknięcie domięśniowe, ciążę, niedobór odporności humoralnej i wysiłek fizyczny współistniejący z początkiem fazy ośrodkowego układu nerwowego.15
Mechanizmy paraliżu w chorobach demielinizacyjnych
W chorobach demielinizacyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane (SM), paraliż jest wynikiem uszkodzenia osłonek mielinowych otaczających aksony neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym. Utrata mieliny prowadzi do spowolnienia lub całkowitego zablokowania przewodzenia impulsów nerwowych, co objawia się osłabieniem mięśni lub paraliżem.16 Mechanizm ten ma charakter autoimmunologiczny, gdzie układ odpornościowy atakuje własne tkanki organizmu.
Mechanizmy paraliżu obwodowego
Paraliż nerwów czaszkowych
Jednym z częstych przykładów paraliżu obwodowego jest porażenie nerwu twarzowego (VII), znane również jako porażenie Bella. Patogeneza tego stanu związana jest z zapaleniem i obrzękiem nerwu, który kontroluje mięśnie po jednej stronie twarzy, prawdopodobnie w wyniku reakcji po infekcji wirusowej.17 Oprócz wpływu na mięśnie twarzy, uszkodzenie nerwu wpływa na wydzielanie łez, ślinę, smak i małą kość w uchu środkowym.
W przypadku porażenia fałdów głosowych, patogeneza obejmuje uszkodzenie nerwu krtaniowego wstecznego (RLN), gałęzi nerwu błędnego. Uszkodzenie może wystąpić w wyniku urazu, infekcji lub operacji, szczególnie operacji tarczycy.18 Ostre jednostronne porażenie jednego RLN powoduje odnerwienie i utratę funkcji mięśni krtani, co prowadzi do utraty masy fałdu głosowego, odwiedzenia i przywiedzenia, skutkując niewydolnością głośni.19
Z punktu widzenia patofizjologicznego, istotne jest rozróżnienie między blokadą przewodzenia nerwu a obecnością uszkodzenia aksonalnego, co ma znaczenie dla rokowania. Większość uszkodzeń nerwów wywołanych chirurgicznie wynika z ucisku, zmiażdżenia lub ogrzewania śródoperacyjnego, pozostawiając nerw makroskopowo nienaruszony.20 Rozróżniamy:
- Neuropraksję – najłagodniejsza forma urazu, w której komórki Schwanna są uszkodzone, ale integralność aksonu jest zachowana, często powodująca blok przewodzenia trwający 6-8 tygodni, podczas gdy komórki Schwanna ulegają naprawie
- Aksonotmezę – występuje, gdy obecne jest uszkodzenie aksonalne, prowadzące do możliwej śmierci neuronu lub reinerwacji ze zmiennymi wynikami funkcjonalnymi
Paraliż przepony
Paraliż przepony jest stosunkowo rzadką, ale niedodiagnozowaną przyczyną duszności. Przepona, najważniejszy mięsień oddechowy, wytwarza ujemne ciśnienie wewnątrztoralne w celu inicjacji wentylacji. Unerwiona przez rdzeniowe neurony ruchowe C3-C5 za pośrednictwem nerwów przeponowych, które zapewniają zarówno funkcję czuciową, jak i ruchową przepony.22
Patofizjologicznie, paraliż przepony wynika z porażenia korzeni nerwów szyjnych (C3-C5).23 W przypadku obustronnego porażenia przepony, mięśnie dodatkowe przejmują część lub całą pracę oddychania, kontrahując się bardziej intensywnie. Zwiększony wysiłek w walce o oddech może prowadzić do zmęczenia mięśni dodatkowych i niewydolności oddechowej.24 Najczęstszymi przyczynami są choroby neuronu ruchowego, w tym stwardnienie zanikowe boczne i zespół postpolio.25
Paraliż w zaburzeniach elektrolitowych
Hiperkalemiczne porażenie okresowe
Hiperkalemiczne porażenie okresowe (HYPP) to dziedziczone autosomalnie dominująco zaburzenie, które wpływa na kanały sodowe w komórkach mięśniowych i zdolność do regulacji poziomu potasu we krwi. Charakteryzuje się nadpobudliwością mięśni lub osłabieniem, które, nasilone przez potas, ciepło lub zimno, może prowadzić do niekontrolowanych drżeń, a następnie paraliżu.26
Patogeneza HYPP obejmuje mutacje w genie SCN4A, który koduje białko kanału sodowego w mięśniach szkieletowych. Mutacje te zmieniają normalną strukturę i funkcję tych kanałów sodowych, co zakłóca regulację skurczu mięśni, prowadząc do epizodów ciężkiego osłabienia mięśni lub paraliżu.27 Zidentyfikowano co najmniej dziewięć różnych mutacji w tym genie, które mogą powodować HYPP.28
Mechanizm patologiczny mutacji SCN4A w hiperkalemicznym porażeniu okresowym jest złożony, ale wyjaśnia autosomalnie dominujący charakter choroby i jej związek z hiperkalemią. U pacjentów z mutacjami w SCN4A, nie wszystkie kopie kanału inaktywują się po potencjale czynnościowym. Prowadzi to do wycieku sodu i nieprawidłowego powrotu do pierwotnego potencjału spoczynkowego błony. W obecności hiperkalemii, która powoduje dodatkową przewlekłą depolaryzację potencjału błonowego, ten wyciek sodu podnosi potencjał błonowy do punktu, w którym wszystkie kanały sodowe, w tym kanały produkowane z allelu typu dzikiego i kanały zmutowane, które się inaktywowały, nie są w stanie uwolnić się z inaktywacji (wejść w blok depolaryzacyjny). Ponieważ płytka końcowa jest depolaryzowana, dalsze sygnały do skurczu nie mają efektu (paraliż).29
Tyreotoksyczne porażenie okresowe
Patogeneza tyreotoksycznego porażenia okresowego (TPP) od dawna była wiązana ze zwiększoną aktywnością Na+K+ ATPazy stymulowaną przez hormon tarczycy i/lub nadmierną aktywność adrenergiczną oraz hiperinsulinemię.30 Ten mechanizm sam w sobie nie może jednak adekwatnie wyjaśnić, jak dochodzi do hipokaliemii podczas ostrych ataków lub związanej z nią paradoksalnej depolaryzacji potencjału spoczynkowego błony.31
Niedawne odkrycia, że mutacje utraty funkcji w specyficznym dla mięśni szkieletowych kanale potasowym prostującym do wewnątrz (Kir), Kir2.6, są związane z tyreotoksycznym porażeniem okresowym, dostarczają nowego spojrzenia na to, jak zmniejszony wypływ K+ na zewnątrz w mięśniach szkieletowych, z powodu mutacji kanałów lub hamowania przez hormony (adrenalina lub insulina), może prowadzić do błędnego koła hipokaliemii i paradoksalnej depolaryzacji, co z kolei inaktywuje kanały Na+ i powoduje niemożność pobudzenia mięśni i paraliż.3233
Hormon tarczycy może stymulować Na+K+ ATPazę w mięśniach szkieletowych poprzez mechanizm genomowy, działając na elementy odpowiedzi na hormony tarczycy, aby regulować w górę transkrypcję genu kodującego Na+K+ ATPazę, oraz poprzez mechanizmy niegenomowe, zwiększając wewnętrzną aktywność lub promując wstawianie pompy do błony.34
Hiperinsulinemia jest również obserwowana podczas ostrego ataku TPP, a uwalnianie insuliny w odpowiedzi na doustne obciążenie glukozą jest wzmożone u pacjentów z TPP, co popiera ideę, że insulina uczestniczy w patogenezie hipokaliemii w TPP.35
Badania przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych, Francji i Brazylii wykazały, że tylko do 33% przypadków TPP ma mutacje Kir2.6, co sugeruje, że inne kanały jonowe mogą również być związane z tym zaburzeniem.36 Etniczna zmienność aktywności Na+K+ ATPazy czerwonych krwinek została zaobserwowana, ale nie przeprowadzono podobnych badań na Na+K+ ATPazie mięśniowej u pacjentów z TPP.37
Paraliż wywołany toksynami
Paraliż kleszczowy
Paraliż kleszczowy jest unikatowy wśród toksykoz, ponieważ wynika z pulsacyjnego przepływu toksyny związanego z powtarzającym się żerowaniem kleszczy przez określony czas.38 Potencjał wywołania paraliżu kleszczowego wykazano, opisano lub podejrzewano u 64 gatunków kleszczy należących do 7 rodzajów ixodid i 8 rodzajów argasid.39
Patofizjologicznie, paraliż kleszczowy występuje, gdy napęczniała i ciężarna (obładowana jajami) samica kleszcza produkuje neurotoksynę w swoich gruczołach ślinowych i przekazuje ją do żywiciela podczas żerowania.40 Eksperymenty wskazały, że największa ilość toksyny jest produkowana między piątym a siódmym dniem przyczepiania się (często inicjując lub zwiększając nasilenie objawów), chociaż czas może się różnić w zależności od gatunku kleszcza.41
Na poziomie molekularnym, neurotoksyny kleszczowe, znane jako holocyklotoksyny (HT), wywołują paraliż poprzez presynaptyczne hamowanie uwalniania neuroprzekaźników za pośrednictwem mechanizmu zależnego od wapnia, co prowadzi do zmniejszenia zawartości kwantowej i utraty skutecznej transmisji synaptycznej nerwowo-mięśniowej.4243
W szczególności, trzy członkowie rodziny holocyklotoksyn: HT-1, HT-3 i HT-12 wywołują paraliż mięśni poprzez hamowanie zależności uwalniania przekaźnika od zewnątrzkomórkowego wapnia.44 Zmniejszenie amplitudy EPP z utrzymaną amplitudą MEPP wskazuje, że HT działają poprzez mechanizm presynaptyczny. Holocyklotoksyny prawdopodobnie zmieniają etap między depolaryzacją a zależnym od wapnia uwalnianiem pęcherzyków, nie wpływając na mechanizm uwalniania, ponieważ częstotliwość MEPP pozostała niezmieniona.45
Toksyna przypuszczalnie przemieszcza się z miejsca przyczepiania się poprzez limfę do krążenia ogólnoustrojowego, a następnie do wszystkich obszarów ciała, gdzie ma bezpośredni wpływ na komórkowe kanały potasowe, a tym samym na poziom wapnia wewnątrzkomórkowego.46
Paraliż w botulizmie
Badania wykazały, że paraliż oddechowy w botulizmie był spowodowany depresją funkcji unerwienia motorycznego mięśni oddechowych, a nie przez wykluczenie aktywności ośrodka oddechowego.47 Mechanizm działania toksyny botulinowej polega na blokowaniu uwalniania acetylocholiny w synapsach cholinergicznych, co prowadzi do paraliżu mięśni.
Paraliż funkcjonalny
Paraliż funkcjonalny (FP) lub osłabienie kończyn jest częstą manifestacją czynnościowych zaburzeń ruchu (FMD), stanowiąc 18,1% klinicznych przejawów FMD.4849 Do chwili obecnej patofizjologia FP nie jest znana, a badania laboratoryjne, które adekwatnie wspierałyby diagnozę kliniczną, są niewystarczające.5051
Badania obrazowe zidentyfikowały zmiany w strukturalnej i funkcjonalnej łączności w wielu obszarach mózgu, w tym w dodatkowym obszarze ruchowym i połączeniu skroniowo-ciemieniowym.5253 Dowody z badań neuroobrazowych sugerują, że nieinwazyjne techniki stymulacji mózgu mogą odgrywać kluczową rolę w zrozumieniu patofizjologii FMD i mogą stanowić możliwą opcję terapeutyczną.5354
Wcześniejsze wyjaśnienia FP sugerowały, że może być on spowodowany hamującym wpływem na pierwotny obszar ruchowy (M1) przez korę oczodołowo-czołową i zakręt obręczy, pomimo fizjologicznej aktywności w obszarach przedruchowych.55
Istotny wkład w zrozumienie patofizjologii FP wniosły badania TMS (przezczaszkowej stymulacji magnetycznej).5657 Największe badanie dotyczące pobudliwości M1 w FP zostało przeprowadzone niedawno przez Benussi i współpracowników, którzy zmierzyli RMT, SICI i ICF u 21 pacjentów dotkniętych ostrym początkiem wiotkiego FP w dotkniętym i niedotkniętym M1. Wyniki obejmowały zwiększony RMT w dotkniętym M1, w porównaniu zarówno do strony niedotkniętej, jak i zdrowych kontroli.5859
Asymetria/nierównowaga SICI między dotkniętą i niedotkniętą korą ruchową może stanowić specyficzne dla choroby odkrycie elektrofizjologiczne.6061
Paraliż snu
Paraliż snu (SP) to uczucie bycia świadomym, ale niezdolnym do poruszania się. Występuje, gdy osoba przechodzi między stanami czuwania i snu.62 Patofizjologia, czyli fizjologiczne procesy związane z SP, wykazała, że paraliż snu występuje w okresie snu REM (szybkich ruchów gałek ocznych) przy zasypianiu. Dowody sugerują, że paraliż snu jest spowodowany nakładaniem się snu REM i czuwania.63
Nowe badania Uniwersytetu w Toronto pokazują, że dwa potężne układy chemiczne mózgu współpracują, aby sparaliżować mięśnie szkieletowe podczas snu REM. Badania wykazały, że GABA i glicyna wyłączają neurony ruchowe podczas snu REM i to właśnie to wywołuje paraliż REM. Dane sugerują, że oba neuroprzekaźniki muszą być obecne razem, aby utrzymać kontrolę motoryczną podczas snu, a nie pracować oddzielnie.64
Zrozumienie dokładnego mechanizmu stojącego za rolą tych chemikaliów w zaburzeniach snu REM jest szczególnie ważne, ponieważ około 80 procent ludzi, którzy mają to zaburzenie, ostatecznie rozwija chorobę neurodegeneracyjną, taką jak choroba Parkinsona.65
Paraliż w mechanizmach immunologicznych
Paraliż w zespole Guillaina-Barrégo
Zespół Guillaina-Barrégo jest autoimmunologicznym zaburzeniem, w którym układ odpornościowy atakuje nerwy obwodowe, prowadząc do osłabienia mięśni lub paraliżu.66 Patogeneza obejmuje produkcję przeciwciał skierowanych przeciwko składnikom nerwów obwodowych, co prowadzi do demielinizacji lub uszkodzenia aksonalnego.
Nowy mechanizm unikania immunologicznego w nowotworach
Niedawno odkryto nowy mechanizm unikania odpowiedzi immunologicznej przez nowotwory, polegający na paraliżu maszynerii ziarnistości cytotoksycznych, mediowanym przez chitynazę 3-podobną-1 (CHI3L1).67 Komórki NK (Natural Killer) wymagają funkcjonalnej maszynerii ziarnistości litycznych, aby pośredniczyć w skutecznych odpowiedziach przeciwnowotworowych.68
Wykazano, że rekombinowana CHI3L1 hamuje zarówno cytotoksyczność zależną od przeciwciał komórkowych (ADCC), jak i wrodzoną cytotoksyczność komórek NK. Mechanistycznie, CHI3L1 zapobiega prawidłowej polaryzacji centrum organizującego mikrotubule wraz z ziarnistościami litycznymi do synapsy immunologicznej (IS) poprzez utrudnianie receptora zaawansowanych produktów końcowych glikacji i jego sygnalizacji JNK.69
Efekt hamujący wywierany przez CHI3L1 na cytotoksyczność zarówno ADCC, jak i naturalną cytotoksyczność komórek NK, był niezależny od modulowania receptorów cytotoksyczności lub ilości degranulacji.70 Wyniki te wskazują, że CHI3L1 nie wpływa na tworzenie IS, ale hamuje prawidłową polaryzację MTOC, a w konsekwencji ziarnistości litycznych.71
Łącznie wyniki te wskazują, że CHI3L1 wiąże się z RAGE i działa jako inhibitor jego dalszej sygnalizacji JNK, istotnego kroku dla polaryzacji MTOC.72 Dane te demonstrują nową rolę CHI3L1 jako funkcjonalnie odrębnej rozpuszczalnej cząsteczki punktu kontrolnego immunologicznego, która działa poprzez upośledzenie maszynerii cytotoksycznej.73
Paraliż w mechanizmach niedoboru witamin
Podostre złożone zwyrodnienie rdzenia kręgowego jest uznanym powikłaniem niedoboru witaminy B12 lub ekspozycji na podtlenek azotu (z lub bez wcześniej istniejących normalnych poziomów witaminy B12).74 Podtlenek azotu hamuje aktywną formę witaminy B12, czyniąc ją niedostępną do tworzenia białek osłonki mielinowej, co prowadzi do obrzęku aksonów i ostatecznie utraty aksonów.75
Mechanizm działania polega na inaktywacji witaminy B12 (kobalaminy) z jej jednowartościowej, aktywnej formy kobaltu (Co+) do nieaktywnej, dwuwartościowej formy kobaltu (Co2+).76 Nieodwracalnie inaktywowana witamina B12 (Co2+) powoduje zaburzenie metylacji białek w osłonkach mielinowych i utratę integralności aksonów komórek nerwowych.77
Innym czynnikiem przyczyniającym się do toksyczności podtlenku azotu jest rola witaminy B12 jako kofaktora reakcji syntazy metioniny.78 Podtlenek azotu ma więc bezpośredni wpływ na syntezę DNA, a także na integralność aksonów nerwowych.79
Zmiany neuropatologiczne obserwowane w dotkniętym rdzeniu kręgowym obejmują początkowy obrzęk i nieregularność osłonki mielinowej otaczającej aksony komórek nerwowych (odwracalne), a następnie wyraźną demielinizację i utratę aksonów (nieodwracalne).80
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.