Spina bifida
Patofizjologia i mechanizm
Spina bifida to wrodzona wada rozwojowa wynikająca z niepełnego zamknięcia cewy nerwowej w okresie płodowym, prowadząca do uszkodzenia rdzenia kręgowego i nerwów. Patogeneza obejmuje złożone interakcje czynników genetycznych (m.in. polimorfizm genu MTHFR, mutacje genów Tfap2a, Irf6, Grhl3), środowiskowych (niedobór kwasu foliowego, otyłość matki, palenie, leki przeciwpadaczkowe, cukrzyca, hipertermia) oraz mechanizmów neuroinflamacyjnych. Teoria „dwóch uderzeń” opisuje pierwotne zaburzenie neurulacji przed 6. tygodniem ciąży oraz wtórne uszkodzenie odsłoniętej tkanki nerwowej przez płyn owodniowy i urazy mechaniczne. Spina bifida aperta wiąże się z wyciekiem płynu mózgowo-rdzeniowego, malformacją Chiari typu II, zmniejszeniem tylnego dołu czaszki, wodogłowiem (występującym u około 90% pacjentów) oraz powikłaniami neurologicznymi, takimi jak neurogenny pęcherz i jelita.
Patogeneza Spina Bifida
Spina bifida (rozszczep kręgosłupa) to wrodzona wada rozwojowa powstająca na skutek niepełnego zamknięcia cewy nerwowej w okresie rozwoju płodowego, prowadząca do różnego stopnia uszkodzenia rdzenia kręgowego i nerwów. Patogeneza tej wady jest złożona i obejmuje wzajemne oddziaływanie czynników genetycznych, środowiskowych i żywieniowych12.
Proces neurulacji
Proces neurulacji, czyli powstawania cewy nerwowej, jest kluczowym etapem w rozwoju układu nerwowego i odbywa się w dwóch fazach3:
- Neurulacja pierwotna – dotyczy zamknięcia cewy nerwowej, tworzącej mózg i rdzeń kręgowy
- Neurulacja wtórna – obejmuje formowanie ogonowych struktur cewy nerwowej, tworzących odcinki krzyżowe i guziczne
U ssaków, w tym człowieka, proces neurulacji jest nieciągły i zachodzi jednocześnie w wielu miejscach wzdłuż osi nerwowej. W najlepiej poznanym modelu mysim występują trzy punkty początkowe fuzji cewy nerwowej4. Brak zamknięcia w pierwszym punkcie (closure 1) może prowadzić do kraniorachischisis, podczas gdy niepowodzenie zamknięcia w pozostałych punktach powoduje eksencefalię i/lub anencefalię. Natomiast niepowodzenie postępu neurulacji od miejsca pierwszego zamknięcia w kierunku ogonowym prowadzi do spina bifida aperta4.
Teoria „dwóch uderzeń” w patogenezie spina bifida
Aktualnie dominującą teorią wyjaśniającą patogenezę spina bifida jest teoria „dwóch uderzeń” (two-hit hypothesis)56. Zgodnie z tą teorią:
- Pierwsze uderzenie – następuje na skutek zaburzenia neurulacji pierwotnej, gdy cewa nerwowa nie zamyka się prawidłowo przed 6. tygodniem ciąży
- Drugie uderzenie – związane jest z ekspozycją odsłoniętej tkanki nerwowej na płyn owodniowy lub bezpośredni uraz mechaniczny związany z ruchami płodu, co prowadzi do postępującego uszkodzenia neurologicznego78
Istnieją jednak alternatywne teorie dotyczące mechanizmu powstawania spina bifida9:
- Teoria zwiększonej ilości materiału grzebienia nerwowego w miejscu defektu, co uniemożliwia zamknięcie cewy nerwowej
- Teoria pęknięcia już zamkniętej cewy nerwowej – zwiększona przepuszczalność bruzdy rombowej prowadzi do większego wydzielania płynu mózgowo-rdzeniowego i zwiększonego ciśnienia wewnątrz cewy, powodując jej rozszerzenie i pęknięcie w najsłabszych miejscach (końcach głowowym i ogonowym)910
Patofizjologia spina bifida
W przypadku spina bifida aperta (otwartego rozszczepu kręgosłupa), niezamknięcie cewy nerwowej prowadzi do szeregu konsekwencji11:
- Wyciek płynu mózgowo-rdzeniowego przez otwór w kręgosłupie
- Utworzenie gradientu ssącego, prowadzącego do przemieszczenia struktur tyłomózgowia (malformacja Chiari typu II)
- Zmniejszenie tylnego dołu czaszki i móżdżku
- Rozwój wodogłowia u około 90% pacjentów1211
Malformacja Chiari typu II, charakteryzująca się przemieszczeniem dolnym robaka móżdżku do kanału kręgowego szyjnego przez otwór wielki, powoduje wydłużenie pnia mózgu i obliterację czwartej komory mózgu, prowadząc do zaburzeń krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego1113.
Rola czynników genetycznych w patogenezie spina bifida
Krajobraz genomowy w kontekście spina bifida jest różnorodny (model omnigeniczny)14. Badania wskazują na istotną rolę czynników genetycznych w zaburzeniu procesu neurulacji, w tym kilku zespołów chromosomowych i polimorfizmów genetycznych1516.
Istotnym genetycznym czynnikiem ryzyka jest polimorfizm genu kodującego enzym MTHFR, który uczestniczy w metabolizmie kwasu foliowego14. Badania wykazały również, że mutacje genetyczne powodujące rozszczep wargi i podniebienia mogą również przyczyniać się do wad cewy nerwowej, takich jak spina bifida15.
Badania na modelach mysich z spina bifida wskazują, że u podłoża tego stanu często leży genetyczna podstawa17. Zidentyfikowano sieć regulacyjną genów obejmującą Tfap2a, Irf6 i Grhl3, które są niezbędne do prawidłowej neurulacji16. Zaburzenia ekspresji tych genów mogą prowadzić do wad cewy nerwowej18.
Rola czynników środowiskowych
Najważniejszym czynnikiem środowiskowym związanym z rozwojem spina bifida jest niedobór kwasu foliowego317. Chociaż dokładny mechanizm działania kwasu foliowego w prewencji wad cewy nerwowej pozostaje nieznany, badania populacyjne wyraźnie wskazują na jego ochronne działanie1920.
Inne czynniki środowiskowe zwiększające ryzyko wystąpienia spina bifida to2122:
- Zwiększona masa ciała przed ciążą i otyłość matki
- Palenie tytoniu przez matkę
- Przyjmowanie niektórych leków, w szczególności przeciwpadaczkowych (np. kwas walproinowy)
- Choroby matki, takie jak cukrzyca
- Hipertermia (podwyższona temperatura ciała) w początkowym okresie ciąży22
Mechanizmy molekularne w patogenezie spina bifida
Badania nad profilami ekspresji mikroRNA (miRNA) wykazały dysregulację kilku miRNA w płynie owodniowym płodów z spina bifida23. Zaburzenia te mogą być związane z patogenezą spina bifida poprzez wpływ na procesy neurogenezy, odpowiedzi na stres oksydacyjny, metabolizm lipidów oraz transport i dystrybucję kwasu foliowego23.
Na poziomie komórkowym, zaburzenia w zamknięciu cewy nerwowej mogą wynikać z5:
- Nieefektywnej proliferacji komórek
- Zaburzeń apoptozy (programowanej śmierci komórkowej)
- Zaburzeń w kolektywnym ruchu komórek
- Rozpadu krytycznych połączeń międzykomórkowych5
W ostatnich latach badania wskazują również na rolę procesów neuroinflameacyjnych w patogenezie spina bifida. Wystąpienie neuroinflammacji po niepowodzeniu zamknięcia cewy nerwowej jest dobrze udokumentowane, jednak nie jest jasne, czy neuroinflammacja przyczynia się do uszkodzenia neuroepitelium przed i podczas zamykania cewy24.
Konsekwencje patofizjologiczne spina bifida
Konsekwencje patofizjologiczne spina bifida zależą od poziomu i rozległości wady oraz od typu rozszczepu11.
Postępujące uszkodzenie neurologiczne
Badania patomorfologiczne rdzeni kręgowych płodów z przepukliną oponowo-rdzeniową wykazują różny stopień utraty tkanki nerwowej w miejscu wady, ale prawidłowo wyglądające rogi grzbietowe i brzuszne powyżej zmiany25. Wskazuje to na prawidłowy wczesny rozwój embriogenetyczny, a niszczycielska rola wtórnego uszkodzenia odsłoniętej tkanki nerwowej podkreśla znaczenie teorii „dwóch uderzeń”25.
Uszkodzenie neurologiczne prowadzi zwykle do26:
- Neurogennego pęcherza i jelit, prowadzących do nietrzymania moczu i stolca
- Skurczu pęcherza powodującego wodonercze, infekcje i niewydolność nerek, co może być głównym czynnikiem determinującym długość życia pacjentów z spina bifida
Wodogłowie i malformacja Chiari typu II
Malformacja Chiari typu II występuje u większości pacjentów z przepukliną oponowo-rdzeniową i charakteryzuje się1127:
- Przemieszczeniem dolnym struktur tyłomózgowia
- Nieprawidłowościami pnia mózgu
- Nisko położonymi zatokami żylnymi
- Małym dołem tylnym
- Pewnym stopniem wodogłowia
Malformacja Chiari II ma szkodliwy wpływ na funkcje motoryczne, funkcje nerwów czaszkowych i funkcje poznawcze27. Wodogłowie rozwija się u ponad 90% niemowląt z przepukliną oponowo-rdzeniową i wymaga interwencji chirurgicznej (założenia zastawki)12.
Niewystarczająca dystrybucja embrionalnego układu komorowego może być uważana za przyczynę malformacji Chiari II u dzieci z przepukliną oponowo-rdzeniową25. Zmniejszenie objętości móżdżku u dzieci z przepukliną oponowo-rdzeniową reprezentuje rekonfigurację obejmującą powiększenie płata przedniego i zmniejszenie płata tylnego25.
Wady towarzyszące
Przepuklina oponowo-rdzeniowa często występuje wraz z wieloma wrodzonymi wadami innych układów26:
- Rozszczepy twarzy
- Wady serca
- Anomalie układu moczowo-płciowego
Anomalie układu moczowego, takie jak pojedyncza nerka lub zniekształcone moczowody, mogą przyczyniać się do zwiększonej chorobowości w obecności dysfunkcji neurogennego pęcherza26.
Nowe kierunki badań i podejścia terapeutyczne
Zrozumienie patogenezy spina bifida doprowadziło do rozwoju nowych podejść terapeutycznych, w tym chirurgii płodowej2829.
Chirurgia płodowa
Przełomowe badanie Management of Myelomeningocele Study (MOMS) wykazało, że prenatalna naprawa przepukliny oponowo-rdzeniowej może oferować znacznie lepsze wyniki niż tradycyjna naprawa poporodowa30. Korzyści z prenatalnej chirurgii obejmują2931:
- Zmniejszenie częstości występowania wodogłowia
- Zmniejszenie lub zapobieganie potrzebie założenia zastawki
- Poprawę funkcji kończyn dolnych
- Zapobieganie przepuklinie mózgu i malformacji Chiari II32
Fetoskopowa chirurgia płodowa w leczeniu spina bifida może prowadzić do dłuższego czasu trwania ciąży, poprawy wyników, niższego wskaźnika wodogłowia, zmniejszonej potrzeby zakładania zastawek i poprawy funkcji nóg w porównaniu z naprawą po urodzeniu31.
Nowe biomarkery
Analiza ekspresji mikroRNA w płynie owodniowym może służyć jako potencjalne narzędzie do prenatalnej diagnostyki spina bifida33. Panel przesiewowy obejmujący miR-205-5p + miR-362-5p i miR-320e może zostać wprowadzony jako potencjalne narzędzie do prenatalnego badania przesiewowego surowicy matki w kierunku spina bifida33.
Charakterystyka sieci regulacyjnej miRNA i genów docelowych w płynie owodniowym jest ważna dla badania szlaków, które przyczyniają się do lepszego zrozumienia patogenezy spina bifida33.
Zapobieganie spina bifida
Na podstawie zrozumienia patogenezy spina bifida, opracowano strategie zapobiegania tej wadzie34:
- Suplementacja kwasem foliowym przed poczęciem i w pierwszym trymestrze ciąży
- Zalecana dawka 400 mikrogramów kwasu foliowego dziennie dla wszystkich kobiet, a 5 mg dla kobiet z grupy podwyższonego ryzyka (z nadwagą, leczonych przeciwpadaczkowo, z cukrzycą lub spodziewających się bliźniąt/trojaczków)34
- Kontrola cukrzycy przed zajściem w ciążę
- Unikanie leków przeciwpadaczkowych, takich jak kwas walproinowy, podczas ciąży35
Badania na modelach mysich wykazały, że niektóre przypadki spina bifida są oporne na kwas foliowy, podobnie jak uważa się, że dzieje się to w przypadku 30% ludzkich wad cewy nerwowej, podczas gdy można im zapobiec przez myo-inozytol36. Ta i inne cechy wad cewy nerwowej w tym systemie wykazują uderzające podobieństwa do sytuacji u ludzi, czyniąc model mysi przydatnym narzędziem do zrozumienia podtypu wad cewy nerwowej u ludzi opornych na kwas foliowy36.
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.