Kafeinol: działanie neuroprotekcyjne w udarze niedokrwiennym
advertisement
PRACE POGLĄDOWE Jerzy BEDNARSKI1 Karolina GASIŃSKA1 Tomasz STRASZEWSKI2 Magdalena GODEK3 Piotr TUTKA4,5 Kafeinol: działanie neuroprotekcyjne w udarze niedokrwiennym mózgu Katedra i Klinika Rehabilitacji i Ortopedii, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Lublin Kierownik jednostki: Prof. dr hab. med. Mirosław Jabłoński Kafeinol – powstały w wyniku połączenia etanolu i kofeiny w odpowiednich stężeniach – wywiera działanie neuroprotekcyjne i przeciwdrgawkowe. Badania przeprowadzone na szczurach w modelach uszkodzenia niedokrwiennego mózgu wykazały, że kafeinol zmniejsza objętość zawału korowego o około 80%, poprawia koordynację motoryczną oraz pamięć. Korzystne efekty terapeutyczne były tym większe, im wcześniej podano kafeinol. Ponadto lek może być bezpiecznie kojarzony z innymi metodami, stosowanymi w leczeniu udarów, takimi jak hipotermia i tromboliza, co dodatkowo zwiększa jego działanie neuroprotekcyjne. Badania u ludzi wykazały, że kafeinol jest mniej skuteczny jako środek neuroochronny w przypadku pacjentów nadużywających alkoholu, podczas gdy przewlekłe spożywanie kofeiny nie wpływa na jego efektywność. Mechanizm działania kafeinolu jest jeszcze nieznany, ale przypuszcza się, że polega na antagonizmie receptorów NMDA. Z uwagi na fakt, iż większość udarów mózgu u człowieka dotyczy obszarów podkorowych, uzasadnione jest prowadzenie dalszych badań nad kafeinolem, obejmujących także inne struktury mózgowe, które pozwolą na jego określenie jego zastosowania w praktyce klinicznej. Caffeinol – a combination of ethanol and caffeine in appropriate concentrations- exerts neuroprotective and anticonvulsive action. Research conducted on rats in models of ischemic brain damage have shown that caffeinol decreases the size of cortical damage by about 80%, improves motional coordination and memory. The sooner caffeinol was administered, the better were beneficial therapeutic effects. What is more, the medicine may be safely combined with other methods used in stroke treatment, such as hypothermia and thrombolysis, what additionally increases its neuroprotective influence. Research on people have shown that caffeinol is less effective as neuroprotective agent in patients abusing alcohol, while chronic intake of caffeine does not influence its activity. Mechanism of its activity is not known yet, however, it is assumed that it bases on an antagonism of NMDA receptors. Regarding the fact that the most of strokes in humans concern subcortical areas, it is justified to conduct further research on caffeinol, which would involve other brain structures, thus alllowing to define its use in clinical practice. Wprowadzenie Etanol i kofeina to popularne używki psychostymulujące, które silnie wpływają na ośrodkowy układ nerwowy. Obie substancje wykazują wielokierunkowe działanie farmakologiczne, lecz różnią się między sobą m.in. wpływem na korę mózgową. W warunkach niedokrwiennego uszkodzenia mózgu etanol pogłębia istniejące uszkodzenie, podczas gdy kofeina nie wykazuje takiego działania [1]. Z drugiej jednak strony, udowodniono, że odpowiednie stężenia etanolu i kofeiny – zastosowane łącznie jako kafeinol (ang. caffeinol) – chronią korę mózgową. Neuroprotekcyjny efekt działania kafeinolu na świeże ogniska niedokrwienne w udarze mózgu potwierdzają badania przeprowadzone na szczurach [1-3], a także u ludzi [4]. Wykazały one, że kafeinol zmniejsza rozmiar zawału oraz ogranicza początkowe zaburzenia behawioralne, powstające pod wpływem niedokrwienia. Mechanizm neuroprotekcyjnego działania kafeinolu nie jest jeszcze do końca poznany. Wiadomo, że naczyniopochodne uszkodzenie mózgu jest częstą przyczyną występowania drgawek [5]. Proces powstawania i rozprzestrzeniania się drgawek towarzyszących tego rodzaju uszkodzeniu mózgu nie jest dokładnie wyjaśniony. Badania doświadczalne dowiodły, iż związki o działaniu neuroprotekcyjnym, takie jak: fosfenytoina, nimodypina, cytydynodifosforan choliny, repinotan, riluzol, mannitol, glicerol, mogą hamować aktywność drgawkową [6]. Nasuwa się więc pytanie, czy kafeinol poprzez swoje działanie neuroprotekcyjne także może zmniejszać aktywność drgawkową, związaną z naczyniopochodnym uszkodzeniem mózgu? Praca przedstawia stan wiedzy, dotyczącej potencjalnego zastosowania kafeinolu u pacjentów po udarze mózgu, ze szczególnym uwzględnieniem roli neuroprotekcyjnego działania kafeinolu w procesach drgawkowych. W pierwszej części przed- 1 Oddział Neurologiczny II, Szpital Neuropsychiatryczny Kierownik jednostki: Dr n. med. Jerzy Barycki 2 Katedra i Klinika Neurologii, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Lublin Kierownik jednostki: Prof. dr hab. med. Konrad Rejdak 3 Zakład Farmakologii, Uniwersytet Rzeszowski, Rzeszów Kierownik jednostki: Prof. dr hab. n. med. Piotr Tutka 4 Pracownia Badań nad Lekiem, Przyrodniczo-Medyczne Centrum Badań Innowacyjnych, Uniwersytet Rzeszowski, Rzeszów 5 Dodatkowe słowa kluczowe: kafeinol neuroprotekcja drgawki udar niedokrwienie mózgu Additional key words: caffeinol neuroprotection convulsions stroke brain ischemia Adres do korespondencji: Prof. dr hab. n.med. Piotr Tutka Zakład Farmakologii, Uniwersytet Rzeszowski Al. Rejtana 16c, 35-959, Rzeszów Tel: +48 600 816 066 E-mail: [email protected] [email protected] Przegląd Lekarski 2015 / 72 / 11 Caffeinol: a neuroprotective action in ischemic brain damage 677 stawiono krótką charakterystykę aktywności drgawkowej, będącej następstwem naczyniopochodnego uszkodzenia mózgu, a także znaczenie kory mózgowej w generowaniu tej aktywności. W dalszej części przedstawiono dane na temat neuroprotekcyjnego działania kafeinolu oraz przedyskutowano możliwości jego zastosowania w praktyce klinicznej. Aktywność drgawkowa u pacjentów z naczyniopochodnym uszkodzeniem mózgu Naczyniopochodne uszkodzenie mózgu stanowi przyczynę 13-15% przypadków napadów padaczkowych [7], a u pacjentów powyżej 50-tego roku życia jest ich najczęstszym podłożem [8]. U pacjentów z udarem mózgu napady drgawek mogą pojawić się w ciągu pierwszych 3 dni po incydencie udarowym, i wówczas mówi się o tzw. napadach wczesnych, albo występować (i powtarzać się) po upływie co najmniej 14 dni od incydentu jako tzw. napady późne. Napady wczesne obserwuje się u 2,5–5,7% chorych z udarem mózgu [8]. U 40% osób jest to pojedynczy napad padaczkowy, a u 60% napady mnogie [9]. Jednak pojęcie padaczki poudarowej odnosi się przede wszystkim do napadów późnych. Prawdopodobieństwo pojawienia się tego typu napadów wynosi 5% w ciągu pierwszego roku po udarze i 1–2% w każdym kolejnym roku [10]. Patofizjologiczne następstwa uszkodzenia mózgu, które przyczyniają się do rozwoju drgawek, nie są w pełni poznane [11]. Istotne znaczenie dla ryzyka powstania napadów padaczkowych ma charakter naczyniopochodnego uszkodzenia mózgu. Znacznie częściej stanowią one powikłanie udaru krwotocznego (3–25%) niż niedokrwiennego (5–10%) [12]. Wykazano, że występowanie drgawek wiąże się z nieprawidłowym funkcjonowaniem kory mózgowej. W pracach Teasella i wsp. [1999] stwierdzono, że zaangażowanie kory mózgowej w patogenezę drgawek występuje u większości pacjentów z drgawkami poudarowymi [13]. Pacjenci z uszkodzeniami kory są bardziej predysponowani do wystąpienia drgawek poudarowych niż ci, u których takiego uszkodzenia nie było [14]. Ryzyko wystąpienia drgawek rośnie wraz ze wzrostem obszaru udaru w korze oraz ilości płatów, których dotyczył udar [15]. Napad padaczkowy, występujący w przebiegu udaru mózgu – w odniesieniu do ogólnego stanu chorego, głębokości deficytu neurologicznego oraz śmiertelności – uznaje się zazwyczaj za niepomyślny czynnik rokowniczy [16]. Rola kory mózgowej w procesach pobudliwości drgawkowej Uszkodzenie kory mózgowej i spowodowana nim aktywność drgawkowa wiążą się z głębokimi zaburzeniami w wytwarzaniu, uwalnianiu i działaniu różnych neuroprzekaźników. Szczególnie dużo danych eksperymentalnych zgromadzono na temat znaczenia układu GABA (kwas γ-aminomasłowy)-ergicznego w procesach pobudliwości drgawkowej. W badaniach ludzkiej tkanki mózgowej osób cierpiących na padaczkę wykazano ograniczenie hamującego działania układu GABA wyrażające 678 się: spadkiem aktywności dekarboksylazy glutaminianowej (GAD), enzymu uczestniczącego w syntezie GABA, zmniejszeniem ilości GABA w płynie mózgowo-rdzeniowym i tkance mózgowej oraz osłabieniem wiązania neuroprzekaźników z receptorami GABAA [17]. Hamującą rolę układu GABAergicznego potwierdziły badania Juhásza i wsp. [2009], którzy wykazali zmniejszoną gęstość receptorów GABAA w tych obszarach kory mózgowej, które były najbardziej aktywne drgawkowo [18]. Przeciwdrgawkowe właściwości agonistów receptorów GABAA udokumentowano również u ludzi [19]. Przykładem może być wigabatryna, która jest nieodwracalnym inhibitorem transaminazy GABA (GABA-T), enzymu uczestniczącego w degradacji GABA, a także tiagabina, blokująca wychwyt zwrotny GABA przez neurony i komórki glejowe [20]. Z kolei blokada receptora GABAA, przy wykorzystaniu antagonisty – bikukuliny, powoduje u myszy efekt odwrotny, tj. znaczny wzrost występowania spontanicznej aktywności drgawkowej [21]. Interesująca wydaje się także rola adenozyny w regulacji powstawania drgawek. Adenozyna jest endogennym modulatorem funkcjonowania mózgu, który działa poprzez odpowiednie receptory. Neuromodulujące receptory adenozynowe A1 występują licznie w korze mózgowej, móżdżku i hipokampie. Natomiast wykazujące mniejszą ekspresję receptory A2, znajdują się w jądrze półleżącym, prążkowiu i pniu mózgu [22]. Adenozyna wiążąc się z receptorami A1 wywiera działanie przeciwdrgawkowe [23]. Zostało to potwierdzone w licznych badaniach, przeprowadzonych głównie w modelach zwierzęcych. Williams-Karnesky i wsp. [24] za pomocą silikonowych implantów wprowadzali przez ponad 10 dni określoną dawkę adenozyny do mózgu szczurów chorujących na padaczkę. Zaobserwowano, że taka terapia odwracała hipermetylację DNA, stwierdzoną uprzednio w mózgach zwierząt i zapobiegała progresji padaczki przez co najmniej 3 miesiące. Ponadto Hamil i wsp. [2012] udokumentowali w badaniach w modelach zwierzęcych stanu padaczkowego, iż wzrost zewnątrzkomórkowego stężenia adenozyny koreluje z momentem wygaśnięcia drgawek. Dowiedli również, że przedłużający się napad drgawek może doprowadzić do zmian w budowie receptorów A1. Skutkiem tego jest progresja ze stanu padaczkowego samowygaszającego do stanu samopodtrzymującego się [20]. Przypuszcza się, że zwiększenie poziomu adenozyny w ostrym stanie poudarowym może wywołać nadmierną stymulację receptorów A2 w pniu mózgu, doprowadzając do centralnego bezdechu oraz zahamowania funkcji przepony. Tak próbuje się tłumaczyć zjawisko nagłego zgonu w trakcie napadu padaczkowego (SUDEP – ang. Sudden Unexpected Death in Epilepsy) [25]. Zaobserwowano, iż długotrwałe napady padaczkowe modyfikują ilość receptorów adenozynowych w korze mózgowej szczurów. Dochodzi do spadku gęstości występowania receptorów A1 i wzrostu gęstości receptorów A2 [26]. To zjawisko może sugerować, iż bardziej obiecujący jako potencjalne leki przeciwdrgawkowe mogą być antagoniści receptorów A2 niż agoniści receptorów A1 [26]. Roseti i wsp. [2008] wykazali, że właściwości przeciwdrgawkowe adenozyny wiążą się nie tylko z jej działaniem na receptory A1, ale mogą także być wynikiem zmniejszenia wychwytu zwrotnego GABA [27]. Poszukując nowych leków o właściwościach przeciwdrgawkowych, warto więc zwrócić uwagę na związki działające na receptory GABAA i receptory adenozynowe A1, które znajdują się w korze mózgowej. Takie warunki może spełniać kafeinol. Mechanizm działania kafeinolu Mechanizm działania kafeinolu nie jest jeszcze do końca wyjaśniony. Natomiast znane jest działanie farmakologiczne związków, z których on powstaje, czyli etanolu i kofeiny. Etanol w organizmie wywiera wielorakie działania, wśród których szczególnie istotne jest jego działanie w ośrodkowym układzie nerwowym. Początkowo działa on na układ nagrody, następnie wywołuje tolerancję i w końcu uzależnienie – zarówno psychiczne, jak i fizyczne [28]. Zmiany behawioralne są spowodowane interakcją etanolu z neuroprzekaźnikami, oddziałującymi na receptory w mózgu, głównie na receptory GABAA. Receptory GABAA są zbudowane z homologicznych podjednostek α, β, δ, γ, ϵ i ρ [29]. Zaobserwowano, że etanol w pojedynczej dawce – poprzez wpływ na podtyp γ2L – znacznie ułatwia oddziaływanie GABA na własny receptor [26]. Natomiast przewlekła ekspozycja na etanol powoduje zmiany w syntezie i ekspresji subpopulacji izoreceptorów GABAA. Dochodzi do zmniejszenia ilości receptorów podtypu α1, α2 i α3 oraz zwiększenia ilości α4, β1, β2, β3, γ1 i γ2 w korze mózgowej [30]. Ostatnie badania sugerują, że nasilenie czynności receptorów GABAA pod wpływem etanolu łączy się z zablokowaniem receptorów GABAB [31]. Ponadto przewlekłe spożywanie etanolu hamuje aktywność GAD, odpowiadającej za syntezę GABA, i stymuluje aktywność GABA-T powodującej degradację tego neuroprzekaźnika. W przeciwieństwie do przewlekłej ekspozycji, ostre nadużycie etanolu aktywuje GAD, ale nie wpływa na GABA-T [28]. Etanol jest słabym antagonistą receptorów kwasu N-metylo-D-asparaginowego (NMDA) i kanałów wapniowych. Jednakże, w wyniku długotrwałej ekspozycji na etanol, dochodzi do wzrostu liczby receptorów NMDA w pewnych obszarach mózgu (np. w hipokampie) oraz liczby kanałów wapniowych typu L, co nasila napływ wapnia do komórek. Wszystkie te zjawiska prowadzą do zwiększenia pobudliwości ośrodkowego układu nerwowego i obniżenia progu drgawkowego po odstawieniu etanolu [32]. Wykazano, że etanol zmienia strukturę lipidową błony komórkowej neuronów i astrocytów, powodując jej zwiększoną płynność. Efektem tego jest zaburzenie czynności kanałów jonowych [33]. Ponadto badania przeprowadzone na szczurach ujawniły, że etanol wywołuje skurcz naczyń żylnych oraz zwiększa adhezję leukocytów do ścian naczyń w sposób zależny od dawki [34]. Umiarkowane dawki etanolu prowadziły do przenikania leukocytów i makrofagów przez J. Bednarski i wsp. ściany naczyń, natomiast duże dawki skutkowały przełamaniem bariery krew-mózg i powstawaniem krwotoków punktowych. Dochodziło także do masywnej migracji leukocytów, makrofagów i erytrocytów do tkanek. Małe dawki etanolu w niewielkim stopniu wpływały na nasilenie przemieszczania się leukocytów [34]. Inne badania w modelach zwierzęcych potwierdziły, że przewlekłe spożywanie alkoholu może indukować morfologiczne i biomechaniczne zmiany w naczyniach mózgowych, skutkując znacznym zmniejszeniem grubości ścian małych tętnic podpajęczynówkowych [35]. Może to być powodem krwawień podpajęczynówkowych. Zwiększone ryzyko krwawień podpajęczynówkowych zostało także udowodnione w badaniach przeprowadzonych u ludzi [36]. Innym interesującym działaniem etanolu jest wpływ na procesy degeneracyjne. Etanol przyspiesza neurodegenerację mózgu. Proces ten jest związany ze stresem oksydacyjnym, wzrostem mobilizacji kwasu arachidonowego i cytokin prozapalnych oraz spadkiem aktywności cytokin przeciwzapalnych [37]. Kofeina jest kompetytywnym antagonistą receptorów adenozynowych A1 i A2 [38]. Przewlekłe podawanie kofeiny zwiększa liczbę receptorów adenozynowych w przedniej części podwzgórza, jądrze podwzgórzowym brzuszno-przyśrodkowym, jądrze okołoramieniowym bocznym i przyśrodkowym oraz w brzuszno-bocznym rdzeniu kręgowym [39]. Wzrost liczby receptorów adenozynowych pod wpływem kofeiny powoduje zwiększenie wrażliwości komórek na adenozynę. Udowodniono, że adenozyna, której stężenie zewnątrzkomórkowe w czasie niedokrwienia rośnie, pobudza angiogenezę i ma działanie neuroprotekcyjne [40]. Tak więc kofeina, poprzez „regulację w górę” receptorów adenozynowych, pośrednio przyczynia się do wywierania efektu ochronnego na tkankę nerwową. Oprócz działania na ośrodkowy układ nerwowy kofeina wykazuje szereg efektów obwodowych. Istotnym działaniem kofeiny jest działanie arytmogenne, zwłaszcza przy współistnieniu czynników predysponujących, takich jak nadciśnienie tętnicze i bloki odnóg pęczka Hisa. Badania wykazały, że częste spożywanie produktów, zawierających dużą ilość kofeiny, zwiększa ryzyko wystąpienia komorowych i nadkomorowych zaburzeń rytmu serca [41]. Wzbudziło to obawy związane ze stosowaniem kafeinolu. Wykazano jednak, że arytmie, występujące wśród pacjentów przyjmujących kofeinol, nie były bezpośrednio spowodowane działaniem leku, lecz istniały już przed rozpoczęciem jego przyjmowania. Kafeinol wydaje się zatem być bezpieczny, również u pacjentów z powikłaniami kardiologicznymi [4]. Neuroprotekcyjne działanie kafeinolu Badania w modelach zwierzęcych wykazały, że kafeinol wywiera działanie neuroprotekcyjne. U szczurów nawet niewielkie dawki kafeinolu skutecznie zmniejszały uszkodzenie mózgu, zarówno wywołane przez niedokrwienie, jak i uraz. U zwierząt, którym zamknięto na 2 godziny tętnicę środkową mózgu, a następnie podano kafeinol Przegląd Lekarski 2015 / 72 / 11 (w postaci łącznego zastosowania etanolu w dawce 0,33 g/kg m.c. i kofeiny w dawce 10 mg/kg m.c.) w ciągłym wlewie (z szybkością 1 ml/godzinę przez 2,5 godziny, zaczynając po 15 minutach od reperfuzji) wykazano, że objętość kory mózgowej objętej zawałem zmniejszyła się o 82%, a całkowita objętość zawału (korowego i podkorowego) o 52%. Objętość zawału podkorowego i towarzyszący obrzęk mózgu nie uległy zmianie [2]. Wyniki te pozwalają przypuszczać, że kafeinol wywiera działanie neuroprotekcyjne wyłącznie na korę mózgu. Poprawa stanu zdrowia została potwierdzona w badaniach neurologicznych oraz histopatologicznych. W innych doświadczeniach wykorzystano szczury, którym podawano etanol (0,65 g/ kg m.c.) z kofeiną (10 mg/kg m.c.) 15 minut po odwracalnym zamknięciu tętnicy środkowej mózgu. U zwierząt stwierdzono zmniejszenie obszaru korowego niedokrwienia o ponad 80%, poprawę koordynacji motorycznej oraz pamięci. Gdy kafeinol zastosowano po upływie 6 godzin od wywołania uszkodzenia mózgu, nie zaobserwowano działania neuroprotekcyjnego ani korzystnego wpływu na pamięć. Dowodzi to, że wczesne podanie kafeinolu jest bardzo istotne dla uzyskania efektów terapeutycznych [42]. Mimo istnienia dowodów na neuroochronny wpływ kafeinolu, mechanizm takiego działania nie został jeszcze wyjaśniony. Wysunięto hipotezę, iż może ono wynikać z interakcji kafeinolu z układem aminokwasów pobudzających w mózgu. Wiadomo bowiem, że podczas niedokrwienia i reperfuzji dochodzi do uwolnienia dużej ilości glutaminianu do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, co powoduje aktywację receptorów NMDA. Receptory NMDA kontrolują kanał przepuszczalny dla jonów wapnia. Nadmiar glutaminianu sprawia, że kanał wapniowy pozostaje otwarty przez długi czas, w efekcie czego znacznie zwiększa się poziom wapnia w komórce. Skutkuje to aktywacją syntazy tlenku azotu (iNOS) i kinazy białkowej C. Powstający pod wpływem iNOS tlenek azotu, w połączeniu z wolnymi rodnikami, uszkadza mitochondria neuronów. W tym samym czasie kinaza białkowa C aktywuje fosfolipazę A2 w błonie komórkowej, co powoduje uwalnianie kwasu arachidonowego do cytozolu, gdzie jest przekształcany do eikozanoidów przy udziale lipoksygenazy i cyklooksygenazy. Szczególnie niekorzystny efekt wywiera cyklooksygenaza 2 w neuronach glutaminergicznych, powodująca gromadzenie prostaglandyn PGE2 i PGD2 o właściwościach prozapalnych. Kumulacja eikozanoidów prowadzi do produkowania wolnych rodników, które wchodzą w interakcje z błonami biologicznymi i niszczą je [43]. Powyższe procesy wyjaśniają mechanizm neurocytotoksycznego działania glutaminianu. Zhao i wsp. [2010] wykorzystali w swoich badaniach nad kafeinolem dwa modele badawcze: model ekscytotoksyczności wywołanej jednorazowym wstrzyknięciem NMDA do kory mózgu oraz model odwracalnego niedokrwienia uzyskanego przez zamknięcie tętnicy środkowej mózgu przez okres 180 minut. Zaobserwowali, iż objętość uszkodzenia mózgu była o 43% mniejsza, gdy przed zastosowaniem NMDA podano kafeinol (w postaci łącznego zastosowania etanolu w dawce 0,325 g/kg m.c. i kofeiny w dawce 10 mg/kg m.c.) [24]. Można zatem przypuszczać, że redukcja obszaru niedokrwienia, spowodowana przez kafeinol, wynika z zablokowania receptorów NMDA. Hipotezę tę potwierdza fakt, że podanie niekompetytywnego antagonisty receptora NMDA 15 minut przed uszkodzeniem mózgu wywołanym NMDA zmniejszało objętość uszkodzenia o 72% [24]. Wiadomo, że etanol, zastosowany samodzielnie, wywiera działanie antagonistyczne na receptory NMDA [44]. Sugerowałoby to, że właśnie ten składnik kafeinolu odpowiada za jego działanie neuroprotekcyjne. Przeczą temu jednak wyniki innych badań, według których etanol nie wpływa na ognisko niedokrwienne [24] lub nawet je powiększa [45]. Kluczową rolę należałoby zatem przypisać kofeinie. Wprawdzie udowodniono, że samodzielnie podana nie działa korzystnie w modelu niedokrwiennym, lecz razem z niekompetytywnym antagonistą receptora NMDA, powoduje redukcję objętości zawału aż o 91% [1]. Kofeina mogłaby zatem „neutralizować” szkodliwe działanie etanolu w kafeinolu, wywierając tym samym silny efekt przeciwniedokrwienny i neuroprotekcyjny. Powyższe próby wyjaśnienia działania neuroochronnego kafeinolu są jedynie hipotetyczne, gdyż dotychczas nie przedstawiono jednoznacznych dowodów wskazujących na to, który składnik kafeinolu odpowiada za to działanie. W badaniach przeprowadzonych przez Aronowskiego i wsp. [2003] w modelach udaru niedokrwiennego u szczurów wykazano, że kafeinol może być bezpiecznie kojarzony z innymi terapiami stosowanymi w leczeniu udarów. Jednoczesne zastosowanie leku wraz z hipotermią zwiększało jego działanie neuroprotekcyjne, natomiast kafeinol podany z rekombinowanym tkankowym aktywatorem plazminogenu (ang. rtPA – recombinant tissue Plasminogen Activator) nie wywoływał żadnych niekorzystnych interakcji. Hipotermię (35°C) u zwierząt wywołano, umieszczając je w pokruszonym lodzie 60 minut po zamknięciu tętnicy środkowej mózgu. Czas utrzymywania hipotermii wynosił 4 godziny. Dożylne leczenie kafeinolem rozpoczęto po upływie 1 godziny od początku niedokrwienia, trwającego 180 minut, i kontynuowano przez 2,5 godziny. Zmierzone objętości zawału wynosiły: 73.8 mm3 w przypadku zastosowania samej hipotermii, 81.7 mm3 w przypadku samego kafeinolu oraz 33.4 mm3 przy połączeniu hipotermii z kafeinolem. Wyniki te potwierdzają, iż połączenie obu metod terapeutycznych wywiera korzystny wpływ i znacznie zmniejsza objętość ogniska niedokrwiennego. W drugiej próbie badano wpływ kafeinolu na działanie rtPA. Kafeinol (etanol w dawce 0.2 g/kg m.c. i kofeina w dawce 10 mg/kg m.c.) zaczęto podawać 15 minut od początku niedokrwienia i kontynuowano przez 2 godziny i 45 minut w ciągłym wlewie. Leczenie rtPA zastosowano po upływie 15 minut od reperfuzji w dawce 5 mg/kg m.c. (jednorazowe wstrzyknięcie dawki 2.5 mg/ kg m.c., a następnie 30-minutowy wlew w dawce 5 mg/kg m.c./godz.). Wykazano, że 679 jednoczesne podanie kafeinolu i rtPA nie zwiększało śmiertelności szczurów w porównaniu z grupą kontrolną. Badaniem mikroskopowym na obecność krwi w miąższu mózgu po 24 godzinach od śmierci zwierząt ujawniono obecność krwi u 86.6% zwierząt w przypadku grupy kontrolnej i u 54.5% zwierząt w przypadku użycia kafeinolu i rtPA. Wyniki te udowodniły, że kafeinol nie nasilał krwotoków indukowanych przez rtPA [46]. Doświadczenia przeprowadzone na królikach nie potwierdziły wyników uzyskanych u szczurów. Kafeinol u królików nie działał neuroprotekcyjnie, a podany razem z rtPA prowadził do krwotoków śródmózgowych [47,48]. W badaniach Lapchaka i wsp. [2004] w modelach udaru mózgu wywołanego zatorem królikom podawano kafeinol w 2-godzinnym wlewie, rozpoczynając po upływie 15 minut od spowodowania zatorowości, zaś rtPA w dawce 0.9 mg/kg m.c. 60 minut po wytworzeniu zatorowości. Badania te ukazały, że wartość wskaźnika P50, wyrażającego masę zakrzepu potrzebną do spowodowania udaru, była o 47–59% niższa w przypadku połączenia kafeinolu i rtPA w porównaniu do wartości wskaźnika P50 dla rtPA i kafeinolu zastosowanych osobno. Ponadto połączenie kafeinolu i rtPA zwiększało częstość krwotoków śródmózgowych [48]. Przyczyną niekorzystnych skutków mogła być obecność etanolu, który ma zdolność do wywoływania hipoksji i kwasicy, a także sprzyja pękaniu mikronaczyń i powstawaniu mikrokrwotoków [1]. W innych badaniach, obejmujących grupę 20 pacjentów z ostrym udarem niedokrwiennym mózgu, zastosowano połączenie kafeinolu, hipotermii i rtPA. Kafeinol zawierał etanol w dawce 0.4 g/kg m.c. oraz kofeinę w dawce 8-9 mg/kg m.c. Podawano go po upływie 4 godzin od pierwszych objawów udaru mózgu. Hipotermię (temp. docelowa 33-35°C) rozpoczęto po upływie 5 godzin od manifestacji klinicznej udaru mózgu i kontynuowano przez 24 godziny, po czym zastosowano ogrzewanie, trwające 12 godzin. 70% pacjentów otrzymało dożylnie standardową dawkę rtPA. Wyniki potwierdziły, iż powyższa kombinacja postępowania jest bezpieczna dla pacjentów. Nie wykazano zwiększonego krwotoku w mózgu spowodowanego podaniem rtPA [49]. Odmienność wyników badań w modelach zwierzęcych i u ludzi dowodzi, iż ochronny wpływ kafeinolu na komórki nerwowe wykazuje istotne różnice międzygatunkowe. Interesujący jest fakt, iż kafeinol jest mniej skuteczny jako środek neuroochronny w przypadku pacjentów nadużywających alkoholu [1]. Przypuszcza się, że może to być spowodowane wytwarzaniem się tolerancji na etanol, która eliminuje neuroprotekcyjne działanie kafeinolu [1]. W przypadku przewlekłego spożywania kofeiny, zachodzące w organizmie zmiany adaptacyjne nie są wystarczające do inaktywowania leku. Wykazano, że kafeinol może redukować uszkodzenie niedokrwienne mózgu w małych, nietoksycznych dawkach. Dawka etanolu wystarczająca do wywołania neuroprotekcji wynosi 0,2 g/kg m.c., natomiast kofeiny 6 mg/kg m.c., co odpowiada zawartości kofeiny w 2-3 filiżankach mocnej kawy [1]. 680 Inne badania wykazały, że do wywołania uogólnionej reakcji stresowej w organizmie potrzeba dawki kofeiny sięgającej 50-100 mg/kg m.c. [32]. Fakt ten potwierdza, że dawka kofeiny stosowana w kafeinolu jest bezpieczna i nie powoduje istotnych działań niepożądanych. Podsumowanie Wyniki badań przedklinicznych w różnych modelach niedokrwiennego uszkodzenia mózgu (głównie u szczurów) wskazują, że kafeinol istotnie zmniejsza uszkodzenia tkanki mózgowej. Wydaje się, że takie działanie kafeinolu zachodzi w korze mózgowej i wynika z jego właściwości neuroprotekcyjnych. Z uwagi na fakt, iż większość udarów mózgu u człowieka dotyczy obszarów podkorowych, uzasadnione jest prowadzenie dalszych badań z wykorzystaniem kafeinolu, obejmujących także inne struktury mózgowe. Działanie neuroochronne kafeinolu wykazuje znaczne różnice międzygatunkowe. Mechanizm tego działania nie został jeszcze dokładnie poznany. Dotychczas uzyskane dane wskazują, że kafeinol należy traktować jako substancję bardzo atrakcyjną z medycznego punktu widzenia, która może znaleźć zastosowanie w praktyce klinicznej jako lek u pacjentów z udarem niedokrwiennym mózgu. Obecnie jednak z powodu zbyt małej ilości badań u ludzi nie można wyciągnąć jednoznacznych wniosków dotyczących jego użycia w konkretnych sytuacjach klinicznych. Wymagane zatem są dalsze badania kliniczne. Piśmiennictwo 1. Aronowski J, Strong R, Shirzadi A, Grotta JC: Ethanol plus caffeine (caffeinol) for treatment of ischemic stroke: preclinical experience. Stroke 2003; 34: 1246-1251. 2. Belayev L, Khoutorova L, Zhang Y, Belayev A, Zhao W. et al: Caffeinol confers cortical but not subcortical neuroprotection after transient focal cerebral ischemia in rats. Brain Res. 2004; 1008: 278-283. 3. Zhao X, Liu S.J, Zhang J, Strong R, Aronowski J, Grotta JC: Combining insulin like growth factor derivatives plus caffeinol produces robust neuroprotection after stroke in rats. Stroke 2005; 36: 129-134. 4. Piriyawat P, Labiche LA, Burgin WS, Aronowski JA, Grotta JC: Pilot dose escalation study of caffeine plus ethanol (caffeinol) in acute ischemic stroke. Stroke 2003; 34: 1242-1245. 5. Creutzfeldt CJ, Tirschwell DL, Kim LJ, Schubert GB, Longstreth WT Jr, Becker KJ: Seizures after decompressive hemicraniectomy for ischaemic stroke. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2014; 85: 721-725. 6. Członkowska A, Mirowska-Guzel1 D, Członkowski A: Neuroprotection in ischemic stroke – successes and fails. Neuropsychiatria i Neuropsychologia. 2007; 2: 66-70. 7. Ryglewicz D: Padaczka wieku starszego. Pol Prz Neurol. 2005; 1: 49–52. 8. Pokryszko-Dragan A, Bilińska M: Padaczka po udarze mózgu. Udar Mózgu. 2002; 4: 69-71. 9. Guberman A, Bruni J: Etiology of epilepsy. Essentials of Clinical Epilepsy. Butterworth-Heinemann, Boston 1999. 10. Zagrajek MM, Pokryszko-Dragan A, Bilińska M: Padaczka u osób w podeszłym wieku. Wiad Lek. 2006; 59: 5-6. 11. Kelly KM: Animal modeling of poststroke seizures and epilepsy: 5-year update. Epilepsy Curr. 2007; 7: 159-162. 12. So EL, Annegers JF, Hauser WA, O’Brien PC, Whisnant JP: Population-based study of seizure disorders after cerebral infarction. Neurology. 1996; 46: 350-355. 13. Teasell RW, McRae MP, Wiebe S: Poststroke seizures in stroke rehabilitation patients. J Stroke Cerebrovasc. 1999; 8: 84-87. 14. Bladin CF, Alexandrov AV, Bellavance A, Bornstein N, Chambers B. et al: Seizures after stroke: a prospective multicenter study. Arch Neurol. 2000; 57: 1617-1622. 15. Silverman IE, Restrepo L, Mathews GC: Poststroke seizures. Arch Neurol. 2002; 59: 195-201. 16. Prusiński A: Rokowanie w udarach niedokrwiennych mózgu. Niedokrwienne udary mózgu. Alfa-medica press, Bielsko-Biała 1999. 17. Treiman DM: GABAergic mechanisms in epilepsy. Epilepsia. 2001; 42: 8-12. 18. Juhász C, Asano E, Shah A, Chugani DC, Batista CE. et al: Focal decreases of cortical GABAA receptor binding remote from the primary seizure focus: what do they indicate? Epilepsia. 2009; 50: 240-250. 19. Kotov AS, Belova IA: Efficacy of epilepsy treatments with different drugs. Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova. 2012; 112: 37-40. 20. Sobolewska A, Szyndler J, Turzyńska D, Płaźnik A: Mechanizmy działania nowych leków przeciwpadaczkowych. Post Psychiatr Neurol. 2008; 1: 53-60. 21. Chiappalone M, Casagrande S, Tedesco M, Valtorta F, Baldelli P. et al: Opposite changes in glutamatergic and GABAergic transmission underlie the diffuse hyperexcitability of synapsin I-deficient cortical networks. Cereb Cortex 2009; 19: 422-439. 22. Wardas J: Neuroprotekcyjna rola adenozyny. X Zimowa Szkoła Instytutu Farmakologii PAN, Mogilany 2003; 143–167. 23. Siebel AM, Piato AL, Schaefer IC, Nery LR, Bogo MR, Bonan CD: Antiepileptic drugs prevent changes in adenosine deamination during acute seizure episodes in adult zebrafish. Pharmacol Biochem Behav. 2013; 104: 20-26. 24. Williams-Karnesky RL, Sandau US, Lusardi TA, Lytle NK, Farrell JM. et al: Epigenetic changes induced by adenosine augmentation therapy prevent epileptogenesis. J Clin Invest. 2013; 123: 3552-3563. 25. Fukuda M, Suzuki Y, Hino H, Ishii E: Over-activation of adenosine A(2A) receptors and sudden unexpected death in epilepsy. Epilepsy Behav. 2012; 23: 387-388. 26. Rebola N, Porciúncula LO, Lopes LV, Oliveira CR, Soares-da-Silva P, Cunha RA: Long-term effect of convulsive behavior on the density of adenosine A1 and A 2A receptors in the rat cerebral cortex. Epilepsia 2005; 46: 159-165. 27. Roseti C, Martinello K, Fucile S, Piccari V, Mascia A. et al: Adenosine receptor antagonists alter the stability of human epileptic GABA A receptors. Pro Nati Acad Sci USA. 2008; 105: 15118-15123. 28. Brailowsky S, García O: Ethanol, GABA and epilepsy. Arch Med Res. 1999; 30: 3-9. 29. Jóźwiak S, Lasoń W, Bijak M, Kotulska K: Postępy w badaniach nad genetyką molekularną padaczek. Neurol Neurochir Pol. 2005; 39: 497-508. 30. Kumar S, Porcu P, Werner DF, Matthews DB, Diaz-Granados JL. et al: The role of GABA(A) receptors in the acute and chronic effects of ethanol: a decade of progress. Psychopharmacology (Berl). 2009; 205: 529-564. 31. Wan FJ, Berton F, Madamba SG, Francesconi W, Siggins GR: Low ethanol concentrations enhance GABAergic inhibitory postsynaptic potentials in hippocampal pyramidal neurons only after block of GABAB receptors. PNAS. 1996: 93. 32. Kostowski W, Herman ZS: Alkohol etylowy i inne alkohole. Farmakologia. Podstawy farmakoterapii. Tom.2. PZWL, Warszawa 1998. 33. Babu PP, Kumari LR, Vemuri MC: Ethanol induced alterations in plasma membrane protein phosphorylation of neurons and astrocytes. Molecular and Cellular Biochemistry. 1994; 130: 41-48. 34. Altura BM, Gebrewold A, Zhang A, Altura BT: Role of leukocytes in ethanol-induced microvascular injury in the rat brain in situ: potential role in alcohol brain pathology and stroke. Eur J Pharmacol. 2002; 448: 89-94. 35. Wang H, Yu X, Xu G, Xu G, Gao G, Xu X: Alcoholism and traumatic subarachnoid hemorrhage: an experimental study on vascular morphology and biomechanics. J Trauma. 2011; 70: 6-12. 36. Hillbom M, Kaste M: Alcohol intoxication. A risk factor for primary subarachnoid hemorrhage. Neurology. J. Bednarski i wsp. 1982; 32: 706. 37. Collins MA, Neafsey EJ: Ethanol and adult CNS neurodamage: oxidative stress, but possibly not excitotoxicity. Front Biosci. 2012; 4: 1358-1367. 38. Chwalczuk K, Rubaj A, Swiader M, Czuczwar SJ: Wpływ antagonisty receptorów adenozynowych A1, 8-cyklopentylo-1,3-dipropyloksantyny, na przeciwdrgawkowe działanie leków przeciwpadaczkowych u myszy. Przegl Lek. 2008; 65: 11. 39. Gaytan SP, Pasaro R: Neonatal caffeine treatment up-regulates adenosine receptors in brainstem and hypothalamic cardio-respiratory related nuclei of rat pups. Exp Neurol. 2012; 237: 247-259. 40. Ryzhov S, McCaleb JL, Goldstein AE, Biaggioni I, Feoktistov I: Role of adenosine receptors in the regulation of angiogenic factors and neovascularization in hypoxia. J Pharmacol Exp Ther. 2007; 320: 565-572. Przegląd Lekarski 2015 / 72 / 11 41. Artin B, Singh M, Richeh C, Jawad E, Arora R, Khosla S: Caffeine-related atrial fibrillation. Am J Ther. 2010; 17: 169-171. 42. Dash PK, Moore AN, Moody MR, Treadwell R, Felix JL, Clifton GL: Post-trauma administration of caffeine plus ethanol reduces contusion volume and improves working memory in rats. J Neurotrauma. 2004; 21: 1573-1583. 43. Blaylock RL: Interaction of cytokines. Excitotoxins and reactive nitrogen and oxygen species in autism spectrum disorders. JANA 2003; 6: 21-35. 44. Hoffman PL, Rabe CS, Moses F, Tabakoff B: N-Methyl-D-Aspartate receptors and ethanol: inhibition of calcium flux and cyclic GMP production. J Neurochem. 1989; 52: 1937-1940. 45. Strong R, Grotta JC, Aronowski J: Combination of low dose ethanol and caffeine protects brain from damage produced by focal ischemia in rats. Neuro- pharmacology 2000; 39: 515-522. 46. Zhao X, Strong R, Piriyawat P, Palusinski R, Grotta JC, Aronowski J: Caffeinol at the receptor level. Anti-ischemic effect of N-Methyl-D-Aspartate receptor blockade is potentiated by caffeine. Stroke 2010; 41: 363-367. 47. Hoyte L, Kaur J, Buchan AM: Lost in translation: taking neuroprotection from animal models to clinical trials. Exp Neurol. 2004; 2: 200-204. 48. Lapchak PA, Song D, Wei J, Zivin JA: Pharmacology of caffeinol in embolized rabbits: clinical rating scores and intracerebral hemorrhage incidence. Exp Neurol. 2004; 188: 1286-1291. 49. Martin-Schild S, Hallevi H, Shaltoni H, Barreto AD, Gonzales NR. et al: Combined neuroprotective modalities coupled with thrombolysis in acute ischemic stroke: a pilot study of caffeinol and mild hypothermia. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2009; 18: 86-92. 681
