Окись углерода многим известен как ядовитый газ, вызывающий травмы головного мозга и другие неврологические симптомы, включая потерю памяти и спутанность сознания. Но новое исследование, проведенное исследователями из Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC), предполагает, что может быть и обратное: при введении в небольших, тщательно контролируемых количествах окись углерода может фактически защитить мозг от повреждений после субарахноидального кровоизлияния, разрушительного инсульта, который приводит к от кровотечения в мозгу.
Опубликованные сегодня в Интернете в Журнале клинических исследований (JCI), новые результаты показывают, что окись углерода может помочь ускорить естественный процесс, сводящий к минимуму когнитивные нарушения, за счет ускорения выведения гема, высокотоксичного компонента красных кровяных телец, который может накапливаться и вызывать воспаление головного мозга после геморрагического инсульта.
"Аневризматическое субарахноидальное кровоизлияние [САК] поражает около 40 000 человек в U.S. каждый год," объяснил со-старший и автор-корреспондент Халид А. Ханафи, доктор медицинских наук, неврологический директор отделения нейроинтенсивной терапии в BIDMC и доцент кафедры неврологии Гарвардской медицинской школы (HMS). "САК – это ужасное состояние, которое начинается с катастрофической головной боли, которую пациенты описывают как бомбу, взорвавшуюся у них в голове."
САК – это тип инсульта, который развивается в результате разрыва аневризмы, которая покрывает внешнюю часть мозга кровью. Он преимущественно поражает женщин в возрасте от 45 до 55 лет и имеет 50-процентный уровень смертности в течение 12 месяцев с момента начала заболевания. От 30 до 40 процентов выживших пациентов с САК страдают долгосрочными когнитивными нарушениями.
В этой новой работе Ханафи объединился с соавтором Лео Э. Оттербейн, доктор философии, исследователь Института трансплантологии BIDMC и доцент хирургии HMS, который исследовал терапевтическое применение окиси углерода более 15 лет. Новые исследования Оттербейна выявили ряд многообещающих терапевтических применений газа, включая лечение легочной гипертензии, предотвращение отторжения органов после трансплантации, уменьшение сосудистого восстановления, уменьшение раковых опухолей и способность бороться с инфекциями.
"Моя лаборатория изучает свойства окиси углерода в течение многих лет, но мы никогда не исследовали возможную терапевтическую роль CO в головном мозге," сказал Оттербейн. "Как невролог, специализирующийся в области интенсивной терапии, доктор. Ханафи очень интересовался субарахноидальным кровоизлиянием и уже исследовал механизмы, с помощью которых гем вызывает воспаление в головном мозге после инсульта. Именно это естественное междисциплинарное сотрудничество между нашими лабораториями привело к этому захватывающему парадоксальному открытию."
Результаты зависят от группы клеток мозга, называемой микроглией. "Микроглия может выполнять множество различных функций, но в этой работе мы обнаружили, что они действуют как нечто вроде «сборщика мусора» для мозга," объяснил Ханафи.
Один из основных компонентов в "мусор" который накапливается после САК, представляет собой пигмент, называемый гем, который содержится в белке гемоглобина в красных кровяных тельцах. Когда красные кровяные тельца повреждаются, как в случае геморрагического инсульта, гемовый пигмент высвобождается из белка и выходит за пределы красных кровяных телец, где становится очень опасным, вызывая воспаление и смерть окружающей ткани мозга.
"В своей способности собирать мусор микроглия удаляет гем с помощью фермента, называемого гемоксигеназой-1 [HO-1]," – сказал Ханафи, добавив, что эта критическая функция в значительной степени достигается за счет образования окиси углерода.
"Похоже, что происходит то, что HO-1 в микроглии удаляет гемовую нагрузку из внеклеточного пространства и быстро превращает ее в железо, желчные пигменты и окись углерода," добавил Оттербейн.
После определения того, что CO был защитным элементом, наблюдаемым с HO-1, исследователи продолжили тестировать, могут ли безопасные умеренные уровни вдыхаемого CO уменьшить повреждение мозга после SAH. Они создали мышиную модель SAH и подвергли одну группу мышей воздействию нормального воздуха, а вторую группу – час вдыхания углекислого газа в день в течение семи дней после начала субарахноидального кровоизлияния.
Затем мыши прошли серию экспериментов в лабиринте для проверки когнитивных способностей. "Мыши, подвергавшиеся воздействию CO, показали значительно лучшие результаты," сказал ведущий автор Нильс Шалльнер, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Оттербайна и исследователь в Университетском медицинском центре Фрайбурга, Германия. "Это говорит нам о том, что CO может улучшить функциональный результат после геморрагического инсульта."
"Повреждение нейронов и когнитивные функции были восстановлены, когда мы обработали мышей безопасным низким содержанием окиси углерода," добавил Ханафи. "Причем это происходило даже тогда, когда НО-1 отсутствовал. Другими словами, терапия CO эффективно заменяет недостаток эндогенного CO, генерируемого HO-1."
Новые результаты открывают важные возможности для будущих клинических исследований и разработки методов лечения на основе углекислого газа для лечения пациентов с разрывом церебральных аневризм и предоставляют убедительные данные о том, что в тщательно контролируемых количествах CO может защитить мозг.
"Большая часть токсичности CO, которая была описана на протяжении многих лет, связана с неблагоприятными неврологическими эффектами, такими как спутанность сознания, тошнота и головная боль, которые, вероятно, являются результатом воздействия очень высоких уровней CO, а также сотен других токсичных молекул, которые обнаруживаются в продуктах сгорания. , например, автоматический выхлоп," сказал Ханафи. "Наши исследования закладывают основу для будущих клинических испытаний по тестированию СО у пациентов с САК. В будущем мы потенциально могли бы предоставить терапевтический вариант лечения разрушительного заболевания, которое в первую очередь поражает женщин в возрасте от 40 до 50 лет."
"Мы годами задаем один и тот же вопрос: почему организм естественным образом производит CO, если он по своей природе токсичен для клеток??" добавил Оттербейн. "В этой совместной работе наши команды смогли показать, что небольшая доза CO может обеспечить неврологическую защиту и что именно производство CO посредством HO-1 помогает предотвратить повреждение мозга после геморрагического инсульта."