20 kwietnia 2001 17:18 S1-01

PL ISSN 0028-3843

Neurologia

i Neurochirurgia

Polska

Stwardnienie boczne zanikowe (SLA). Wykłady i wybrane

doniesienia przedstawione na XVII Zjeździe Polskiego Towarzystwa

Neurologicznego

Lublin, wrzesień 1999 r.

Suplement 2001 T. 35 (LI) Nr 1

Redaktor Naczelny i Redaktor Działu Neurologicznego

Prof. drmed. Jerzy Kulczycki

Zastępca Redaktora Naczelnego i Redaktor Działu Neurochirurgii

Prof. drmed. Juliusz Wocjan

Redaktor Działu Kroniki i Informacji (neurologia)

Prof. drmed. Jerzy Dymecki

Sekretarz Redakcji: Dr med. Wanda Lipczyńska-Łojkowska

Komitet Redakcyjny Działu Neurologii

Prof. drmed. Anna Członkowska, Prof. drmed. Teofan Domżał,

Prof. drmed. Barbara Emeryk-Szajewska, Prof. drmed. Piotr Kozłowski,

Prof. drmed. Irena Hausmanowa-Petrusewicz, Doc.drhab. Andrzej Szczudlik,

Prof. drmed. Jacek Zaremba

Komitet Redakcyjny Działu Neurochirurgii

Prof. drmed. Zbigniew Czernicki, Prof. drmed. Zbigniew Jagodziński,

Prof. drmed. Ireneusz Kojder, Doc.drhab.Andrzej Marchel,

Dr hab.med. Konrad Moszyński

Kolegium Redakcyjne Działu Neurologii

Prof. drmed. Jagna Czochańska, Prof. drmed. Cezary Fryze,

Prof. drmed. Wanda Horyd, Prof. drmed. Hanna Jędrzejowska,

Prof. dr psych. Danuta Kądzielawa, Prof. drmed. Hubert Kwieciński,

Prof. drmed. Mirosław Mossakowski, Prof. drmed. Antoni Prusiński,

Prof. drmed. Zbigniew Stelmasiak, Prof. drmed. Barbara Stroińska-Kuś,

Prof. drmed. Andrzej Wajgt, Prof. drmed. Mieczysław Wender

Kolegium Redakcyjne Działu Neurochirurgii

Prof. drmed. Igor Gościński, Prof. drmed. Jan Haftek,

Prof. drmed. Brunon Imieliński, Drmed. Jan Jakubowski,

Prof. drmed. Andrzej Radek, Doc.drhab.Marcin Roszkowski,

Prof. drmed. Stefan Żarski

Teksty angielskie: Dr med. Przemysław Słomski

Adiustator: Dr med. Danuta Milewska

Sekretarz Techniczny Redakcji: Małgorzata Gorzeń

Adres Redakcji: 02-957 Warszawa, Sobieskiego 1/9

Instytut Psychiatrii i Neurologii, tel. [phone]

Nr konta: PTN, PKO BP SA VI O. W-wa, 08 10201068 123070319

Internet: http://www.ia.pw.edu.pl/˜wujek/neurol/index.html

Treść

H. Kwieciński: Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

B. Emeryk-Szajewska: Badania elektro.zjologiczne w rozpoznawaniui ocenie zaawansowania

SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

V. Silani, M. Braga, V. Cardin, G. Scarlato: Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph: Leczenie farmakologiczne SLA . . . . . . . . . . . . . 41

H. Kwieciński: Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA . . . . . . . . . . . 51

M.I. Bąk, A. Domżał-Stryga, L. Królicki, H. Kwieciński: Badanie metodą spektroskopii

rezonansumagnet ycznego u chorych na stwardnienie boczne zanikowe

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski: Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA:

badanie metodą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej . . . . . . . . . 71

I. Niebroj-Dobosz, P. Janik, A. Mickielewicz, Z. Jamrozik, H. Kwieciński: Neurotoksyczne

działanie surowicy krwi i płynu mózgowo- rdzeniowego chorych na

stwardnienie boczne zanikowe na aktywność niektórych enzymów przemiany

glu taminianu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

P. Janik, Z. Jamrozik, H. Kwieciński: Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego

w patogenezie SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

H. Kwieciński, P. Janik, Z. Jamrozik, A.Opuchlik: Ocena skuteczności selegiliny

i witaminy E w leczeniuS LA: otwarta randomizowana próba kliniczna . 101

I. Domitrz, M. Jędrzejowska, M. Lipowska, T. Siddique, H. Kwieciński: Choroba

Kennedy`ego: ekspansja trójki nu kleotydowej CAG . . . . . . . . . . . . . 107

Sheet Number 5 Page Number 5

20 kwietnia 2001 17:18 S1-01

6

Sheet Number 6 Page Number 6

20 kwietnia 2001 17:18 przedmowa.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 7

Przedmowa

Preface

W 1874 roku wielki neurolog francuski Jean-Martin Charcot opisał dokładnie

obraz kliniczny i neuropatologię stwardnienia bocznego zanikowego (SLA).

Opis był tak trafny i dokładny, że do dzisiaj klasyczną postać SLA nazywamy

chorobą Charcot. Przez następne 100 lat SLA było w literaturze naukowej prawie,

że zapomnianą chorobą. Jej najczęściej przytaczaną cechą było stwierdzenie,

że choroba jest całkowicie nieuleczalna. Prawdziwy przełom nastąpił w 1993

rokukiedy Rosen i wsp. odkryli, że niektóre przypadki rodzinnej postaci SLA

(FALS) powstają w wyniku mutacji genu kodującego dysmutazę nadtlenkową

(SOD1). Wydawało się wówczas, że droga do poznania podłoża molekularnego

oraz skutecznego leczenia farmakologicznego SLA nie będzie długa. Rozczarowanie

przyszło dość szybko, okazało się bowiem, że mutacje SOD1 można wykryć

uzaledw ie 2% wszystkich chorych ze sporadyczną postacią SLA (SALS).

Mutacje te występują częściej w FALS (około 20%) ale trzeba dodać, że rodzinne

SLA stanowi zaledwie 5% wszystkich przypadków tej choroby. Odkrycie

SOD1 pokazało nam zatem dokładnie to czego teraz nie wiemy: jaka jest etiologia

SLA uprzeszło 95% chorych? Warto nadmienić, że współautorem odkrycia

w 1993 r. mutacji SOD1 był Dr. Teepu Siddique, który jest również współautorem

jednej z prac zamieszczonych w naszym suplemencie. Kolejnym przełomowym

momentem w historii SLA był rok 1994, kiedy amerykańska agencja FDA

zarejestrowała riluzol, jako pierwszy lek do rutynowego leczenia tej choroby.

Tym samym SLA przestało być chorobą nieuleczalną, przynajmniej na gruncie

naukowym. W praktyce klinicznej rzeczywistość okazała się bardziej skomplikowana.

Lek przedłuża okres przeżycia chorych o kilka miesięcy ale w sposób

istotny nie poprawia ich jakości życia. Wprowadzenie tego lekudo praktyki

klinicznej spowodowało jednak, że rozpoczęto bardzo liczne badania w celu

wykrycia nowych leków, nie tylko dla SLA ale także dla innych chorób neurodegeneracyjnych.

Ubiegłoroczny laureat Nagrody Nobla Prof. Arvid Carlsson

powiedział ostatnio: „Jest nowy lek, to oznacza, że jest i choroba”. Wydaje się,

że właśnie z taką sytuacją mamy obecnie do czynienia w SLA.

Sheet Number 9 Page Number 9

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

10 H. Kwieciński Nr 1

Niniejszy Suplement w całości poświęcony jest tematyce SLA, tzn. chorobie

neuronu ruchowego i stąd miejsce w nim także dla choroby Kennedy`ego.

W suplemencie zamieszczono 4 artykuły poglądowe, które są obszernym tekstem

wykładów wygłoszonych na sesji plenarnej SLA w czasie XVII Zjazdu

PTN w Lublinie (Wrzesień 1999 r.). Ich uzupełnieniem jest 6 wybranych doniesień

naukowych (w formie prac oryginalnych), które były również prezentowane

w czasie tego Zjazdu. Ograniczona objętość suplementu sprawiła, że nie mogliśmy

zamieścić w nim wszystkich prac dotyczących SLA, które przedstawiono

w czasie XVII ZjazduP TN. W zakończeniu chcielibyśmy podziękować .rmie

Aventis za wsparcie .nansowe przy organizowaniuw spomnianej sesji plenarnej

jak również przy wydawaniu tego suplementu.

Prof. H.Kwieciński

Klinika Neurologii AM, Warszawa

Barbara Emeryk-Szajewska

Badania elektro.zjologiczne w rozpoznawaniu i ocenie

zaawansowania SLA

Z Kliniki Neurologicznej AM w Warszawie

Kierownik: prof. dr hab. H.Kwieciński

słowa kluczowe: elektrodiagnostyka SLA, stwardnienie boczne zanikowe, SLA

key words: electrodiagnostics in ALS, amyotrophic lateral sclerosis, ALS

Streszczenie

Badania elektro.zjologiczne w diagnostyce SLA powinny oceniać dwa podstawowe

procesy: pierwotny tj. utratę pewnej liczby motoneuronów, wyrażającą się odnerwieniem

i proces wtórny - reinerwację.

Do najważniejszych metod diagnostycznych w SLA należy ilościowa elektromiogra-

.a (EMG) z oceną wybranych parametrów potencjału jednostki ruchowej (PJR) oraz

zapisu wysiłkowego. Do najwcześniejszych objawów stwierdzanych tą metodą zaliczają

się: obecność czynności spoczynkowej (odnerwienie) oraz podwyższenie amplitudy i pola

PJR (reinerwacja). Duże znaczenie diagnostyczne ma stwierdzenie czynności spoczynkowej

w mm. języka, a także w mm. przykręgosłupowych. Metodą SFEMG stwierdzić

można bardzo wcześnie podwyższenie gęstości włókien mięśniowych (FD) i wydłużony

jitter, jako odbicie świeżej reinerwacji.

Badania elektroneurogra.czne (ENG) są rozstrzygające w różnicowaniu z ruchową,

wieloogniskową neuropatią z blokiem przewodzenia i innymi polineuropatiami.

Celem badań elektro.zjologicznych jest teżocena zaawansowania objawów w badanym

mięśniu oraz pośrednio, ocena progresji choroby w badaniach seryjnych. Mogłyby

one mieć ogromne znaczenie w prognozowaniu i monitorowaniu prób terapeutycznych.

Do objawów świadczących o znacznym zaawansowaniu uszkodzenia, w ilościowej

EMG, należą zmiany w zapisie wysiłkowym, w postaci obniżenia gęstości zapisu i jego

amplitudy oraz aktywności bioelektrycznej. Towarzyszą im zmiany parametrów PJR - obniżenie

amplitudy i pola PJR w porównaniu z wcześniejszymi okresami reinerwacji. Są to

objawy dekompensacji i przewagi odnerwienia nad reinerwacją. Ich wyrazem w SFEMG

jest obniżenie FD, a w Makro-EMG obniżenie amplitudy w porównaniu z okresem reinerwacji.

Innymi cennymi metodami są: seryjne badania amplitudy potencjału mięśniowego

wywołanego ponadmaksymalną stymulacją (CMAP), ilościowa ocena maksymalnego dowolnego

skurczu izometrycznego mięśnia (MVIC) oraz ocena liczby jednostek ruchowych

(MUNE).

Wstęp

Rozpoznanie stwardnienia bocznego zanikowego (SLA) w przypadkach o typowej

symptomatologii i rozwiniętym obrazie chorobowym nie stanowi trudności

Sheet Number 12 Page Number 12

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 13

dla klinicysty. Badania pomocnicze, zwłaszcza elektro.zjologiczne, służą wówczas

jedynie jako potwierdzenie ustalonej klinicznie diagnozy. Natomiast rozpoznanie

w przypadkach wczesnych stwarza duże trudności. Belsh i Schi.man [1]

stwierdzili we wczesnym okresie SLA aż 27% omyłek rozpoznawczych polegających

zarówno na błędnym rozpoznawaniuS LA u chorych z innymi zespołami

neurologicznymi, jak rozpoznawaniui leczeniuinn ych chorób w przypadkach,

w których dalszy przebieg rozstrzygnął, że było to SLA. Davenport i wsp.[6]

podają, że w Szkocji aż 10% chorych z mylnie ustalonym rozpoznaniem SLA

kierowano do rejestruS LA, przeoczając inne przyczyny stwierdzanego zespołu

klinicznego.

Podkreśla się, że największe trudności różnicowania z SLA stwarzają ruchowe

neuropatie, zwłaszcza ruchowa neuropatia z blokiem przewodzenia, rdzeniowy

zanik mięśni (SMA), zespół Hirayamy (odcinkowy zanik rdzeniowy mięśni),

zespół Kennedy'ego, łagodne fascykulacje. Z naszego doświadczenia wynika,

że nie rzadko w okresie początkowym a nawet późniejszym w SLA rozpoznaje

się uszkodzenia lokalne (zespoły uwięźnięcia, np. zespół cieśni nadgarstka,

zespół pronatorów), mielopatię szyjną oraz dyskopatię lędźwiowo- krzyżową. Tę

ostatnią rozpoznaje się mylnie zamiast strzałkowej postaci SLA. Chorzy ci poddawani

są niepotrzebnie leczeniu chirurgicznemu.

Trudności diagnostyczne we wczesnym okresie choroby wynikają często

z nietypowego i różnorodnego obrazuklinicznego. Aż 20% przypadków stanowi

postać rozpoczynająca się od objawów opuszkowych, niekiedy zupełnie izolowanych.

Nastręcza to duże trudności diagnostyczne. W postaciach o początku kończynowym

objawy są często asymetryczne, lub ograniczone wyłącznie do jednej

kończyny, co może sugerować lokalny charakter uszkodzenia [18].

Wczesnym, chociaż mało swoistym objawem jest nużliwość mięśni, przypominająca

miastenię lub zespoły miasteniczne. Do wczesnych, i prawie patognomonicznych

objawów, Swash a także Rowland [15, 18] zaliczają fascykulacje

języka, często uchodzące uwadze badającego. Trudności diagnostyczne pojawiają

się też w przypadkach z obecnością na początkuw yłącznie objawów piramidowych,

tzw. pierwotne stwardnienie boczne (PLS).

Od dawna zastanawiano się, czy SLA jest od początkupodkliniczn ym procesem

uogólnionym, dotyczącym wszystkich segmentów rdzenia, a więc w konsekwencji

całego układu mięśniowego, czy też procesem najpierw ogniskowym,

ograniczonym do określonego segmenturdzenia, a dopiero później uogólniającym

się. Pośrednią odpowiedzią na to pytanie było stwierdzenie elektro.zjologicznych

zmian neurogennych w mięśniach klinicznie jeszcze nie zmienionych.

Stalberg i Sanders [17] znaleźli w wieluklinicznie nie zajętych mięśniach, których

inerwacja pochodziła z różnych segmentów rdzenia, podwyższenie gęstości

Sheet Number 13 Page Number 13

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

14 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

włókien mięśniowych (FD) oraz wydłużony jitter, a więc objawy reinerwacji.

Mazarello i wsp. [11] stwierdzili obecność czynności spoczynkowej na 7 miesięcy

przed pojawieniem się uc horego objawów klinicznych w badanych mięśniach.

Erminio i wsp. [8] już w latach 50-tych wykryli 3-4 krotne podwyższenie

amplitudy potencjału jednostki ruchowej (PJR) we wczesnym SLA, w mięśniach

z bardzo nikłymi objawami klinicznymi.

Wydaje się więc, że uszkodzenie motoneuronów, manifestujące się objawami

elektro.zjologicznymi, może poprzedzać na kilka miesięcy, a nawet lat, wystąpienie

objawów klinicznych. Dzieje się tak, ponieważ reinerwacja może kompensować

skutecznie utratę motoneuronów, wynoszącą około 50-60% [12, 15].

Wczesne rozpoznawanie SLA

Wczesne rozpoznanie SLA jest ważne zarówno dla uniknięcia błędów diagnostycznych,

jak też ze względuna umożliwienie wczesnego włączenia chorego

z SLA do prób terapeutycznych.

Znane są neurologom kryteria diagnostyczne Światowej Federacji Neurologów

(WFN) z El Escorial z roku1994 [2]. Dla przypomnienia podam, że kryteria

te wprowadzają następujące kategorie rozpoznania SLA: pewne, prawdopodobne,

możliwe i domniemane. Stawiają one dość rygorystyczne warunki dla postawienia

rozpoznania „pewnego” SLA. Ścisłe stosowanie się do tych kryteriów pozwala

w praktyce na postawienie rozpoznania „pewnego” SLA dopiero w okresie

uogólnionych i zaawansowanych objawów. Wzbudziło to wiele głosów krytycznych

i znalazło wyraz w pracach Rossa i wsp., Swasha, Wilbourna [14, 18, 21]

doprowadzając do przedstawienia nowych propozycji mody.kujących kryteria El

Escorial np. w odniesieniudo diagnostyki elektro.zjologicznej. Są to propozycje

WFN z Arlie House (Virginia) z 1998 roku [10]. Ich celem jest uproszczenie

i standaryzacja programów badań EMG i ENG w diagnostyce SLA, ułatwiających

diagnostykę wczesną, a także monitorowanie lekowych prób klinicznych.

Według tych propozycji badania elektro.zjologiczne w SLA mają na celu potwierdzenie

uszkodzenia neuronu obwodowego w mięśniach zajętych klinicznie,

stwierdzenie cech uszkodzenia neuronu obwodowego w mięśniach klinicznie nietkniętych

oraz wyłączenie innych procesów patologicznych np. uszkodzeń nerwów

obwodowych. Należy też szukać potwierdzenia uszkodzenia ośrodkowego

neuronu ruchowego, co jest szczególnie ważne w przypadkach SLA, klinicznie

wyrażonych jedynie objawami uszkodzenia neuronu obwodowego.

Obok klasycznych, rutynowych już metod nowe propozycje zalecają stosowanie

metod uzupełniających, jak EMG pojedynczego włókna mięśniowego

(SFEMG), Makro-EMG, analizę ilościową PJR, analizę stosunku zwrotów do

amplitudy oraz ocenę liczby czynnych jednostek ruchowych (MUNE).

Sheet Number 14 Page Number 14

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 15

Program badania elektro.zjologicznego w SLA może być różny w różnych

pracowniach zależnie od posiadanej aparatury i doświadczenia badającego. Program

ten musi jednak zakładać ocenę dwóch podstawowych w SLA procesów:

pierwotnego - procesuodner wienia i wtórnego - reinerwacji w badanych mięśniach.

Drugim wymogiem badania jest poszukiwanie zmian, zgodnie z zaleceniami

El Escorial w mięśniach, których unerwienie pochodzi z różnych segmentów

rdzenia. Jest to poszukiwanie zmian na kilku poziomach, odpowiadających

różnym odcinkom rdzenia i opuszki. Kryteria El Escorial zakładają wyodrębnienie

4 poziomów tego układu. Są to: odcinek opuszkowy, szyjny, piersiowy

oraz lędźwiowo-krzyżowy. Dla ustalenia rozpoznania „pewnego” SLA konieczne

jest znalezienie zmian neurogennych w co najmniej 3 spośród tych 4 odcinków.

W każdym odcinkunależy badać przynajmniej dwa mięśnie unerwione przez

różne korzenie i różne nerwy obwodowe. Należy też wykonać badanie elektroneurogra

.czne. Jest to szczególnie ważne dla wyłączenia polineuropatii, wieloogniskowej

neuropatii ruchowej z blokiem przewodzenia, czy neuropatii o charakterze

mononeuropathia multiplex [2, 10].

W naszej Pracowni wykonujemy zawsze ilościowe badanie EMG co najmniej

czterech mięśni: m. dwugłowego ramienia lub naramiennego (C5,6), pierwszego

międzykostnego (C8,Th1), prostego uda (L2,3,4) i piszczelowego przedniego

(L4,5). Jeśli wynik badania jest niejednoznaczny wykonujemy w tych mięśniach

prócz typowego badania elektrodą koncentryczną, badanie SFEMG dla oznaczenia

gęstości włókien mięśniowych, co jest ważne dla oceny procesureiner wacji.

Oceniamy jednocześnie orientacyjnie jitter, który bywa wydłużony w okresie

świeżej reinerwacji. Ponadto badamy elektrodą igłową mięśnie języka. Przeprowadzamy

też badania elektroneurogra.czne oznaczając przewodzenie we włóknach

ruchowych nerwów pośrodkowego i strzałkowego (wraz z oceną fali F) oraz

włókien czuciowych nerwów pośrodkowego i łydkowego. Przedstawię teraz te

cechy elektro.zjologiczne w poszczególnych badaniach, które, moim zdaniem,

mogą być ważne, a nieraz wprost diagnostycznie decydujące we wczesnych stadiach

SLA. Posłużę się tu fragmentami badań naszej pracowni.

Podstawowym dla nas badaniem jest ilościowe badanie EMG z oceną wielu

parametrów PJR (uzyskiwanych podczas słabego ruchu) i zapisu wysiłkowego.

Na podstawie dużego materiału badań w różnych procesach neurogennych

wyodrębniliśmy następujące po sobie stadia zmian neuro.zjologicznych: od

normy (N0), poprzez reinerwację początkową (N1), pełną reinerwację (N2),

wczesną dekompensację (N3), wyraźną dekompensację (N4), aż do całkowitego

odnerwienia (N-5) [7]. Przyjęcie podobnych okresów reinerwacji sugerowali

również inni autorzy [19, 20]. Jednocześnie, oceniając klinicznie zanik i stopień

ubytku siły mięśnia, wyodrębniliśmy kliniczne stadia uszkodzenia mięśni od A -

Sheet Number 15 Page Number 15

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

16 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

normy, poprzez niewielkie uszkodzenie - B, znaczne - C, ciężkie - D i pełne

odnerwienie - E [7]. Jest to zmody.kowana skala MRC używana powszechnie

w praktyce klinicznej.

Dla celów wczesnej diagnostyki interesujące są szczególnie mięśnie, które

klinicznie mieszczą się w grupach A i B. Niekiedy nie stwierdza się w nich zmian

elektro.zjologicznych (N0), ale w większości mięśni są one obecne (N1-2) a nawet

w pojedynczych przypadkach stwierdza się wczesną dekompensację (N3).

Zależności, pomiędzy stanem klinicznym badanych mięśni, a obecnością i nasileniem

zmian elektro.zjologicznych ilustruje rycina 1, podsumowująca wyniki

Ryc. 1 : Korelacja pomiędzy kliniczną i elektro.zjologiczną oceną badanych mięśni (375

muscles)

Fig. 1 : Correlation between clinical and electrophysiological evaluation of muscles investigated

(375 muscles)

naszych badań 375 mięśni chorych z SLA [7]. Jakie to są zmiany? Które parametry

zmieniają się najwcześniej, jeszcze przed wystąpieniem klinicznych objawów

uszkodzenia (A i B)? Rycina 2. wskazuje, że najwcześniej zmienia się amplituda

i pole PJR. W grupie A amplituda PJR rośnie do około 200-250% normy,

a pole do 300% wartości normy. W grupie B amplituda wzrasta do 350%,

a pole PJR do około 400% normy. Natomiast czas trwania potencjałów i polifazja

zmieniają się niewiele i wobec tego nie mogą być uważane za czułe parametry

wczesnego uszkodzenia. Najwyraźniej widać to w m.międzykostnym, w którym

zmiany elektro.zjologiczne pojawiają się często i to bardzo wcześnie.

Sheet Number 16 Page Number 16

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 17

Ryc. 2 : Parametry potencjałuj ednostki ruchowej (PJR) w kolejnych klinicznych stadiach

uszkodzenia mięśni (481 muscles)

Fig. 2 : Parameters of MUAP in subsequent clinical stages of muscles lesion (481 muscles)

Oceniając zapis wysiłkowy posługujemy się parametrami klasycznymi, tzn.

średnią amplitudą zapisu wysiłkowego i średnią częstotliwością wyładowań

w Hz. Wprowadziliśmy też własne wskaźniki oceniające czynność bioelektryczną

badanego mięśnia: aktywność elektryczną w % (A = activity), zakres

czynnych jednostek ruchowych (R = range) oraz wskaźnik porządku rekrutacji

(FRO = functional recruitment order index) [7]. Tabela I przedstawia de.nicję

i sposób otrzymywania tych wskaźników. Przedstawię jedynie ich zastosowanie

w elektrodiagnostyce SLA. Na ryc. 3 widać, że w stadium A, a zwłaszcza w stadium

B, kiedy amplituda i częstotliwość są jeszcze prawidłowe, wartości naszych

wskaźników FRO i R są już wyraźnie obniżone.

Tabela I : Wskaźniki wprowadzone do oceny uszkodzeń neurogennych

Table I : Indices introduced for evaluation of neurogenic lesion

zakres [R] =

amplituda maksymalna (80%) zapisu wysiłkowego

amplituda minimalna PJR

range [R] =

upper centile amplitude ofma ximal e.ort

MUPs minimal amplitude

Wskaźnik rekrutacji [FRO] =

średnia ampl. zapisu wysiłkowego

średnia amplituda PJR

Funct. recruitment order index =

mean ampl. ofm ax. e.ort

MUPs mean amplitude

Sheet Number 17 Page Number 17

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

18 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

Ryc. 3 : Parametry zapisuwy siłkowego w kolejnych klinicznych stadiach uszkodzenia

mięśni (375 muscles)

Fig. 3 : Parameters of maximal e.ort pattern in subsequent clinical stages of muscles

lesion (375 muscles)

Sądzimy więc, że pierwszymi objawami elektro.zjologicznymi, które można

znaleźć w mięśniach klinicznie zdrowych jest podwyższenie amplitudy i pola potencjałów

oraz spadek wskaźników FRO i R. Naszym zdaniem są to decydujące

elementy we wczesnej diagnostyce SLA [7].

Bardzo ważna jest dokładna ocena czynności spoczynkowej mięśni (.brylacje,

dodatnie potencjały odnerwienia i fascykulacje). Zwykle w stadiach początkowych,

w mięśniach bez objawów klinicznych lub z nikłymi objawami (grupa

A i B) stwierdza się je w 20-45% badanych mięśni. Wokresach późniejszych odsetek

ten wyraźnie wzrasta; .brylacje i dodatnie potencjały odnerwienia w późnych

okresach uszkodzenia można znaleźć prawie we wszystkich mięśniach, natomiast

fascykulacje występują rzadziej niż na początku choroby. Ocena czynności

spoczynkowej jest więc bardzo ważna zarówno w diagnostyce wczesnych

okresów SLA, jak też w ocenie zaawansowania choroby.

Bardzo ważne diagnostycznie są badania mięśni języka, które mają znaczenie

zarówno w postaci opuszkowej jak i kończynowej. W postaci opuszkowej

Cappellari i wsp. [5] oceniają częstość występowania .brylacji w mięśniach języka

na 77.8%, a w postaci kończynowej zaledwie na 18.5%. Stwierdzili oni,

że czynność spoczynkowa w postaci opuszkowej równie często jak w mięśniach

języka występuje w mięśniach przykręgosłupowych odcinka szyjnego (77.8%)

i piersiowego (88.9%). Finsterer i wsp.[9] oceniali nie tylko czynność spoczyn-

Sheet Number 18 Page Number 18

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 19

kową, ale wykonywali pełne ilościowe badania EMG mięśni języka z oceną różnych

parametrów PJR, stwierdzając nierzadko obecność dużych neurogennych

potencjałów. Uważają, że badanie to pozwala na wykrycie objawów odnerwienia

i reinerwacji, zarówno w postaci opuszkowej, jak kończynowej, niekiedy we

wczesnych okresach choroby.

W naszej pracowni, podejrzewając SLA, zawsze badamy mięśnie języka,

ale oceniamy tylko czynność spoczynkową. Wykonywanie pełnego, ilościowego

badania EMG jest często zbyt bolesne dla chorego. Analiza czynności spoczynkowej

dostarczyć może wielucenn ych informacji potwierdzających obecność

odnerwienia: najczęściej obecne są .brylacje, nieco rzadziej dodatnie potencjały

odnerwienia, niekiedy ciągi miotoniczne i miotonopodobne. Czasem, nawet we

wczesnych okresach choroby, zwłaszcza w postaci opuszkowej pojawiają się fascykulacje.

Uważa się, że obecność ich jest prawie patognomoniczna dla SLA

[15, 18]. Niestety często ich obecność jest przeoczana przez badających. Niekiedy

podczas ruchów języka zwraca uwagę występowanie potencjałów o wysokiej

amplitudzie i wydłużonym czasie trwania, charakterystycznych dla uszkodzenia

neurogennego. Zmiany te występują najczęściej w postaci opuszkowej,

ale bywają obecne również w postaci o początkuk ończynowym i zwłaszcza

wtedy są szczególnie ważne diagnostycznie, dlatego język należy badać zawsze

w postaci kończynowej SLA.

Szukając objawów podklinicznych w mięśniach unerwionych przez nerwy

czaszkowe należy pamiętać o badanium ięśni unerwionych przez nerw trójdzielny,

twarzowy i dodatkowy. Niekiedy badanie mięśnia czołowego, okrężnego

oka, żwaczy, czy sutkowo-mostkowo-obojczykowego może być pomocne

w wykryciupodklinicznego uszkodzenia w SLA.

We wczesnej diagnostyce SLA bardzo ważne jest badanie mięśni przykręgosłupowych

odcinka szyjnego, piersiowego i lędźwiowego kręgosłupa. W mięśniach

tych nie wykonuje się zwykle pełnego, ilościowego badania EMG, a ocenia

się tylko czynność spoczynkową. Znalezienie .brylacji i dodatnich potencjałów

odnerwienia świadczy o uszkodzeniu neuronu obwodowego na tym poziomie

i przemawia za wielopoziomowym uszkodzeniem, oczywiście po wyłączeniu radikulopatii

związanych np z wiekiem chorego.

Zarówno z naszych prac, jak też publikacji Stalberga, Swasha i Schwartza

[13, 16, 17, 19, 20] wynika, że bardzo wczesnym objawem elektro.zjologicznym,

świadczącym o reinerwacji jest podwyższenie gęstości włókien mięśniowych.

Jak już wspomniałam, to co dzieje się w mięśniu w SLA jest wypadkową

dwuprzeciw stawnych procesów: odnerwienia i reinerwacji. Oceniając FD badamy

ten wtórny proces obrony mięśnia przed odnerwieniem, t.j. reinerwację,

do której dochodzi już w 2-3 tygodnie po ostrym doświadczalnym odnerwieniu.

Sheet Number 19 Page Number 19

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

20 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

W sytuacji stosunkowo powolnego wypadania motoneuronów w SLA, powodującego

odnerwienie, reinerwacja skutecznie maskuje ten proces i być może

dlatego w początkowym okresie choroby tylko w 20-45% mięśni można znaleźć

.brylacje.

Norma dla FD wynosi 1.5-1.7, różniąc się nieco w różnych mięśniach. W naszym

materiale w stadiach A i B, FD wynosi około 2.2-2.6 w poszczególnych

mięśniach, a więc jest podwyższona. Znalezienie podwyższonego FD świadczy

o toczącym się w mięśniuprocesie reinerwacji i jest dowodem na jego uszkodzenie

neurogenne. Niekiedy jest to najwcześniejszy i jedyny dowód jego uszkodzenia,

decydujący o wniosku badania elektro.zjologicznego, a zatem wczesnego

rozpoznania klinicznego. Szczególnie ważne jest to w grupie chorych

z opuszkową postacią SLA u których stwierdza się niekiedy w mięśniach nietkniętych

klinicznie podwyższenie FD, świadczące o ich podklinicznym uszkodzeniu,

a więc o uogólnionym charakterze choroby [13].

Bardzo ważne dla wczesnej diagnostyki SLA są badania oceniające górny

neuron ruchowy. Są to: ocena częstości wyładowań (.ring rate): częstość wyładowań

jednostek ruchowych w uszkodzeniu górnego neuronu jest nieproporcjonalnie

niska podczas stopniowanego ruchudo wolnego i wysiłku[2, 10]. Ważne

są też wyniki przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, którą to metodą można

wykryć wydłużenie centralnego czasu przewodzenia oraz niekiedy zmiany amplitudy

odpowiedzi mięśniowej [2, 3, 10].

Ocena postępu choroby

Istnieje wiele metod uzupełniających, również przydatnych w diagnostyce

i monitorowaniuS LA. Są to: Makro-EMG (wzrost pola), pomiary wywołanego

potencjału ruchowego - CMAP (spadek amplitudy odpowiedzi M), pomiar maksymalnej

siły mięśnia podczas dowolnego skurczu izometrycznego - MVIC (spadek

siły ocenianej w kg), ocena liczby jednostek ruchowych - MUNE (zmniejszenie

ich liczby). Metody te są bardzo ważne w ocenie progresji zmian, czyli

postępuc horoby.

Podejmowane były liczne próby monitorowania badaniami elektro.zjologicznymi

przebieguS LA. Miałoby to ogromne znaczenie dla oceny zaawansowania

zmian w badanych mięśniach, prognozowania w indywidualnych przypadkach

oraz dla obiektywnej oceny prób terapeutycznych nowych leków. Niestety elektro

.zjologiczna ocena przebieguS LA napotyka na wiele trudności. Powtarzane

badania mogą dotyczyć zaledwie kilku, lub nawet jednego wybranego mięśnia,

podczas gdy choroba ma charakter uogólniony, a postęp jej jest nierównomierny

w różnych mięśniach. Czasem stan chorego pogarsza się np. z powodunaras tania

Sheet Number 20 Page Number 20

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 21

objawów opuszkowych, a parametry elektro.zjologiczne w wybranym do badań

kontrolnych mięśniunie zmieniają się. Trudności stwarza również fakt, że u tego

samego chorego niejednakowy jest nie tylko stopień zajęcia poszczególnych mięśni

ale też różna jest zdolność reinerwacji w różnych mięśniach, a co zatem

idzie, różna jest w nich dynamika procesuc horobowego. Jeszcze większe trudności

powstają podczas oceny różnych chorych w ramach prób terapeutycznych.

Wobec różnej symptomatologii trudno jest wybrać mięsień reprezentatywny do

badań seryjnych dla całej grupy. Nie powinien on być całkowicie prawidłowy,

ani w stanie zbyt dużego uszkodzenia. U większości chorych najbardziej reprezentatywne

są odsiebne, drobne mięśnie dłoni, ale uinn ych, np. w strzałkowej

postaci SLA, należałoby wybrać raczej jeden z mięśni podudzia. Trzeba też pamiętać,

że uc horych z SLA, różny jest stopień zaawansowania zmian w chwili

rozpoczęcia badań, różna zdolność reinerwacji, różna dynamika choroby. Różny

jest też stopień uszkodzenia ośrodkowego i obwodowego neuronu ruchowego, co

utrudnia jednolitą interpretację wyników.

Istnieją jednak metody pozwalające na ocenę stopnia zaawansowania zmian

w badanym mięśniu, a w badaniach seryjnych również na przybliżoną ocenę

progresji procesuc horobowego. Przede wszystkim należy wykorzystać możliwości

ilościowej EMG. W omówieniuw czesnej diagnostyki SLA przedstawione

zostały zmiany poszczególnych parametrów PJR oraz zapisuw ysiłkowego charakterystyczne

dla wstępnych okresów uszkodzenia, a więc stadium wstępnej

reinerwacji (N1) i pełnej reinerwacji (N2), co ilustrują ryciny 2 i 3. Na tych

samych rycinach prześledzić można, co dzieje się w okresach późnych: wczesnej

i wyraźnej dekompensacji (N3, N4) i całkowitego odnerwienia (N5). Otóż

amplituda i pole PJR bardzo podwyższone w wyniku reinerwacji (N1, 2), zaczynają

obniżać się w okresie wczesnej dekompensacji (N3) i często wracają

do wartości prawidłowych lub nawet niższych w okresie późnej dekompensacji

(N4). Dzieje się to zapewne w wynikuw tórnego odnerwienia i zniszczenia włókien

mięśniowych uprzednio unerwionych przez zachowane motoneurony, które

ulegają powolnemu uszkodzeniu. Doprowadza to do zmniejszania jednostki ruchowej,

a więc i jej potencjału(P JR). Obserwuje się wówczas PJR o pozornie

prawidłowych parametrach oraz tzw. potencjały pseudomiopatyczne, o niskiej

amplitudzie, polu i czasie trwania. W zapisie wysiłkowym stwierdza się jednocześnie

objawy dekompensacji w postaci zmniejszonej gęstości, amplitudy

i aktywności. Ten zespół zmian świadczy o znacznym zaawansowaniuc horoby.

Również dowodem znacznego uszkodzenia jest stwierdzenie w mięśniu bogatej

czynności spoczynkowej przy jednoczesnym brakuaktyw ności bioelektrycznej

podczas prób ruchu dowolnego (N5). Jest to dowodem całkowitego odnerwienia.

Sheet Number 21 Page Number 21

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

22 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

FD wzrasta już w okresach wczesnych, jako odzwierciadlenie reinerwacji,

natomiast w okresach późnych, związanych z wtórnym odnerwieniem ulega obniżeniu,

co wskazuje na znaczne uszkodzenie [3, 13, 19, 20]. Podobnie można

znaleźć w Makro-EMG: wzrost amplitudy i pola w okresach wczesnych w wynikureiner

wacji i obniżenie tych parametrów w okresach późnych z powodu

wtórnego odnerwienia [3, 4, 16, 17].

Różni autorzy podają bardzo różne parametry i sposoby oceny narastania

uszkodzenia w badaniach seryjnych [3, 4, 19, 20, 22]. Zalecane są obok wymienionych

już, takie metody, jak: ocena siły mięśni badanej ilościowo, dynamometrycznie

podczas skurczu izometrycznego, ocena amplitudy odpowiedzi

M podczas ponadmaksymalnej stymulacji nerwu unerwiającego badany mięsień

(CMAP) oraz ocena liczby jednostek ruchowych (MUNE). Ta ostatnia metoda

wprowadzona przez McComasa [12] jest stosowana w wielupraco wniach, przy

czym zostały opracowane różne techniki tego badania [3, 4, 10, 22]. Odzwierciedla

ona pierwotny proces, jakim jest w SLA postępujący ubytek jednostek

ruchowych, jest uważana za metodę czułą i wiarygodną [3, 4, 12]. Zaleca się

stosowanie jednocześnie kilkum etod i porównywanie ich wyników oraz zestawianie

ich z oceną kliniczną dokonywaną wg różnych skali funkcjonalnych np.

skali Norrisa, Appela, czy ALSFRS (ALS Functional Rating Scale) [3].

Yuen i Olney [22] w badaniach seryjnych oceniali następujące parametry: siłę

mięśnia podczas dowolnego maksymalnego skurczu izometrycznego (MVIC),

amplitudę odpowiedzi M podczas stymulacji (CMAP), FD oraz liczbę jednostek

ruchowych (MUNE). Spadek MVIC oraz CMAP kształtowały się podobnie

w kolejnych badaniach. Zmiany FD (wzrost w okresie reinerwacji i spadek

w okresie odnerwienia końcowego) i spadek liczby czynnych jednostek ruchowych

(MUNE) uważają oni za najbardziej czułe i wiarygodne wskaźniki postępu

choroby.

Warta jest przytoczenia opinia grupy ekspertów Światowej Federacji Neurologicznej

wypracowana w roku1998 w Arlie House, w Virginii [10]. Podkreśla

ona trudności i niebezpieczeństwa prób obiektywnej oceny przebiegu SLA,

które zostały już przedstawione. Mimo sceptycyzmu proponuje się zastosowanie

następujących metod, jako markerów zaawansowania SLA: ocenę CMAP, tj.

amplitudy odpowiedzi M, analizę ilościową potencjałów jednostek ruchowych

(w Makro-EMG i CNEMG), ocenę FD oraz jitteru(SFEMG) i ocenę liczby

jednostek ruchowych (MUNE).

Zwraca się jednak uwagę na różną czułość tych metod, niekiedy brak korelacji

między wynikami poszczególnych metod i trudności interpretacyjne wynikające

z omówionej już specy.ki przebiegu SLA.

Sheet Number 22 Page Number 22

20 kwietnia 2001 17:18 a1.tex

Nr 1 Badania elektro.zjologiczne w SLA 23

Wydaje się więc, że o ile badania elektro.zjologiczne są decydujące we

wczesnej diagnostyce SLA, o tyle ich wartość w monitorowaniuprzebiegu ,

zwłaszcza w próbach lekowych, jest nadal niepewna i wymaga dalszych badań.

Piśmiennictwo

[1] Belsh J. M., Schi.man P. L.: The ALS patient perspective on misdiagnosis and

its repercussions. J Neurol Sci., 1996, 139 (Suppl), 110.

[2] Brooks B. R. World Federation of Neurology Research Group on Neuromuscular

Diseases: El Escorial criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis.

J Neurol Sci, 1994, 124, 965.

[3] Bromberg M. B.: Electrodiagnostic Studies in Clinical Trials for Motor Neuron

Disease. J Clin Neurophysiol., 1998, 15, 117.

[4] Bromberg M. B. i wsp.: Motor unit number estimation, isometric strength, and

electromyographic measures in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle & Nerve,

1993, 16, 1213.

[5] Cappellari A. i wsp.: A tentative interpretation of electromyographic regional differences

in bulbar and limb - onset ALS. Neurology, 1999, 52, 644..

[6] Davenport R. J., Swingler R. J., Chancellor A. M., Warlow C. P.: Avoiding false

positive diagnoses of motor neurone disease: lessons from the Scottish motor neurone

disease registry. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 1996, 60, 147.

[7] Emeryk-Szajewska B., Kopeć J., Karwańska A.: The Reorganization of Motor

Units in Motor Neuron Disease. Muscle & Nerve, 1997, 20, 306.

[8] Erminio F., Buchthal F., Rosenfalck P.: Motor unit territory and muscle .ber concentration

in paresis due to peripheral nerve injury and anterior horn involvement.

Neurology, 1959, 9, 657.

[9] Finsterer J., Fuglsang-Frederiksen A., Mamoli B.: Needle EMG of the tongue:

motor unit action potential versus peak ratio analysis in limb and bulbar onset

amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 1997, 63, 175.

[10] Guilo. R. J.: EMG Monitoring In ALS Clinical Trials. Presented in World Federation

of Neurology (WFN) Committee on Motorneuron Diseases, Arlie House,

Virginia, USA in April 1998.

[11] Mazzarello P. i wsp.: Towards a de.nition of the neuronopathic process in amyotrophic

lateral sclerosis, in Neurophysiological Contributions for Assessing Rehabilitation

in Lower and Upper Motor Neuron Diseases, eds: Pinelli P., Passetti

C., Mora G, 1984, Liviana, Padova, 97.

[12] McComas A. J.: Invited review: motor unit estimation: Methods, results, and present

status. Muscle & Nerve, 1991, 14, 585.

[13] Nowak-Michalska T., Rowinska-Marcińska K., Karwańska A., Emeryk-Szajewska

B.: Reinnervation capacity of motor units in amyotrphic lateral sclerosis studied

by .bre density (FD) index. Electroenceph. Clin. Neurophysiol., 1997, 103, 100.

Sheet Number 23 Page Number 23

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

24 B. Emeryk-Szajewska Nr 1

(Abstracts of the 14th International Congress of EEG and Clinical Neurophysiology,

Florence, Italy, August 24-29, 1997).

[14] Ross M.A. i wsp.: Toward earlier diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. Revised

criteria. Neurology, 1998, 50,768.

[15] Rowland L. P.: Diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Sci., 1998,

160 (Suppl. 1), 6.

[16] Stalberg E.: Electrophysiological studies of reinnervation in ALS. Adv Neurol.,

1982, 36, 47.

[17] Stalberg E., Sanders D. B.:The motor unit in amyotrophic lateral sclerosis studied

with di.erent neurophysiological techniques, in Rose F. C. (ed): Research Progress

in Motor Neurone Disease. 1984, Pitman, London, 105.

[18] Swash M.: Early diagnosis of ALS/MND. J Neurol Sci., 1998, 160 (Suppl. 1), 33.

[19] Swash M., Schwartz M. S.: A Longitudinal Study of changes In Motor Units In

Motor Neuron Disease. J Neurol Sci, 1982, 56, 185.

[20] Swash M., Schwartz M. S.: Staging Motor Neurone Disease: Single Fibre EMG

Studies Of Asymmetry, Progression And Compensatory Reinnervation. In: Research

Progress in Motor Neurone Disease. C. Rose (ed.), Pitman, London, 1984,

123.

[21] Wilbourn A. J.: Clinical neurophysiology in the diagnosis of amyotrophic lateral

sclerosis: The Lambert and the El Escorial criteria. J Neurol Sci., 1998, 160

(Suppl. 1), 25.

[22] Yuen E. C., Olney R. K.: Longitudinal study of .ber density and motor unit number

estimate in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Neurology, 1997, 49,

573.

Adres: Klinika Neurologiczna

Akademia Medyczna

ul. Banacha 1A

02-097 Warszawa

Sheet Number 24 Page Number 24

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 25

Vincenzo Silani, Massimiliano Braga, Veronica Cardin,

Guglielmo Scarlato

Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia

Institute of Neurology, University of Milan, Medical School, IRCCS Maggiore

Hospital, Milano, Italy

słowa kluczowe: SLA, leczenie, riluzol, czynniki neurotro.czne, IGF-1

key words: Amyotrophic lateral sclerosis, treatment, riluzole, neurotrophic factors,

Insulin-like growth factor-I

Summary

The pathogenesis of ALS: implications for treatment strategies - Besides the

free radical hypothesis raised by the identi.cation of Superoxide Dismutase1 mutations

in a subset of familiar Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) patients, three etiopathogenic

hypotheses for sporadic ALS, namely autoimmune, neuro.lament, and glutamate toxicity,

have attracted interest in the last few years. The role of autoimmunity in ALS has

been seriously questioned. The excitotoxic hypothesis for ALS spurred two clinical trials

with riluzole. The results of both studies showed a modest bene.t in prolonging survival

that was statistically signi.cant. Riluzole was the .rst drug made available for

ALS patients. It began a new era in both basic and clinical research. Various human

recombinant neurotrophic molecules (CNTF, BDNF, IGF-I) were administered to ALS

patients. IGF-I slowed the progression of functional impairment in patients with ALS

with no adverse e.ects. The recent demonstration of the speci.c viral echovirus 7 RNA

sequences in the spinal cord of ALS patients refocused research on the viral hypothesis

of the disease and antiviral drugs are ready to be used in clinical settings. New

treatment strategies are today under study: intrathecal infusion with BDNF, intrathecal

capsules for neurotrophic factor secretion or in vivo gene therapy using viral vectors.

New research .ndings are, more than for other diseases, immediately transferred to

clinical ground for the desperate need of a curative treatment of the patients a.ected

by ALS.

Sheet Number 25 Page Number 25

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

26 V. Silani et al Nr 1

Streszczenie

Hipoteza stresu oksydacyjnego i nadmiaru wolnych rodników jako przyczyny SLA

powstała po odkryciu mutacji dysmutazy nadtlenkowej (SOD1) u niektórych chorych

z rodzinną postacią SLA. Oprócz tej hipotezy w ostatnich latach nadal rozważa się inne

mechanizmy: zaburzenia autoimmunologiczne, uszkodzenie neuro.lamentów oraz toksyczność

kwasu glutaminowego. Udział mechanizmu autoimmunologicznego został poważnie

zakwestionowany. Hipoteza toksyczności glutaminianów była podstawą do przeprowadzenia

dwóch prób klinicznych z lekiem riluzol. Obydwa badania wykazały niewielki

ale statystycznie znamienny efekt leku w postaci wydłużenia okresu przeżycia

chorych. Riluzol jest pierwszym lekiem zarejestrowanym do leczenia SLA. Fakt ten zapoczątkował

nową erę w badaniach podstawowych i klinicznych nad SLA. Próbowano

równieżs tosować różne rekombinowane ludzkie czynniki neurotro.czne (CNTF, BDNF,

IGF-1) u chorych z SLA. IGF-1 powodował poprawę stanu funkcjonalnego pacjentów,

bez wyraźnych objawów niepożądanych. Ostatnie odkrycie obecności wirusowego RNA

(echowirus 7) w rdzeniu kręgowym pacjentów z SLA odnowiło zainteresowanie etiologią

wirusową w tej chorobie, zwłaszcza że są dostępne skuteczne leki przeciwwirusowe.

Nadal trwają nowe próby leczenia: dokanałowa infuzja BDNF, dokanałowe podawanie

kapsułek uwalniających czynniki neurotro.czne oraz terapia genowa in vivo z użyciem

wektorów wirusowych. Każde nowe odkrycie jest prawie natychmiast próbowane w warunkach

klinicznych u pacjentów z SLA.

The pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is probably multifactorial

and includes the interaction of one, or more likely, several susceptibility

genes, undetermined environmental factors, and the physiological cellular ageing.

There is no clear indication when the disease begins: the symptomatic disease

is preceded by a preclinical period of unknown length. Duration of symptoms

is also quite dissimilar. These variables, which are not well understood, have

added to the di.culty in assessing treatment which in the past resulted in a degree

of therapeutic nihilism. This view is certainly being replaced in the last few

years by a growing optimism as several therapeutic strategies based on known

or suspected etiopathogenic mechanisms have been translated into therapeutic

trials. Given our present knowledge of the etiopathogenesis of ALS, it seems

doubtful that a single compound will be capable of arresting the neuronal loss

and promoting regeneration. It is to be expected that the greatest therapeutic

success will derive from a combination of substances that are aimed at di.erent

aspects of the disorder. This approach is routinely used in cancer therapy.

Polytherapies might include neuroprotective agents, drugs directed to combat

the intermediate or terminal cascade of events of the disease, and symptomatic

measures.

The approval of the glutamate antagonist riluzole as the .rst speci.c medication

in ALS exempli.ed how a large trial may have a major impact on a disease,

Sheet Number 26 Page Number 26

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 27

even if the drug itself has only a mild bene.cial e.ect. Riluzole has been proven

to prolong life expectancy in ALS by a few months [5, 20]. Several issues are yet

to be solved, namely its e.cacy on life expectancy without e.ects on functional

scales of patient evaluation. The greatest bene.t of the riluzole trial was to bring

together neurologists interested in ALS. These investigators have established an

International Consortium for ALS Clinical Trial which has been developed under

the auspices of the World Federation of Neurology (WFN) - Research Subcommittee

on Motor Neuron Disease. The consortium has suggested strategies for

instituting clinical trials (WFN Research Group on Neuromuscular Diseases Subcommittee

on Motor Neuron Disease, 1995). Additionally, the riluzole and the

other trials planned or presently underway have had a major impact on the overall

care of patients with ALS. The quality of life of ALS patients is improving,

and public awareness of the disease has increased considerably.

The riluzole approval for use in ALS and the Insulin Like Growth Factor-I

(IGF- I) in an expanded access programme rendered true placebo-controlled trials

in ALS di.cult to implement. Furthermore, families and ALS patients are today

well informed on therapeutic new options. This creates problems in designing

placebo-controlled clinical trials. On the other hand, uncontrolled polytherapy

is di.cult to monitor and vitamin E, selegiline, gabapentin, and lamotrigine

are usually prescribed for the treatment of ALS patients. A possible way of

avoiding randomized, placebo-controlled trials is to use historical controls [12].

This necessitates monitoring disease progression prior to starting the drug trial

(wash-in period). Alternatively, it is possible to compare the patient's course

with that of a previously studied large patient population [12]. To be successful,

trials using historical controls assume the following: (i) the natural history

of the disease is de.ned and reproducible; (2) the disease progression is linear;

(3) the assessment instrument is reliable, valid, and reproducible; (4) standardized

measurement techniques are used in the di.erent centers involved in the

study. There does seem to be a role for natural history-controlled trials in Phase

II studies.

One of the main problems raised by the placebo-controlled clinical trials

in ALS is to estimate the smallest sample size able to detect signi.cant bene-

.ts of a new compound. This has been calculated to be about 120 patients by

Munsat [30]. Critical for the success of the trial are, of course, the primary and

secondary endpoints. The most common primary and secondary endpoints in

clinical trials are: survival and/or tracheostomy; Norris scale; Appel ALS Rating

Scale; ALS Functional Rating Scale (ALSFRS); Forced or slow Vital Capacity

(FVC or VC, respectively); Tufts Quantitative Neuromuscular Exam; and Sickness

Impact pro.le (SIP). Quality of life is increasingly considered as one of

Sheet Number 27 Page Number 27

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

28 V. Silani et al Nr 1

the most relevant outcome measures in the evaluation of treatment regimens in

ALS. The European ALS community recently developed a new evaluation of the

impact of the disease [16]. Of the di.erent endpoints utilized in clinical trials,

survival or time to tracheostomy necessitate a long-term trial, usually 18 months

or more (approximately half of the length of the natural course of the disease)

to obtain information to construct a statistically signi.cant survival curve to be

compared to placebo-controls. The most recent clinical trials were characterized

by a large number of patients at multiple centers (bi-continental trials) with signi

.cant increase in the cost of the drug when approved. Health care agencies in

many countries became reluctant to cover the .nancial burden. The economical

aspects of large ALS trials were discussed by the Research Subcommittee of the

WFN on Motor Neuron Diseases [45].

Neuroprotective agents: vitamin E, L-deprenyl, N-acetyl cysteine

The term neuroprotection has acquired a certain popular mystique, but in

therapeutic terms it refers to ”interventions that produce enduring bene.ts by

favourably in.uencing underlying aetiology or pathogenesis and therapy forestalling

onset of illness or clinical decline” [40].

Supplement of VITAMIN E (400 iu or greater) is currently consumed by the

population over the age of 45 years. Vitamin E acts as a natural antioxidant and

has a free-radical scavenging properties [9]. The antioxidant properties are enhanced

by the addition of other antioxidants including vitamin C, beta- carotene,

and .avonoids. The analysis of the vitamin E e.ects in ALS are underway. If

vitamin E did not prevent the progression of disease in LouG ehrig, it may be

that there are subpopulations with ALS that do respond to vitamin E [36]. The

possible role of vitamin E supplementation is also suggested by the reduction in

the cerebrospinal .uid of alpha-tocopherol and its oxidized form alfa-tocopherol

quinone [13]. The possible role of vitamin E in motor neuron degeneration and

survival needs to be fully explored. Vitamin E in a very reduced percentage is

able to cross the blood-brain barrier after oral administration. Other more reliable

delivery systems need to be developed.

DEPRENYL, a selective monoamine oxidase-B (MOA-B) inhibitor, is able

to increase the superoxide dismutase and catalase activity [19]. MOA-B is signi

.cantly increased in post-mortem ALS spinal cord, in regions characterized by

the neuronal degeneration [3, 17]. A small negative cross-over study in 10 ALS

patients who received deprenyl 10mg per day has been reported [18]. A larger

study of 133 patients was equally negative [22].

N-ACETYL CYSTEINE (NAC), a precursor of glutathione, is able to prevent

apoptotis in experimental settings of spinal cord in vitro [38]. There has been one

Sheet Number 28 Page Number 28

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 29

recent, randomized, placebo-controlled trial in ALS using NAC. The drug was

administered by subcutaneous infusion (50mg/kg body weight per day) and 12-

month survival was used as primary endpoint measure. 35 ALS and 30 control

patients were treated [25]. The power analysis of the sample size indicates that

the number of patients used was too small and the results were indeterminate.

Further trials with NAC eventually need to be planned.

Glutamate excitotoxicity and antiglutamatergic therapy

Accumulating experimental evidence suggesting a glutamatergic excitotoxicity

in ALS come to an end with the demonstration of excitatory amino acid

transporter 2 (EAAT2) abnormalities in selective anatomical regions a.ected

by the disease in a signi.cant sample of ALS patients [37, 39]. EAAT2 is the

glutamate transporter selectively localized in the membrane of astrocytes. The

abnormality of EAAT2 expression observed in ALS patients was related by Lin

et al. [24] to an aberrant RNA splicing. One of the possible and most logical

consequences of the EAAT2 reduction is the increase of extracellular glutamate

within the brain. The therapeutic implication arising from these .ndings is the

need for targeted therapies able to enhance the reduced glutamate transporter activities

in ALS. Glutamate antagonism can be used therapeutically but it requires

caution. Antagonism su.cient to protect neurons from degeneration might be

dangerous, especially in the later stages of the disease when very few motor

neurons survive.

LAMOTRIGINE is a phenyltroiazine compound, initially developed as an anticonvulsivant.

It is thought to inhibit the synaptic release of glutamate through

its blockade of voltage-gated sodium channels. A single, placebo- controlled

trial in 67 ALS patients was performed using an oral dose of 100mg daily. No

di.erence in survival was shown between treated and untreated patients [10].

A lessening of fasciculation's was observed in a third of the treated patients.

The e.ect was not quanti.ed. The same observation was carried out in ALS patients

treated with riluzole and gabapentin, suggesting that fasciculations may

have some glutamate dependence. The 100mg dose of lamotrigine doesn't have

to be considered a de.nitive proof for lamotrigine ine.ciency and larger trials

with 200-400 mg doses are warranted before reaching a .nal conclusion on

lamotrigine bene.cial e.ect in ALS.

RILUZOLE, originally developed like lamotrigine as an antiepileptic drug,

was not as e.ective as lamotrigine. As well as inhibiting glutamate release, it

also blocks voltage-dependent sodium channels, antagonizes NMDA-evoked entry

of calcium, and can a.ect the uptake of GABA [15, 26]. However, its mode

Sheet Number 29 Page Number 29

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

30 V. Silani et al Nr 1

of action as a glutamate antagonist is poorly understood. Riluzole is the only

drug thus far that has been approved for the treatment of ALS in Europe, US,

and Asia. Riluzole extends the survival of ALS patients on average for a few

months, but is not associated with improved quality of life or improved muscle

strength [20]. In the initial Phase II study from France with 155 ALS patients

[5], riluzole at 100mg at day was found to extend median survival by a mean

of 90 days compared to placebo. The treatment e.ects were more evident with

ALS patients who had a bulbar onset. This remained an unexplained .nding,

not con.rmed in the larger multinational trial that involved 959 patients (301

patients treated with riluzole). In both studies with riluzole, the di.erence between

the treated and the placebo Kaplan-Meier survival curves lost signi.cance

with time. At about 12 to 15 months, the survival di.erence was no longer signi

.cant. The riluzole trial was terminated before it became clear whether or not

the curves would meet. The loss of signi.cance at 12-15 months might simply

re.ect the fact that the disease had progressed to a point beyond which riluzole

could have an e.ect. Failure of sustained signi.cance has also been interpreted

as being due to reduced power because of too few surviving patients remaining

toward the end of the trials. Transgenic mice with mutations in the superoxide

dismutase1 (SOD1) gene were given riluzole and showed bene.t limited to the

early and mid-terms of the induced disease [11]. There is a dose-dependent excess

of riluzole: in clinical settings 50mg is not e.ective, 100mg and 200mg

doses show similar e.cacy. Riluzole is inducing side e.ects in the patient,

namely nausea, dizziness, neurasthenia, and a rise in liver function tests without

overt liver disease.

There has been considerable research into AMPA ANTAGONISTS in recent

years. Suitable AMPA antagonists will be soon available for human studies.

AMPA mediates neuronal damage in the adult and infant brains, and BOAA, an

AMPA agonist, is a candidate agent for neurolathyrism.

Glutamate dehydrogenase (GDH), that interconverts glutamate and alfa- ketoglutarate,

can be activated in vitro by branched-chain amino acids (BCAAs)

L-leucine and L-isoleucine. BCAAs are readily absorbed after oral administration

and a competitive transport in the intestine between the di.erent BCAAs

takes place. This can be prevented if L-leucine, L-isoleucine, and L-valine are

administered together. This approach was used in di.erent trials [4, 34, 35, 43,

44]. Some of these studies showed a trend in favour of the treatment group

but none reached a statistically signi.cant level. The Tandan's study is the most

validated. This study did not show bene.cial e.ect of BCAA or L-threonine

compared to controls. There was, in fact, a greater loss of pulmonary function

in both treatment groups, which may have been due to an adverse e.ect of

Sheet Number 30 Page Number 30

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 31

these amino acids. GABAPENTIN, a BCAA homologue and a stero-similar to

L-leucine, is a modulator of the GDH activity and it is concentrated in astrocytes.

Gabapentin could decrease the synthesis of glutamate. The dose of gabapentin

required to signi.cantly antagonize glutamate are toxic and cannot be tolerated.

Smaller concentrations of gabapentin can sensitize GDH to stimulate L-leucine,

which in turn enhances glutamate oxidation by brain synaptosomes [35]. This

suggested that combination therapy with gabapentin and BCAA may have merit.

A placebo-controlled trial used gabapentin alone, at a dose of 800mg daily for

six months in 152 patients. The primary endpoint was the slope of the arm

megascore of maximum voluntary isometric strength [27]. Vital capacity was

used as a secondary endpoint. Di.erences between treated and control groups

did not reach signi.cance, but there was a trend in favour of the treated group,

suggesting further studies. The last GABAPENTIN study was negative [29].

SANOFI-SR57746A

The SANOFI-SR57746A trial is underway after beginning in 1998. This

molecule has both neuroprotective and neurotrophic properties, penetrating the

blood- brain barrier. The compound was demonstrated to have a direct neurotrophic

e.ect on neurons and to activate the synthesis of neurotrophins. In animals,

Sano.-SR57746A was shown to reduce the functional de.cits produced

in several models both in the central and peripheral nervous system. It is also

a 5HT1A receptor ligand and has anxiolytic and antidepressant e.ects in animal

models. 110 ALS patients and 117 healthy volunteers were treated in Phase II

trial in France. The ALS patients showed slower rate of decline in muscle test

testing, less decrease in vital capacity, and improved limb and bulbar functional

scales, compared to non-treated patients after 32 weeks of treatment with 2mg

of SR57746A. A large multinational, multicenter, phase III trial of SR57746A

is almost completed (1000 patients) and results are expected at the end of the

year 2000.

The trophic factor avenue: CNTF, IGF-I, BDNF, and GDNF

While there is no direct evidence that a de.ciency or mutation within one of

the neurotrophic factors results in ALS, there is considerable interest in whether

or not they can be used for preventing motor neuron loss in a.ected patients. The

number of potential motor neuron trophic factors is increasing with time generating

”L' Embarras des Richesses” [32]. The reason for so many motor neuron

trophic factors are several: motoneurons may require multiple factors for survival

during adult life; subpopulations of motor neurons require di.erent molecules;

Sheet Number 31 Page Number 31

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

32 V. Silani et al Nr 1

di.erent factors are required by motor neurons at di.erent ages. Final answers

are crucial to design clinical trials.

Ciliary neurotrophic factor (CNTF): A treatment failure?

Two major US clinical trials have been conducted with CNTF subcutaneusly

administered [2, 28]. The two trials di.ered with respect to the dosing frequency

employed. The highest tolerated doses determined from preliminary safety study

were used. In the .rst study, the patients were dosed three times weekly with

15µg/kg or 30µg/kg, the latter being the maximum tolerated dose in preliminary

studies.

The second study employed daily dosing with doses up to 5µg/kg. The ALS

CNTF Treatment Study Group enrolled 730 patients into three arms (placebo,

15 and 30µg/kg given three times weekly) in a randomized, double-blind trial

with a 9-month dosing period. The primary end-point was the slope of the loss

of muscle strength determined from a combined arm and leg megascore measured

by isometric muscle dynamometry. In addition, a number of secondary

end-points were also veri.ed. At the end of the study no signi.cant di.erences

were shown with no di.erence in survival. Adverse e.ects noted were cough, asthenia,

anorexia, weight loss, aphtous stomatitis, injection-site reaction and fever.

The majority of CNTF treated patients developed antibodies.

The second CNTF study enrolled 570 ALS patients into four arms (placebo,

0.5, 2, and 5µg/kd/d) in a randomized, double blind trial of 6 months duration.

There was no signi.cant di.erence in the change from baseline between the four

treatment arms. Adverse e.ects in the high dose group (5 mg/kd/d) were similar

to those reported in the ALS CNTF Treatment Study Group. At the end of the

6 month treatment, there was not signi.cant di.erence in survival between the

groups, but at follow-up 30 days after completing the study there was a signi.-

cant di.erence with higher mortality in the high dose CNTF group. Both studies

clearly demonstrated that subcutaneous CNTF failed to show any evidence of

e.cacy at doses up to the highest tolerated doses in ALS patients.

Although CNTF clearly has neurotrophic e.ects on motor neurons and activity

in preclinical ALS animal models, doses su.cient to exert these e.ects in

patients may not be achievable due to systemic toxicity. Local, instead of systemic,

delivery could possibly alleviate this problem. The CNTF potential for

ALS treatment needs to be further explored.

Sheet Number 32 Page Number 32

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 33

Type I insulin-like growth factor-I (IGF-I): First neurotrophic

factor used without critical side e.ets

Type I IGF-I receptor are widely distributed throughout the nervous system,

suggesting an important role for IGF-I in growth, development, and maintenance

of the central nervous system [41]. Preclinical data provided strong evidence that

recombinant human IGF-I (rhIGF-I) may have a critical role in preventing motor

neuron loss in ALS. Two recent multicenter studies explored the assumption: the

North American and the Europe studies. In both studies the response to treatment

was assessed using functional criteria rather that survival. It was considered at

the outset that changes in function would have more relevance to patients and

clinicians in this debilitating, rapidly progressive, and ultimately fatal disease.

The Appel ALS (AALS) rating scale was used to assess the disease progression.

In the North American study 266 ALS patients participated and were randomized

to either placebo, rhIGF-I at 0.005mg/kg per day (low dose) or rhIGF-I

at 0.10mg/kg per day (high dose). The rate of disease progression in the North

American study was decreased by administration of rhIGF-I in a dose-related

manner. (P = 0.01). The therapeutic e.ect of rhIGF-I as evaluated by the AALS

score was supported by the SIP results [21].

The European study, with 183 ALS patients and similar in design to the

North American study, di.ered in few important points: i) two treatment arms

(placebo and rhIGF-I at 0.10mg/kg day); ii) ratio of patients randomized to

placebo or rhIGF-I was 1:2; iii) primary endpoint the change in AALS total

score from base-line; iv) strati.cation according to initial severity not carried

out. At study completion, the primary e.cacy outcome measure (change in disease

progression as assessed by the AALS rating scale) showed no signi.cant

di.erence between treatment groups. RhIGF-I appeared to be safe and welltolerated

in both trials [7].

An analysis was performed on pooled individual data from these two studies,

comprising 360 patients (placebo: 149; rhIGF-I: 211). The results support

the hypothesis of a possible slowing of disease progression by rhIGF-I in ALS

[23]. From a scienti.c standpoint, IGF-I deserves a place in history, being the

.rst neurotrophic agent shown to be e.ective in ALS without being associated

with relevant clinical e.ects.

IGF-I is waiting for approval for therapeutic use in ALS in US. The application

in Europe was withdrawn in 1998.

Sheet Number 33 Page Number 33

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

34 V. Silani et al Nr 1

Brain derived neutrophic factor (BDNF): A possible intrathecal

motoneurotrophic agent

BDNF has a brilliant pedigree as a motor neuron trophic factor, being active

both during development and adult life. A BDNF phase I/II study was planned.

The phase I study was a placebo-controlled, double blinded, randomized study

done primarily to ascertain the safety and tolerability of daily subcutaneous administered

BDNF in ALS patients. The study used six cohorts with sequentially

escalating doses of 10, 25, 50, 100, 150, and 300 þg/kg/d administered as a daily

subcutaneous injection. BDNF was safe and well tolerated.

A Phase II study was planned. The study was a 6-month randomized, placebo

controlled, double-blind parallel dose study which enrolled 214 patients in a 4:1

drug: placebo ratio. The e.ect of the BDNF on the disease was assessed according

to di.erent parameters (%FVC, ALSFRS, etc.). Total 283 ALS patients were

enrolled in Phase I and II studies pooled together. BDNF was demonstrated to

be safe. BDNF showed an e.ect on the %FVC decline over time with signi.cant

consequences on survival using the Cox proportional hazards model adjusted for

the baseline %FVC

A subsequent Phase III trial (1.000 ALS patients) looking to survival (at

9 months) and percent predicted FVC decline as endpoints was negative for

signi.cant e.ects [14].

The failure of the large BDNF Phase III trial had profound consequences in

the ALS scienti.c community which started questioning the signi.cance of the

BDNF as motoneurotrophic agent. The proposed mechanism by which BDNF

may gain access to the motor neuron cell soma is by retrograde transport after

binding to trkB receptors at the neuromuscular junction. This mechanism

is both ine.cient and likely defective in patients with ALS. The logical further

approach was to deliver BDNF in such a way as to reach critical local

concentrations in the motor neuron environment. A Phase I trial of intrathecal

BDNF administered by constant intrathecal infusion [31] has shown that significant

levels of BDNF (e.g., 100-400 ng/mL) can be achieved in the CSF by this

method. The patients reported sensory symptoms (a sense of warmth) and, at

higher doses, agitation and insomnia. These preliminary results suggested that

intrathecal BDNF administration can achieve both of the potentially physiological

levels of the neurotrophic agent in the NCS/CSF and that BDNF is inducing

symptoms referable to e.ects on a population of neurons located in the central

nervous system.

A further trial with BDNF given intrathecally started in September 1998

with a bicontinental, double-blind, placebo-controlled study. The conclusion on

Sheet Number 34 Page Number 34

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 35

the possible utility of BDNF as a therapeutical agent in ALS must be deferred

until the trial has been completed.

Glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF): The role of

intraventricular infusion in ALS

GDNF has been experimentally demonstrated to be one of the most powerful

motoneurotrophic agents. A Phase I study involving 24 patients in six centers and

administering GDNF intraventricularly was completed. Endpoints included FVC,

survival, and isometric muscle strength testing. Preclinical data have indicated

that the intraventricular approach is very potent compared to the subcutaneous

administration. The intraventricular administration may be more e.ective than

the intrathecal injection to guarantee the distribution to the upper motoneurons.

Further studies have been planned and are underway.

The viral hyphotesis and Pleconaril

Enterovirus RNA as detected in 88.3% of 17 ALS patients compared to 3.4%

of 29 control subjects. The PCR products were located in neuronal cell bodies

of the anterior horns of the spinal cord. The ampli.cation products showed signi

.cant homology with echovirus 7 sequences. The exact mechanism of disease

in ALS is missing, but the enteroviral therapeutical implication is very important

in view of the availability of new antiviral drugs (Pleconaril) which appears

to be e.ective against human enterovirus infections by blocking the release of

viral RNA [6].

Future treatment strategies

The Sano.-SR57746A and intrathecal BDNF trials are underway. Our interest

will be focused on the results of these two trials of the end of the year 2000.

Planning of future trials depends upon careful evaluation of the outcome.

The pending issue of the IGF-I, not approved for treatment of ALS on the

basis of the available data, needs to be cleared. A third and more conclusive IGFI

trial using survival and functional scales as endpoints will be of great utility

to de.ne the clinical e.cacy of the compound.

Small or large clinical trials represent two opposite but not mutually exclusive

approaches to design future clinical trials. Task forces are probably needed

to explore new drugs in short series of ALS patients with pilot studies. The combined

clinical trials, suggested by animal models, are tempting our imagination.

The task of treating ALS patients with two or more experimental compounds,

Sheet Number 35 Page Number 35

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

36 V. Silani et al Nr 1

of which we are far from knowing the single mechanism of action, represents

a real challenge.

Future therapeutic strategies in ALS are completely and mutually dependent

on the advancement of basic knowledge in the disease. The gene therapy approach

may represent the most logical solution to deliver in the central nervous

system (CNS) molecules known to be unable to cross the brain-blood barrier.

A preliminary example of ex vivo gene therapy was reported by Aebisher et al.

[1] for the use of CNTF intrathecal in ALS patients. In the study, 6 ALS patients

were implanted with polymer capsules containing baby hamster kidney

cells synthesizing 0.5 þg CNTF per day in the lumbar intrathecal space. This

study demonstrated the feasibility of the delivery system even if signi.cant clinical

e.ects were not obtained. The same approach can be used in the future to

deliver more than one neurotrophic agent aiming at a poly-agent treatment of

the disease. The in vivo gene therapy is still too experimental in animal settings

to reach the clinical arena.

Replacement therapies with neuronal stem cells or complex delivery systems

to reach selective regions of the CNS in ALS patients represents a matter of active

research. The intrinsic di.culty in treating ALS patients is also dependent

upon the di.culty of reaching an early diagnosis and adequately quantifying the

motor neuron loss in vivo. E.orts to de.ne the speci.c regional vulnerability

of human motor neurons in ALS patients represent a preliminary step in understanding

the features of the degenerative process in the di.erent anatomical

regions and in the di.erent phases of the disease [8, 42].

Diversi.ed and orchestrated therapeutic approaches need to be developed

supported by scienti.c bases of evidence.

Acknowledgement

Supported in part by the ”Associazione Amici Centro Dino Ferrari” for Neuromuscular

and Neurodegenerative Diseases and by a grant from IRCCS Maggiore

Hospital, Milano. John P. Hemingway critically read the manuscript during

its preparation.

Bibliography

[1] Aebischer P, Schluer M, Deglon N. et al.: Intrathecal delivery of CNTF using encapsulayed

genetically modi.ed xenogeneic cells in amyotrophic lateral sclerosis.

Nature Med 1996, 2, 696.

[2] ALS CNTF Treatment Study Group. A double-blind placebo-controlled clinical

trial of subcutaneous recombinant human ciliary neurotrophic factor (rhCNTF) in

amyotrophic lateral sclerosis. Neurology 1996, 46, 1244.

Sheet Number 36 Page Number 36

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 37

[3] Aquilonius Sm, Jossan SS, Ekblom JG, et al.: Increased binding of 3H-L- deprenyl

in spinal cords from patients with amyotrophic lateral sclerosis. J Neural

Transmission 1992, 89, 111.

[4] Beghi E. The Italian ALS Study Group . Branche-chain amino acids and amyotrophic

lateral sclerosis: A treatment failure? Neurology 1992, 43, 2466.

[5] Bensimon G, Lacombiez L, Meininger V, The ALS/Riluzole Study Group. A controlled

trial in amyotrophic lateral sclerosis. N Engl J Med 1994, 330, 585.

[6] Berger M M, Kopp N, Vital C, Redl B, Aymard M, Lina B. Detection and cellular

localization of enterovirus RNA sequences in spinal cord of patients with ALS.

Neurology 2000, 54, 20.

[7] Borasio G, Robberecht W, Leigh P N, et al.: A placebo-controlled trial of insulinlike

growth fator-I in amyotrophic lateral sclerosis. Neurology 1998, 51, 583.

[8] Cappellari A, Brioschi A, Barbieri S, et al.: A tentative interpretation of electromyographic

regional di.erences in bulbar- and limb-onset ALS. Neurology

1999, 52, 644.

[9] Duval C, Poelamn MC. Scavenger e.ect of vitamin E and derivatives on free

radicals generated by photoirradiated pheomelanin. J Pharm Sci 1995, 84, 107.

[10] Eisen A, Stewart H, Schulzer M, Cameron D. Anti-glutamate therapy in amyotrophic

lateral sclerosis; a trial using lamotrigine. Can J Neurol Sci 1993, 20,

297.

[11] Gurney ME, Cutting FB, Zhai PZ, et al.: Bene.t of vitamin E, riluzole, and

gabapentin in a transgenic model of familiar amyotrophic lateral sclerosis. Ann

Neurol 1996, 39, 147.

[12] Haverkamp LJ, V Appel, SH Appel. Natural history of amyotrophic lateral sclerosis

in a database population. Validation of a scoring system and a model for

survival prediction. Brain 1995, 118, 707.

[13] Hideo T, Takashi A, Mika, et al.: A-tocopherol quinone level is remarkably low

in the cerebrospinal .uid of patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis.

Neurosci Lett 1996, 207, 5.

[14] Hilt DC, Miller JA, Malta E.: Early experiences with trophic factors as drugs for

neurological disease: Brain-derived neurotrophic factor and ciliary neurotrophic

factor for ALS. In: Cell death and diseases of the nervous system. Koliatsos VE,

Ratan RR (eds). Humana Press, Totowa, 1999, pp 593.

[15] Hubert JP, Delumeau JC, Glowiniski J, et al.: Antagonism by riluzole of entry of

calcium evoked by NMDA and veratridine in rat cultured granule cells: evidence

for dual mechanism of action. Br J Pharmacol 1994, 113, 261.

[16] Jenkinson C, Swash M, Fitzpatrick R, The ALS-HPS Steering Group. The European

Amyotrophic Lateral Sclerosis Pro.le Study. Neurol Sci 1998, 160 (Suppl

1), S122.

[17] Josson SS, Ekblom J, Aquilonius SM, Oreland L. Monoamine oxidase-B in motor

cortex and spinal cord in amyotrophic lateral sclerosis studied by quantitative

autoradiography. J Neural Transm 1994a, 41 (Suppl), 243.

Sheet Number 37 Page Number 37

20 kwietnia 2001 17:18 a2.tex

38 V. Silani et al Nr 1

[18] Josson SS, Ekblom J, Gudjonsson O, Hagbarth KE, Aquilonius SW. Double blind

cross-over trial with deprenyl in amyotrophic lateral sclerosis. J Neural Transm

1994b, 41, 237.

[19] Kitani K, Kanai S, Carrillo MC, Ivy GO. (-)Deprenyl increases the life span as

well as activities of superoxide dismuatse and catalase but not of glutathione peroxidase

in selective brain regions in Fischer rats. Ann NY Acad Sci 1994, 717,

60.

[20] Lacomblez L, Bensimon G, Leigh PN, et al.: Dose-ranging study of riluzole in

amyotrophic lateral sclerosis. The Lancet 1996, 347, 1425.

[21] Lai EC, Felice KJ, Festo. BW, et al.: E.ect of recombinant human insulinlike

growth factor I (rhIGF-I) on the progression of amyotrophic lateral sclerosis.

A placebo-controlled study. Neurology 1997, 49, 1621.

[22] Lange DJ, Murphy PL, Diamond B, et al.: Selegiline is ine.ective in a colaborative

double-blind, placebo-controlled trial for treatment of amyotrophic lateral

sclerosis. Arch Neurol 1988, 55, 93.

[23] Leigh N. and The North American/European ALS/IGF-I Study Groups - The treatment

of ALS with Ricombinant Human Insulin-like Growth Factor-1 (rhIGF-1):

pooled analysis of two cinical trials” - Neurology 1997, 48, Suppl., A217.

[24] Lin C-L G, Bristol L A, Jin L, et al.: Aberrant RNA processing in a neurodegenerative

disease: the cause for absent EAAT2, a glutamate transporter, in amyotrophic

lateral sclerosis. Neuron 1998, 20, 586.

[25] Louwerse ES, Weverling GJ, Bossuyt PMM, et al.: Randomized, double- blind,

controlled trial of acetylcysteine in amyotrophic lateral sclerosis. Arch Neurol

1995, 52, 559.

[26] Mantz J, Laudmbach V, Lecharny JB, et al.: Riluzole, a novel antiglutamate, blocks

GABA uptake by striatal synaptosomes. Eur J Pharmacol 1994, 257, R7.

[27] Miller RG, Gelinas D, Moore M, et al.: A placebo-controlled trial of gabapentin

in amyotrophic lateral sclerosis. Neurology 1996a, 46 (Suppl 2) A469.

[28] Miller RG, Petajan JH, Bryan WW . A placebo-controlled trial of recombinant

human ciliary neurotrophic factor (rhCNTF) in amyotrophic lateral sclerosis Ann

Neurol 1996b, 39, 256.

[29] Miller RG, Gelinas DF, Mppre D, et al. : A phase III placebo-controlled trial of

gabapentin in ALS. 10th International Symposium pn ALS!MND, pp.28, 1999.

[30] Munsat TL. Issues in amyotrophic lateral sclerosis clinical trial design. In: Pathogenesis

and therapy of amyotrophic lateral sclerosis. Serratrice G, Munsat T, eds.

Advances in Neurology Vol 68. Philadelphia: Lippincott-Raven Publisher, 1995,

pp. 209.

[31] Ochs G, Penn R, Giess R, et al.: A trial of recombinant BDNF given by the

intrathecal route to patients with ALS. Neurology 1998, 50, A246.

[32] Oppenheim R W. Neurotrophic survival molecules for motoneurons: an embarrassment

of riches. Neuron 1996, 17, 195.

Sheet Number 38 Page Number 38

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

Nr 1 Patogeneza SLA: implikacje dla leczenia 39

[33] Plaitakis A, Smith J, Mandeli Y, et al. : Pilot trial of branched-chain amino acids

in amyotrophic lateral sclerosis. Lancet 1988, 1, 1015.

[34] Plaitakis A, Sivak M, Fesdjian CO, et al.: Treatment of amyotrophic lateral sclerosis

with branched chain amino acids (BCAA): Results of a second trial. Neurology

1992, 42 (Suppl 3), 454.

[35] Plaitakis A, Fesdjian CO, Shashidharan P. Glutamate antagonists in amyotropic

lateral sclerosis: A review of their therapeutic potential. CNS Drugs 1996, 5, 437.

[36] Reider CR, Paulson GW. Lou Gehrig and amyotrophic lateral sclerosis. Is Vitamin

E to be revisited? Arch Neurol 1997, 54, 527.

[37] Rotsthein JD, Martin L J, and Kuncl R W. Decreased glutamate transport by the

brain and spinal cord in amyotrophic lateral sclerosis. N Engl J Med 1992, 326,

1464.

[38] Rothstein JD, Bristol LA, Hosler B, et al. : Chronic inhibition of superoxide dismutase

produces apoptotic death in spinal neurons. Proc Natl Acad Sci 1994, 91,

4155.

[39] Rothstein JD, Martin L, Dykes-Hoberg M, et al.: Selective loss of glial glutamate

tansporter GLT-1 in amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 1995, 38, 73.

[40] Shoulson I and the Parkinson Study Group. DATATOP: A decade of neuroprotection

inquiry. Ann Neurol 1998, 44 (Suppl 1): S160.

[41] Silani V, Brioschi A, Sampietro A, et al.: RhIGF-I for the treatment of neuromuscular

disorders. In: IGFs in the Nervous System. MYller EE (ed), Springer,

Milano, 1998, 115.

[42] Silani V, Ciammola A, Pizzuti A., et al.: Motor neurone metabolism. J Neurol Sci

1999, 169, 161.

[43] Steiner T. Multinational trial of branched-chain amino acids in amyotrophic lateral

sclerosis. Muscle & Nerve 1994, Suppl. 1: S66.

[44] Tandan R, BrombergMB, Forshew D, et al.: A controlled trial of amino acid theraphy

in amyotrophic lateral sclerosis: I. Clinical, functinal, and maximum isometric

torque data. Neurology 1996, 47, 1222.

[45] World Federation of Neurology Research Group on Neuromuscular Diseases Subcommittee

on Motor Neuron Disease - Airlie House Guidelines - Therapeutical

Trial in Amyotrophic Lateral Sclerosis - J Neurol Sci 1995, 129 (Suppl): 1.

Adres: Vincenzo Silani, M.D.

Institute of Neurology University of Milan Medical School

IRCCS Maggiore Hospital

Via F. Sforza 35

20122 MILANO, Italy

Phone: ++39 02 5503 3855

Fax: ++39 02 55190392

E-mail: [e-mail]

Sheet Number 39 Page Number 39

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

40

Sheet Number 40 Page Number 40

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 41

Christoph M¨unch, Albert Christian Ludolph

Leczenie farmakologiczne SLA

Department of Neurology, University of Ulm, Germany

słowa kluczowe: SLA, leczenie, czynniki genetyczne, neuroprotekcja

key words: ALS, treatment, genetic factors, neuroprotection

Summary

Pharmacological treatment of ALS - Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative

disease resulting from chronic and selective loss of motor neurons in the

brain and spinal cord. In 1993, the etiology of ALS has been clari.ed for a small subgroup

of patients with an autosomal-dominant form of this disease. About 10 percent

of familial ALS patients have been associated with more than 50 mutations of the gene

of the Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1). Mutations in the SOD1 gene account for 1

percent of all ALS patients and have therefore limited epidemological and clinical relevance;

however, they are of fundamental importance for the understanding of the ALS

pathogenesis, and the development of neuroprotective strategies. In two double-blind and

placebo-controlled studies the membrane stabilisator riluzole has been shown to be the

.rst neuroprotective compound with a signi.cant e.ect on survival of ALS patients. The

neuroprotective approach reduced therapeutic nihilism in ALS and is a .rst step in the

treatment of this devastating disease.

Streszczenie

Stwardnienie boczne zanikowe (SLA) jest chorobą neurodegeneracyjną powstającą

w wyniku przewlekłej i wybiórczej utraty neuronów ruchowych w mózgu i w rdzeniu kręgowym.

W 1993 roku poznano etiologię SLA ale tylko dla bardzo małej podgrupy pacjentów

z autosomalnie dominującą postacią tej choroby. Około 10% rodzinnych przypadków

SLA ma związek z przeszło 50 mutacjami genu dla Cu/Zn dysmutazy nadtlenkowej

(SOD1). Mutacje genu SOD1 odpowiadają zatem za 1% wszystkich przypadków SLA i z

tego powodu mają raczej małe znaczenie epidemiologiczne i kliniczne. Mutacje te mają

Sheet Number 41 Page Number 41

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

42 Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph Nr 1

jednak fundamentalne znaczenie dla zrozumienia patogenezy SLA i wprowadzenia leczenia

neuroprotekcyjnego. W dwóch podwójnie ślepych i kontrolowanych z placebo próbach

klinicznych wykazano, że stabilizator błonowy, riluzol, jest pierwszym skutecznym

lekiem neuroprotekcyjnym, który wydłuża okres przeżycia w SLA. Leczenie neuroprotekcyjne

z pewnością zmniejszy nihilizm terapeutyczny w SLA i jest pierwszym krokiem

w skutecznym leczeniu tej choroby.

Introduction

Since the .rst description by the French neurologist Jean-Marie Charcot over

125 years ago ALS is still a dramatic neurological condition that leaves patients,

nurses and physicians in helplessness. The incidence of ALS appears to be 1.5

per 100.000 population worldwide, prevalence is around 4 per 100.000, the average

disease duration is three years with a wide range from < 1 year to > 25

years. Age of onset and site of onset (limb vs. bulbar) are important prognostic

factors. The disease predominantly a.ects the voluntary motor system with

degeneration of the Betz cells, pyramidal tracts, brain stem and spinal motor neurons.

Sensitivity, sphincter functions, extrapyramidal and cognitive functions are

mostly spared. The clinical picture is characterized by tetraparesis, dysarthria

and dysphagia and .nally respiratory insu.ciency [1]. The large majority of

90-95% of ALS cases occur sporadically while 5-10% of the patients show

a mostly autosomal-dominant inheritance of ALS (fALS) [2]. Epidemiologicaly

con.rmed risk factors of sporadic ALS are male gender, old age and permanent

residence in certain regions of the Western Paci.c (speci.c variant of ALS with

dementia and parkinsonism).

Genetic factors

Since 1993 fALS could be associated in 10-20% of the autosomal-dominant

form with more than 50 di.erent mutations in the gene coding for the copper/zinc

superoxide dismutase (SOD1). The SOD1 protein plays a critical role in detoxi

.cation of natural products of oxidative metabolism. These reactive molecules

can injure virtually any cell and a reduced detoxi.cation of superoxide radicals

has been linked with aging of neuronal tissue. First insights into the pathogenesis

of ALS were generated by studies of a transgenic fALS model that expresses

clinical relevant mutations of the human SOD1 [3]. Extensive investigations of

this animal model indicated that the initial hypothesis of a loss of function of the

SOD1 is of minor relevance. Rather does the mutated SOD1 adapt a novel toxic

function or a gain of function with neuronal death as a result [4]. The cascade

Sheet Number 42 Page Number 42

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

Nr 1 Leczenie farmakologiczne SLA 43

of pathogenetic mechanisms from the SOD1 mutation to motor system degeneration

is still incompletely understood. Yet several pathogenetic hypotheses are

currently being investigated such as altered protein folding and accumulation

of mutated SOD1, toxicity of copper and zinc, and mitochondrial pathology of

SOD1 mutants [5].

Excitotoxicity

Excitotoxicity refers to the process by which prolonged excitement of acidic

amino acid receptors leads to neuronal death. A role for excitotoxicity in ALS

has been proposed on the basis of data that show changes in glutamate levels

in plasma, cerebrospinal .uid and post- mortem brain tissue from ALS patients

[6]. The concept of glutamate-mediated motor neuron death was speci.ed when

a high-a.nity glutamate transport defect was found in a region- speci.c manner

with a preferential dysfunction in spinal cord and motor cortex of ALS patients

[7]. The glutamate uptake de.cit might be explained by a signi.cant reduction

of the glutamate transporter EAAT2 protein in the motor cortex of ALS patients

[8]. EAAT2 is a member of the excitatory amino acid transporter (EAAT)

gene family and appears to be quantitatively the most important cerebral glutamate

transporter. Experimental blockade of glutamate uptake by intraventricular

injection of antisense oligonucleotides to the murine EAAT2 produces excitotoxic

like cell damage to the brain and a progressive paralysis of the animals [9].

In vitro selective inhibition of glutamate uptake causes motor neuron death in

organotypic spinal cord cultures [10]. These data still leave the question unanswered

as to whether the reduced glutamate transport is cause or consequence

of the disease. To date, the pathogenetice relevance of glutamate uptake in ALS,

particularly the role of EAAT2, is far from being understood and awaits further

investigation.

Clinical neuroprotective strategies

In two major double-blind and placebo-controlled international studies a neuroprotective

e.ect was shown for the substance riluzole in ALS patients. During

a study period of 18 months a prolonged survival of 3 month was attained (Table

1) [11, 12]. Riluzol is a membran stabilizing substance and modulator of glutamatergic

neurotransmission [13]. Undesirable side e.ects are small and only in

a small group of patients led to premature cessation of treatment [11, 12]. The

controlled studies produced evidence that patients pro.t from a neuroprotective

treatment particularly during the early stages of the disease. This observation

Sheet Number 43 Page Number 43

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

44 Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph Nr 1

Table I : Clinical trials with riluzole in ALS

Tabela I : Próby kliniczne z riluzolem w SLA

Trial

No. of

patients

Follow-up

[months]

Survival

of placebo group

Dosis

Survival

of riluzol group

ALS/Riluzole

Study Group [11]

155 12 45/78 (58%) 100 mg 57/77 (74%)

ALS/Riluzole

Study

959 12 151/242 (62.8%) 100 mg 173/236 (73%)

Group II [12] 200 mg 176/244 (72.5%)

50 mg 164/237 (70.5%)

18 122/242 (50.4%) 100 mg 134/236 (56.8%)

200 mg 141/244 (57.8%)

50 mg 131/237 (55.3%)

allows to conclude with caution that the extension of survival is linked to a positive

in.uence on quality of life of ALS patients. It will be part of future studies

to evaluate the impact of neuroprotective treatment on the quality of life of ALS

patients. As a result of these studies, riluzole has been approved and marketed

for the treatment of ALS in many countries.

The positive e.ect of riluzole on the neurodegenerative process in ALS lead

to the realisation of neuroprotective studies in Parkinson`s disease and in Huntington`

s disease. In this context two controlled studies in Europe and in the

U.S.A. were started. Furthermore neuroprotective studies are currently initiated

in rare neurodegenerative diseases such as progressive supranuclear palsy or

multiple system atrophy. Even in multiple sclerosis the concept of neuroprotection

gains - besides immunomodulating strategies - a growing scienti.c and

therapeutic interest.

Apart from the treatment with riluzole further substances are veri.ed in clinical

trials and are still awaiting evaluation and approval (Table 2). Several studies

have been performed with neurotrophic factors. The rationale behind the use of

natural neurotrophic factors in the treatment of ALS is based on the hypothesis

that they may be involved in the growth and survival of motor neurons. Doubleblind

placebo-controlled clinical trials of subcutaneous recombinant human ciliary

neurotrophic factor (rhCNTF) [14], recombinant human insulin-like growth

factor-I (rhIGF-1) [15], and recombinant human brain-derived neurotrophic factor

(rhBDNF) [16] have been performed in ALS. No statistically signi.cant

treatment e.ects were shown in these trials. Further clinical trials of BDNF and

Sheet Number 44 Page Number 44

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

Nr 1 Leczenie farmakologiczne SLA 45

Table II : Neuroprotective strategies in clinical application and current clinical trials

Tabela II : Próby stosowania leczenia neuroprotekcyjnego i aktualne badania kliniczne

Drug Mode of function Status Notes

Riluzole Modulator of

glutamatergic

neurotransmission

(i.e. blockade of

presynaptic

glutamate release)

Approved,

1997

First

neuroprotective

substance in

clinical application

SR57746A Nonpeptide

neurotrophic and

neuroprotective

substance (i.E.

Activation of

promoter BDNF)

Phase III Follow-up 18

months; 2000

patients;

completion of trial

2/2000

rBDNF Recombinant

human polypeptide

with neurotrophic

properties

Phase

I (intrathecal

delivery)

Placebo-controlled

trials in the U.S.A.

and Germany; 18

months; 10

centers; Phase IIIstudy

with

subcutaneous

application without

bene.t

rGDNF Recombinant

human polypeptide

with neurotrophic

properties

Phase

I (intrathecal

delivery)

Placebo-controlled

trial only in the

U.S.A.; 6 centers

Vitamine E Antioxidative

mechanism

Phase III Placebo-controlled

multicenter trail

IGF using either intrathecal delivery or high-dose subcutaneous administration

are in progress. Another interesting trial is the testing of the neuroprotective and

neurotrophic nonpeptide molecule SR57746A which is currently in a large Phase

III trial. Preclinical data suggest that other neurotrophic factors may be of use in

ALS. These include recombiant glial-derived neurotrophic factor (rGDNF) and

neurotrophin-3 (NT-3). Non of these have yet been studied in clinical trials.

Sheet Number 45 Page Number 45

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

46 Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph Nr 1

Table III : Neuroprotective strategies in ALS animal model

Tabela III : Próby leczenia neuroprotekcyjnego w modelach zwierzęcych SLA

Substance Neuroprotective mechanism Animal

model

No.

Age at onset

of disease [d]

Survival [d] Notes

Riluzole [19]

Modulator of glutamatergic

neurotransmission

hSOD1

G93A

10 98 (+/-11) 148 (+/-14) Increased survival (p=0.039); No bene.t on onset

of disease; con.rmation of human riluzole

Untreated hSOD1 9 95 (+/-12) 134 (+/-8)

Vitamine E [19]

Antioxidative properties hSOD1 10 107 (+/-10) 131 (+/-11) Delayed onset of disease (p=0.0036); no bene.t

on survival Untreated hSOD1 19 92 (+/-13) 130 (+/-11)

Gabapentin [19]

Modulator of glutamatergic

neurotransmission

hSOD1 10 83 (+/-18) 141 (+/-12) Nonsigni.cant bene.cial trend in survival

(p=0.24); no bene.t on onset disease

Untreated hSOD1 9 95 (+/-12) 134 (+/-8)

d-Penicillamine [22]

Copper chelator; protection copper hSOD1 9 135 (+/-5) 152 (+/-8) Increased survival (p=0.001); (p=0.07);

Nonsigni.cant bene.cial trend in onset of disease Untreated hSOD1 15 125 (+/-7) 142 (+/-6)

Creatine [23]

Mitochondrial energy bu.ering;

stabilizes creatine kinase

hSOD1

G93A

8 169 (+/-5)

Increased survival (0.001)

Untreated hSOD1 8 144 (+/-2)

Bcl-2 [25]

Apoptosis inhibitor; transgenic

overexpression of Bcl-2

hSOD1

G93A/

Bcl2-

crossbreeding

20 203 (+/-6) 275 (+/-4) Bene.t on onset of disease, no increase of

survival

Untreated hSOD1 20 170 (+/-3) 240 (+/-2)

Inhibition of ICE [24] -

interleukin 1 betaconverting

enzyme

Transgenic inhibition (NSE-M17Z) of

ICE - proapoptotic protein

hSOD1

G93R

M17Zcrossbreeding

22 243 (+/-6) 270 (+/-7)

Increased survival; no bene.t on onset of disease

Untreated hSOD1

G93R

24 238 (+/-4) 249 (+/-4)

Sheet Number 46 Page Number 46

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

Nr 1 Leczenie farmakologiczne SLA 47

Experimental neuroprotective strategies

With the identi.cation of fALS associated SOD1 mutations the generation of

an animal model that resembles ALS became possible [3]. The SOD1-transgenic

mouse proved to be a suitable model for the evaluation of novel neuroprotective

strategies (Table 3) [18] and the neuroprotective e.ect of riluzole was reproduced

in this model [19]. A very early initiation of a treatment with riluzole

lead to a increased survival of over 10% of the life span of the animals. This

comparatively large e.ect can be explained by a long preclinical phase of the

disease with cellular and subcellular changes already in the .rst one-third of the

life span of the fALS mutants [20, 5].

Other than riluzole, several other neuroprotective strategies were evaluated

in the transgenic ALS model. A signi.cantly extended survival was shown for

the anticonvulsant drug gabapentin [19].The neuroprotective mode of functioning

of this substance remains incompletely understood, it seems that gabapentin

modi.es glutamatergic neurotransmission by reducing the biosynthesis of glutamate.

The antioxidative substances Vitamin E [19] and carboxyfullerenes [21]

proved to a have a positive impact on the course of the disease by delaying the

onset of clinical symptoms in the SOD1 mutants. The copper chelator d- penicillamine

was able to delay the onset of the disease and extend the survival of

the SOD1 mice [22]. These results suggest that chelators, antioxidant agents and

modulators of glutamatergic neurotransmission may bene.t patients with familial

amyotrophic lateral sclerosis linked to mutations in the SOD1 gene.

A signi.cant extension of survival showed the treatment with creatine that

stabilizes the mitochondrial creatine kinase which constitutes a mitochondrial

cellular energy bu.ering and transport system. Yet, it is not known whether the

e.ect of creatine on increased survival is due to the bu.ering of intracellular

energy levels or an unspeci.c anabolic e.ect [23].

In cross-breeding experiments of di.erent transgenic mouse strains the inhibition

of apoptotic cell death as a therapeutic strategy was investigated. The

inhibition of the proapoptotic protein ICE (interleukin 1 beta converting enzyme)

lead to a signi.cant extension of survival of the ALS mutants [24]. The transgenic

overexpression of the apoptosis inhibitor Bcl-2 showed a delayed onset of

motor neuron disease but did not alter the duration of the disease [25].

The general aim of these experimental animal studies is the identi.cation

and characterization of neuroprotective substances that allow an e.ective and

rational treatment of ALS patients. When transfering the currently available data

from the transgenic animal to the human form of the disease, a subclinical period

of several decades can be assumed. Therefore, early treatment of ALS patients

Sheet Number 47 Page Number 47

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

48 Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph Nr 1

is desirable but is not possible today, since - besides of the rare mutations in the

SOD1 gene - a biological marker for the subclinical phase of the disease is not

available.

Conclusion

The identi.cation of fALS associated mutations in the SOD1 gene in a subgroup

of the autosomal-dominant form of ALS was a substantial progress in

the understanding of pathogenesis of ALS. The existence of further still unknown

fALS associated gene loci is certain. In the future we can expect critical

new insights into the disease from their identi.cation and characterization. Riluzole

is the .rst neuroprotective substance that came into clinical application

after two placebo-controlled studies. The extension of survival is still small and

requires the development of further potent neuroprotective drugs and combinations

of treatments may be necessary. In the transgenic animal model of fALS

several novel, neuroprotective strategies were evaluated. The relevance of these

strategies for the treatment of ALS is yet uncertain. Already, the existing pharmacological

treatment with riluzole as well as upcoming e.cient neuroprotective

strategies have a positive impact on the implementation of symptomatic therapies

of ALS.

Bibliography

[1] Tandan R.: Clinical features and di.erential diagnosis of classical motor neuron

disease. In: Williams AC, editor. Motor neuron disease. London: Chapman and

Hall Medical, 1994, 1.

[2] Rosen DR, Siddique T, Patterson D, Figlewicz DA, Sapp P, Hentati A, Donaldson

D, Goto J, O'Regan JP, Deng HX, et al.: Mutations in Cu/Zn superoxide dismutase

gene are associated with familial amyotrophic lateral sclerosis. Nature 1993,

362, 59.

[3] Gurney ME, PuH , ChiuAY, Dal Canto MC, Polchow CY, Alexander DD, Caliendo

J, Hentati A, Kwon YW, Deng HX: Motor neuron degeneration in mice that express

a human Cu,Zn superoxide dismutase mutation. Science 1994, 264, 1772.

[4] Brown RH Jr: Superoxide dismutase in familial amyotrophic lateral sclerosis: models

for gain of function. Curr Opin Neurobiol 1995, 5, 841.

[5] Mourelatos Z, Gonatas NK, Stieber A, Gurney ME, Dal Canto MC: The Golgi apparatus

of spinal cord motor neurons in transgenic mice expressing mutant Cu,Zn

superoxide dismutase becomes fragmented in early, preclinical stages of the disease.

Proc Natl Acad Sci USA 1996, 93, 5472.

[6] Plaitakis A: Glutamate dysfunction and selective motor neuron degeneration in

amyotrophic lateral sclerosis: a hypothesis. Ann Neurol 1990, 28, 3.

Sheet Number 48 Page Number 48

20 kwietnia 2001 17:18 a3.tex

Nr 1 Leczenie farmakologiczne SLA 49

[7] Rothstein JD, Martin LJ, Kuncl RW: Decreased glutamate transport by the brain

and spinal cord in amyotrophic lateral sclerosis. N Engl J Med 1992, 326, 1464.

[8] Rothstein JD, Van Kammen M, Levey AI, Martin LJ, Kuncl RW: Selective loss

of glial glutamate transporter GLT-1 in amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol

1995, 38, 73.

[9] Rothstein JD, Dykes-Hoberg M, Pardo CA, Bristol LA, Jin L, Kuncl RW, Kanai

Y, Hediger MA, Wang Y, Schielke JP, Welty DF: Knockout of glutamate transporters

reveals a major role for astroglial transport in excitotoxicity and clearance

of glutamate. Neuron 1996, 16, 675.

[10] Rothstein JD, Jin L, Dykes-Hoberg M, Kuncl RW: Chronic inhibition of glutamate

uptake produces a model of slow neurotoxicity. Proc Natl Acad Sci USA 1993,

90, 6591.

[11] Bensimon G, Lacomblez L, Meininger V: A controlled trial of riluzole in amyotrophic

lateral sclerosis. ALS/Riluzole Study Group. N Engl J Med 1994, 330,

585.

[12] Lacomblez L, Bensimon G, Leigh PN, Guillet P, Meininger V: Dose-ranging study

of riluzole in amyotrophic lateral sclerosis. Amyotrophic Lateral Sclerosis/Riluzole

Study Group II. Lancet 1996, 347, 1425.

[13] Wokke J: Riluzole. Lancet 1996, 348, 795.

[14] Miller RG, Petajan JH, Bryan WW, Armon C, Barohn RJ, Goodpasture JC,

Hoagland RJ, Parry GJ, Ross MA, Stromatt SC: A placebo-controlled trial of

recombinant human ciliary neurotrophic (rhCNTF) factor in amyotrophic lateral

sclerosis. rhCNTF ALS Study Group. Ann Neurol 1996, 39, 256.

[15] Borasio GD, Robberecht W, Leigh PN, Emile J, Guilo. RJ, Jerusalem F, Silani V,

Vos PE, Wokke JH, Dobbins T: A placebo-controlled trial of insulin-like growth

factor-I in amyotrophic lateral sclerosis. European ALS/IGF-I Study Group. Neurology

1998, 51, 583.

[16] Cedarbaum JM, Stambler N, Malta E, Fuller C, Hilt D, Thurmond B, Nakanishi

A: The ALSFRS-R: a revised ALS functional rating scale that incorporates assessments

of respiratory function. BDNF ALS Study Group (Phase III). J Neurol

Sci 1999, 169, 13.

[17] Fournier J, Steinberg R, Gauthier T, Keane PE, Guzzi U, Coude FX, Bougault

I, Ma.rand JP, Soubrie P, Le Fur G: Protective e.ects of SR 57746A in central

and peripheral models of neurodegenerative disorders in rodents and primates.

Neuroscience 1993, 55, 629.

[18] Gurney ME: The use of transgenic mouse models of amyotrophic lateral sclerosis

in preclinical drug studies. J Neurol Sci 1997 Oct, 152 Suppl 1, S67.

[19] Gurney ME, Cutting FB, Zhai P, Doble A, Taylor CP, Andrus PK, Hall ED:

Bene.t of vitamin E, riluzole, and gabapentin in a transgenic model of familial

amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 1996, 39, 147.

[20] Dal Canto MC, Gurney ME: Development of central nervous system pathology in

a murine transgenic model of human amyotrophic lateral sclerosis. Am J Pathol

Sheet Number 49 Page Number 49

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

50 Ch.M¨unch, A.Ch. Ludolph Nr 1

1994, 145, 1271.

[21] Dugan LL, Turetsky DM, Du C, Lobner D, Wheeler M, Almli CR, Shen CK, Luh

TY, Choi DW, Lin TS: Carboxyfullerenes as neuroprotective agents. Proc Natl

Acad Sci USA 1997, 94, 9434.

[22] Hottinger AF, Fine EG, Gurney ME, Zurn AD, Aebischer P: The copper chelator

d- penicillamine delays onset of disease and extends survival in a transgenic

mouse model of familial amyotrophic lateral sclerosis. Eur J Neurosci 1997, 9,

1548.

[23] Klivenyi P, Ferrante RJ, Matthews RT, Bogdanov MB, Klein AM, Andreassen OA,

Mueller G, Wermer M, Kaddurah-Daouk R, Beal MF: Neuroprotective e.ects of

creatine in a transgenic animal model of amyotrophic lateral sclerosis. Nat Med

1999, 5, 347.

[24] Friedlander RM, Brown RH, Gagliardini V, Wang J, Yuan J: Inhibition of ICE

slows ALS in mice. Nature 1997, 388, 31.

[25] Kostic V, Jackson-Lewis V, de Bilbao F, Dubois-Dauphin M, Przedborski S: Bcl-

2: prolonging life in a transgenic mouse model of familial amyotrophic lateral

sclerosis. Science 1997, 277, 559.

Author: Prof. Dr. A.C. Ludolph

Department of Neurology

University of Ulm

89075 Ulm

Steinh¨ovelstraße 8

tel: + 49-731-5027970

fax: + 49-731-5027979

e-mail: [e-mail]

Sheet Number 50 Page Number 50

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 51

Hubert Kwieciński

Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA

Klinika Neurologii, Akademia Medyczna w Warszawie

słowa kluczowe: SLA, leczenie objawowe, opieka paliatywna

key words: ALS, symptomatic treatment, palliative care

Summary

Symptomatic treatment and palliative care in ALS - Amyotrophic lateral sclerosis

(ALS) is a neurodegenerative disease, a.ecting upper and lower motor neurons,

which eventually progresses to respiratory deterioration and death in most of the patients.

Only one drug, riluzole, has been approved for the treatment of ALS. The drug

has a bene.t, prolonging life by 3-6 months, but the disease progresses inexorably,

with no better quality of life. The fundamental role of medicine is sometimes to cure,

but always to bring comfort. In current situation, ALS patients need adequate palliative

care more than anything else. Prognosis and treatment options should be discussed

with the patient and the relatives, but full information about the prognosis may deprive

the patient of hope. However, disclosure of the prognosis is necessary to obtain

informed consent for management decisions such as tracheostomy and arti.cial ventilation.

Nasal positive-pressure ventilation (BiPAP) is an alternative to tracheostomy, at

least for some patients without advanced bulbar impairment. Nutritional status in patients

who cannot swallow can be e.ciently improved by a percutaneous endoscopic

gastrostomy (PEG).

Streszczenie

Stwardnienie boczne zanikowe (SLA) jest chorobą neurodegeneracyjną, która u większości

chorych po kilku latach kończy się niewydolnością oddechową i zgonem. Tylko

jeden lek, riluzol, został o.cjalnie zarejestrowany jako preparat stosowany w leczeniu

farmakologicznym SLA. Lek ten przynosi poprawę przedłużając okres przeżycia o 3-6

miesięcy. Niestety w czasie leczenia choroba postępuje nadal a lek nie poprawia stanu

Sheet Number 51 Page Number 51

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

52 H. Kwieciński Nr 1

funkcjonalnego pacjentów. W tej sytuacji największe znaczenie w leczeniu SLA mają

nadal leczenie objawowe oraz opieka paliatywna. Rokowanie i różne sposoby postępowania

powinny być możliwie wcześnie omówione z chorym i z jego najbliższą rodziną.

Ujawnienie całej prawdy odnośnie rokowania może być jednak zbyt trudne dla pacjenta

i dlatego lepiej przedyskutować rokowanie stopniowo. Jest to niezbędne aby odpowiednio

wcześnie uzyskać świadomą zgodę pacjenta na ewentualną tracheostomię i prowadzenie

sztucznej wentylacji. U niektórych pacjentów z SLA, bez wyraźnych objawów

opuszkowych, można zastosować nieinwazyjny sposób wentylacji używając maski nosowej

i respiratora ciśnieniowo-zmiennego (wentylacja BiPAP). Przezskórna endoskopowa

gastrostomia (PEG) jest skuteczną metodą odżywiania chorych z dysfagią.

Stwardnienie boczne zanikowe (SLA), choroba Alzheimera oraz choroba Parkinsona

należą do grupy schorzeń neurodegeneracyjnych, których etiologia jest

nadal nieznana. Oznacza to, że choroby te są nieuleczalne ale u większości chorych

konieczne jest prowadzenie leczenia objawowego, a w wieluprzypadkac h

także opieki paliatywnej. Wch. Parkinsona przynajmniej w początkowym okresie

skuteczne jest leczenie substytucyjne, w SLA nie ma takiej formy leczenia. SLA

jest najbardziej złośliwą chorobą neurodegeneracyjną gdyż prowadzi do zgonu

uw iększości pacjentów w ciągu zaledwie 3-5 lat. Wskaźniki zachorowalności

na SLA i stwardnienie rozsiane w naszym krajusą podobne, a jedynie krótki

naturalny przebieg choroby sprawia, że częstość występowania SLA jest wyraźnie

mniejsza. Liczba chorych na SLA w różnych częściach świata utrzymuje

się na względnie stałym poziomie i w Polsce wynosi około 2000 przypadków.

Rozpoznanie typowego SLA w rozwiniętym stadium nie jest trudne. Badanie

neurologiczne oraz dokładne badanie EMG umożliwiają wczesne rozpoznanie

SLA (według kryteriów El Escorial) u większości chorych.

Podłoże molekularne SLA w postaci mutacji enzymu dysmutazy nadtlenkowej

(SOD- 1) można wykryć uzaledw ie 2% wszystkich pacjentów [1]. Oznacza

to, że u98 % chorych na SLA nie znamy prawdziwej przyczyny tej choroby

i dlatego postępowanie sprowadza się do leczenia objawowego oraz odpowiedniej

opieki paliatywnej w końcowym okresie choroby. Wyjątkowo dramatyczny

przebieg choroby uw zględnie młodych ludzi sprawia, że powstaje szczególny

związek między pacjentem, jego najbliższym otoczeniem oraz zespołem leczącym.

Często zdarza się tak, że ten sam lekarz opiekuje się chorym od momentu

rozpoznania SLA aż do chwili podejmowania bardzo trudnych decyzji wokół

końca życia. Pomimo licznych i różnorodnych prób leczenia farmakologicznego

SLA, jedynym skutecznym lekiem pozostaje nadal riluzol, który hamuje uwalnianie

kwasu glutaminowego z zakończeń presynaptycznych [6]. Lek ten hamuje

naturalny przebieg choroby tylko w niewielkim stopniu co oznacza wydłużenie

okresuprzeży cia o kilka miesięcy [1, 4].

Sheet Number 52 Page Number 52

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

Nr 1 Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA 53

Leczenie objawowe

W Tabeli 1 zestawiono główne objawy kliniczne występujące w przebiegu

SLA, które można zmniejszyć stosując odpowiednie leczenie.

Tabela I : Leczenie objawowe

Table I : Symptom management

Ślinotok

Sialorrhea (drooling)

Zespół rzekomoopuszkowy

Pseudobulbar a.ect

Dyzartria

Dysarthria

Osłabienie mięśni i męczliwość

Muscle weakness and fatique

Fascykulacje i kurcze mięśni

Fasciculations and muscle cramps

Spastyczność

Spasticity

Zaburzenia psychiczne (depresja)

Psychic symptoms (depression)

Zaburzenia snu

Sleep disorders

Dysfagia i niedożywienie

Dysphagia and malnutrition

Duszność i niewydolność oddechowa

Dyspnea and respiratory insu.ciency

Ślinotok. Nadmierne wydzielanie śliny jest szczególnie uciążliwym objawem

u chorych z postępującym porażeniem opuszkowym. Osłabienie mięśni twarzy

i żwaczy prowadzi do stałego wycieku śliny z ust. W leczeniu ślinotoku stosuje

się leki antycholinergiczne (triheksyfenidyl, biperiden, pridinol). Leki te należy

stosować bardzo ostrożnie ulu dzi w starszym wieku (> 65 r.ż.), uktór ych ślinotok

można zmniejszyć stosując imipraminę lub amitryptylinę. Należy pamiętać

o groźbie zachłyśnięcia śliną, zwłaszcza w czasie snu. Skuteczną metodą zapobiegania

zachłyśnięć jest odpowiednie ułożenie ciała oraz częste odsysanie.

Zespół rzekomoopuszkowy. Labilność emocjonalna w postaci przymusowego

płaczu lub śmiechu może być bardzo uciążliwa i ma negatywny wpływ na psychikę

pacjenta. Objawy te można skutecznie zmniejszyć stosując amitryptylinę,

.uoksetynę lub sertralinę.

Dyzartria. Dyzartria może doprowadzić do całkowitej utraty możliwości komunikowania

się z otoczeniem za pomocą mowy. W początkowym okresie pomocne

Sheet Number 53 Page Number 53

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

54 H. Kwieciński Nr 1

jest leczenie logopedyczne. W późniejszym okresie kontakt pacjenta z otoczeniem

może odbywać się prawie wyłącznie za pomocą ruchów dowolnych powiek

i gałek ocznych. Najprostszym sposobem takiego komunikowania się jest wykorzystanie

specjalnie przygotowanych tablic z alfabetem. Innym rozwiązaniem

może być komputerowy system komunikowania się z otoczeniem, w którym wykorzystuje

się specjalne okulary z detektorem promieniowania podczerwonego,

reagującym na ruchy powiek pacjenta. Znacznie bardziej skomplikowany jest

system komputerowy oparty o analizę EEG (wolne potencjały korowe), który

umożliwia pacjentowi komunikowanie się z otoczeniem nawet w pełnym stanie

„locked-in” [1].

Osłabienie mięśni i męczliwość. Męczliwość i uczucie przewlekłego zmęczenia

narastają w miarę postępuc horoby. Początkowo pomagają nawet krótkotrwałe

okresy odpoczynkua objawowo można stosować pyridostygminę (120-

180mg/d). Efekt tego lekunigdy jednak nie jest tak dobry jak w miastenii. Od

początkuc horoby konieczna jest rehabilitacja ruchowa. Nie należy nadmiernie

ograniczać aktywności życiowej i zawodowej pacjentów. Ćwiczenia rehabilitacyjne

muszą odbywać się bez nadmiernego obciążenia mięśni, gdyż to może

przyspieszyć postęp choroby (utrata jednostek ruchowych). Regularnie powtarzane

ćwiczenia bierne niedowładnych kończyn zapobiegają powstawaniuprzy -

kurczów. Podobnie jak w innych chorobach nerwowo- mięśniowych także i w

SLA można uzyskać przejściową poprawę siły mięśniowej stosując jednocześnie

.zjoterapię i przewlekłe podawanie jednowodzianukreatyn y [1].

Fascykulacje i kurcze mięśniowe. Uogólnione fascykulacje mięśni kończyn

i tułowia występują zwykle w początkowym okresie choroby i mogą być bardzo

nieprzyjemne dla pacjenta. W leczeniu stosuje się karbamazepinę, fenytoinę lub

gabapentynę. U niektórych pacjentów fascykulacje znacznie zmniejszają się lub

znikają pod wpływem podawania riluzolu (100 mg/d). Lekiem z wyboru w leczeniubolesn

ych kurczy mięśniowych jest baklofen. Korzystny efekt mogą mieć

również karbamazepina i meksyletyna.

Spastyczność. Spastyczność może być poważnym problemem uty ch pacjentów

u których dominują objawy uszkodzenia górnego neuronu ruchowego. Oprócz

powszechnie stosowanych leków obniżających napięcie mięśniowe (baklofen, tetrazepam,

tyzanidyna) w szczególnie ciężkich przypadkach można stosować dantrolen.

Należy jednak pamiętać, że nadmierne obniżanie napięcia mięśniowego

powoduje dodatkowe osłabienie mięśni.

Zaburzenia psychiczne. Do najczęstszych zaburzeń należą: niepokój i stany lękowe,

depresja oraz strach przed śmiercią. Próby samobójcze są raczej rzadkie.

Podstawą leczenia depresji jest farmakoterapia (amitryptylina, doksepina i inne

Sheet Number 54 Page Number 54

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

Nr 1 Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA 55

leki). W terminalnym okresie choroby zgodnie z zasadą tzw. podwójnego efektu

można stosować duże dawki benzodwuazepin i leków opioidowych.

Zaburzenia snu. Problem bezsenności występuje u większości chorych na

SLA. Główne przyczyny bezsenności to: brak aktywności .zycznej, niemożność

zmiany pozycji ciała w czasie snu, bolesne kurcze mięśni, lęk i depresja.

W późniejszym okresie pojawiają się poranne bóle głowy związane z przewlekłą

hiperkapnią (wczesne budzenie się), duszność i strach przed śmiercią (niemożność

zasypiania). Zaleca się stosowanie zmiany pozycji ciała w czasie snuoraz

ostrożne podawanie niektórych leków nasennych (zolpidem, temazepam).

Dysfagia i niedożywienie. Wydłużający się czas spożywania posiłków oraz

krztuszenie się w czasie jedzenia lub picia świadczą o poważnym problemie

dysfagii. Najgroźniejszym powikłaniem dysfagii jest zachłyśnięcie, które grozi

ostrym zatrzymaniem oddechu lub/i zachłystowym zapaleniem płuc. Około 70%

chorych na SLA wykazuje różny stopień niedożywienia. Niedożywienie ma bardzo

niekorzystny wpływ na przebieg choroby przyspieszając osłabienie i zanik

mięśni. Oprócz dysfagii głównymi przyczynami niedożywienia jest przewlekła

depresja i utrata apetytu. U wszystkich chorych z objawami dysfagii,

a w szczególności uty ch uktór ych istnieje ryzyko zachłyśnięcia, należy rozważyć

możliwie wcześnie alternatywny sposób odżywiania (zgłębnik dożołądkowy

lub gastrostomia). Gastrostomię stosuje się u chorych, u których żywienie przez

usta jest utrudnione lub niemożliwe a jednocześnie zachowana jest prawidłowa

funkcja jelit. Otwarta gastrostomia, wykonywana metodą chirurgiczną, powoduje

zbyt dużo poważnych powikłań i nie jest stosowana u chorych na SLA

[5]. Bardziej naturalnym sposobem podawania pokarmów jest odżywianie przez

odpowiedni zgłębnik dożołądkowy. Długotrwałe utrzymywanie zgłębnika dożołądkowego

może powodować groźne powikłania w postaci zachłyśnięć (re.uks

żołądkowo-przełykowy) oraz sprzyja powstawaniuodleżyn i przetok w obrębie

gardła i przełyku[6]. Z tych powodów za optymalny sposób sztucznego

odżywiania uc horych z dysfagią w przebiegu SLA uważa się obecnie przezskórną

gastrostomię endoskopową (PEG). Pomimo brakujednoznaczn ych wyników

z kontrolowanych i randomizowanych badań klinicznych uważa się, że

wczesne zastosowanie PEG może wydłużyć okres przeżycia u chorych z SLA

o kilka miesięcy [5, 7]. Zabieg PEG wykonywany w znieczuleniu miejscowym

jest bezpiecznym zabiegiem uc horych na SLA pod warunkiem, że zostanie wykonany

jeszcze w okresie względnej wydolności oddechowej pacjenta. Według

zaleceń grupy ekspertów Amerykańskiej Akademii Neurologii (AAN), PEG powinna

być wykonywana w okresie kiedy pojemność życiowa płuc (FVC) jest

większa niż 50% wartości należnej, a spadek wagi ciała jest mniejszy niż 10%

Sheet Number 55 Page Number 55

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

56 H. Kwieciński Nr 1

[7]. Z dotychczasowych obserwacji wynika, że PEG prawdopodobnie nie zmniejsza

ryzyka zachłystowego zapalenia płuc. Według naszych doświadczeń, wielu

pacjentów z SLA nie wyraża zgody na tę formę sztucznego odżywiania. Zgodnie

z zaleceniami AAN, każdy chory który najpierw świadomie zaakceptował

PEG ma następnie pełne prawo do wyrażenia odmowy na stosowanie tej metody

sztucznego podtrzymywania życia. Stwarza to bardzo trudne problemy etyczne

dla zespołuleczącego, które mogą być rozwiązane jedynie w ramach właściwej

opieki paliatywnej.

Niewydolność oddechowa. Postęp choroby uw iększości pacjentów nieuchronnie

prowadzi do niewydolności oddechowej, która jest wynikiem osłabienia mięśni

wdechowych i wydechowych oraz osłabienia mięśni gardła i krtani (porażenie

opuszkowe). W zaawansowanym stadium SLA do osłabienia mięśni oddechowych

dołączają się: słaby odruch kaszlowy, zaleganie wydzieliny w drogach

oddechowych, częste zachłyśnięcia śliną i treścią pokarmową. Niewydolność oddechowa

zwiększa się również pod wpływem ogólnego osłabienia i niedożywienia.

Konsekwencją tych objawów jest przewlekły zespół hiperkapni z hipoksemią

powodujący stan niewyrównanej kwasicy oddechowej. Chorzy z przewlekłą

niewydolnością oddechową, którzy oddychają samodzielnie, powinni być układani

w łóżku w pozycji z uniesionym tułowiem. Nadmiar śliny w jamie ustnogardłowej

powinien być często odsysany. W leczeniuobja wowym niewydolności

mięśni oddechowych można zastosować niewielkie dawki pirydostygminy (180-

240 mg/d), ale lek ten może jednocześnie zwiększać wydzielanie śliny (działanie

muskarynowe). Każda infekcja bakteryjna układu oddechowego powinna być

wcześnie leczona z zastosowaniem właściwej antybiotykoterapii. Bardzo ważną

rolę w wykrywaniuzag rażającej niewydolności oddechowej odgrywają często

powtarzane badania spirometryczne. Ocena parametrów oddechowych (przynajmniej

pomiar FVC) powinna być przeprowadzona co kilka tygodni. Dynamika

pogarszania się parametrów oddechowych jest istotnym wskaźnikiem rokowniczym

w SLA. Skuteczne leczenie przewlekłej niewydolności oddechowej (hiperkapnia

w połączeniuz hipoksją) zapewnia tylko sztuczna wentylacja przy

użyciu respiratora. W warunkach przewlekłej hiperkapni ośrodek oddechowy

pobudzany jest głównie przez niskie stężenie tlenu we krwi. Zastosowanie tylko

samej tlenoterapii (np. w warunkach domowych) może spowodować gwałtowne

zatrzymanie czynności oddechowej. Decyzję o rozpoczęciujakiegok olwiek rodzajusztu

cznej wentylacji (respirator) należy wcześniej omówić szczegółowo

z chorym i z jego rodziną. W najgorszym scenariuszu, chory intubowany jest

w domuw ramach postępowania resuscytacyjnego a następnie przewożony jest

do szpitala (oddział neurologiczny) gdzie po wykonaniu tracheostomii stosuje

Sheet Number 56 Page Number 56

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

Nr 1 Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA 57

się długotrwałą sztuczną wentylację. Wiadomo, że stosując w warunkach szpitalnych

sztuczne oddychanie oraz sztuczne odżywianie (PEG) można przedłużyć

życie chorego z SLA nawet o kilka lat, bardzo często wbrew jego woli i w stanie

niemal całkowitego porażenia wszystkich mięśni (zespół „locked-in”). Z tych

powodów pacjent powinien odpowiednio wcześniej wyrazić świadomą zgodę na

każdą formę sztucznej wentylacji (maska twarzowo-nosowa, intubacja, tracheostomia).

Według Alberta i wsp. [2] aż 70% amerykańskich pacjentów z SLA

nie wyraża zgody a priori na rozpoczęcie u nich sztucznej wentylacji lub sztucznego

odżywiania. Wspomniane zalecenia AAN w pełni respektują również zasadę

tzw. autonomii pacjenta [7]. Zgodnie z tą zasadą pacjent ma pełne prawo do

wycofania swojej zgody na prowadzenie sztucznej wentylacji (także w czasie jej

prowadzenia), a lekarz ma obowiązek uszanowania takiej decyzji pacjenta. Stosowanie

zasady autonomii pacjenta w odniesieniu do SLA jest niezwykle trudne

w warunkach polskich szpitali. Najprostszym i nieinwazyjnym sposobem mechanicznej

wentylacji jest oddychanie przez maskę twarzowo-nosową przy użyciu

respiratora ciśnieniowo-zmiennego (metoda BiPAP). Ten rodzaj wentylacji jest

szczególnie zalecany do prowadzenia sztucznego oddychania w warunkach domowych.

Metodę BiPAP (dwupoziomowe ciśnienie dodatnie) stosuje się głównie

w czasie snuw celu wspomagania własnego oddechu pacjenta. Z doświadczeń

kilku ośrodków wynika, że stosując metodę BiPAP można wydłużyć okres przeżycia

o kilka miesięcy (do 8 mies.) a jednocześnie poprawić jakość życia pacjentów

z SLA [5]. W SLA postęp choroby jest jednak stały i w momencie kiedy

FVC obniży się do 20-30% konieczne jest wprowadzenie inwazyjnej wentylacji,

co oznacza konieczność intubacji a następnie tracheostomii. Większość

pacjentów, uktór ych prowadzono przez kilka miesięcy nieinwazyjną sztuczną

wentylację, nie zgadza się następnie na wykonanie tracheostomii [2]. W wielu

krajach europejskich zaprzestano rutynowego stosowania inwazyjnej wentylacji

uc horych z SLA uznając tę formę leczenia za zbytnio kosztowną i nie poprawiającą

jakości życia pacjentów. Z naszych obserwacji wynika, że niektórzy pacjenci

zadziwiająco dobrze przystosowują się do długotrwałej mechanicznej wentylacji

i akceptują jakość swojego życia właśnie na takim poziomie. Najtrudniejszą

decyzją jest zaniechanie dotychczas prowadzonej mechanicznej wentylacji i problem

ten pozostaje nierozwiązany, nie tylko w Polsce [3].

Opieka paliatywna i kontrowersyjne decyzje wokół końca życia

Zgodnie z art. 19 pkt 5 ustawy o ZOZ (30.08.1991 r.) każdy pacjent w Polsce

ma „prawo do umierania w spokoju i godności”. Od wielu lat istnieją jednak

w światowej literaturze medycznej poważne problemy prawne i etyczne wokół

Sheet Number 57 Page Number 57

20 kwietnia 2001 17:18 a4.tex

58 H. Kwieciński Nr 1

tego co można uznać za godną śmierć u chorego znajdującego się w terminalnym

stadium SLA. Nie jest to stan porównywalny ze stanem terminalnym

np. w chorobie nowotworowej, gdyż chorzy z SLA nie mają cierpień bólowych,

nie są wyniszczeni i zwykle nie mają odleżyn. Chorzy z SLA mają natomiast

porażenie mięśni, niewydolność oddechową i na ogół w pełni zachowane funkcje

intelektualne. Nawet w krajach rozwiniętych obserwuje się dzisiaj olbrzymie

zróżnicowanie w podejściudo problemów końca życia u chorych z SLA [8].

W Japonii w dalszym ciągur utynowo stosowana jest inwazyjna wentylacja (tracheostomia

u > 90% pacjentów), podczas gdy w Holandii wieluc horych z SLA

kończy życie w wyniku eutanazji. Należy stanowczo podkreślić, że eutanazja,

która została ostatnio zalegalizowana w Holandii, jest nadal aktem całkowicie

nielegalnym i kryminalnym w naszym kraju. Mówi o tym wyraźnie zarówno

Kodeks Karny jak i Kodeks Etyki Lekarskiej (KEL). Według mojej opinii, zalegalizowanie

aktueu tanazji we współczesnej medycynie (np. w Holandii) należy

traktować jako absolutne zaprzeczenie systemu moralnego i etycznego, który

obowiązywał w dotychczasowej medycynie. Istnieje niemal powszechne przekonanie,

że jedyną alternatywą dla eutanazji może być właściwie prowadzona

opieka paliatywna. Nadrzędnym celem opieki paliatywnej jest właśnie zapewnienie

prawa do godnej śmierci. W tabeli 2 przedstawiono trzy główne zasady

sprawowania opieki paliatywnej w SLA.

Tabela II : Opieka paliatywna w SLA

Table II : Palliative care in ALS

1.

Zapewnia komfort pacjentowi, ale niekoniecznie podtrzymywanie jego życia.

The patient's comfort but not necessarily extending life.

2.

Pozwala umrzeć z powodu SLA przy zachowaniu najmniejszych cierpień pacjenta.

To permit the patient to die of ALS with the least discomfort.

3.

Zezwala na liberalne stosowanie narkotyków i benzodwuazepin.

Liberal use of narcotics and benzodiazepines.

Opieka hospicyjna dla chorych w końcowym stadium SLA może być prowadzona

w szpitalu lub w domu. Podstawą postępowania paliatywnego jest doktryna

podwójnego efektu. W myśl tej zasady lekarzowi wolno zalecić mor.nę pacjentowi

z SLA umierającemu z powodu niewydolności oddechowej, jeśli wcześniej

pacjent świadomie odrzucił możliwość zastosowania sztucznej wentylacji respiratorem

[7]. Każdy podobny akt powodujący podwójny efekt musi być moralnie

usprawiedliwiony. Wielu lekarzy nie znajduje jednak takiego usprawiedliwienia

i nie stosuje zasady podwójnego efektu. Postawa taka powinna być w pełni zrozumiana.

Należy podkreślić, że na gruncie tradycji chrześcijańskiej nie można

oddzielić idei świętości życia, które pochodzi od Boga, od prawa pacjenta do

Sheet Number 58 Page Number 58

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

Nr 1 Leczenie objawowe i opieka paliatywna w SLA 59

godnej śmierci, którą ma zapewniać doktryna podwójnego efektu. Za najbardziej

kontrowersyjną należy uznać decyzję o tzw. terminalnej ekstubacji (odłączenie

od respiratora), która jest dopuszczalna w ramach postępowania zgodnie z doktryną

podwójnego efektu[3, 7]. W tym konkretnym przypadku dokładna granica

między „dobrą” zasadą podwójnego efektua kryminalnym aktem eutanazji może

być trudna do ustalenia.

Piśmiennictwo

[1] Al.-Chalabi A., Leigh P.N.: Recent advances in amyotrophic lateral sclerosis. Curr.

Opin. Neural. 2000, 13, 397.

[2] Albert S.M., Murphy P.L., del Bene M.L., Rowland L.P.: A prospective study of

preferences and actual treatment choices in ALS. Neurology 1999, 53, 278.

[3] Borassio G.D., Voltz R.: Discontinuation of mechanical ventilation in patients with

ALS. J. Neurol. 1998, 245, 717.

[4] Cleveland D.: From Charcot to SOD1: mechanisms of selective motor neuron

death in ALS. Neuron 1999, 24, 515.

[5] Hardiman O.: Symptomatic treatment of respiratory and nutritional failure in amyotrophic

lateral sclerosis. J. Neurol. 2000, 247, 245.

[6] Kwieciński H., Janik P., Opuchlik A.: Leczenie stwardnienia bocznego zanikowego

(SLA). Terapia 1998, 1, 29.

[7] Miller R.G., Rosenberg J.A., Gelinas D.F., Mitsumoto H. I wsp.: Practice parameter:

The care of the patient with amyotrophic lateral sclerosis (an evidence- based

review). Neurology 1999, 52, 1311.

[8] Rowland L.P.: Assisted suicide and alternatives in amyotrophic lateral sclerosis.

N. Engl. J. Med. 1998, 339, 987.

Adres:Klinika Neurologii AM

02-097 Warszawa, ul. Banacha 1a

tel.: [phone]

Sheet Number 59 Page Number 59

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

60

Sheet Number 60 Page Number 60

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 61

Marianna I. Bąk, Anna Domżał-Stryga, Leszek Królicki,

Hubert Kwieciński

Badanie metodą spektroskopii rezonansu

magnetycznego u chorych na stwardnienie boczne

zanikowe

Klinika Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii

Kierownik: prof. dr hab. W. Karnafel

Klinika Neurologii

Kierownik: prof. dr hab. H. Kwieciński

Zakład Medycyny Nuklearnej i Rezonansu Magnetycznego

Kierownik: prof. dr hab. L. Królicki

Akademia Medyczna, Warszawa

słowa kluczowe: spektroskopia rezonansumagnet ycznego, stwardnienie boczne zanikowe,

kora ruchowa

key words: magnetic resonance spectroscopy, amyotrophic lateral sclerosis, motor cortex

Summary

Proton MR spectroscopy of the brain in ALS patients - Nuclear magnetic resonance

spectroscopy (MRS) has an ability to measure brain metabolites noninvasively in

vivo. The content of N-acetyl-aspartate (NAA) is used as a biochemical marker of neuronal

integrity and viability. In amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients the degeneration

and neuronal loss of motor cortex was reported. The presence of these changes can

lead to the decrease of NAA. The aim of this study was to evaluate the neurochemical

status of motor cortex (by using 1H-MRS) in 11 patients with clinically de.nite or probable

forms of ALS (according to the El Escorial criteria). These data were compared with

MRS results from 4 healthy controls. The mean NAA/(Cr+PCr) values were decreased

by 19% (p<0.05) when compared with controls. In 4 ALS patients the NAA/(Cr+PCr)

Sheet Number 61 Page Number 61

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

62 M.I.Bąk i wsp. Nr 1

ratio was decreased by 31% (p<0.05) and these patients had rapidly progressing disease.

In other 7 ALS patients, we found that NAA/(Cr+PCr) was decreased by 10%

(p<0.05) and they showed less advanced neurological symptoms. 1H-MRS of the motor

cortex can be a new diagnostic tool in ALS and it might help to monitor the progress

of the disease.

Streszczenie

Spektroskopia rezonansu magnetycznego (MRS) jest nieinwazyjną metodą pozwalającą

na pomiary stężenia metabolitów komórkowych in vivo. Stężenie N-acetylasparaginianu

(NAA) mierzone w mózgu jest uznanym markerem prawidłowej funkcji

neuronów. W stwardnieniu bocznym zanikowym (SLA) dochodzi do zwyrodnienia

i ubytku komórek piramidowych kory ruchowej, co może powodować obniżenie poziomu

NAA. Celem pracy była ocena zmian metabolicznych w okolicy kory ruchowej przy użyciu

protonowej MRS (1H-MRS) u 11 chorych z pewną lub prawdopodobną postacią SLA

(wg. kryteriów El Escorial). Wyniki porównano z grupą 4 zdrowych osób. U chorych

na SLA średni stosunek metabolitów NAA/(Cr+PCr) w okolicy czołowej (kora ruchowa)

był obniżony o 19% (p<0.05) w porównaniu z osobami zdrowymi. U 4 chorych z SLA

stwierdzono obniżenie współczynnika NAA/(Cr+PCr) o 31% (p<0.05), co korelowało

z bardzo szybkim postępem choroby. W grupie pozostałych 7 chorych obserwowano

mniejszy spadek NAA (redukcja o 10%; p<0.05) i bardziej łagodny przebieg choroby.

Badanie 1H-MRS wykonane w okolicy kory ruchowej mózgu może okazać się w przyszłości

cennym badaniem diagnostycznym i prognostycznym w SLA.

Stwardnienie boczne zanikowe (SLA) jest szybko postępującą chorobą zwyrodnieniową

neuronów ruchowych o nieznanej etiologii. Rozpoznanie typowej

postaci SLA na podstawie badania neurologicznego nie jest trudne. Podstawą

rozpoznania jest stwierdzenie współistniejących objawów uszkodzenia dolnego

i górnego motoneuronu. Badanie elektromiogra.czne (EMG) oraz ocena przewodzenia

w nerwach (ENG) pozwalają wykryć uszkodzenie dolnego motoneuronu

jeszcze przed ujawnieniem się objawów klinicznych. W ostatnich latach próbowano

stosować wiele metod aby wykazać uszkodzenie górnego motoneuronu

(między innymi: SPECT, PET, MRI, stymulacja magnetyczna). Żadna z tych metod

nie ma jednak takiego praktycznego znaczenia jak EMG w ocenie dolnego

motoneuronu. Obserwowane hyperintensywne ogniska w rzucie drogi piramidowej

w obrazach T2 i PD-zależnych w badaniuM RI mogą być odzwierciedleniem

zwyrodnienia drogi korowo-rdzeniowej [14]. Na ubytek komórek piramidowych

mogą wskazywać pośrednio zaburzenia metabolizmu glukozy i regionalnego

przepływukr wi w okolicy kory ruchowej, stwierdzane w badaniach PET

lub SPECT.

Sheet Number 62 Page Number 62

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

Nr 1 Badanie metodą MRS chorych na SLA 63

W ostatnich latach zwrócono uwagę na możliwość zastosowania wodorowej

spektroskopii jądrowego rezonansum agnetycznego (1H-MRS) dla oceny neuronów

mózgowych in vivo. 1H- MRS jest techniką badawczą, która pozwala

na pomiar stężeń metabolitów komórkowych w sposób całkowicie nieinwazyjny

w dowolnym momencie czasowym. Zaobserwowano, że w prawidłowych neuronach

można określić m. in. stężenia następujących metabolitów: asparaginiany,

kreatyna, fosfokreatyna i cholina. Kwas N-acetyl-asparaginowy (NAA) nie występuje

w komórkach glejowych i dlatego jego stężenie może być wykorzystane

w badaniu 1H-MRS jako biochemiczny marker prawidłowej funkcji neuronów

[3, 11, 14]. Przyjmuje się, że stężenie Cr i PCr utrzymują się na stałym poziomie

w tkance mózgowej, wtedy gdy nie ma ostrych zaburzeń jej ukrwienia

i dlatego zmiany stosunku NAA/(Cr+PCr) świadczą o nieprawidłowym metabolizmie

NAA w neuronach badanej okolicy mózgowej [2, 3, 6]. Zastosowanie

metody 1H-MRS pozwoliło wykazać ogniskowy ubytek neuronów w takich chorobach

mózgu jak: padaczka, choroba Alzheimera, choroba Huntingtona i udar

mózgu [1, 3, 11].

Celem naszej pracy było zbadanie zmian metabolicznych w okolicy ruchowej

kory mózgowej przy użyciu 1H-MRS u chorych na SLA.

Materiał i metoda

Badania wykonano u11 chorych (2 kobiet i 9 mężczyzn), u których rozpoznano

SLA na podstawie kryteriów El Escorial [15]. U 7 chorych rozpoznano

postać pewną, a u4 postać prawdopodobną SLA. Średnia wieku pacjentów wynosiła

44±13 lat, a średni czas trwania choroby wynosił 18 miesięcy (od 8 do

36 miesięcy). Zaawansowanie objawów klinicznych choroby oceniano przy użyciuskali

Norrisa [10]. Wszyscy chorzy mieli wykonane badanie EMG i ENG,

w celu potwierdzenia rozpoznania i wykluczenia neuropatii ruchowej. U wszystkich

chorych wykonano badanie MRI w sekwencjach T-1, T-2 i PD zależnych,

w celuw ykluczenia innych chorób CUN.

Do badania 1H-MRI użyto aparatu Elscint, o indukcji pola magnetycznego

2 Tesla. Zastosowano technikę lokalizacyjną typu2D CSI (szerokość warstwy

20mm) i cewkę powierzchniową o średnicy 100mm. Od wszystkich chorych uzyskano

widma spektroskopowe (single-voxel) z lewej okolicy czołowej (lewego

zawojuprzedśrodk owego). Pozwoliły one na ocenę zawartości NAA, kreatyny

(Cr) i fosfokreatyny (PCr) oraz na wyliczenie stosunku NAA/(Cr+PCr).

Wyniki porównano z grupą kontrolną, którą stanowiło 4 zdrowych ochotników

w podobnej do chorych grupie wiekowej. Należy podkreślić, ze osoba

wykonująca badanie MRS i oceniająca widma spektroskopowe nie znała rozpoznania

choroby ubadan ych pacjentów ani stopnia zaawansowania SLA.

Sheet Number 63 Page Number 63

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

64 M.I.Bąk i wsp. Nr 1

Wyniki

Wyodrębniono dwie podgrupy chorych z SLA. Do grupy A zaliczono 4 pacjentów,

uktór ych stwierdzono ciężką i szybko postępującą postać choroby. Chorzy

ci uzyskali w skali Norrisa średnio 57±11 punktów. Grupę B stanowili pozostali

chorzy o większym stopniuspra wności ruchowej (99±13 punktów w skali

Norrisa). W obug rupach podobny był średni czas trwania choroby i średni wiek

pacjentów, natomiast uc horych w grupie A wyraźniej zaznaczone były objawy

piramidowe. Charakterystykę kliniczną obug rup przedstawiono w tabeli I i II.

Tabela I : Charakterystyka kliniczna pacjentów z SLA. Grupa A: Skala Norrisa < 70.

Table I : Characteristics of patients with SLA. Group A: Norris scale < 70

L.p

No

Wiek

chorego

Age

przebieg

Choroby

Progress

of disease

Czas trwania

(miesiące)

duration

(mth)

Objawy piramidowe

Piramidal signs

Skala Norrisa

Norris scale

1. 23

szybki

speed

8 +++ 69

2. 37

szybki

speed

8 ++ 44

3. 66

szybki

speed

18 ++ 67

4. 44

średni

medium

36 +++ 46

x± SD 43±16 18±11 57±11

Typowe widmo spektroskopii protonowej uzyskane u osoby zdrowej z lewej

okolicy czołowej przedstawia rycina 1. Pozycja poszczególnych załamków

(pików) w widmie (na osi poziomej) jest zależna od pozycji atomów wodoru

w cząsteczce i momentum agnetycznego danego związku. Tak wiec każda cząsteczka

chemiczna zawierająca w swym składzie protony ma inną pozycję na osi

horyzontalnej widma, która jest cechą specy.czną danego związkui nie ulega

zmianie. Najwyższy pik, w pozycji 2.02 ppm odpowiada asparginianom (NAA).

W pozycji 3.03 ppm znajduje się pik odpowiadający zawartości puli związków

kreatynowych, do której należy fosfokreatyna (PCr) i kreatyna (Cr); natomiast

pik w pozycji 3.22 ppm odpowiada zawartości choliny (Cho). Wielkość każdego

piku(pole powierzchni pod pikiem) pozwala na pomiar zawartości komórkowej

poszczególnych metabolitów. Stosunek wewnątrzkomórkowych metabolitów

NAA/(Cr+PCr) wynosił w grupie kontrolnej średnio 1.94±0.22, podczas gdy

u11 chorych na SLA wynosił średnio 1.59± 0.20 (p<0.05).

Sheet Number 64 Page Number 64

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

Nr 1 Badanie metodą MRS chorych na SLA 65

Tabela II : Charakterystyka kliniczna pacjentów z SLA. Grupa B: Skala Norrisa > 70.

Table II : Characteristics of patients with SLA. Group B: Nrris scale > 70

L.p

No

Wiek

chorego

Age

przebieg

choroby

Progress

of disease

Czas trwania

(miesiące)

Duration

(mth)

Objawy piramidowe

Piramidal signs

Skala Norrisa

Norris scale

1. 26

średni

medium

8 +++ 111

2. 41

wolny

???

36 + 105

3. 49

średni

medium

12 ++ 77

4. 54

średni

medium

36 + 82

5. 55

średni

medium

12 +++ 107

6. 42

średni

medium

11 ++ 99

7. 60

średni

medium

8 ++ 112

x± SD 47±11 18±12 99±13

Rycina 2 przedstawia dwa widma 1H-MRS uzyskane u osób z SLA. Górny

panel przedstawia widmo uzyskane od jednego z pacjentów z klinicznymi objawami

SLA reprezentującego grupę A. W porównaniu z widmami uzyskanymi

od osób zdrowych, zwraca uwagę obniżenie wierzchołka widma odpowiadającego

lokalizacji NAA. Stosunek NAA/(Cr+PCr) w tej grupie pacjentów(n=4)

wynosił 1,34±0,08 (p<0.01). Dolny panel przedstawia widmo 1H- MRS uzyskane

od pacjenta z grupy B, gdzie stosunek NAA/(Cr+PCr) wynosił średnio

1,74 ±0,07 (p<0,05). Stwierdzono istotną różnicę miedzy średnimi wartościami

stosunku NAA/(Cr+PCr) przy porównaniu całej grupy chorych na SLA i grupy

kontrolnej, oraz między grupą A i B pacjentów.

Podsumowując, u 11 chorych na SLA stosunek metabolitów NAA/(Cr+PCr)

w okolicy czołowej kory mózgowej był obniżony o 19%, w porównaniuz osobami

zdrowymi w tej samej grupie wiekowej. W grupie 4 chorych na SLA,

wyraźnie obniżona zawartość NAA (o 31±4%), korelowała z szybszym narastaniem

objawów i większym zaawansowaniem SLA.

Sheet Number 65 Page Number 65

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

66 M.I.Bąk i wsp. Nr 1

Ryc. 1 : Typowe widmo wodorowej spektroskopii jądrowego rezonansumagnet ycznego

(1H-MRS) uzyskane z lewej okolicy czołowej kory mózgowej osoby zdrowej (obszar

badany 20 × 20 × 20 mm). Pozycja poszczególnych pików w widmie (na osi

poziomej) nie ulega zmianie i jest specy.czna dla każdego związku chemicznego.

Najwyższy pik, w pozycji 2.02 ppm odpowiada asparaginianom (NAA); w pozycji

3.03 ppm znajduje się pik odpowiadający zawartości puli związków kreatynowych

(PCr+Cr), pik w pozycji 3.22 ppm odpowiada zawartości choliny (Cho)

Fig. 1 : A typical MR 1H spectrum from healthy human brain. The spectrum was acquired

from left motor cortex (voxel 20 × 20 × 20 mm). The highest peak is at 2.02

ppm and it is N-acetyl-aspartate (NAA), the total creatine pool is under the peak at

3.03 ppm, and the peak at 3.22 ppm shows a choline content (Cho)

Omówienie

Od wielulat trwają próby zastosowania badania MRI w celuu widocznienia

zmian w drodze korowo-rdzeniowej uc horych na SLA. Zaobserwowano, że na

zdjęciach wykonywanych w sekwencjach T-2 i PD-zależnych; można uwidocznić

zmiany hiperintensywne w rzucie drogi piramidowej, które najczęściej dotyczą

tylnej części tylnej odnogi torebki wewnętrznej [1, 5, 14]. Należy podkreślić, że

wspomniane hiperintensywne zmiany w drodze piramidowej są prawdopodobnie

przejawem zwyrodnienia aksonalnego, które jest wtórną reakcją na ubytek

neuronów w korze ruchowej. Badanie MRI, którego wynik jest w postaci statycznych

obrazów ukazujące obraz anatomicznych struktur mózgowych, nie jest

Sheet Number 66 Page Number 66

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

Nr 1 Badanie metodą MRS chorych na SLA 67

Ryc. 2 : Reprezentatywne dwa widma 1H-MRS uzyskane z lewej okolicy czołowej kory

mózgowej osób chorych na SLA. Panel górny pokazuje widmo u pacjenta z grupy

A (skala Norrisa 57±11 punktów; n = 4), panel dolny przedstawia widmo u pacjenta

z gru py B (skala Norrisa 99±13 punktów; n = 7)

Fig. 2 : Representative two spectra of 1H-MRS obtained from the left frontal cortex of

patients with ALS. The top panel shows spectrum of ALS patient from group A (the

Norris scale 57±11 pt.; n = 4), the bottom panel shows spectrum of ALS patient

from group B (the Norris scale 99±13 pt.; n = 7)

Sheet Number 67 Page Number 67

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

68 M.I.Bąk i wsp. Nr 1

dostatecznie czułe i swoiste, aby znalazło praktyczne zastosowanie w diagnostyce

SLA. Ogniskowy ubytek neuronów w korze mózgowej można natomiast

wykazać w spektroskopii jądrowego rezonansum agnetycznego [1, 2. 3, 4, 14].

Omawiane w obecnej pracy badania przeprowadzone były u11 chorych

z klinicznymi objawami SLA i wykazały obniżenie poziomuN AA w lewym

płacie czołowym pacjentów z SLA w porównaniuz osobami zdrowymi. Wyniki

uzyskane przez nas potwierdzają ostatnio opublikowane badania innych autorów

[13], którzy zbadali 10 chorych i porównali wyniki z uzyskanymi od 9

osób z grupy kontrolnej. Stwierdzili oni istotną różnicę pomiędzy stosunkiem

NAA/(Cr+PCr), mierzonym w okolicach ruchowych kory mózgowej i w przebiegudrogi

piramidowej. Obniżenie NAA/(Cr+PCr) u chorych na SLA w okolicy

ruchowej kory mózgowej wynosiło 19%, czyli podobnie jak w naszym materiale,

natomiast w przebiegudrogi piramidowej 16%. Autorzy tej pracy nie stwierdzili

podobnych zmian w innych okolicach mózgu[13].

Pióro i wsp. [11] w 1994 rokupier wsi zaobserwowali obniżenie poziomu

NAA w stosunku do Cr i PCr w korze ruchowej u chorych na SLA. U pacjentów

z wyraźnie zaznaczonymi objawami piramidowymi notowano najniższy

stosunek NAA/Cr, natomiast w przypadkach z postępującym zanikiem mięśni

(uszkodzenie tylko dolnego neuronu) nie obserwowano zmian NAA/Cr miedzy

chorymi i osobami z grupy kontrolnej. Obniżenie stosunku NAA/(Cr+PCr), uzyskane

przy pomocy 1H-MRS, obserwowano jeszcze w kilkuinn ych badaniach

wykonanych uc horych na SLA, aczkolwiek należy podkreślić iż liczba chorych

uczestniczących w tych badaniach była niewielka [6, 7, 8].

W opublikowanej w 1999 roku pracy, Chan i wsp. [3] stwierdzili obniżenie

poziomuN AA w korze ruchowej u prawie 80% badanych chorych na

SLA. Autorzy ci udowodnili również, że badanie MRS jest znacznie czulsze

od konwencjonalnego MRI, które wykazało zmiany w drodze piramidowej tylko

u 40% pacjentów z tej samej badanej grupy. Ostatnio ukazało się także pierwsze

doniesienie, w którym przy użyciu 1H-MRS, obserwowano chorych z SLA

leczonych preparatem riluzole (Rilutek) [9]. Zaobserwowano podwyższenie stosunku

NAA/Cr po trzytygodniowym leczeniu, co może potwierdzać skuteczność

tego leku.

Podsumowując powyższe dane z literatury należy podkreślić, że dotychczasowe

obserwacje są poczynione na niewielkim materiale i dotyczą głównie pacjentów

z klasyczną postacią SLA. Biorąc pod uwagę obserwacje innych autorów

i nasze, można wyciągnąć wniosek, że wykonanie badania 1H-MRS, szczególnie

w okolicy ruchowej kory mózgowej u chorych na SLA, może być cennym badaniem

zarówno diagnostycznym, jak również może służyć ocenie zaawansowania

Sheet Number 68 Page Number 68

20 kwietnia 2001 17:18 a5.tex

Nr 1 Badanie metodą MRS chorych na SLA 69

procesuc horobowego. Dalsze badania powinny zmierzać do oceny przydatności

spektroskopii MR we wczesnej diagnostyce SLA, w przypadkach gdy nie

ma neurologicznych objawów uszkodzenia drogi piramidowej, lub gdy objawy

piramidowe maskowane są przez osłabienie napięcia i zanik mięśni.

Piśmiennictwo

[1] Abe K., Fujimura H., Kobayashi Y., Fujita N. I i wsp: Degeneration of the pyramidal

tracts in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a premortem and

postmortem magnetic resonance imagimg study. J Neuroimag 1997, 7, 208.

[2] Bradley W.G., Bowen B.C., Pattany P.M., Rotta F.: H-1-magnetic resonance spectroscopy

in amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Sci. 1999, 169(1-2), 84.

[3] Chan S., Shungu D.C., Douglas-Akinwande A., Lange D.J. i wsp: Motor neuron

diseases: Comparison of single-voxel proton MR spectroscopy of the motor cortex

with MR imaging of the brain. Radiology 1999, 212 (3), 763.

[4] Cwik V.A., Hanstock C.C., Allen P.S., Martin W.R.: Estimation of brainstem neuronal

loss in amyotrophic lateral sclerosis with in vivo proton magnetic resonance

spectroscopy. Neurology 1998, 50, 72.

[5] Domżał-Stryga A., Królicki L., Kwieciński H.: MRI .ndings in ALS patients. Eur.

J. Neurol 1999, Vol.6 (suppl 3), 25.

[6] Giroud M., Walker P., Bernard D., Lemesle M. i wsp: Reduced brain N-acetylaspartate

in frontal lobes suggest neuronal loss in patients with amyotrophic lateral

sclerosis. Neurological Research. 1996, 18 (3), 241.

[7] Gredal O., Rosenbaum S., Topp S., Karlsborg M i wsp: Quanti.cation of brain metabolites

in amyotrophic lateral sclerosis by localized proton magnetic resonance

spectroscopy. Neurology 1997, 48, 878.

[8] Jones A.P., GunawardenaW.J., Coutinho C.M., Gatt J.A. i wsp: Preliminary results

of proton magnetic resonance spectroscopy in motor neurone disease (amyotrophic

lateral sclerosis). J Neurol Sci 1995, 129 (suppl 3), 85.

[9] Kalra S., Cashman N.R., Genge A., Arnold D.L.: Recovery of N-acetylaspartate

in corticomotor neurons of patients with ALS after riluzole therapy. Neuroreport.

1998, 9(8), 1757.

[10] Norris F.H., Calanchini P.R., Fallat R.J., Panchari S i wsp: The admininstration of

guanidine in amyotrophic lateral sclerosis. Neurology 1974, 24, 721.

[11] Pioro E.P., Antel J.P., Cashman N.R., Arnold D.L.: Detection of cortical neuron

loss in motor neuron disease by proton magnetic resonance spectroscopic imaging

in vivo. Neurology 1994, 44, 1933.

[12] Pioro E.P., Majors A.W., Mitsumoto H., Nelson D.R.: 1H-MRS evidence of neurodegeneration

and excess glutamate plus glutamine in ALS medulla. Neurology

1999, 53(1), 71.

[13] Rooney W.D., Miller R.G., Gelinas D., Schu. N. i wsp: Decreased Nacetylaspartate

in motor cortex and corticospinal tract in ALS. Neurology 1998,

50, 1800.

Sheet Number 69 Page Number 69

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

70 M.I.Bąk i wsp. Nr 1

[14] Sales Luis M.L., Hormingo A., Mauricio C., Alves M.M. i wsp: Magnetic resonance

imaging in motor neuron disease. J Neurol, 1990, 237, 471.

[15] World Federation of Neurology Research Group. El Escorial World Federation of

Neurology Criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Sci

1994, 124(suppl 2), 96.

Adres:Dr n. med. Marianna I. Bąk

Klinika Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii AM

02-097 Warszawa

ul. Banacha 1a, blok D III

e-mail: [e-mail]

Sheet Number 70 Page Number 70

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 71

Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski

Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA: badanie

metodą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Katedra i Klinika Neurologii AM w Warszawie

Kierownik: prof. dr hab. Hubert Kwieciński

słowa kluczowe: stwardnienie zanikowe boczne, stymulacja magnetyczna, centralny czas

przewodzenia, droga korowo-rdzeniowa, pobudliwość motoneuronów

key words: amyotrophic lateral sclerosis, magnetic stimulation, central conduction time,

corticospinal tract, motoneuron excitability

Summary

Corticospinal tract assessment in ALS: Transcranial magnetic stimulation

- Results obtained during transcranial magnetic stimulation (TMS) in 79 patients

with ALS were compared to those obtained in 10 healthy volunteers. M and F responses

evoked by peripheral stimulation of the ulnar and peroneal nerves and then motor evoked

potentials (MEP) induced by TMS were recorded in the abductor digiti quinti (AV) and

tibial anterior (TA) muscles bilaterally. Central motor conduction time (CMCT) was

calculated using MEP and F response latencies. The MEP/M × 100% amplitude ratios

were calculated. Mean CMCT was signi.cantly (p< 0.0001) prolonged in patients

with ALS (9.6±4.1ms for AV and 20.4±9.6ms for TA) and MEP/M × 100% amplitude

ratios were higher (45±75% for AV-p<0.001 and 27±32.7% for TA p=0.2). In a subgroup

of patients with predominant upper motor neuron (UMN) involvement, the CMCT

was signi.cantly prolonged (14.2±5.8ms for AV and 28.5±9.1ms for TA), but MEP/M

× 100% amplitude ratio was 24.1±37.6% for AV and 11.4 ±12.9% for TA. These results

con.rm usefulness of combined analysis of CMCT and MEP/M × 100% amplitude

ratio as the method of assessment of pyramidal tract function in ALS.

Sheet Number 71 Page Number 71

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

72 Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski Nr 1

Streszczenie

Porównano wyniki badania metodą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS)

u 79 chorych na SLA i u 10 zdrowych ochotników. Zapisywano odpowiedzi M i F w

mięśniach odwodzicielu palca V dłoni (AV) i piszczelowym przednim (TA) podczas drażnienia

nerwów łokciowego i strzałkowego obustronnie. Ruchowe potencjały wywołane

(MEP) stymulacją kory mózgowej były rejestrowane w tych samych mięśniach. Przy użyciu

latencji fali F, oraz latencji MEP obliczano centralny czas przewodzenia (CMCT).

Przy użyciu amplitud MEP, oraz amplitud odpowiedzi M obliczano wskaźnik MEP/M

× 100%. CMCT był wydłużony u chorych na SLA i wynosił średnio 9.6±4,1ms dla

AV (p < 0.0001) i 20.4±9.6ms dla TA (p < 0.0001), a średnia wartość wskaźnika

MEP/M × 100% była podwyższona 45±75% dla AV (p < 0.001) i 27±32.7% dla

TA (p=0.2). Osobnej analizie poddano chorych (n=14) z objawami wskazującymi na

przewagę zajęcia górnego motoneuronu (UMN). W tej grupie CMCT był szczególnie wydłużony

(14.2±5.8ms dla AV i 28.5±9.1ms dla TA), lecz wskaźnik amplitudy MEP/M × 100% wynosił 24.1±37.6% (dla AV) i 11.4±12.9% (dla TA). Wyniki pracy potwierdzają

przydatność jednoczesnej analizy wartości centralnego czasu przewodzenia i wskaźnika

amplitudy dla oceny funkcji drogi korowo-rdzeniowej u chorych na SLA.

Objawy kliniczne stwardnienia bocznego zanikowego (SLA) są wynikiem

uszkodzenia korowego (UMN) i rdzeniowego (LMN) neuronu ruchowego.

Można wyróżnić różne postacie kliniczne, zależne od stopnia i lokalizacji ubytku

UMN i LMN [8, 16]. Kryteria rozpoznania choroby są ujęte w klasy.kacji El

Escorial [18]. Szczególnie trudna w badaniu klinicznym bywa ocena stopnia

uszkodzenia UMN w przypadkach ze znacznym zajęciem LMN. Uszkodzenie

LMN bezpośrednio wpływa na efektor, którego czynność jest badana. Z tej

samej przyczyny wynikają trudności w badaniach elektro.zjologicznych [4, 6,

11, 15].

Przed 15 laty wprowadzono do diagnostyki klinicznej metodę stymulacji

kory mózgowej zmiennym polem magnetycznym (TMS) [1]. Metoda ta wzbogaciła

możliwości badania funkcji drogi korowo-rdzeniowej [14]. Wartość diagnostyczna

TMS uc horych na SLA jest nadal dyskutowana. Istnieją zgodne

obserwacje dotyczące wydłużenia centralnego czasu przewodzenia (CMCT), natomiast

przydatność oceny amplitudy MEP jest różnie oceniana. Eisen i wsp.

obserwowali obniżenie średniej wartości MEP/M × 100% ubadan ych chorych

na SLA [6], podczas gdy Caramia i wsp. obserwowali cechy zwiększonej pobudliwości

motoneuronów korowych [3].

Celem pracy było zbadanie wartości diagnostycznej określonych parametrów

MEP dla oceny uszkodzenia UMN.

Sheet Number 72 Page Number 72

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

Nr 1 Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA 73

Materiał i metoda

Zbadano 79 chorych na SLA z różnego stopnia zaawansowaniem choroby.

Wśród badanych było 31 kobiet i 48 mężczyzn, w wiekuod 23 do 71 lat (średnio

51±11.8 lat). Czas trwania choroby wynosił od 3 miesięcy do 8 lat (średnio

24.5 mies.). Spośród wszystkich badanych wyłoniono 14 pacjentów, uktórych

dominowały objawy piramidowe (przewaga objawów piramidowych-POP).

Grupę kontrolną (K) stanowiło 10 zdrowych ochotników, 4 kobiety i 6 mężczyzn

w wieku26-51 lat (średnio 42 lata) co przedstawia tab.I.

Tabela I : Materiał: charakterystyka badanych grup.

SLA - grupa pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym

POP - podgrupa pacjentów z przewagą objawów piramidowych

SLA-POP - podgrupa pacjentów pozostałych po wyodrębnieniu grupy POP

Kontrola - grupa kontrolna; F - kobieta; M - mężczyzna;

Table I : Material: characteristics of investigated groups.

SLA - patients with amyotrophic lateral sclerosis

POP - subgroup of patients with predominant pyramidal sings

SLA-POP - subgroup of remaining patients after exclusion of POP

Kontrola - control group; F - female; M - male

N

Płeć

Sex

Wiek

Age

SLA 79

F 31

M 48

23-71

(51±11.8)

POP 14

F 5

M 9

34-70

(47±13.1)

SLA-POP 65

F 26

M 39

23-71

(51.5±11.5)

Kontrola 10

F 4

M 6

26-51

(42±8.7)

Rozpoznanie pewnego lub prawdopodobnego SLA u wszystkich chorych

było postawione w oparciuo kryteria El Escorial [18]. Badania elektro.zjologiczne

przeprowadzane były u pacjenta spoczywającego w rozluźnieniu, w pozycji

leżącej na plecach. Płytkowe dwubiegunowe elektrody odbiorcze umieszczano

nad mięśniami odwodzicielem palca V-go (AV) dłoni prawej i lewej, oraz

piszczelowym przednim (TA) obustronnie. Nerwy łokciowe i strzałkowe były

drażnione w nadgarstkui w okolicy głowy kości strzałkowej supramaksymalnym

bodźcem elektrycznym co umożliwiało wywołanie odpowiedzi prostej-M

i zwrotnej-F w wymienionych powyżej mięśniach. Okrągłą cewką o średnicy

9 cm drażniono okolice ruchowe kory mózgowej stosując bodziec magnetyczny

o sile 75-95% maksymalnej siły stymulatora Cadwell MES-10. Punkty drażnienia

i siłę bodźca dobierano Do zapisywania odpowiedzi oraz pomiaruic h

Sheet Number 73 Page Number 73

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

74 Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski Nr 1

amplitud i latencji użyto aparatu Evomatic 4000. Czas przewodzenia w centralnym

odcinkudrogi piramidowej (CMCT) obliczano w oparciuo pomiar latencji

MEP i fali F [2, 14]. Sposób obliczania CMCT przedstawiono na ryc. 1. Obliczano

ponadto wskaźnik amplitud MEP/M × 100% w każdym z badanych

mięśni.

CMCT = LMEP - 1/2(LM + LF - 1ms)

Ryc. 1 : Obliczanie centralnego czasuprze wodzenia w drodze korowo-rdzeniowej

(CMCT) przy użyciu latencji odpowiedzi F

LMEP - latencja odpowiedzi na drażnienie korowe

LM - latencja odpowiedzi prostej M

LF - latencja odpowiedzi F

Fig. 1 : Estimation of the central motor conduction time (CMCT) by using of the F response

LMEP - latency of the motor evoked potential

LM - latency of the M

LF - latency of the F

Porównanie wyników i istotności statystycznej różnic w poszczególnych grupach

było przeprowadzone przy zastosowaniutes tu t Studenta.

Sheet Number 74 Page Number 74

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

Nr 1 Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA 75

Wyniki

W wielu przypadkach SLA występowały trudności w uzyskiwaniu odpowiedzi

w mięśniach na drażnienie nerwuob wodowego lub kory mózgowej.

Ryc. 2 : Centralny czas przewodzenia ruchowego w grupach SLA i kontrolnej

¯X

- wartość średnia

Fig. 2 : Central motor conduction time in ALS and control group

¯X

- mean value

¯X

9.6 7.6 20.4 12.9

SD 4.1 1.5 4.1 1.8

P < 0.0001 <0.0001

Nie udało się uzyskać wiarygodnej odpowiedzi F w 26 mięśniach AV (w 8

z grupy POP i w 18 z pozostałej grupy SLA), oraz w 91 mięśniach TA (w 14

z grupy POP i w 77 z pozostałej grupy chorych). Nie uzyskano także odpowiedzi

na drażnienie kory mózgowej w 15 mięśniach AV (w 2 z grupy POP

i w 13 z pozostałej grupy chorych), oraz w 22 mięśniach TA (w 5 z grupy

POP i w 17 z pozostałej grupy chorych). Zwykle były to mięśnie z wyraźnym

zanikiem. Średnia wartość CMCT była istotnie wydłużona u chorych na SLA

Sheet Number 75 Page Number 75

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

76 Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski Nr 1

¯X

45. 19.2 27 20

SD 75 19.3 32.7 21.1

P < 0.001 n.s

Ryc. 3 : Wartość współczynnika amplitudy MEP

M × 100% w grupach SLA i kontrolnej

¯X

- wartość średnia, n.s. - różnice nieistotne

Fig. 3 : Ratio of amplitudes MEP

M × 100% in ALS and control group

¯X

-mean value, n.s. - not signi.cant

Ryc. 4 : Centralny czas przewodzenia ruchowego w poszczególnych grupach badanych

¯X

- wartość średnia

Fig. 4 : Central motor conduction time in investigated groups

¯X

- mean value

¯X

14.2 8.8 7.6 28.5 18.2 12.9

SD 5.8 3.2 1.5 9.1 8.5 1.8

Sheet Number 76 Page Number 76

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

Nr 1 Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA 77

Ryc. 5 : Wartość wskaźnika amplitudy MEP

M × 100% w poszczególnych grupach badanych;

¯X

- wartość średnia

Fig. 5 : Ratio of amplitudes MEP

M × 100% in investigated groups; ¯X

-mean value

¯X

24.1 49.7 19.2 11.4 30.4 20.0

SD 37.6 81.2 19.3 12.9 34.5 21.1

Ryc. 6 : Zależności między UMN i LMN; A - człowiek zdrowy, B - przewaga ubytku

UMN, C - przewaga ubytku LMN

Fig. 6 : Quantitative relations between UMN and LMN; A - healthy individual, B -

predominant loss of UMN, C - predominant loss of LMN

Sheet Number 77 Page Number 77

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

78 Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski Nr 1

w porównaniuz grupą kontrolną. Wynosiła ona dla AV 9.6±4.1ms, natomiast

w grupie kontrolnej 7.6±1.5ms (p < 0.0001), a dla TA 20.4±9.6ms, podczas

gdy w grupie kontrolnej 12.9±1.8ms (p < 0.0001). Wyniki powyższe przedstawia

ryc. 2. Średnie wartości MEP/M×100% uc horych na SLA były podwyższone.

Wynosiły one dla AV 45±75%, a w grupie kontrolnej 19.2±19.3% (p <

0.001), natomiast dla TA 27±32.7% i w grupie kontrolnej 20.0±21.1% (p=0.2)

(ryc. 3). W podgrupie POP obserwowano wybitne wydłużenie CMCT: średnio

14.2±5.8ms dla AV i 28.5±9.1ms dla TA. U pozostałych chorych (n=65) CMCT

był wydłużony i wynosił średnio 8.8±3.2ms dla AV i 18.2±8.5ms dla TA.

W grupie kontrolnej CMCT wynosił średnio 7.6 ±1.5ms dla AV i 12.9±1.8ms

dla TA. Stwierdzono istotne statystycznie różnice pomiędzy wynikami w poszczególnych

grupach. Wartość wskaźnika amplitud MEP/M × 100% wynosiła

w podgrupie POP średnio 24.1±37.6% dla AV i 11.4±12.9% dla TA. U pozostałych

chorych wartość ta wynosiła średnio 49.7±81.2% dla AV i 30.4±34.5%

dla TA. W grupie kontrolnej wartości te wynosiły odpowiednio 19.2±19.3% dla

AV i 20.0±21.1% dla TA. Wyniki przedstawiają ryciny 4 i 5.

Omówienie

W dotychczasowej literaturze opisywano różnego stopnia wydłużenie CMCT

uc horych na SLA. Mniej jednoznaczne są obserwacje dotyczące MEP/M × 100% [6, 9]. Dlatego opinie co do przydatności tych parametrów są nadal dyskutowane.

Zróżnicowanie form klinicznych SLA może odgrywać tutaj zasadniczą

rolę [9]. Świadomie wyłoniliśmy z grupy pacjentów tych, którzy mieli najwyraźniejsze

objawy uszkodzenia UMN. Po wykazaniu zależności wymienionych

objawów klinicznych i parametrów elektro.zjologicznych wnioskujemy, że istnieje

możliwość oceny stopnia uszkodzenia, lub upośledzenia czynności UMN

także w tych przypadkach, w których uszkodzenie LMN jest na tyle znaczne by

jego objawy utrudniały ocenę UMN w badaniu neurologicznym.

Opisana w niniejszej pracy elektro.zjologiczna metoda badania nie jest pozbawiona

technicznych trudności, które częściej występują w przypadkach z zaawansowanymi

objawami uszkodzenia LMN. Zdarza się, że brak odpowiedzi

mięśniowej przy drażnieniu kory, lub nerwu obwodowego uniemożliwia w tej

sytuacji dokonanie stosownych obliczeń. Trudności te obserwowaliśmy już wcześniej

[5]. Powiększenie liczebności badanej grupy chorych umożliwiło nam obserwację

istotnych odchyleń od normy tam, gdzie uprzednio obserwowano jedynie

tendencje (np. wydłużenie CMCT dla AV w grupie SLA). Wyjaśnienie

wzrostuw skaźnika MEP/M × 100%uc horych na SLA, po wyłączeniu podgrupy

POP, jest częściowo możliwe dzięki analizie zmienionych stosunków ilościowych

Sheet Number 78 Page Number 78

20 kwietnia 2001 17:18 a6.tex

Nr 1 Ocena drogi korowo-rdzeniowej w SLA 79

pomiędzy UMN i LMN, przedstawionych na ryc.6-C. Być może wzrost ilościowej

relacji UMN/LMN poprawia możliwość aktywacji LMN przy drażnieniu

kory mózgowej. Badania przeprowadzone przy użyciu TMS i zapisu z pojedynczej

komórki mięśniowej przemawiają za indywidualnym zaopatrzeniem LMN

przez aksony poszczególnych UMN [13]. Błędem byłoby założenie, że takie

powiązania anatomiczne i stan pobudliwości LMN nie ulegają zmianie w trakcie

choroby. Znane są możliwości plastyczne CUN [7, 10]. Pewnym jest także

wzrost pobudliwości LMN pozbawionych wpływów z wyższych pięter [12, 17].

Względne zmniejszenie amplitudy MEP u pacjentów z POP (wynikające z relacji

przedstawionej na ryc.6-B) wydaje się jasne pomimo wzrostupobu dliwości

LMN. Wzrost pobudliwości LMN przy jednoczesnym utrudnieniu drażnienia

ich podczas TMS wynikającym z ubytku na drodze korowo-rdzeniowej może

być analizowany po zastosowaniu innych metod uzupełniających [2]. Na podstawie

uzyskanych wyników można uznać wydłużenie CMCT, przy względnie niezmienionym

wskaźnikuM EP/M × 100% za charakterystyczne dla uszkodzenia

UMN, a podwyższenie wskaźnika MEP/M × 100% za wskazujące na uszkodzenie

LMN. Ta charakterystyka wymienionych parametrów może mieć w naszej

opinii znaczenie praktyczne przy określanius topnia zajęcia różnych odcinków

drogi piramidowej uc horych na SLA nawet w przypadkach, w których objawy

zajęcia LMN utrudniają ocenę kliniczną.

Autorzy dziękują panu Andrzejowi Stachurskiemu za pomoc w wykonaniubadań.

Piśmiennictwo

[1] Barker A.T., Jalinous R., Freeston I.L.: Non-invasive magnetic stimulation of human

motor cortex. Lancet, 1985, 1, 1106.

[2] Bojakowski J.: Magnetyczna stymulacja do oceny funkcji drogi korowordzeniowej.

Neur. Neurochir.Pol., 1996, 30, (Supl.1), 151.

[3] Caramia M.D. i wsp.: Pharmacologic reversal of cortical hyperexcitability in patients

with ALS. Neurology, 2000, 54, 58.

[4] Dantes M., Mc Comas A.J.: The extent and time course of motoneuron involvement

in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve, 1991, 14, 416.

[5] Domżał-Stryga A., Bojakowski J.: Ocena funkcji drogi korowo-rdzeniowej u pacjentów

ze stwardnieniem zanikowym bocznym przy użyciu przezczaszkowej stymulacji

magnetycznej. W: Stymulacja magnetyczna w diagnostyce neuro.zjologicznej

unerwienia ruchowego. Streszczenia wykładów. Instytut Psychiatrii i Neurologii

Zakład Neuro.zjologii Klinicznej. Warszawa 6 grudnia 1996.

Sheet Number 79 Page Number 79

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

80 Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski Nr 1

[6] Eisen A. i wsp.: Cortical magnetic stimulation in amyotrophic lateral sclerosis.

Muscle Nerve, 1990, 13, 146.

[7] Hallett M.: The plastic brain. Ann. Neurol., 1995, 37, 4.

[8] Holmes G.: The pathology of amyotrophic lateral sclerosis. Rev. Neurol. Psychiat.,

1909, 7, 693.

[9] Ingram D.A., Swash M.: Central motor conduction is abnormal i motor neuron

disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat., 1987, 50, 159.

[10] Mano Y. i wsp.: Motor Reorganization in Central and Peripheral Nervous System

Diseases. The 6th Symposium on Clinical use of Magnetic Stimulation. Kyoto.

Oct.18. 1995. Eisai Co., Tokyo, 1995, 32.

[11] Mc Comas A.J. i wsp.: Electrophysiological estimation of the number of motor

units within a human muscle. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat., 1971, 34, 121.

[12] Mills K.R.: Motor neuron disease. Studies of the corticospinal excitation of single

motor neurons by magnetic brain stimulation. Brain, 1995, 118, 971.

[13] Mills K.R.: The microphysiology of Human Corticospinal Connections Studied

with Transcranial Magnetic Stimulation., The 6th Symposium on Clinical use of

Magnetic Stimulation. Kyoto.Oct.18. 1995. Eisai Co., Tokyo, 1995, 6.

[14] Robinson L., Jantra P., McLean J.: Central motor conduction times using transcranial

stimulation and F wave latencies. Muscle Nerve, 1988, 11, 174.

[15] Swash M., Schwartz M.S.: Staging motor neuron disease; single motor .bre EMG

studies of asymmetry, progression and compensatory reinnervation. In F.C. Rose

(Ed.). Research Progress in Motor Neuron Disease, Pitman. London 1984, 123.

[16] Swash M., Schwartz M.S.: What we really know about amyotrophic lateral sclerosis?

J. Neurol. Sci., 1992, 113, 4.

[17] Young R.R.: Spasticity: a review. Neurology, 1994, 44, (Suppl.9), 12.

[18] World Federation of Neurology ”El Escorial” Criteria for the Diagnosis of ALS.

J. Neurol. Sci., 1994, 124, (Suppl.), 96.

Adres: Anna Domżał-Stryga, Jacek Bojakowski

Klinika Neurologii AM SPCSK

ul. Banacha 1a, 02-097 Warszawa

Sheet Number 80 Page Number 80

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 81

Irena Niebroj-Dobosz, Piotr Janik, Anatol Mickielewicz,

Zygmunt Jamrozik, Hubert Kwieciński

Neurotoksyczne działanie surowicy krwi i płynu

mózgowo- rdzeniowego chorych na stwardnienie

boczne zanikowe na aktywność niektórych enzymów

przemiany glutaminianu

Katedra i Klinika Neurologii AM w Warszawie

Kierownik Kliniki: prof. dr hab. H.Kwieciński

Zespół Bad. Leczn. Chor. Nerw.-Mięśn. Centrum Medycyny Dośw. Klin. PAN

Kierownik Zespołu: Prof. dr hab. I.Hausmanowa-Petrusewicz

słowa kluczowe: stwardnienie boczne zanikowe, aminokwasy pobudzające, enzymy przemiany

glutaminianu

key words: amyotrophic lateral sclerosis, excitotoxic amino acids, enzymes of glutamate

metabolism

Summary

Neurotoxic activity of serum and cerebrospinal .uid of amyotrophic lateral

sclerosis patients against some enzymes of glutamate metabolism - One of the

hypotheses in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) indicates on excitatory amino acids

as the cause of neuronal death. Changes in their concentration in the tissues and body

.uids may be the consequence of a defect in their transport, as well as abnormal activities

of glutamate metabolizing enzymes. Abnormal synthesis/degradation of these enzymes

and/or in.uence of activators/inhibitors should be taken into account.

The activity of enzymes of glutamate metabolism of rat spinal cord in vitro in the

presence of serum and cerebrospinal .uid (CSF) of 20 patients with ALS and 20 healthy

controls was tested. In the presence of serum of the ALS patients glutaminase was significantly

stimulated, instead of being inhibited; the inhibition of GABA aminotransferase,

glutamate decaboxylase and aspartate aminotransferase was less evident than in the

controls, glutamate dehydrogenase lost its activity more than in control conditions, the

Sheet Number 81 Page Number 81

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

82 I.Niebroj-Dobosz i wsp. Nr 1

inhibition of glutamine synthetase was comparable to that when normal serum was applied.

The activity of the enzymes in the presence of CSF of ALS patients was generally

similar to that of normal CSF, except of glutaminase which was stimulated and GABA

aminotransferase, which was inhibited stronger than in the presence of normal CSF.

This study indicates, that changes in glutamate concentration in tissues and body

.uids in ALS may be caused, at least partly, by abnormalities in the activity of glutamate

metabolism enzymes, which are in turn induced by neurotoxic agents present in

body .uids of ALS patients.

Streszczenie

Jedna z hipotez patogenetycznych stwardnienia bocznego zanikowego (SLA) wskazuje

na aminokwasy pobudzające jako przyczynę doprowadzającą do śmierci komórek

nerwowych. Nieprawidłowe stężenie tych aminokwasów w tkankach i w płynach ustrojowych

wynikać może zarówno z zaburzeń w ich transporcie, jak i ze zmian w aktywności

enzymów metabolizmu glutaminianu. Analizę wpływu surowicy krwi i płynu mózgowordzeniowego

(płyn m-r) na aktywność enzymów przemiany glutaminianu rdzenia kręgowego

szczura in vitro przeprowadziliśmy u 20 chorych na SLA oraz u 20 osób zdrowych.

W obecności surowicy krwi chorych na SLA, zamiast prawidłowo występującego hamowania,

pojawiała się znacznego stopnia aktywacja glutaminazy; stwierdzono również

mniejsze od prawidłowego hamowanie GABA aminotransferazy, dekarboksylazy glutaminianowej

i aminotransferazy asparaginianowej, większe od prawidłowego hamowanie

dehydrogenazy glutamianiowej, oraz prawidłowe hamowanie syntetazy glutaminianowej.

W obecności płynu m-r chorych na SLA aktywność tych enzymów była zbliżona do

prawidłowej, z wyjątkiem glutaminazy, aktywowanej w obecności płynu m-r chorych

na SLA, oraz GABA aminotransferazy hamowanej w większym stopniu niżw grupie

kontrolnej.

Wyniki naszej pracy wskazują, że zmiany w stężeniu kwasu glutaminowego w tkankach

i płynach ustrojowych w SLA mogą być wynikiem nieprawidłowego działania enzymów

przemiany glutaminianu, wywołanego z kolei wpływem neurotoksycznych czynników

krążących w płynach ustrojowych tych chorych.

Jedna z hipotez patogenetycznych stwardnienia bocznego zanikowego (SLA)

wskazuje na neurotoksyczne działanie aminokwasów pobudzających jako główny

mechanizm odpowiedzialny za pojawienie się choroby [1]. Hipoteza ta opiera

się głównie na stwierdzonych zaburzeniach w metabolizmie i transporcie tych

aminokwasów [2, 14, 16, 18, 19, 20].

Zaburzenia metabolizmu aminokwasów pobudzających mogą istotnie mieć

pewne znaczenie, doprowadzając m.in. do zmian ich stężeń w tkankach, jak

i w płynach ustrojowych. U podstaw tych zaburzeń mogą być zarówno pierwotne

i/lub wtórnie wywołane zmiany działania odpowiednich enzymów. Niektóre

z tych enzymów były już oznaczane w tkance nerwowej oraz w leukocy-

Sheet Number 82 Page Number 82

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

Nr 1 Neurotoksyczne działanie surowicy krwi 83

tach krwi chorych na SLA. Opublikowane wyniki są jednak rozbieżne. Opisano

wzrost aktywności dehydrogenazy glutaminianowej w istocie białej rdzenia [8],

prawidłową aktywność tego enzymuw korze ruchowej [20], prawidłową [14],

jak i obniżoną aktywność w leukocytach [6, 7]. Aktywność syntetazy glutaminy

w korze ruchowej u chorych na SLA jest prawidłowa [21], aktywność dekarboksylazy

glutaminianowej w rdzeniu kręgowym [18] oraz aminotransferazy

asparaginianowej w leukocytach [6] również nie odbiega od wartości prawidłowych.

Nieliczne publikacje na ten temat, jak i duże rozbieżności w dotychczasowych

wynikach, wynikają zapewne z niejednorodnego materiałuklinicznego,

oraz z różnic w stosowanych metodach.

Na aktywność enzymów przemiany glutaminianu wpływają zarówno procesy

ich syntezy, jak i rozpadu, oraz działanie odpowiednich aktywatorów czy inhibitorów.

Obecność nadal nieokreślonych czynników neurotoksycznych we krwi

chorych na SLA podkreślana jest przez wieluau torów [3, 10, 11, 17, 24, 25].

Znaczenie działania cytotoksycznego płynów ustrojowych w SLA nie jest jednak

ostatecznie rozstrzygnięte [5, 17].

Celem naszej pracy było określenie, czy zmiany w poziomie aminokwasów

pobudzających w układzie nerwowym, jak i w płynach ustrojowych chorych

na SLA mogą wynikać z zaburzeń aktywności odpowiednich enzymów wskutek

działania krążących w płynach ustrojowych czynników neurotoksycznych.

Materiał i metoda

Do realizacji pracy pobrano krew i płyn m-r od 25 chorych na SLA, w wieku

od 26 do 65 lat Czas trwania choroby wynosił od 3 miesięcy do 12 lat. Stopień

sprawności ruchowej chorych oceniano w skali Norrisa (0 do 120 pkt.).

U 15 chorych przebieg choroby był ciężki. Przebieg uznawano za ciężki, jeżeli

w ciągu2 lat od pojawienia się objawów choroby wystąpiło znacznego stopnia

pogorszenie przynajmniej jednej z pięciufu nkcji takich jak mowa, połykanie,

oddychanie, samodzielny chód oraz zdolność do wykonywania czynności manualnych.

W pozostałych przypadkach przebieg choroby oceniano jako bardziej

łagodny. Rozpoznanie oparto na kryteriach El Escorial WFN [26], uw szystkich

chorych rozpoznano sporadyczną postać SLA. Grupę kontrolną stanowiło

20 zdrowych osób w podobnym wieku.

Krew i płyn m-r po odwirowaniuw wirówce chłodzonej poddano dalszej

obróbce. Rdzeń kręgowy, pobrany od 3-miesięcznego szczura rasy Wistar, zhomogenizowano

w lodowatej wodzie destylowanej, odwirowano w temperaturze

4. przy 600 xg. Supernatant przechowywano w temperaturze - 72.. Wszystkie

oznaczenia enzymów wykonywano używając tylko jednorazowo rozmrożonego

homogenatu. Podstawową aktywność poszczególnych enzymów oznaczono

Sheet Number 83 Page Number 83

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

84 I.Niebroj-Dobosz i wsp. Nr 1

w homogenacie, jak i w surowicy krwi i płynie m-r chorych na SLA oraz

osób zdrowych. Stężenie produktu reakcji enzymatycznej było proporcjonalne

do ilości dodawanej surowicy krwi i płynu m-r w zakresie od 10 µl do 50µl.

Do analizy aktywności poszczególnych enzymów przemiany glutaminianu rdzenia

kręgowego szczura w obecności surowicy krwi/płynu m-r chorych na SLA

i osób zdrowych zastosowano metody spektrofotometryczne i .uorymetryczne

[4]. Analizę statystyczną przeprowadzono przy pomocy testuW ilcoxona i testu

t- Studenta.

Wyniki

Aktywność enzymów odpowiedzialnych za przemianę glutaminianu w rdzeniu

kręgowym szczura ulegała zmianom pod wpływem surowicy i płynu m-r

chorych na SLA, jak również osób zdrowych. Aktywność wszystkich badanych

przez nas enzymów w obecności prawidłowej surowicy krwi i prawidłowego

płynum -r była w mniejszym lub większym stopniu hamowana. W obecności

surowicy chorych na SLA jedynie stopień hamowania syntetazy glutaminy był

zbliżony do obserwowanego w grupie kontrolnej. Największe zmiany wykazy-

Tabela I : Stopień hamowania lub aktywacji enzymów przemiany glutaminianu w rdzeniu kręgowym

szczura w obecności surowicy krwi chorych na SLA i osób zdrowych (w % wartości

podstawowej)

Table I : Degree of inhibition or activation of the enzymes of glutamate metabolism in rat spinal

cord in the presence of serum of ALS patients and healthy controls (in % of basic values)

Enzymy

Enzymes

SLA

ALS

Grupa kontrolna

Control group

Glutaminaza

Glutaminase

(+) 128.9±24.0c (-) 61.5±9.1

Syntetaza glutaminy

Glutamine synthetase

(-) 58.5±13.1 (-) 51.4±4.8

GABA aminotransferaza

GABA aminotransferase

(-) 55.7±14.8a (-) 72.6±11.3

Dekarboksylaza glutaminianowa

Glutamate decarboxylase

(-) 50.8±10.8a (-) 61.2±7.8

Aminotransferaza asparaginianowa

Aspartate aminotransferase

(-) 54.6±10.4b (-) 86.3±3.8

Dehydrogenaza glutaminianowa

Glutamate dehydrogenase

(-) 36.5±6.0b (-) 35.4±5.6

Podana jest średnia arytmetyczna±SD. (+) oznacza aktywację, (-) oznacza hamowanie

Values are means±SD. (+) means activation, (-) means inhibition

a P<0.05, b P<0.01, c P<0.0001

Sheet Number 84 Page Number 84

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

Nr 1 Neurotoksyczne działanie surowicy krwi 85

wała glutaminaza, której aktywność była wręcz stymulowana w obecności surowicy

chorych na SLA. Surowica krwi chorych na SLA powodowała również

mniejsze od prawidłowego hamowanie GABA aminotransferazy, dekarboksylazy

glutamianowej i aminotransferazy asparaginianowej, a dehydrogenaza glutaminianowa

traciła swoją aktywność w większym stopniuniż w obecności surowicy

prawidłowej (tab. I).

Podobnie jak surowica krwi chorych na SLA płyn m-r tych chorych stymulował

aktywność glutaminazy, natomiast aktywność GABA aminotransferazy była

bardziej hamowana w obecności płynum -r chorych na SLA niż w obecności

płynupra widłowego (tab. II). Zmiany w aktywności enzymów przemiany glu-

Tabela II : Stopień hamowania lub aktywacji enzymów przemiany glutaminianu w rdzeniu kręgowym

szczura w obecności płynu mózgowo-rdzeniowego chorych na SLA i osób zdrowych

(w % wartości podstawowej)

Table II : Degree of inhibition or activation of the enzymes of glutamate metabolism in rat

spinal cord in the presence of cerebrospinal .uid of ALS patients and healthy controls (in %

of basic values)

Enzymy

Enzymes

SLA

ALS

Grupa kontrolna

Control group

Glutaminaza

Glutaminase

(+) 342.8±71.5b (-) 68.1±14.8

Syntetaza glutaminy

Glutamine synthetase

(-) 52.1±13.6 (-) 57.8±8.4

GABA aminotransferaza

GABA aminotransferase

(-) 76.2±4.1a (-) 52.6±4.5

Dekarboksylaza glutaminianowa

Glutamate decarboxylase

(-) 45.6±22.1 (-) 65.6±4.6

Aminotransferaza asparaginianowa

Aspartate aminotransferase

(-) 72.9±11.5 (-) 86.3±3.8

Dehydrogenase glutaminianowa

Glutamate dehydrogenase

(-) 43.9±7.3 (-) 35.4±5.6

Podana jest średnia arytmetyczna±SD. (+) oznacza aktywację, (-) oznacza hamowanie

Values are means±SD. (+) means activation, (-) means inhibition

a P<0.0003, b P<0.0001

taminianupod wpływem surowicy krwi i płynu m-r były niezależne od wieku

chorych i czasutr wania choroby. Wyraźną zależność stwierdziliśmy natomiast

między zmianą aktywności glutaminazy, GABA aminotransferazy, aminotransferazy

asparaginianowej i dehydrogenazy glutaminianowej a przebiegiem choroby.

Była ona znamiennie różna w grupie chorych o ciężkim przebiegu SLA w porównaniuz

chorymi, u których przebieg choroby był łagodnieszy (odpowiednio

Sheet Number 85 Page Number 85

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

86 I.Niebroj-Dobosz i wsp. Nr 1

P<0.0001, P<0.006, P<0.001, P<0.03). Płyn m-r chorych z cięższą postacią

SLA powodował silniejsze hamowanie GABA aminotransferazy (P<0.01) oraz

większą stymulację glutaminazy (P<0.001) w porównaniuz grupą chorych o łagodnym

przebieguc horoby.

Omówienie

Jak już wspomniano, nieprawidłowe stężenia aminokwasów pobudzających

w układzie nerwowym i w płynach ustrojowych w przebiegu SLA, wynikać mogą

z nieprawidłowego ich metabolizmu[14, 16, 18], ze zmniejszonego wychwytywania

glutaminianu przez synaptosomy rdzenia kręgowego i korę ruchową [19],

oraz ze zmian w zakresie transportera glutaminianu GLT-1 [2, 20]. Nadmiar

zewnątrzkomórkowego glutaminianu może być głównym czynnikiem odpowiedzialnym

za proces zwyrodnieniowy motoneuronów. Bezpośrednia przyczyna

nadmiernej aktywności układu glutaminergicznego jest nadal nieznana.

Wiadomo, że w krwi chorych na SLA poziom glutaminianu jest podwyższony

[9, 14, 16, 22] lub prawidłowy [9, 12, 22]. Podobnie w płynie m-r poziom

glutaminianu może być prawidłowy lub podwyższony [9, 12, 18, 22]. Natomiast

w mózgu i rdzeniukręgo wym poziom glutaminianujes t obniżony [13, 15, 16,

23, 27].

Jednym z mechanizmów doprowadzających do zaburzeń w stężeniu glutaminianum

ogą być zmiany w aktywności enzymów katalizujących jego przemianę.

Enzymy te, z wyjątkiem glutaminazy i dekarboksylazy glutaminianowej,

katalizują odpowiednie reakcje w sposób odwracalny. Z wyjątkiem syntetazy

glutaminy, dekarboksylazy glutaminianowej i dehydrogenazy glutaminianowej,

katalizują one syntezę glutaminianu, przy czym równowaga tych reakcji enzymatycznych

przesunięta jest w kierunku tworzenia glutaminianu [4]. Aktywność

tych enzymów zależy zarówno od szybkości ich syntezy lub degradacji, jak i od

działania różnych inhibitorów oraz aktywatorów. Na obecność krążących w płynach

biologicznych chorych na SLA czynników cytotoksycznych wskazywano

już wielokrotnie [3, 10, 11, 17, 24, 25]. Jest więc prawdopodobne, że te bliżej

nieokreślone czynniki mogą oddziaływać również na enzymy przemiany glutaminianu.

Brak w literaturze doniesień na ten temat wynika zapewne z niemożności

uzyskania świeżej tkanki nerwowej. Wykluczone jest użycie tkanek pobranych

pośmiertnie. Określanie aktywności enzymów przemiany glutaminianu w leukocytach

krwi obwodowej nie daje również możliwości uzyskania wiarygodnych

wyników, z uwagi na brak ich powtarzalności nawet w tej samej próbce [6].

W związkuz tymi zastrzeżeniami zastosowaliśmy metodykę pośrednio określającą

wpływ płynów ustrojowych chorych na SLA na aktywność enzymów przemiany

glutaminianu w tkance rdzenia kręgowego szczura in vitro.

Sheet Number 86 Page Number 86

20 kwietnia 2001 17:18 a7.tex

Nr 1 Neurotoksyczne działanie surowicy krwi 87

Wyniki nasze wydają się wskazywać, że aktywność enzymów metabolizujących

aminokwasy pobudzające ulega zmianie pod wpływem nieznanych czynników

obecnych w surowicy krwi (i w mniejszym stopniu w płynie m-r) chorych

na SLA, w sposób odmienny niż w grupie kontrolnej. Stwierdzone przesunięcia

w aktywności tych enzymów prowadzić mogą do nadmiernej produkcji glutaminianu,

co jest szczególnie zaznaczone u chorych z ciężką postacią SLA. Warto

podkreślić, że w tej właśnie podgrupie chorych wykryliśmy wcześniej podwyższone

poziomy aminokwasów pobudzających we krwi [9]. Zmiany w aktywności

enzymów przemiany glutaminianu mogą mieć istotny udział w powstawaniu

nieprawidłowych stężeń zewnątrzkomórkowego kwasuglu taminowego odpowiedzialnego

za zjawisko ekscytotoksyczności.

Piśmiennictwo

[1] Appel S.H.: Excitotoxic neuronal death in amyotrophic lateral sclerosis. Trends in

Neurosci. 1993, 16, 3.

[2] Bristol L.A., Rothstein J.D.: Glutamate transporter gene expression in amyotrophic

lateral sclerosis motor cortex. Ann. Neurol. 1996, 39, 676.

[3] Conradi S., Ronnevi L.-P.: Cytotoxic activity in the plasma of amyotrophic lateral

sclerosis (ALS) paients against normal erythrocytes. Quantitative determinations.

J. Neurol. Sci. 1985, 68, 135.

[4] Graham L.T., Aprison M.H.: Distribution of some enzymes associated with the

metabolism of glutamate, aspartate, γ-aminobutyrate and glutamine in cat spinal

cord. J. Neurochem. 1969, 16, 559.

[5] Horwich M.S., EngelW.K., Chavin P.B.: Amyotrophic lateral sclerosis sera applied

to cultured motor neurones. Arch. Neurol. 1974, 30, 332.

[6] Hugon J., Tabaraud F., Rigaud M., Vallat J.M i wsp.: Glutamate dehydrogenase

and aspartate amintransferase in leukocytes in patients with motor neuron disease.

Neurology 1989, 39, 956.

[7] Iwatsuji K., Nakamura S., Klameyama M.: Lymphocyte glutamate dehydrogenase

activity in normal aging and neurological diseases. Gerontology 1989, 35, 218.

[8] Malessa S., Leigh P.N., Bertel O, Sluga E i wsp.: Amyotrophic lateral sclerosis:

glutamate dehydrogenase and transmitter amino acids in the spinal cord. J. Neurol.

Neurosurg. Psych. 1991, 54, 984.

[9] Niebroj-Dobosz I., Janik P.: Amino acids acting as transmitters in amyotrophic

lateral sclerosis (ALS). Acta Neurol. Scand. 1999, 99, 1.

[10] Niebroj-Dobosz I., Domitrz I., Mickielewicz A.: Cytotoxic activity of serum and

cerebrospinal .uid of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients against acetylcholinesterase.

Folia Neuropathol. 1999, 37, 107.

[11] Overgaard K., Werdelion L., Sorensen H., Mogensen P. i wsp.: Cytotoxic activity

in plasma from patients with amyotrophic lateral sclerosis. Neurology 1991, 41,

925.

Sheet Number 87 Page Number 87

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

88 I.Niebroj-Dobosz i wsp. Nr 1

[12] Patten B.M., Harati Y., Acosta L., Jung S.S. i wsp.: Free amino acid levels in

amyotrophic lateral sclerosis. Ann. Neurol. 1978, 35, 219.

[13] Perry T.L., Hansen S, Jones K.: Brain glutamate de.ciency in amyotrophic lateral

sclerosis. Neurology 1987, 37, 1845.

[14] Plaitakis A., Caroscio J.T.: Abnormal glutamate metabolism in amyotrophic lateral

sclerosis. Ann. Neurol. 1987, 22, 575.

[15] Plaitakis A, Constantatakis E, Smith J: The neuroexcitotoxic amino acids glutamate

and aspartate are altered in the spinal cord and brain in amyotrophic lateral

sclerosis. Ann Neurol 1988, 24, 446.

[16] Plaitakis A, Constantatakis E.: Altered metabolism of excitatory amino acids, Nacetyl-

aspartate and N-acetyl-aspartyl-glutamate in amyotrophic lateral sclerosis.

Brain Res. Bull. 1993, 30, 381.

[17] Roisen F.J., Donnenfeld H., Bartfeld H., Baxter J.: Circulating neurotoxins in amyotrophic

lateral sclerosis. W: Rowland L.P.: Human motor neuron diseases, Raven

Press, New York, 1982, 403.

[18] Rothstein J.D., Tsai G., Kuncl R.W., Clawson L. i wsp.: Abnormal excitatory amino

acid metabolism in amyotrophic lateral sclerosis. Ann. Neurol. 1990, 28, 18.

[19] Rothstein J.D., Lee J.M., Kuncl R.W.: Decreased glutamate transport by brain and

spinal cord in amyotrophic lateral sclerosis. New Engl. J. Med. 1992, 326, 1464.

[20] Rothstein J.D., van Kammen M., Levey A.I., Martin L. i wsp.: Selective loss of

glial glutamate transporter GLT-1 in amyotrophic lateral sclerosis. Ann. Neurol.

1995, 38, 73.

[21] Rothstein J.D.: Excitotoxic mechanisms in the pathogenesis of amyotrophic lateral

sclerosis. W: Serratrice G.T., Munsat T.L. (wyd.) Pathogenesis and therapy of

amyotrophic lateral sclerosis. Advances in Neurology, Lippincott- Raven Publ.,

Philadelphia New York, 1995, tom 68, str. 7.

[22] Shaw P.J., Ince P.G.: Glutamate, excitotoxity and amyotrophic lateral sclerosis. J.

Neurol. 1997, 244 (suppl. 2), S3.

[23] Tsai G., Stauch-Slusher B., Sim L., Hedreen JC i wsp.: Reductions in acidic amino

acids and N-acetylaspartylglutamate in amyotrophic lateral sclerosis CNS. Brain

Res 1991, 556, 151.

[24] Wolfgram F., Meyers L.: Toxicity of serum from patients with ALS for anterior

horn cells in vitro. Trans. Amer. Neurol. Assoc. 1972, 97, 19.

[25] Wolfgram F., Meyers L.: Amyotrophic lateral sclerosis: e.ect of serum on anterior

horn cells in culture. Science 1973, 179, 579.

[26] World Federation of Neurology Research Group on Neuromuscular Diseases. El

Escorial World Federation of Neurology criteria for the diagnosis of amyotrophic

lateral sclerosis. J. Neurol. Sci 1994, 124 (suppl.) 96.

Sheet Number 88 Page Number 88

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

Nr 1 Neurotoksyczne działanie surowicy krwi 89

[27] Yoshino Y., Koike H., Akaik K.: Free amino acids in motor neuron cortex in

amyotrophic lateral sclerosis. Experientia 1979, 35, 219.

Adres: Klinika Neurologiczna AM

02-097 Warszawa, ul. Banacha 1a

tel. [phone]/ fax. [phone]

Sheet Number 89 Page Number 89

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

90

Sheet Number 90 Page Number 90

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 91

Piotr Janik, Zygmunt Jamrozik, Hubert Kwieciński

Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego

w patogenezie SLA

Z Kliniki Neurologii Akademii Medycznej w Warszawie

Kierownik: prof. dr hab. med. H.Kwieciński

słowa kluczowe: mitochondria, łańcuch oddechowy, stwardnienie boczne zanikowe

key words: mitochondria, respiratory chain, amyotrophic lateral sclerosis

Summary

The role of mitochondrial respiratory chain in the pathogenesis of

ALS - Mitochondrial dysfunction and abnormal electron chain transport (ECT) may

be involved in the pathogenesis of ALS. The aim of this study was to investigate the effect

of cerebrospinal .uid (CSF) from ALS patients on the activity of ECT enzymes in

mitochondrial cerebral crude preparations in the rats.

We found that CSF inhibited the activity of complex I-III in 20%, complex II-III in

12% and complex IV in 33% of the ALS patients. CSF from the controls did not affect

the activity of complex I-III and II-III. The e.ect of the CSF ultra.ltrates with cut

o. below 5000 daltons on the activity of ECT enzymes was also investigated. The CSF

ultra.ltrates inhibited the activity of complex I-III, complex II-III and complex IV in

38%, 44% and 53% of the ALS patients, and in 80%, 53% and 43% of the controls,

respectively.

The results of this study and our previously reported experiments on the sera of

ALS patients may indicate that neurotoxic e.ects of body .uids from ALS patients could

be mediated by inhibition of the respiratory chain enzymes. This con.rms an important

role of mitochondrial dysfunction in the pathogenesis of ALS.

Streszczenie

Uszkodzenie mitochondriów i zmiany aktywności enzymów łańcucha oddechowego

mogą być przyczyną obumierania neuronów ruchowych w stwardnieniu bocznym zanikowym

(SLA).

Sheet Number 91 Page Number 91

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

92 P. Janik i wsp. Nr 1

Celem pracy było określenie wpływu płynu mózgowo-rdzeniowego (m-r) chorych

z SLA na aktywność enzymów układu transportującego elektrony mitochondriów (ECT)

w komórkach kory mózgowej szczurów. Zahamowanie aktywności kompleksów I-III, IIIII

i IV stwierdzono pod wpływem płynu m-r pochodzącego odpowiednio od 20%, 12%

i 33% chorych na SLA. Nie stwierdzono obniżenia aktywności enzymów I-III oraz II-III

pod wpływem płynu m-r pacjentów z grupy kontrolnej.

Badano równieżw pływ ultra.ltratów płynu m-r na aktywność enzymów ECT. Hamujący

wpływ ultra.ltratów płynu m-r na aktywność kompleksów I-III, II-III i IV stwierdzono

odpowiednio u 38%, 44% i 53% pacjentów z SLA oraz u 80%, 53% i 43% osób

z grupy kontrolnej. Ultra.ltraty płynu m-r zawierały cząsteczki o masie poniżej 5 kDa.

Nasze obecne wyniki oraz wcześniej przeprowadzone badania nad działaniem surowicy

sugerują, że neurotoksyczny efekt surowicy i płynu m-r chorych z SLA może być

wynikiem hamowania aktywności ECT w mitochondriach, co wskazuje na istotną rolę

zaburzeń funkcji mitochondriów w patogenezie SLA.

Pomimo licznych badań nie udało się wyjaśnić patogenezy molekularnej

w sporadycznej postaci stwardnienia bocznego zanikowego (SALS) ani w większości

przypadków rodzinnych (FALS). Zaburzenia funkcji mitochondriów mogą

prowadzić do niedoboruener gii i nadmiernego (toksycznego) oddziaływania

aminokwasów pobudzających, zwiększonego wytwarzania wolnych rodników,

nadmiaruw ewnątrzkomórkowych jonów wapnia i w konsekwencji do nieodwracalnego

uszkodzenia neuronów [11]. Nieprawidłowa czynność mitochondriów

występuje w wieluc horobach zwyrodnieniowych mózgutakic h jak choroba Parkinsona,

choroba Alzheimera, choroba Huntingtona oraz choroba Friedreicha

[1]. Zaburzenia funkcji mitochondriów występują również w SLA. Stwierdzono

zwiększoną aktywność kompleksów I i II-III w korze ruchowej chorych z FALS

wywołanym mutacją genu kodującego enzym dysmutazę nadtlenkową (SOD1)

[2], zmniejszenie aktywności oksydazy cytochromowej (kompleks IV) w rdzeniukręgo

wym chorych z SALS [5] oraz nieprawidłową budowę mitochondriów

w komórkach rogów przednich rdzenia kręgowego pacjentów z SALS [17]. Dowodów

na istnienie zaburzeń czynności mitochondriów w SLA dostarczają również

badania przeprowadzone um yszy transgenicznych z mutacją w genie SOD1.

Stwierdzono unic h wzrost aktywności kompleksu I w przodomózgowiu, zmniejszenie

aktywności kompleksu I i IV w pnium ózgui rdzeniu kręgowym [2] oraz

zmiany w ultrastrukturze mitochondriów [6, 21]. Ponadto myszy transgeniczne

z mutacją G93A genu SOD1 wykazują dłuższe przeżycie i lepszą sprawność ruchową

po leczeniu kreatyną, której neuroprotekcyjny efekt tłumaczy się bezpośrednim

działaniem na mitochondria [9]. Dokładny mechanizm przedwczesnego

obumierania neuronów ruchowych w SLA nie jest wyjaśniony. Istnieją dowody

zarówno na istnienie mechanizmum artwicy jak i apoptozy [10]. Uszkodzenie

Sheet Number 92 Page Number 92

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

Nr 1 Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego w patogenezie SLA 93

funkcji mitochondriów może być istotnym czynnikiem zarówno w procesie martwicy

jak i apoptozy [23].

Surowica oraz płyn m-r chorych na SLA wywierają toksyczny wpływ na

komórki nerwowe w hodowli [3, 4, 12, 18]. Czynnik neurotoksyczny nie został

jednak dokładnie określony. Właściwości takie przypisuje się m.in. aminokwasom

pobudzającym działającym poprzez receptory jonotropowe typu nie-

NMDA [3] oraz swoistym przeciwciałom skierowanym przeciwko kanałom wapniowym

[18].

Celem pracy było określenie czy w płynie m-r chorych na SLA znajdują się

substancje, które mogą zmieniać aktywność enzymów mitochondrialnego łańcucha

oddechowego w neuronach.

Materiał i metoda

Płyn m-r pobrano od 26 chorych, uktór ych rozpoznano SLA na podstawie

kryteriów diagnostycznych El Escorial [22]. Charakterystykę kliniczną pacjentów

podano w tabeli I. Grupę kontrolną stanowiło 19 osób z prawidłowym płynem

m-r, uktór ych diagnostyczne nakłucie lędźwiowe wykonano z powodu podejrzenia

wylewu podpajęczynówkowego, neuroinfekcji lub dyskopatii lędźwiowokrzyżowej.

Tabela I : Charakterystyka kliniczna pacjentów z SLA

Table I : Clinical characteristics of ALS patients

Wiek (lata)

Age (years)

50 ± 11

Płeć

Sex

16 M, 10 F

Początek choroby

Site of onset

22 L, 4 B

Czas trwania choroby (miesiące)

Disease duration (months)

25 ± 18

Skala Norrisa (0-120 pkt)

Norris score (0-120 points)

87 ± 15

FVC (% wartości należnej)

FVC (% of normal value)

92 ± 19

M-mężczyźni, male; F-kobiety, female; L-mięśnie kończyn, limb muscles; B- mięśnie opuszkowe,

bulbar muscles; FVC-pojemność życiowa płuc, forced vital capacity; wartości średnie ± SD, mean ± SD,

Sheet Number 93 Page Number 93

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

94 P. Janik i wsp. Nr 1

Ultra.ltraty płynu m-r uzyskano przy użyciu .ltrów (Sartorius) pozwalających

na usunięcie cząsteczek o wielkości powyżej 5000 daltonów. Po procesie

.ltracji materiał przechowywano w temperaturze -72. do czasuw ykonania

oznaczeń biochemicznych.

Izolację mitochondriów wykonano wg metody Rickwooda [15]. Aktywność

enzymów mitochondrialnych oznaczano w preparatach mitochondrialnych kory

mózgowej 3-miesięcznych szczurów metodą spektrofotometryczną jako zmiana

absorbancji pomiędzy 1 a 2 minutą reakcji.

Aktywność kompleksu I-III mierzono według metody Hate. [7] w układzie

zawierającym 20µM bufor fosforanowy (pH=8), 5µM rotenon, 50µM cytochrom

C (typ III), 2µM azydek sodu, 160µM NADH oraz preparat mitochondrialny.

Pomiar aktywności przeprowadzono w temperaturze 30.i długości fali 560 nm.

Aktywność kompleksu II-III oznaczano według metody Tisdale [20] w układzie

zawierającym 100µM cytochrom C (typ III), 300µM EDTA, 0.1M bufor

fosforanowy (pH 7.4), 20µM busztynian dwusodowy, 1mM cyjanek potasowy,

10µM antymycynę oraz preparat mitochondrialny. Pomiar aktywności przeprowadzono

w temperaturze 20. i długości fali 560 nm.

Aktywność kompleksu IV oznaczano w układzie zawierającym 0.1 M bufor

potasowo-fosforanowy o pH=7, 1% zredukowany cytochrom C oraz preparat mitochondrialny

[19]. Zredukowany cytochrom C uzyskano w wyniku całonocnej

dializy cytochromuC z kwasem askorbinowym. Pomiar aktywności przeprowadzano

w temperaturze 25. i długości fali 560 nm.

Aktywność wszystkich enzymów ECT oznaczano każdorazowo jako aktywność

podstawową mitochondriów oraz ich aktywność w obecności płynum -r lub

jego ultra.ltratów. Jako kryterium zahamowania aktywności enzymu pod wpływem

płynu m-r lub ultra.ltratu przyjęto wartości przekraczające dwa odchylenia

standardowe poniżej średniej wartości aktywności podstawowej. Aktywność badanego

enzymuw obecności płynum -r lub ultra.ltratów wyznaczano jako średnią

wartość z trzech kolejnych pomiarów.

Aktywność syntazy cytrynianowej oznaczano według metody Srere i Robinson

[16] w mieszaninie inkubacyjnej zawierającej 100µM DTNB, 300µM

acetylo-koenzym A, 500µM szczawiooctan oraz preparat mitochondrialny. Aktywność

syntazy cytrynianowej oceniano jako zmianę absorbancji między 1 a 2

minutą w temperaturze 30. i długości fali 405 nm. Aktywność kompleksów obliczano

w odniesieniudo stężenia białka w preparacie mitochondrialnym tkanki

mózgowej szczura określanego metodą Petersona [14] oraz w odniesieniu do

aktywności syntazy cytrynianowej.

Sheet Number 94 Page Number 94

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

Nr 1 Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego w patogenezie SLA 95

Wyniki

Płyn mózgowo-rdzeniowy

Średnia aktywność poszczególnych enzymów ECT w mitochondriach tkanki

mózgowej szczura nie zmieniała się istotnie pod wpływem płynu m-r pacjentów

z SLA w porównaniuz grupą kontrolną (tab. II). Wartości średnie dla

aktywności podstawowej kompleksuI-III, II-III oraz IV wynosiły odpowiednio

141±25 nM/min/mg, 60±5 nM/min/mg oraz 251±31 nM/min/mg. Aktywność

syntazy cytrynianowej wynosiła 0.945 ± 0.034mM/min/mg. Hamujące działanie

płynum -r na aktywność enzymów mitochondrialnych stwierdzono tylko u części

chorych na SLA i najczęściej w stosunkudo kompleksuIV (tab. III).

Tabela II : Aktywność enzymów ECT w obecności płynumózgo wo- rdzeniowego oraz ultra.ltratów

(nM/min/mg białka); n.s., bez istotnej różnicy (w porównaniuz kontrolą); * p=0,001

(w porównaniuz SLA); ** p<0,01 (w porównaniuz kontrolą)

Table II : Activity of ECT enzymes in the presence of cerebrospinal .uid and its ultra.ltrates

(nM/min/mg protein); n.s., not signi.cant; * p=0.001 (compared to ALS); **p<0.01 (compared

to controls)

Średnia

aktywność

kompleksu

I-III ± SD

Mean activity

of complex

I-III± SD

Średnia

aktywność

kompleksu

II-III ± SD

Mean activity

of complex

II-III ± SD

Średnia

aktywność

kompleksuI V

± SD

Mean activity

of complex IV

± SD

Płyn mózgowordzeniowy

Cerebrospinal .uid

SLA

ALS

127 ± 17

n.s.

60 ± 8

n.s.

204 ± 32

n.s.

Grupa

kontrolna

Control

group

116 ± 14 60 ± 6 194 ± 31

Ultra.ltraty płynu

mózgowo-rdzeniowego

Cerebrospinal .uid

ultra.ltrates

SLA

ALS

96 ± 19 18 ± 5 **

192 ± 29

n.s.

Grupa

kontrolna

Control

group

74 ± 17 * 23 ± 5 198 ± 16

Ultra.ltraty płynu mózgowo-rdzeniowego

Ultra.ltraty płynum -r powodowały wyraźne zmiany w aktywności enzymów

Sheet Number 95 Page Number 95

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

96 P. Janik i wsp. Nr 1

Tabela III : Liczba pacjentów, których płyn mózgowo-rdzeniowy lub ultra.ltraty powodowały

obniżenie aktywności enzymów ECT

Table III : The number of patients whose cerebrospinal .uid and its ultra.ltrates caused inhibition

of the activity of ECT enzymes

Hamowanie

aktywności

kompleksuI-III

Inhibition of

complex I-III

activity

Hamowanie

aktywności

kompleksu

II-III

Inhibition of

complex II-III

activity

Hamowanie

aktywności

kompleksuI V

Inhibition of

complex IV

activity

Płyn

mózgowo-rdzeniowy

Cerebrospinal .uid

SLA

ALS

4/20

20%

2/17

12%

5/15

33%

Grupa

kontrolna

Control

group

0/16 0/12

3/12

25%

Ultra.ltraty płynu

mózgowo-rdzeniowego

Cerebrospinal .uid

ultra.ltrates

SLA

ALS

10/26

38%

8/18

44%

10/19

53%

Grupa

kontrolna

Control

group

12/15

80%

10/19

53%

6/14

43%

ECT. Porównując obie badane grupy istotne statystycznie zmniejszenie średniej

aktywności kompleksuII-III w obecności ultra.ltratów płynum -r obserwowano

w grupie chorych na SLA, natomiast kompleksu I-III w grupie kontrolnej

(tab. II). Średnia aktywność kompleksuIV nie różniła się istotnie w obu

badanych grupach. Zahamowanie aktywności enzymów I-III oraz II-III stwierdzano

rzadziej pod wpływem ultra.ltratów chorych z SLA niż w grupie kontrolnej.

Częściej natomiast obserwowano zmniejszenie aktywności kompleksu

IV pod wpływem ultra.ltratów płynu m-r pochodzących od pacjentów z SLA

w porównaniuz grupą kontrolną (tab. III). Średnia aktywność podstawowa kompleksuI-

III, II-III oraz IV wynosiła odpowiednio 116±14 nM/min/mg, 37±6

nM/min/mg oraz 251±31 nM/min/mg. Aktywność syntazy cytrynianowej wynosiła

1,295±0,038 mM/min/mg. Opisane zmiany aktywności enzymów ECT

pod wpływem płynu m-r lub jego ultra.ltratów w grupie pacjentów z SLA nie

wykazywały korelacji z wiekiem chorych, czasem trwania choroby, skalą Norrisa

i wartością pojemności życiowej płuc (FVC). Nie stwierdzono również korelacji

między aktywnością badanych enzymów i poziomem białka w płynie m-r.

Sheet Number 96 Page Number 96

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

Nr 1 Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego w patogenezie SLA 97

Omówienie

Przedstawione badania wykazały, że zahamowanie aktywności poszczególnych

enzymów ECT pod wpływem płynum -r występuje tylko u niektórych

chorych na SLA (12-53% chorych). Ponadto zmiany te były znacznie bardziej

wyrażone pod wpływem ultra.ltratów niż płynu m-r o pełnym składzie (tab. III).

Wydaje się zatem, że w płynie m-r chorych na SLA mogą być obecne czynniki

hamujące enzymy ECT a ich działanie ujawnia się u większej liczby chorych

dopiero po usunięciu z płynu m-r substancji o masie cząsteczkowej powyżej

5 kDa. Uzyskane obecnie wyniki różnią się znacznie od wcześniej przeprowadzonych

przez nas oznaczeń aktywności enzymów ECT w tkance mózgowej

szczura w obecności surowicy chorych na SLA. Ultra.ltraty surowicy u 70%

pacjentów z SLA powodowały zmniejszenie aktywności kompleksuI-III i nie

obserwowano zjawiska hamowania w grupie kontrolnej [8]. Być może inhibitory

kompleksuI-III mogą powstawać z cząsteczki prekursorowej w wyniku nieprawidłowej

proteolizy. Wskazywano na produkty degradacji immunoglobulin jako

potencjalne źródło hamowania tego enzymu [18]. Wpływ ultra.ltratów surowicy

na aktywność kompleksów II-III i IV oraz surowicy całkowitej na enzymy

ECT nie wykazywał istotnych różnic między chorymi na SLA i grupą kontrolną.

Fakt, że zahamowanie aktywności kompleksuI-III było znacznie silniejsze pod

wpływem surowicy niż płynu m-r oraz fakt, że zmiany te w obecności płynu

m-r występowały rzadziej w grupie SLA niż w grupie kontrolnej, mogą wynikać

zarówno z usuwania czynników toksycznych z płynu m-r przez odpowiednie

układy transportujące, jak i ich wychwytywania oraz degradacji w ośrodkowym

układzie nerwowym. Bardziej sprawne usuwanie z układu nerwowego substancji

mogących uszkadzać komórki nerwowe w warunkach .zjologicznych może mieć

znaczenie cytoprotekcyjne dla neuronów. Podobne różnice pomiędzy surowicą

i płynem m-r w SLA stwierdzono oznaczając poziom aminokwasów pobudzających

w tych płynach. Zmiany obserwowane w surowicy krwi były znacznie

bardziej wyrażone niż w płynie m-r [13].

Ponadto stwierdziliśmy, że płyn m-r osób z grupy kontrolnej wykazywał również

działanie hamujące aktywność enzymów ECT i podobnie jak w przypadku

grupy SLA ujawniało się ono znacznie częściej pod wpływem ultra.ltratów niż

pełnego płynum -r. Mogłoby to sugerować istnienie względnej równowagi dynamicznej

między czynnikami wpływającymi na aktywność enzymów ECT. Być

może w warunkach .zjologicznych substancje te nie przechodzą przez błonę komórkową

lub/i mitochondrialną. Ponadto nie można wykluczyć, że związki te

odgrywają zupełnie odmienną rolę .zjologiczną a oddziaływanie na aktywność

enzymów mitochondrialnych jest zjawiskiem przypadkowym.

Sheet Number 97 Page Number 97

20 kwietnia 2001 17:18 a8.tex

98 P. Janik i wsp. Nr 1

W obecnej pracy nie potwierdzono hipotezy, że w przebieguS LA pojawiają

się w płynie m-r czynniki neurotoksyczne powodujące bezpośrednie hamowanie

enzymów ECT w mitochondriach. W świetle naszych wcześniejszych badań nad

wpływem surowicy na te enzymy nie można jednak wykluczyć, że u chorych na

SLA obecne są w płynach ustrojowych substancje, które mogą powodować zaburzenia

funkcji mitochondriów i tym samym prowadzić do obumierania neuronów

ruchowych. Konieczne są dalsze badania w celu lepszego poznania czynników

neurotoksycznych obecnych w surowicy chorych na SLA.

Piśmiennictwo

[1] Bowling A.C., Beal M.F.: Bioenergetic and oxidative stress in neurodegenerative

diseases. Life Sciences, 1995, 56, 1151.

[2] Browne S.E, Bowling A.C., Jay Baik M. i wsp.: Metabolic dysfunction in familial,

but not sporadic, amyotrophic lateral sclerosis, J. Neurochem., 1998, 71, 281.

[3] Couratier P., Hugon J., Sindou P. i wsp.: Cell culture evidence for neuronal degeneration

in amyotrophic lateral sclerosis being linked to glutamate AMPA/kainate

receptors, Lancet, 1993, 341, 265.

[4] FengHua Y.I., Courathier F., Vallat J.M. i wsp.: Apoptotic neuronal death induced

by sera from patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis, Abstract, AAN

15th Anniversary annual Meeting, 1998.

[5] Fujita K., Yamauchi M., Shibayama K. I wsp.: Decreased cytochrome oxidase activity

but unchanged superoxide dismutase activities in the spinal cords of patients

with amyotrophic lateral sclerosis, J. Neurosci. Res., 1996, 45, 276.

[6] Gurney M.E. i wsp.: Motor neuron degeneration in mice that express a human Cu,

Zn superoxide dismutase mutation, Science, 1994, 264, 1772.

[7] Hate. Y., Stiggall D. Preparation and properties of NADH:cytochrome c oxidoreductase

(complex I-III), Methods in Enzymol., 1978, 53, 5.

[8] Jamrozik Z., Dobosz-Niebrój I., Janik P. i wsp.: Action of plasma ultra.ltrates of

amyotrophic lateral sclerosis patients on the activity of mitochondrial respiratory

chain, J. Neurol., 1995, 242, suppl 2, S29.

[9] Klivenyi P., Ferrante R.J., Matthews R.T. i wsp.: Neuroprotective e.ects of creatine

in a transgenic animal model of amyotrophic lateral sclerosis, Nat. Med.,

1999, 5, 347.

[10] Martin L.: Neuronal death in amyotrophic lateral sclerosis is apoptosis: possible

contribution of a programmed cell death mechanism. J. Neuropathol. Exp. Neurol.

1999, 58, 459.

[11] Miller R.J.: Mitochondria-the Kraken wakes! TINS, 1998, 21, 95.

[12] Niebrój-Dobosz I., Domitrz I., Mickielewicz A.: Cytotoxic activity of serum and

cerebrospinal .uid of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients against acetylcholinesterase.

Folia Neuropathol., 1999, 37, 107.

Sheet Number 98 Page Number 98

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

Nr 1 Rola mitochondrialnego łańcucha oddechowego w patogenezie SLA 99

[13] Niebrój-Dobosz I., Janik P.: Amino acids acting as transmitters in amyotrophic

lateral sclerosis, Acta Neurol. Scand., 1999, 100, 6.

[14] Peterson G.L.: A simpli.cation of the protein assay method of Lowry which is

more generally applicable, Analytical Biochemistry, 1997, 83, 346.

[15] Rickwood D., Wilson M.T., Darley-Usmar V.M.: Isolation and characteristics of

mitochondria. W: Darley-Usmar V.M., Rickwood D., Wilson M.T. (wyd.):, Mitochondria,

a practical approach, IRL Press Ltd Oxford, 1987, 1.

[16] Robinson J.B., Brent L.G., Sumegi B.: An enzymatic approach to the study of the

Krebs tricarboxylic acid cycle. W: Darley-Usmar V.M., Rickwood D., Wilson M.T.

(wyd.), Mitochondria, a practical approach, IRL Press Ltd, Oxford, 1987, 160.

[17] Sasaki S., Maruyama S., Yamane K. i wsp.: Ultrastructure of swollen proximal

axons of anterior horn neurons in motor neuron disease, J. Neurol. Sci., 1990, 97,

233.

[18] Smith R.G., Alexianu M.E., Crawford G. i wsp.: Cytotoxicity of immunoglobulins

from amyotrophic lateral sclerosis patients on a hybrid motoneuron cell line, Proc.

Natl. Acad. Sci. USA, 1994, 91, 3393.

[19] Takashi Y.: Cytochrome oxidase: Beef heart. Methods in Enzymology, 1967, 10,

332.

[20] Tisdale H.D.: Preparation and properties of succinic-cytochrom C reductase (complex

II-III), Methods in Enzymol., 1967, 10, 213.

[21] Wong P.C. i wsp.: An adverse property of a familial ALS-linked SOD1 mutation

causes motor neuron disease characterized by vacuolar degeneration of mitochondria,

Neuron, 1995, 14, 1105.

[22] World Federation of Neurology Research Group on Neuromuscular Diseases. El

Escorial World Federation of Neurology criteria for the diagnosis of amyotrophic

lateral sclerosis. J. Neurol. Sci. 1994, 124 (suppl), 96.

[23] Zamami N., Hirsch T., Dallaporta B. i wsp.: Mitochondrial implication in accidental

and programmed cell death: apoptosis and necrosis, J. Bioenerg. Biomembr.,

1997, 29, 185.

Adres:Klinika Neurologiczna AM

02-097 Warszawa, ul. Banacha 1a

tel. [phone]

fax [phone]

Sheet Number 99 Page Number 99

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

100

Sheet Number 100 Page Number 100

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 101

Hubert Kwieciński, Piotr Janik, Zygmunt Jamrozik,

Andrzej Opuchlik

Ocena skuteczności selegiliny i witaminy E w leczeniu

SLA: otwarta randomizowana próba kliniczna

Z Kliniki Neurologii Akademii Medycznej w Warszawie

Kierownik: prof. dr hab. H.Kwieciński

słowa kluczowe: selegilina, witamina E, stwardnienie boczne zanikowe

key words: selegiline, vitamin E, amyotrophic lateral sclerosis

Summary

The e.ect of selegiline and vitamin E in the treatment of ALS: an open randomized

clinical trial - A role for oxidative stress in the etiology or progression

of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and other neurodegenerative diseases has been

recently proposed. We conducted the 18-month, randomized treatment trial with oral vitamin

E (600 IU daily) and selegiline (10 mg daily) in 67 patients with sporadic ALS.

Thirty .ve patients were randomly assigned to receive antioxidative therapy (vitamin

E plus selegiline) and the remaining 32 patients were the ALS controls who received

symptomatic treatment. The primary end point was survival and functional status. At the

end of 18-month study, 13 patients in the treatment group and 14 in the control group

died or were tracheostomized. A decline in functional disability was also similar in both

groups. Long-term antioxidative treatment did not bene.t patients with ALS.

Streszczenie

W etiologii stwardnienia bocznego zanikowego (SLA) oraz innych chorób neurodegeneracyjnych

bardzo ważną rolę odgrywa mechanizm tzw. stresu oksydacyjnego. Przeprowadzono

randomizowaną próbę leczenia antyoksydacyjnego trwającą 18 miesięcy

u 67 chorych na SLA. U 35 dobranych losowo chorych stosowano przewlekle witaminę

E (600 IU/d) oraz selegilinę (10 mg/d). Grupę kontrolną stanowiło 32 pozostałych chorych,

którzy otrzymywali tylko leczenie objawowe. Za główny punkt końcowy badania

Sheet Number 101 Page Number 101

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

102 H. Kwieciński i wsp. Nr 1

przyjęto przeżycie oraz stan funkcjonalny chorych. Po 18 miesiącach badania, 13 pacjentów

w grupie leczonej oraz 14 w grupie kontrolnej zmarło lub wymagało tracheostomii.

Progresja objawów klinicznych SLA była równieżpodobna w obu grupach. Przewlekłe

leczenie antyoksydacyjne nie przynosi poprawy u chorych na SLA.

SLA należy do chorób zwyrodnieniowych CUN, ma przebieg postępujący

i uw iększości chorych prowadzi do śmierci w ciągu kilku lat. W patogenezie

rodzinnej i sporadycznej postaci SLA postuluje się udział nadmiernej produkcji

wolnych rodników i nieprawidłowej aktywności monoaminoksydazy typu

B (MAO-B) [1]. Selegilina jest selektywnym i nieodwracalnym inhibitorem

MAO- B, która przeciwdziała nadmiernemuw ytwarzaniu wolnych rodników,

także poprzez stymulację miedziowo-cynkowej dysmutazy nadtlenkowej (SOD-

1) [7].Witamina E (α-tokoferol) wykazuje ochronny wpływ na błony komórkowe

przeciwdziałając peroksydacji lipidów poprzez wychwyt wolnych rodników [5].

Poziom α-tokoferoluw płynie mózgowo-rdzeniowym u chorych ze sporadyczną

postacią SLA jest obniżony [10]. Według niektórych autorów, selegilina jest skuteczna

w leczeniuc horoby Parkinsona i choroby Alzheimera a witamina E może

zmniejszać objawy choroby Alzheimera [8, 9]. Doniesienia te stanowiły uzasadnienie

do zastosowania przez nas selegiliny i witaminy E upacjentó w z SLA,

w celu oceny czy takie leczenie wydłuża czas przeżycia lub/i hamuje postęp

choroby.

Materiał i metoda

Przeprowadzono otwartą randomizowaną próbę leczenia u67 chorych, których

obserwowano przez 18 miesięcy. Pacjenci zakwali.kowani do próby byli

w wieku18-75 lat, mieli prawdopodobne lub pewne rozpoznanie SLA zgodnie

z kryteriami El Escorial zalecanymi przez Światową Federację Neurologii

[12], pojemność życiową >50%, czas trwania choroby krótszy niż 5 lat. Wykluczono

pacjentów z innymi postaciami SLA oraz tych, u których stwierdzono

gammapatię monoklonalną, blok przewodzenia w badaniuelektrom iogra.cznym

lub cechy zespołuotępiennego. W wynikurandom izacji 35 pacjentów otrzymywało

przewlekle selegilinę w dawce 2×5mg dziennie i witaminę E w dawce

3×200 IU dziennie. Grupę kontrolną stanowiło 32 pozostałych chorych, którzy

otrzymywali tylko leczenie objawowe. Ocena skuteczności leczenia oparta była

na analizie czasuprzeży cia określanego przez moment śmierci (lub wykonanie

tracheostomii) oraz stanu funkcjonalnego pacjentów. W analizie stanu funkcjonalnego

uwzględniono skalę Norrisa (0-120 punktów) oraz czterostopniową

Sheet Number 102 Page Number 102

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

Nr 1 Ocena skuteczności selegiliny i witaminy E w leczeniu SLA 103

skalę opuszkową od 0 (afagia lub anartria) do 3 (stan prawidłowy). Dane dotyczące

ocenianych przez nas głównych punktów końcowych uzyskiwano w czasie

kontrolnych badań klinicznych powtarzanych co 3 miesiące oraz z ankiet

wysyłanych drogą pocztową. Charakterystykę kliniczną pacjentów podano w tabeli

1. W momencie randomizacji obie grupy chorych były porównywalne pod

Tabela I : Charakterystyka kliniczna pacjentów z SLA

Table I : Clinical characteristics of ALS patients

Selegilina + witamina E

Selegiline + vitamin E

(n=35)

Grupa kontrolna

Control group

(n=32)

Wiek (lata)

Age (years)

51 ± 11 * 49 ± 11

Płeć

Sex

21 M 14 F 19 M 12 F

Początek choroby

Site of onset

32 K 3 O 26 K 6 O

Czas trwania choroby (miesiące)

Disease duration (months)

25 ± 20 24 ± 26

Skala Norrisa (0-120 pkt)

Norris score (0-120 points)

83 ± 17 82 ± 19

FVC (ml) 3022 ±1528 2926 ±1373

M - mężczyźni, male; F - kobiety, female; K - objawy kończynowe, limb;

O - objawy opuszkowe, bulbar; FVC - pojemność życiowa płuc, forced vital capacity;

* - wartości średnie ± SD, mean ± SD.

względem wieku, płci, czasu trwania choroby i stanu funkcjonalnego ocenianego

w skali Norrisa.

Wyniki

Wszyscy pacjenci włączeni do próby ukończyli badanie. Po 18 miesiącach

13 pacjentów (37%) leczonych selegiliną i witaminą E oraz 14 chorych (44%)

w grupie kontrolnej zmarło lub zostało poddanych zabiegowi tracheostomii.

W grupie leczonej zmarło 11 a w grupie kontrolnej 13 chorych. Tracheostomię

wykonano u2 chorych otrzymujących leczenie antyoksydacyjne oraz u1

chorego z grupy kontrolnej. Krzywa przeżycia Kaplana-Meiera pokazuje, że zastosowane

leczenie antyoksydacyjne nie wpływa na okres przeżycia pacjentów

z SLA a obserwowane po 18 miesiącach leczenia niewielkie różnice między

grupami nie były znamienne statystycznie (ryc. 1). Stopień narastania niespraw-

Sheet Number 103 Page Number 103

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

104 H. Kwieciński i wsp. Nr 1

Ryc. 1 : Krzywa przeżycia Kaplana-Meiera; ns - nieistotne statystycznie

Fig. 1 : Kaplan-Meier survival curve; ns - not signi.cant

ności oceniany w skali Norrisa oraz stopień pogorszenia w czterostopniowej skali

opuszkowej był podobny w obu grupach chorych.

Omówienie

Zmiany neuropatologiczne stwierdzane w SLA wykazują pewne podobieństwa

z innymi chorobami zwyrodnieniowymi mózgujak choroba Parkinsona

i choroba Alzheimera. Ponadto występujący w niektórych rejonach Zachodniego

Pacy.ku zespół SLA-parkinsonizm-demencja sugeruje możliwość wspólnego

mechanizmupatog enetycznego w różnych chorobach neurodegeneracyjnych.

Selegilina zastosowana w dawce 10mg na dobę wykazuje korzystne działanie

w chorobie Parkinsona [9] i w chorobie Alzheimera [8]. Lek ten stosowany

w monoterapii okazał się jednak nieskuteczny w SLA [6, 7]. Witamina

E była również badana w leczeniuróżn ych chorób zwyrodnieniowych CUN.

W chorobie Parkinsona nie stwierdzono jej korzystnego efektu[9], podczas gdy

w chorobie Alzheimera w połączeniuz selegiliną powodowała dodatkowe zwolnienie

postępuc horoby [8]. Wechsler zaobserwował u chorych na SLA korzystny

efekt α-tokoferolu, w dawce 50mg na dobę, w połączeniu z dietą wzbogaconą

w tę witaminę [11]. Inni autorzy nie potwierdzili jednak korzystnego wpływu

Sheet Number 104 Page Number 104

20 kwietnia 2001 17:18 a9.tex

Nr 1 Ocena skuteczności selegiliny i witaminy E w leczeniu SLA 105

α-tokoferoluna przebieg SLA nawet po stosowaniu tak dużych dawek jak 1500

IU lub 20 000 IU/d [2, 3]. Optymalna dawka witaminy E nie jest dokładnie

ustalona chociaż uważa się, że stosowanie 300-600 IU dziennie, podnoszące

stężenie tej witaminy w surowicy co najmniej dwukrotnie, powinno być wystarczające

dla uzyskania efektu terapeutycznego [2]. W warunkach naszej próby

pacjenci otrzymywali przez 18 miesięcy dl-α-tokoferol w dawce 600 IU/d. Taka

dawka witaminy E, podawanej łącznie z selegiliną, nie miała wpływuna przebieg

choroby. Nie oznacza to jednak, że hipoteza stresuoksydacyjnego w SLA

jest błędna. Z badań eksperymentalnych wiadomo, że poziom witaminy E zwiększa

się u. zjologicznie starzejących się myszy czego nie obserwuje się um yszy

transgenicznych (model SLA) posiadających zmutowany gen SOD-1. Podawanie

tym myszom witaminy E w diecie powoduje zwiększenie jej stężenia w CUN

i opóźnia początek choroby ale nie wpływa na długość przeżycia. Z kolei riluzole,

antagonista kwasu glutaminowego, wydłuża czas przeżycia transgenicznej

myszy ale nie opóźnia wystąpienia pierwszych objawów choroby [4]. Na podstawie

tych obserwacji można wnioskować, że czynniki patogenetyczne odpowiedzialne

za powstanie SLA mogą się różnić od tych, które następnie decydują

o postępie choroby. Uszkodzenie motoneuronów przez wolne rodniki występuje

prawdopodobnie w początkowej fazie choroby, przynajmniej w rodzinnej postaci

SLA oraz w modeluzw ierzęcym z mutacją genuS OD-1. Jeżeli podobne

zjawisko występuje w sporadycznej postaci SLA to nieskuteczność leczenia antyoksydacyjnego

może oznaczać, że leczenie to rozpoczęto zbyt późno. Średni

czas trwania choroby unaszy ch chorych wynosił 24 miesiące, co oznacza, że

uw iększości pacjentów rozpoczęto leczenie w zaawansowanej fazie SLA. Być

może leki antyoksydacyjne zastosowane w początkowej fazie choroby okażą się

bardziej skuteczne. Nieskuteczność stosowanego przez nas leczenia antyoksydacyjnego

może być również wynikiem utrudnionego przechodzenia przez barierę

krew-mózg zarówno selegiliny jak i witaminy E.

Pomimo, że nagromadzono wiele dowodów wskazujących na udział wolnych

rodników w patogenezie SLA żaden z dotychczas testowanych związków

antyoksydacyjnych nie okazał się skuteczny. Dlatego uzasadnione jest badanie

nowych leków o właściwościach antyoksydacyjnych, które mody.kowałyby naturalny

przebieg tej choroby.

Piśmiennictwo

[1] Bergeron C.: Oxidative stress: its role in the pathogenesis of amyotrophic lateral

sclerosis. J. Neurol. Sci. 1995, 129 (suppl), 81.

[2] Bieri J.G., Corash L.C., Hubbard V.S.: Medical uses of vitamin E. N. Engl. J.

Med. 1983, 308, 18, 1063.

Sheet Number 105 Page Number 105

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

106 H. Kwieciński i wsp. Nr 1

[3] Dorman J.D., Engel W.K., Fried D.M.: Therapeutic trial in amyotrophic lateral

sclerosis. JAMA 1969, 209, 257.

[4] Gurney M.E., Cutting F.B., Zhai P. i wsp.: Bene.t of vitamin E, riluzole, and gabapentin

in transgenic model of familial amyotrophic lateral sclerosis: Ann. Neurol.

1996, 39, 147.

[5] Halliwell B., Gutteridge J.M.C.: Oxigen radicals in the nervous system. Trends

Neurosci. 1985, 8, 22.

[6] Lange D.J., Murphy P.L., Diamond B. i wsp. Selegiline is ine.ective in a collaborative

double-blind, placebo-controlled trial for treatment of amyotrophic lateral

sclerosis. Arch. Neurol. 1998, 55, 93.

[7] Mazzini L., Balzarini C., Mora G.: An open-randomized clinical trial of selegiline

in amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. 1994, 241, 223.

[8] Sano M., Ernesto C., Thomas R.G. i wsp.: A controlled trial of selegiline, alphatocopherol,

or both as treatment for Alzheimer's disease. N. Engl. J. Med. 1997,

336, 1216.

[9] The Parkinson Study Group: E.ects of tocopherol and deprenyl on the progression

of disability in early Parkinson's disease. N. Engl. J. Med. 1993, 328, 176.

[10] Tohgi H., Abe T., Saheki M. i wsp.: Alpha-Tocopherol quinone level is remarkably

low in the cerebrospinal .uid of patients with amyotrophic lateral sclerosis.

Neurosciences Letters 1996, 207, 5.

[11] Wechsler I.S.: The treatment of amyotrophic lateral sclerosis with vitamin E (tocopherols):

Am. J. Med. Sci. 1940, 200, 765.

[12] World Federation of Neurology Research Group on Neuromuscular Diseases. El

Escorial World Federation of Neurology criteria for the diagnosis of amyotrophic

lateral sclerosis. J. Neurol. Sci. 1994, 124 (suppl), 96.

Adres: SP CSK Klinika Neurologii AM

ul. Banacha 1a

02-097 Warszawa

tel.: [phone]

fax: [phone]

Sheet Number 106 Page Number 106

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

NEUR. NEUROCHIR. POL. 2001, Suplement 1 107

Izabela Domitrz, Maria Jędrzejowska, Marta Lipowska,

Teepu Siddique, Hubert Kwieciński

Choroba Kennedy`ego: ekspansja trójki nukleotydowej

CAG

Klinika Neurologii Akademii Medycznej w Warszawie

Kierownik: prof. dr. hab. med. H.Kwieciński

Zespół Badawczo-Leczniczy Chorób Nerwowo-Mięśniowych ICMDiK PAN

w Warszawie

Kierownik: prof. dr. hab. med. I. Hausmanowa-Petrusewicz

Department of Neurology, Northwestern University Medical School, Chicago,

USA

słowa kluczowe: choroba Kennedy`ego, zanik mięśni rdzeniowo-opuszkowy, gen receptora

androgenowego, CAG

key words: Kennedy`s disease, spino-bulbar muscular atrophy, androgen receptor gene,

CAG

Summary

Kennedy`s disease: expansion of the CAG trinucleotide - Kennedy`s disease is

a rare X-linked spinal and bulbar muscular atrophy (SBMA). A degenerative process of

the motor neurons is associated with an increase in the number of CAG repeats encoding

a polyglutamine stretch within the androgen receptor. Despite a distinctive clinical

phenotype, SBMA can be misdiagnosed, usually due to the lack of clear family history.

Accurate diagnosis is important for genetic counseling and because alternative diagnosis

of amyotrophic lateral sclerosis usually means much worse prognosis. We report 2

unrelated patients with Kennedy`s disease in whom the clinical diagnosis was con.rmed

by showing the CAG repeat expansion.

Sheet Number 107 Page Number 107

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

108 I. Domitrz i wsp. Nr 1

Streszczenie

Choroba Kennedy`ego jest rzadką dziedziczną chorobą sprzężoną z chromosomem

X, w której występuje rdzeniowy i opuszkowy zanik mięśni (SBMA). Proces zwyrodnieniowy

neuronów ruchowych związany jest ze zwiększoną liczbą powtórzeń trójek CAG,

kodujących część poliglutaminową białka receptora androgenowego. Mimo charakterystycznego

fenotypu klinicznego, SBMA może być przeoczony, głównie z powodu braku

wywiadu rodzinnego. Dokładne rozpoznanie jest bardzo ważne dla poradnictwa genetycznego

oraz w celu wykluczenia stwardnienia bocznego zanikowego, które oznacza

dla chorego znacznie gorsze rokowanie. Opisujemy 2 przypadki niespokrewnionych pacjentów

z chorobą Kennedy`ego, u których rozpoznanie kliniczne zostało potwierdzone

poprzez badania DNA wykazujące zwiększoną liczbę powtórzeń CAG.

Choroba Kennedy`ego, czyli zanik rdzeniowy i opuszkowy mięśni (SBMA),

jest rzadką dziedziczną chorobą zaliczaną do grupy chorób neuronu ruchowego.

Proces zwyrodnieniowy dotyczy jednak wyłącznie dolnych motoneuronów zlokalizowanych

w rdzeniu kręgowym i w opuszce. Chorują tylko mężczyźni a kobiety

są nosicielkami SBMA, gdyż choroba dziedziczy się w sposób recesywny, sprzężony

z chromosomem X [7]. Pierwsze objawy zwykle w postaci utrudnionego

chodzenia pojawiają się stosunkowo późno (między 20 i 50 r.ż.) i u większości

pacjentów postęp choroby jest powolny. W obrazie klinicznym dominuje osłabienie

i zanik mięśni dosiebnych kończyn, mięśni twarzy oraz języka. Po kilku

latach uw iększości chorych obecne są objawy opuszkowe (dyzartria i rzadziej

dysfagia) [11]. U części chorych występują kurcze mięśni i drżenie pozycyjne

rąk. Głębokie odruchy ścięgnowe są osłabione lub nieobecne i w żadnym typowym

przypadkuS BMA nie stwierdzono objawów piramidowych. Z czasem

prawie uw szystkich chorych obecne są objawy kliniczne tzw. późnej niewrażliwości

receptorów androgenowych [9]. Do objawów tych należą: ginekomastia

(obecna u50-70 % chorych), zanik jąder, oligospermia lub azoospermia [4, 12].

Przyczyną choroby są mutacje genu receptora androgenowego (AR), który zlokalizowany

jest na długim ramieniu chromosomu X (locus Xq11-q12) [8, 9].

Wszyscy pacjenci z typowym SBMA mają zwiększoną liczbę powtórzeń (n >

35) trójki nukleotydowej CAG w genie AR [12]. Odkrycie to wykorzystywane

jest obecnie w praktyce klinicznej. Przedstawiamy dwóch naszych pacjentów,

uktór ych rozpoznanie choroby Kennedy`ego potwierdzono w badaniach DNA.

Przypadek 1

56-letni mężczyzna, z negatywnym wywiadem rodzinnym dotyczącym chorób

nerwowo-mięśniowych, został przyjęty do Kliniki Neurologii AM w Warszawie

w celudiagnos tyki postępującej dyzartrii, dysfagii i osłabienia mięśni kończyn

dolnych. Pacjent około 40 r.ż. zwrócił uwagę na pojawianie się podczas dłuższego

mówienia kurczów i drżenia mięśni twarzy wymagających odpoczynku.

Sheet Number 108 Page Number 108

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

Nr 1 Choroba Kennedy`ego: ekspansja trójki nukleotydowej CAG 109

Od wielulat ma również drżenie rąk. Kilka lat temupoja wiło się okresowe

krztuszenie śliną i płynami przy połykaniu. W tym samym okresie wystąpiło

powoli postępujące osłabienie kończyn dolnych, a następnie wyraźne trudności

przy wchodzeniupo schodach i w czasie biegania. Wszystkie wymienione

objawy postępują raczej powoli. Pacjent neguje impotencję, ma dwoje zdrowych

dzieci: 26-letnią córkę i 24-letniego syna.

W badaniuneu rologicznym stwierdzono: niewielką ginekomastię, mowę nosową

z elementami dyzartrycznymi, wiotkie i zeszczuplałe mięśnie twarzy, wyraźne

zaniki i .brylacje na języku, pogłębienie lordozy lędźwiowej świadczące

o osłabienium ięśni przykręgosłupowych, drżenie palców rąk, pojedyncze fascykulacje

w mięśniach ramion i ud, osłabienie dosiebnych mięśni kończyn ze

znaczną przewagą w kończynach dolnych (pacjent wstaje z pozycji leżącej wspinając

się po sobie). Stwierdzono również brak odruchów głębokich zarówno

w kończynach dolnych, jak i górnych. Czucie wibracji było osłabione w obrębie

kończyn dolnych, bez zaburzeń czucia powierzchniowego.

Wbadaniach biochemicznych stwierdzono: poziom kinazy kreatynowej w surowicy

3- krotnie podwyższony, podwyższony poziom trójglicerydów (200

mg%), prawidłowa krzywa glikemii, prawidłowe wartości testosteronu, estradiolui

gonadotropin (FSH, LH, PRL) we krwi.

Badanie EMG wykazało znaczne przewlekłe uszkodzenie neurogenne w mięśniach

kończyn górnych i dolnych oraz w mięśniujęzyka. Stwierdzono również

cechy uszkodzenia aksonalnego włókien czuciowych. Wynik badania somatosensorycznych

potencjałów wywołanych wskazywał na uogólnione zaburzenia

przewodzenia w drogach czuciowych.

W sumie obraz kliniczny w tym przypadku, mimo braku wywiadu rodzinnego,

można uznać za charakterystyczny dla choroby Kennedy`ego. Rozpoznanie

zostało potwierdzone analizą DNA, która wykazała zwiększoną liczbę powtórzeń

CAG (n=47) w obrębie genudla AR.

Przypadek 2

64-letni pacjent zgłaszał od ponad 10 lat skargi na postępujące osłabienie mięśni

kończyn dolnych i trudności w chodzeniu, głównie po schodach. Od kilku

lat chodzi z pomocą laski i ma trudności z podniesieniem się z pozycji leżącej.

Ma także niewielkie osłabienie kończyn górnych, ale nie zgłasza dolegliwości

związanych z mową, połykaniem lub oddychaniem. Przed 6 laty rozpoznano

u chorego cukrzycę typu II, leczoną dietą oraz lekami doustnymi. Pacjent miał

czterech braci, z których dwóch nie żyje (zawał serca i wypadek komunikacyjny).

Obaj zmarli bracia mieli osłabienie mięśni i trudności z chodzeniem. Pacjent ma

dwoje zdrowych dorosłych dzieci, syna i córkę.

Sheet Number 109 Page Number 109

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

110 I. Domitrz i wsp. Nr 1

Badaniem neurologicznym stwierdzono: język z obecnymi wrębami (bez .-

brylacji), zeszczuplenie kończyn górnych dotyczące również przedramion i dłoni,

drżenie palców, brak odruchów głębokich. W mięśniach obręczy barkowej widoczne

były fascykulacje. Stwierdzono niewielkie osłabienie czucia powierzchniowego

na dłoniach. W kończynach dolnych największe zaniki mięśni widoczne

były w obrębie ud, odruchy kolanowe i skokowe były nieobecne. Stwierdzono

także niewielkie zaburzenia czucia powierzchniowego i głębokiego na stopach.

Chód pacjenta wyraźnie utrudniony z powodu wiotkiego niedowładu kończyn

dolnych. Nie stwierdzono cech ginekomastii, poziomy testosteronu, estradiolu

oraz hormonów tarczycy we krwi były prawidłowe. Badanie płynum ózgowordzeniowego

było prawidłowe. Z odchyleń badań biochemicznych stwierdzano jedynie

podwyższone wartości glikemii we krwi oraz hiperlipoproteinemię typuIV.

Badanie EMG wykazało zmiany świadczące o przewlekłym uszkodzeniu

neuronu obwodowego na poziomie rogów przednich rdzenia w mięśniach kończyn.

Wmięśniujęzyka panowała cisza elektryczna. Stwierdzono również współistnienie

niewielkiego uszkodzenia nerwów obwodowych (włókna ruchowe i czuciowe)

o charakterze aksonalnym. Badanie somatosensorycznych potencjałów

wywołanych wykazało uogólnione zaburzenia przewodzenia w drogach czuciowych.

Na podstawie badania neurologicznego oraz wyników badań dodatkowych,

uc horego rozpoznano wstępnie rdzeniowy zanik mięśni typudorosły ch ze współistniejącą

neuropatią obwodową o etiologii cukrzycowej. Jednocześnie uznano,

że konieczne są dalsze badania w kierunku choroby Kennedy`ego. Analiza DNA

wykazała zwiększoną liczbę powtórzeń CAG (n=43) w genie AR i to zadecydowało

o ostatecznym rozpoznaniuS BMA. W tabeli 1 przedstawiono charakterystykę

kliniczną choroby Kennedy`ego, zaznaczając które z typowych objawów

tej choroby były obecne unaszy ch pacjentów.

Omówienie

Przedstawione dwa przypadki choroby Kennedy`ego są bardzo dobrym przykładem

zastosowania w praktyce klinicznej najnowszych osiągnięć genetyki molekularnej.

W pierwszym przypadku rozpoznanie SBMA było możliwe na podstawie

obrazuklinicznego ale wywiad rodzinny był negatywny. Wiadomo jednak,

że w typie dziedziczenia recesywnego sprzężonego z chromosomem X przypadki

sporadyczne występują dość często. Z rodowodu wynikało, że matka pacjenta,

potencjalna nosicielka mutacji, była jedynaczką a nasz pacjent był jej jedynym

synem. Stąd też negatywny wywiad rodzinny nie musi oznaczać wystąpienia nowej

mutacji. W drugim opisanym przypadku było odwrotnie, wywiad rodzinny

Sheet Number 110 Page Number 110

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

Nr 1 Choroba Kennedy`ego: ekspansja trójki nukleotydowej CAG 111

Ryc. 1 : Schematyczna budowa genu receptora androgenowego (locus Xq11-q12)

Fig. 1 : Schematic structure of the andregon receptor gene (locus Xq11-q12)

mógł sugerować podobny fenotyp u 2 zmarłych braci pacjenta ale obraz kliniczny

przemawiał za rozpoznaniem późnej postaci zanikurdzenio wego mięśni. Jak

wspomniano, w obuprzypadkac h ostateczne rozpoznanie choroby Kennedy`ego

ustalono po badaniach DNA. Należy poszukiwać mutacji genu AR u młodych

mężczyzn z podejrzeniem SLA, u których dominują objawy uszkodzenia dolnego

motoneuronu. Analiza DNA powinna być przeprowadzana bez względu na

wywiad rodzinny. Nawet bardzo typowy fenotyp SBMA nie musi oznaczać rozpoznania

choroby Kennedy`ego. Opisano ostatnio japońską rodzinę z typowym

fenotypem SBMA o dziedziczeniu autosomalnym dominującym [5]. W rodzinie

tej nie stwierdzono ekspansji powtórzenia CAG, co pozwoliło wyodrębnić

nową postać SBMA. Choroba Kennedy`ego należy do grupy 8 dziedzicznych

chorób neurodegeneracyjnych, z których wszystkie powstają w wyniku ekspansji

szlaku poliglutaminowego w odpowiednim produkcie białkowym neuronów [10].

Przyczyną ekspansji szlaku poliglutaminowego jest wydłużenie liczby powtórzeń

trójnukleotydu CAG. Do chorób tych zaliczamy: SBMA, chorobę Huntingtona,

DRPLA oraz 5 postaci bezładurdzenio wo-móżdżkowego (SCA-1, SCA-2, SCA-

3, SCA-6 i SCA-7). Wszystkie z wyjątkiem choroby Kennedy`ego dziedziczą się

w sposób autosomalny dominujący. Zwielokrotnienie trójki CAG jest przykładem

mutacji dynamicznej. Wspólną cechą tych chorób powstających w mechanizmie

mutacji dynamicznych jest istnienie korelacji genotyp/fenotyp. Im większa jest

liczba powtórzeń CAG tym wcześniej dochodzi do ujawnienia się choroby [1,

10]. Drugą wspólną cechą jest zjawisko antycypacji, którego nie obserwuje się

jednak uw iększości rodzin z SBMA [10]. Podkreśla się również, że na podstawie

stopnia ampli.kacji CAG nie można przewidzieć jaki będzie przebieg

choroby u pacjentów z SBMA. Fragment DNA kodujący łańcuch poliglutaminowy

znajduje się w egzonie 1 genu AR (ryc. 1). U zdrowych osobników liczba

Sheet Number 111 Page Number 111

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

112 I. Domitrz i wsp. Nr 1

Tabela I : Charakterystyka kliniczna i genetyczna choroby Kennedy`ego

Table I : Clinical and genetic characteristics of Kennedy`s disease

Ch. Kennedy`ego

Kennedy disease

Pacjent 1

Patient 1

Pacjent 2

Patient 2

Późny początek

Late onset

+ + +

Powolny postęp

Slow progression

+ + +

Niedowład mięśni dosiebnych

Proximal weakness

+ + +

Niedowład mięśni odsiebnych

Distal weakness

+/- - +

Fascykulacje

Fasciculations

+ + +

Zajęcie mięśni twarzy

Facial weakness

+ + -

Objawy opuszkowe

Bulbar dysfunction

+ + -

｡Odruchy ścięgnowe

｡Tendon re.exes

+ + +

Ginekomastia

Gynecomastia

+ + -

Bezpłodność

Reduced fertility

+ - -

^Kinaza kreatynowa

^Creatine kinase

+ + +

Przewlekłe odnerwienie (EMG)

Chronic denervation (EMG)

+ + +

Zaburzenia czuciowe

Sensory involvement

+ + +

Dziedziczenie sprzężone z płcią

X-linked inheritance

+ - +/-

^Liczba powtórzeń CAG

^Number of CAG repeat

+ + +

powtórzeń CAG wynosi 9-34 (najczęściej 18-25). U pacjentów z SBMA liczba

ta jest zawsze większa od 35 i może wynosić 38-65 powtórzeń CAG. U naszych

pacjentów wykryto niewielką ekspansję CAG, n = 47 oraz n = 43, co może tłumaczyć

stosunkowo późny początek choroby (po 40 r.ż.). Wciąż nie wiadomo

dlaczego mutacje genu AR powodują proces zwyrodnieniowy dolnych motoneuronów.

Z pewnością chodzi tu o tzw. mutację z uzyskaniem nowej toksycznej

funkcji (gain-of-function), efektem której jest powstanie fenotypu SBMA. Przypuszcza

się, że nadmiernie powiększona część poliglutaminowa białka AR może

Sheet Number 112 Page Number 112

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

Nr 1 Choroba Kennedy`ego: ekspansja trójki nukleotydowej CAG 113

być szczególnie atrakcyjnym substratem dla kaspazy, która jest tzw. enzymem egzekucyjnym

w procesie apoptozy neuronów [3]. U większości chorych z SBMA

współistnieją kliniczne cechy neuronopatii czuciowej co tłumaczy się zwyrodnieniem

neuronów w zwojach rdzeniowych [2]. Przypuszcza się, że w neuronach

tych zwojów obecne są zmutowane receptory androgenowe. Niewielkie zaburzenia

czuciowe obecne były u obu naszych pacjentów. Gen AR ma również rozległą

ekspresję w neuronach kory mózgowej. Badania z użyciem spektroskopii

rezonansu magnetycznego u chorych z SBMA sugerują, że i w tych neuronach

obecne są zaburzenia o charakterze podklinicznym [6].

Piśmiennictwo

[1] Andrew S.E., Goldberg Y.P., Hayden M.R.: Rethinking genotype and phenotype

correlations in polyglutamine expansion disorders. Hum. Mol. Genet. 1997, 6,

2005.

[2] Antonini G., Gragnani F., Romaniello A., Pennisi E.M. i wsp.: Sensory involvement

in spinal-bulbar muscular atrophy (Kennedy`s disease). Muscle Nerve 2000,

23, 252.

[3] Ellerby L.E., Hackam A.S., Propp S.S., Ellerby M.H. i wsp.: Caspase cleavage of

the androgen receptor is a crucial event in cytotoxicity. J. Neurochem. 1999, 72,

185.

[4] Hausmanowa-Petrusewicz I., Borkowska J., Janczewski Z.: X-linked adult form of

spinal muscular atrophy. J. Neurol. 1983, 229, 175.

[5] Ikezoe K., Yoshimura T., Taniwaki T., Matsura E. i wsp.: Autosomal dominant

familial spinal and bulbar muscular atrophy with gynecomastia. Neurology 1999,

53, 2187.

[6] Karitzky J., Block W., Mellies J.K., Traber F. i wsp.: Proton magnetic resonance

spectroscopy in Kennedy syndrome. Arch. Neurol. 1999, 56, 1465.

[7] Kennedy W.R., Alter M., Sung J.H.: Progressive proximal spinal and bulbar muscular

atrophy of late onset. A sex-linked recessive trait. Neurology 1968, 18,

671.

[8] La Spada A.R., Wilson E.M., Lubahn D.B., Harding A.E. i wsp.: Androgen receptor

gene mutations in X-linked spinal and bulbar muscular atrophy. Nature 1991,

352, 77.

[9] La Spada A.R., Roling D.B., Harding A.E., Warner C.L. i wsp.: Meiotic stability

and genotype-phenotype correlation of the trinucleotide repeat in X-linked spinal

and bulbar muscular atrophy. Nat. Genet. 1992, 2, 301.

[10] Nance M.A.: Clinical aspects of CAG repeat diseases. Brain Pathol. 1997, 7, 881.

[11] Ringel S.P., Lava N.S., Treihaft M.M., Lubs M.L. i wsp.: Late-onset X-linked

recessive spinal and bulbar muscular atrophy. Muscle Nerve 1978, 1, 297.

Sheet Number 113 Page Number 113

20 kwietnia 2001 17:18 a10.tex

114 I. Domitrz i wsp. Nr 1

[12] Spiegel R., La Spada A.R., Kress W., Fischbeck K.H. i wsp.: Somatic stability

of the expanded CAG trinucleotide repeat in X-linked spinal and bulbar muscular

atrophy. Hum. Mutat. 1996, 8, 32.

Adres: Klinika Neurologii AM

02-097 Warszawa, ul. Banacha 1a

tel. [phone]

fax. [phone]

Sheet Number 114 Page Number 114

---