Biomarkery biochemiczne w diagnostyce epilepsji: prolaktyna, kinaza kreatynowa, NSE i S100B

Problem diagnostyczny: gdy napad się skończył, a EEG jest prawidłowe

Wyobraźmy sobie sytuację kliniczną, która zdarza się codziennie w polskich szpitalach. Trzydziestoparoletni mężczyzna zostaje przywieziony karetką do SOR-u po epizodzie utraty przytomności w pracy. Świadkowie mówią o "dziwnych ruchach" i "pianie z ust", ale nikt nie widział początku zdarzenia. Pacjent odzyskał przytomność po kilku minutach, jest zdezorientowany, ma rozcięty język. Wykonujemy natychmiast EEG - i znajdujemy zapis prawidłowy. Co teraz?

To klasyczny przykład sytuacji, gdzie standardowe narzędzia diagnostyczne zawodzą. EEG wykonane godzinę czy dwie po napadzie w większości przypadków nie wykaże żadnych nieprawidłowości, nawet jeśli napad faktycznie miał charakter padaczkowy. Czułość pojedynczego międzynapadowego EEG dla epilepsji wynosi zaledwie 29-55 procent, co oznacza, że ponad połowa pacjentów z epilepsją będzie miała prawidłowy zapis. W tym momencie do gry wchodzą biomarkery biochemiczne.

Prolaktyna: hormon przysadki jako świadek napadu

Prolaktyna to hormon peptydowy produkowany przez komórki laktotropowe przysadki mózgowej. W warunkach fizjologicznych jej stężenie we krwi wzrasta po posiłku, podczas snu, stresu fizycznego czy stosunku płciowego. Jednak szczególnie dramatyczny wzrost prolaktyny obserwujemy po napadach padaczkowych pochodzących z kory mózgu.

Mechanizm tego zjawiska jest fascynujący. Podczas napadu padaczkowego dochodzi do masywnego wyładowania neuronów w korze, które rozprzestrzenia się na struktury podkorowe, w tym na podwzgórze. Podwzgórze w normalnych warunkach tonowo hamuje wydzielanie prolaktyny przez przysadkę za pomocą dopaminy. Napad padaczkowy zaburza tę równowagę - prawdopodobnie przez aktywację serotoninergicznych neuronów w jądrach szwu, które z kolei hamują neurony dopaminergiczne. Efekt: przysadka dostaje "zielone światło" i masywnie uwalnia prolaktynę do krwi.

Dane naukowe na ten temat są imponujące. W metaanalizie Chen i współautorów opublikowanej w "Epilepsy Research" przeanalizowano 19 badań obejmujących ponad 1200 pacjentów. Wyniki pokazały, że wzrost prolaktyny o co najmniej dwukrotność wartości wyjściowej występuje u 60-80 procent pacjentów po napadach uogólnionych toniczno-klonicznych oraz u 46-62 procent po napadach częściowych złożonych. Co jednak najważniejsze - po omdleniach i pseudonapadach psychogennych prolaktyna praktycznie nigdy nie wzrasta, co daje temu biomarkerowi wysoką swoistość.

Ograniczenia prolaktyny jako biomarkera

Pomimo wysokiej swoistości, prolaktyna ma swoje istotne ograniczenia. Po pierwsze, nie wszystkie napady padaczkowe powodują jej wzrost. Napady częściowe proste, które nie rozszerzają się na struktury podkorowe, praktycznie nigdy nie indukują uwalniania prolaktyny. Po drugie, napady płatów czołowych - mimo że są napadami padaczkowymi - często nie powodują wzrostu tego hormonu, prawdopodobnie dlatego, że droga propagacji wyładowania omija podwzgórze.

Kolejnym problemem jest bardzo wąskie okno czasowe. Prolaktyna osiąga szczyt stężenia około 10-20 minut po napadzie i wraca do normy w ciągu 60-120 minut. W praktyce klinicznej oznacza to, że jeśli pacjent trafia do szpitala godzinę po napadzie, test może już być bezużyteczny. Dodatkowo, wiele leków psychotropowych, szczególnie neuroleptyków typowych i atypowych, podnosi stężenie prolaktyny poprzez blokowanie receptorów dopaminowych, co może dawać wyniki fałszywie dodatnie.

Kinaza kreatynowa: biomarker uszkodzenia mięśni

Kinaza kreatynowa to enzym występujący w wysokich stężeniach w mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym i mózgu. Jej funkcją jest katalizowanie odwracalnej reakcji przekształcania kreatyny i ATP w fosfokreatynę i ADP - kluczowego procesu w energetyce komórkowej. Po napadzie toniczno-klonicznym, podczas którego dochodzi do intensywnych, niekontrolowanych skurczów mięśni, kinaza kreatynowa masywnie wycieka z uszkodzonych miocytów do krwioobiegu.

Mechanizm wzrostu CK po napadzie jest czysto mechaniczny - podczas gwałtownych konwulsji włókna mięśniowe ulegają mikrouszkodzeniom, a zawartość cytoplazmatyczna, w tym CK, przedostaje się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej i dalej do krwi. Szczyt stężenia CK we krwi występuje stosunkowo późno - dopiero po 6-12 godzinach od napadu, co wynika z czasu potrzebnego na akumulację enzymu w krążeniu. Podwyższone wartości mogą utrzymywać się nawet przez 3-5 dni.

Wartość diagnostyczna CK jest ograniczona głównie do napadów toniczno-klonicznych, podczas których dochodzi do masywnej aktywności mięśniowej. W badaniu Neufeld i współautorów opublikowanym w "Seizure" podwyższone wartości CK stwierdzono u 91 procent pacjentów po napadach uogólnionych toniczno-klonicznych, ale tylko u 12 procent po napadach częściowych złożonych bez uogólnienia wtórnego. To sprawia, że CK jest biomarkerem bardzo czułym dla napadów konwulsyjnych, ale zupełnie bezużytecznym dla napadów bez komponentu motorycznego.

CK w diagnostyce różnicowej

Największą wartość CK ma w odróżnianiu napadów padaczkowych od omdleń i pseudonapadów psychogennych. Po zwykłym omdleniu, nawet jeśli pacjent upadnie i uderzy się, CK zazwyczaj nie wzrasta lub wzrasta minimalnie. Po pseudonapadach psychogennych, mimo że mogą one trwać długo i wyglądać dramatycznie, CK pozostaje w normie, ponieważ ruchy są kontrolowane kortykalnie i nie mają charakteru prawdziwych konwulsji.

Trzeba jednak pamiętać o fałszywie dodatnich wynikach. CK wzrasta po każdym znacznym uszkodzeniu mięśni - po intensywnym wysiłku fizycznym, zastrzyku domięśniowym, urazie, rabdomiolizie indukowanej alkoholem czy statynami. W kontekście diagnostycznym należy więc zawsze uwzględnić wywiad: czy pacjent nie trenował intensywnie dzień przed napadem? Czy nie otrzymał zastrzyku? Czy nie nadużywa alkoholu?

NSE i S100B: biomarkery uszkodzenia neurologicznego

Neuron-swoista enolaza (NSE) to enzym glikolityczny występujący głównie w neuronach i komórkach neuroendokrynnych. Białko S100B to małe białko wiążące wapń, ekspresowane przede wszystkim przez astrocyty - komórki glejowe mózgu. Oba te biomarkery są markerami uszkodzenia tkanki nerwowej i po napadach padaczkowych mogą pojawiać się we krwi we zwiększonych stężeniach.

Mechanizm uwalniania NSE i S100B po napadzie jest złożony. Podczas napadu padaczkowego dochodzi do masywnego wyładowania neuronów, gwałtownego wzrostu metabolizmu i zużycia tlenu, co prowadzi do względnej hipoksji i stresu oksydacyjnego. W następstwie uszkadzane są błony komórkowe neuronów i astrocytów, a ich zawartość cytoplazmatyczna - w tym NSE i S100B - przedostaje się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, płynu mózgowo-rdzeniowego i ostatecznie do krwi przez uszkodzoną barierę krew-mózg.

Dane kliniczne dotyczące NSE i S100B w epilepsji są mieszane. W badaniu Palmio i współautorów opublikowanym w "Epilepsia" porównano poziomy NSE u 40 pacjentów po napadach toniczno-klonicznych z 40 osobami kontrolnymi. Średnie stężenie NSE 24 godziny po napadzie było istotnie wyższe u pacjentów (16.2 ng/ml vs 8.1 ng/ml), ale zakresy wartości znacznie się nakładały. Podobne wyniki uzyskano dla S100B - stężenia były wyższe po napadach, ale nie na tyle, by pojedynczy pomiar mógł jednoznacznie potwierdzić lub wykluczyć napad.

Wartość prognostyczna NSE i S100B

Prawdziwa wartość NSE i S100B może leżeć nie tyle w diagnostyce samego napadu, ile w ocenie jego nasilenia i ryzyka powikłań neurologicznych. W badaniach nad stanem padaczkowym - ciągłym napadem trwającym ponad 30 minut - wykazano, że bardzo wysokie wartości NSE (>30 ng/ml) i S100B (>0.5 μg/L) korelują z gorszym rokowaniem neurologicznym i wyższą śmiertelnością. Im wyższe stężenia tych biomarkerów, tym większe prawdopodobnie było uszkodzenie neuronów podczas przedłużonego napadu.

Ograniczeniem NSE i S100B jest ich nieswoistość - wzrastają one nie tylko po napadach, ale także po urazach głowy, udarach, zapaleniu mózgu, a nawet po intensywnym wysiłku fizycznym. S100B dodatkowo jest produkowane przez melanocyty i adipocyty, więc może być podwyższone u osób z czerniakiem czy otyłością. To sprawia, że interpretacja pojedynczego pomiaru jest trudna bez kontekstu klinicznego.

Praktyczne zastosowanie biomarkerów w diagnostyce

Jak więc w praktyce wykorzystać te wszystkie biomarkery? Kluczem jest zrozumienie, że żaden z nich nie jest "złotym standardem" pozwalającym na pewną diagnozę napadu padaczkowego. Biomarkery biochemiczne to narzędzia wspomagające, które w połączeniu z wywiadem, badaniem neurologicznym i EEG mogą pomóc w podjęciu decyzji diagnostycznej w sytuacjach niejednoznacznych.

Najlepsze wyniki daje strategia łącząca kilka biomarkerów o różnej kinetyce czasowej. Jeśli pacjent trafia do szpitala w ciągu pierwszej godziny po zdarzeniu, warto oznaczyć prolaktynę. Jeśli upłynęło już kilka godzin, prolaktyna nie ma sensu, ale można oznaczyć CK i S100B. Po 24 godzinach warto zmierzyć NSE. Taka strategia wielobiomarkerowa zwiększa prawdopodobieństwo "złapania" zmian biochemicznych charakterystycznych dla napadu.

Co mówią najnowsze badania?

Badania opublikowane w ostatnich latach koncentrują się na poszukiwaniu nowych, bardziej swoistych biomarkerów epilepsji. Do obiecujących kandydatów należą między innymi kwas mlekowy w płynie mózgowo-rdzeniowym (wzrasta już 30 minut po napadzie), neurofilament light chain (NfL) - marker uszkodzenia aksonów, oraz mikro-RNA - małe cząsteczki regulatorowe, których profile ekspresji różnią się między epilepsją a innymi stanami neurologicznymi.

Szczególnie interesujące są wyniki dotyczące NfL. W badaniu Benkovic i współautorów opublikowanym w "Journal of Neurology" w 2020 roku wykazano, że poziomy NfL w surowicy korelują z częstością napadów u pacjentów z epilepsją. Pacjenci z częstymi napadami (>4 miesięcznie) mieli średnio trzykrotnie wyższe stężenia NfL niż pacjenci z dobrze kontrolowaną epilepsją. To sugeruje, że NfL może być nie tylko biomarkerem diagnostycznym, ale także narzędziem do monitorowania skuteczności leczenia.

Innym fascynującym kierunkiem są badania nad wzorami metabolicznymi w epilepsji. Metabolomika - czyli analiza profili setek małych cząsteczek we krwi lub moczu - pozwala identyfikować "odciski palców" biochemiczne charakterystyczne dla różnych typów epilepsji. Wstępne badania sugerują, że pacjenci z epilepsją skroniową mają inny profil metaboliczny niż pacjenci z epilepsją czołową, co w przyszłości może pomóc w precyzyjnej klasyfikacji zespołów padaczkowych bez potrzeby inwazyjnych badań.

Perspektywy przyszłości: biomarkery personalizowane

Przyszłość diagnostyki epilepsji prawdopodobnie będzie należeć do podejścia zintegrowanego, łączącego dane kliniczne, elektrofizjologiczne, obrazowe i biochemiczne w wielowymiarowe modele diagnostyczne. Algorytmy sztucznej inteligencji mogą analizować setki parametrów jednocześnie - od wzorców EEG, przez profile biomarkerów, po dane genetyczne - i na tej podstawie określać prawdopodobieństwo epilepsji z precyzją niemożliwą do osiągnięcia przez pojedyncze testy.

Równie obiecujące są prace nad biomarkerami predykcyjnymi, które mogłyby przewidywać nadchodzące napady. Badania z wykorzystaniem ciągłego monitorowania poziomu kortyzolu w ślinie, zmienności rytmu serca czy nawet analizy składu lotnych związków organicznych w wydychanym powietrzu sugerują, że organizm "przygotowuje się" do napadu na kilka godzin wcześniej. Gdyby udało się zidentyfikować wiarygodne biomarkery prenapadowe, pacjenci mogliby otrzymywać ostrzeżenia pozwalające im na zajęcie bezpiecznej pozycji czy zażycie leku ratunkowego.