Ученые из Санкт-Петербурга исследовали воздействие широко применяемых в больницах цефалоспориновых антибиотиков на деятельность мозга и опровергли предположения о причинах возникновения побочных эффектов у пациентов, например, эпилептических припадков. Исследования проводились сотрудниками лаборатории молекулярных механизмов нейронных взаимодействий Института эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН. Они были поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов. Результаты работы опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.
Судороги после терапии антибиотиками ― достаточно распространенное явление (около половины от всех возможных побочных эффектов цефалоспоринов). На данный момент не существует возможности эффективно прогнозировать их возникновение, а арсенал методов борьбы с ними ограничен. Даже однократно перенесенное эпилептическое состояние может приводить к очень серьезным долговременным последствиям, вплоть до развития регулярных неспровоцированных спонтанных приступов ― эпилепсии как таковой. Среди антибактериальных препаратов одно из ведущих положений занимают антибиотики цефалоспоринового ряда. Они воздействуют на широкий спектр бактерий и легко проникают в ткани, поэтому в больницах довольно часто прибегают к терапии этими антибиотиками, однако, иногда могут вызывать эпилептические судороги у пациентов.
Нейроны головного мозга непрерывно получают различные входные сигналы, которые в первом приближении можно разделить на два основных типа: возбуждающие и тормозные. Преобладание возбуждающих сигналов может привести к тому, что нейрон начнет генерировать разряды (так называемые потенциалы действия) и сможет передать свой сигнал (возбуждающий или тормозной) другим нейронам. Тормозные входные сигналы имеют обратный эффект: они снижают вероятность того, что нейрон начнет передавать свои сигналы другим нейронам.
При эпилептическом приступе, как правило, нейроны головного мозга получают избыточное количество возбуждающих сигналов, но мало тормозных, то есть баланс возбуждения-торможения смещен в сторону возбуждения. Обеспечивает передачу тормозного сигнала в головном мозге гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), которая при действии на нейрон связывается с его ГАМКа-рецепторами. Активация этих рецепторов приводит к торможению активности нейрона. Некоторые химические вещества способны связываться с ГАМКа-рецепторами нейронов и так или иначе мешать их нормальной работе (блокировать их). Они либо не дают ГАМК связываться с рецептором, либо препятствуют возникновению тормозного входного сигнала после связывания рецептора с ГАМК. Попадание таких веществ в нервную систему может спровоцировать эпилептические судороги. Подобным свойством обладают некоторые лекарственные препараты, например, цефалоспориновые антибиотики. Предполагалось, что именно по этой причине применение цефалоспоринов довольно часто провоцирует судороги у пациентов, которым назначаются эти препараты.
Для проведения экспериментов изготавливались тонкие срезы головного мозга крыс, содержащие энторинальную кору и гиппокамп. В срез устанавливались тонкие электроды, позволяющие провоцировать ответ нейронов (стимулирующий
электрод) и регистрировать этот ответ (регистрирующий электрод). Источник: Дмитрий Амахин
«В нашей работе мы исследовали способность цефалоспориновых антибиотиков мешать нормальной работе ГАМКа-рецепторов в головном мозге и провоцировать эпилептические судороги в условиях in vitro. Для исследования мы взяли два наиболее часто применяемых цефалоспориновых антибиотика: цефепим и цефтриаксон. Мы изготовили тонкие срезы мозга крысы и проанализировали, как изменяются получаемые нейронами тормозные сигналы под действием выбранных цефалоспоринов. Известно, что при определенных условиях даже в тонком срезе головного мозга можно спровоцировать активность, напоминающую эпилептическую. Мы использовали эту особенность для того, чтобы исследовать проэпилептический эффект цефалоспоринов», ― рассказал один из авторов исследования, сотрудник лаборатории молекулярных механизмов нейронных взаимодействий Института эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН, кандидат биологических наук Дмитрий Амахин.
Оказалось, чтобы существенно повлиять на тормозные входные сигналы, получаемые нейронами энторинальной коры, нужны очень высокие концентрации цефалоспоринов. Ощутимое влияние на тормозной сигнал цефалоспорины оказывали в концентрациях почти в 100 раз выше, чем реально достижимые в спинномозговой жидкости пациентов или подопытных животных. И даже в таких больших концентрациях выбранные цефалоспориновые антибиотики провоцировали очень слабую эпилептоподобную активность в срезах мозга. Эти результаты указывают на то, что, по всей видимости, в условиях in vivo (в живом организме) существуют какие-то еще неизвестные механизмы, которые запускаются цефалоспориновыми антибиотиками и приводят к эпилептическим судорогам, а блокирование ГАМКа-рецепторов может быть ни при чем. Также ученым удалось показать, что цефепим и цефтриаксон по-разному блокируют ГАМКа-рецепторы. Цефепим мешает ГАМК связываться с рецептором, тогда как цефтриаксон приводит к снижению эффекта от связывания.
Известно, что вероятность возникновения судорог после приема цефалоспоринов у пациентов с почечной недостаточностью существенно выше. Очень часто почечная недостаточность может сопровождаться повышенной концентрацией ионов калия и сниженной концентрацией ионов магния в различных жидкостях организма. Ученые выяснили, что при определенных нарушениях ионного баланса цефалоспорины гораздо эффективнее приводят к возникновению эпилептоподобной активности в срезе мозга.
В дальнейшем ученые планируют описать закономерности развития этих эпилептоподобных состояний и то, как изменяется процесс передачи сигналов между нейронами во время приступов.
«Возможно, удастся определить какой-либо ранее неизвестный фактор, приводящий к развитию судорог вследствие приема цефалоспоринов. Мы надеемся, что наши результаты позволят лучше понять механизмы аномальной синхронизации активности нейронов в ходе эпилептического приступа», ― поделился Дмитрий Амахин.
