Urazowe uszkodzenie mózgu u weteranów i fototerapia w bliskiej podczerwieni

Częstość występowania urazowego uszkodzenia mózgu jest powszechna. Centra Kontroli Chorób szacują, że każdego roku dochodzi do 1,7 miliona TBI i że TBI jest czynnikiem przyczyniającym się do około 30% wszystkich zgonów związanych z urazami. Ponadto około 75% tych TBI to wstrząsy mózgu lub łagodne TBI (mTBI). Jednak takie wstrząsy mózgu, zwłaszcza wielokrotne wstrząsy mózgu, które występują w czasie, nie są nieszkodliwe. Uszkodzenie nawet łagodnego TBI może potencjalnie prowadzić do następstw neuropsychiatrycznych. Co więcej, uszkodzenie mózgu może z czasem ulec pogorszeniu w zależności od stopnia odpowiedzi zapalnej i obszaru urazu. TBI indukuje szereg zmian neuropatologicznych, takich jak agregacja białek beta-amyloidowych i tau oraz zmiany neurozapalne, które przypominają patologię chorób zwyrodnieniowych.

Dla wielu powracających weteranów improwizowane ładunki wybuchowe (IED) były przyczyną tych TBI. Na przykład dane z Defense Manpower Data Center wskazują, że na dzień 3 października 2011 r. urządzenia wybuchowe były odpowiedzialne za około dwie trzecie lub więcej obrażeń na polu bitwy w Iraku; z 46 532 wojowników rannych w operacjach Enduring Freedom i Iraqi Freedom 30 347 zostało rannych przez urządzenia wybuchowe, z których wiele to IED. Większość z tych urazów dotyczyła wstrząśnienia mózgu. Podczas gdy obecne szacunki mówią, że 15-19% wszystkich powracających Warfighters ma historię ostrego wstrząsu mózgu lub TBI podczas swojej służby. Zauważono, że „22,8% brygady bojowej wróciło z Iraku z potwierdzonym urazem mózgu nabytym podczas rozmieszczenia”.

Obecnie nie ma skutecznych metod leczenia odwracających lub zmniejszających uszkodzenie mózgu po TBI. Co jeszcze bardziej komplikuje sytuację, objawy TBI mogą często nakładać się na objawy zespołu stresu pourazowego (PTSD), takie jak ból głowy, zawroty głowy, drażliwość, zaburzenia pamięci, opóźnione rozwiązywanie problemów, spowolniony czas reakcji, zmęczenie, zaburzenia widzenia, zaburzenia snu, wrażliwość na światło i hałas, impulsywność, problemy z osądem, wybuchy emocjonalne, depresja i niepokój. Ponadto wskaźniki depresji, lęku i innych objawów psychologicznych są znacznie podwyższone u osób, które przeżyły TBI, na podstawie badań obejmujących duże grupy pacjentów. W wyniku tej złożoności i nakładania się objawów między TBI, PTSD i depresją, jasne rozpoznanie TBI może być trudne, co może prowadzić do źle ukierunkowanych działań terapeutycznych i utrudniać możliwość dokładnej oceny odpowiedzi na leczenie.

Wiele opublikowanych badań naukowych potwierdziło mechanizmy lecznicze NIR, które mogą być dostarczane za pomocą diod elektroluminescencyjnych (LED). Fototerapia NIR była szeroko stosowana do gojenia się ran tkanek miękkich, poprawiania krążenia, leczenia bólu i określonych schorzeń, takich jak porost włosów i zespół cieśni nadgarstka.

Mechanizm działania, który ma zasadnicze znaczenie dla leczniczego działania NIR, polega na zwiększeniu krążenia krwi poprzez uwalnianie tlenku azotu z krwinek czerwonych. Miejscowy wzrost poziomu tlenku azotu zwiększa przepływ krwi przez tętnice, żyły i przewody limfatyczne. Zwiększony powrót przepływu z leczonych miejsc pomaga zmniejszyć kwasicę wewnątrzkomórkową, która może zmienić potencjał(y) błony mitochondrialnej. Hipoteza ta utrzymuje, że gdy przepływ krwi jest odpowiedni, dostarcza komórkom wystarczającą ilość tlenu i glukozy do wytwarzania trifosforanu adenozyny (ATP) przez mitochondria. Jednak nawet niewielki spadek regionalnego lub globalnego przepływu krwi w mózgu, taki jak obserwowany w TBI, ograniczy ilość glukozy i tlenu dostarczanych do neuronów. Przywrócenie poziomów przepływu krwi w uszkodzonych obszarach mózgu przywraca w ten sposób niezbędne poziomy glukozy i tlenu wymagane do wytwarzania ATP i prawidłowego funkcjonowania neuronów.

Ponadto tlenek azotu stymuluje angiogenezę, a zwiększona liczba naczyń włosowatych pomoże zwiększyć przepływ krwi (oraz tlenu i glukozy) w uszkodzonych obszarach mózgu, w których przepływ krwi był poniżej normy. Efekt ten przyczynia się do poprawy funkcji mitochondriów. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii w 1998 roku otrzymali Furchgott, Ignarroand i Murad za odkrycie, że tlenek azotu działa jako cząsteczka sygnałowa i aktywuje enzym, cyklazę guanylową (GC), która jest niezbędna do późniejszego rozszerzenia naczyń.

Wreszcie tlenek azotu jest skutecznym środkiem przeciwbólowym; wydaje się, że zmniejsza ból albo poprzez odwrócenie miejscowego niedokrwienia, albo bezpośrednio w sposób podobny do przeciwbólowego działania morfiny. W tym drugim przypadku tlenek azotu pomaga regulować potencjał błonowy poprzez zmiany w aktywności kanału potasowego zależnego od ATP. W tym efekcie może pośredniczyć aktywowany GC, a następnie fosforylacja kanału potasowego.

Ze względu na zdolność do nieinwazyjnej penetracji czaszki, NIR jest bezpiecznie stosowany od późnych lat 70. XX wieku do określania mózgowego przepływu krwi i poziomu tlenu u dorosłych z uszkodzeniem mózgu, pacjentów po udarze mózgu oraz pacjentów pediatrycznych. Ponadto wykazano, że przezczaszkowa NIR zwiększa perfuzję korową i wiąże się z poprawą kliniczną u ludzi z urazowym uszkodzeniem mózgu, chorobą neurodegeneracyjną i depresją. Urządzenie NIR używane w tym badaniu zostało dopuszczone przez FDA (510K; K101894) do zwiększania krążenia i zmniejszania bólu.