CC BY
86
Плисов И.Л., Баталова О.М.
Новосибирский филиал ФГУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова
Росмедтехнологии», г. Новосибирск
БУПИВАКАИН - НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ЛЕЧЕНИЕ ГЛАЗОДВИГАТЕЛЬНОЙ ПАТОЛОГИИ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В настоящее время известно, что после инъекций Бупивакаина в скелетные или глазодвигательные мышцы животных и человека последовательно возникает миотоксический эффект, дегенерация, регенерация и гипертрофия мышечных волокон, без повреждающего действия на другие структуры: базальную мембрану, сателлитные клетки, продуцирующие мышечные волокна, и рядом расположенные нервные окончания и сосуды. Эта индуцированная гипертрофия может быть использована для лечения косоглазия.
Актуальность
Статья Scott A.B. с соавторами [28] и его выступление на 31 Конгрессе Европейской Страбизмологической Ассоциации (20-23 мая 2007, Миконос, Греция) [27] о применении инъекций Бупивакаина в экстраокулярные мышцы при лечении косоглазия вызвали определенный резонанс среди офтальмологов, занимающихся патологией глазодвигательной системы. Автор сделал доклад о первых результатах экспериментального исследования эффективности использования миоток-сичности местных анестетиков при коррекции косоглазия. Настоящая работа является обобщением результатов большого количества экспериментальных исследований, проведенных на лабораторных животных.
Цель
Обобщить результаты исследований мио-токсического эффекта Бупивакаина и вторичных изменений, возникающих под его воздействием в скелетных и глазодвигательных мышцах лабораторных животных и человека.
1. В связи с чем возникла идея о проведении исследований влияния местных анестетиков на изменение морфологии и физиологии экстраокулярных мышц
После проведения хирургического лечения катаракты у части пациентов возникает транзиторная или персистирующая вертикальная диплопия (в 0,25% случаев), которую офтальмологи связывают с ретробульбарной (в 0,39% случаев) или перибульбарной (в 0,98% случаев) анестезией. Этих осложнений не отмечалось после проведения местной капельной или общей анестезии [10]. Поэтому
возникла гипотеза о том, что диплопия в 50% случаев вызвана повреждающим воздействием на нижнюю прямую мышцу либо непосредственно травмированием иглой при проведении инъекций или миотоксичностью введенного анестетика [13].
2. Патомеханизм миотоксичности
Применение местных анестетиков может привести к повреждению скелетных мышц и даже к мионекрозу [4, 9]. Все клинически используемые местные анестезирующие средства являются миотоксичными с определенной для каждого препарата и зависимой от дозы степенью токсичности, которая усиливается при многократном или длительном применении [15]. Бупивакаин приводит к наиболее серьезным мышечным повреждениям [5, 9].
Из-за своей липофильности Бипувикаин быстро накапливается в цитоплазме, вызывает чрезмерный поток Ca2+ из саркоплаз-матического ретикулума (СР) после его введения, что приводит к увеличению уровня внутриклеточного Ca2+ в мышечных волокнах, и одновременно препятствует проникновению Ca2+ в СР, возможно эти синергес-тические эффекты могут быть важным элементом в развитии миотоксичности [7, 19, 30]. Известно, что увеличение внутриклеточного кальция может активизировать клеточные протеазы [17], однако, дегенерация скелетных мышц кальций-активированными протеазами не завершается in vitro. Эти про-теазы растворяют некоторые клеточные про-теазы и вызывают дегенерацию миофиламен-тов, удаляя Z-линии, но фермент никогда полностью не растворяет структурные про-теазы in vitro. Поэтому Бупивакаин-индуци-
рованный выход кальция не может полностью объяснить дегенеративные процессы [2, 18]. Бупивакаин вызывает апоптоз в отдельных скелетных мышечных волокнах in vivo, этот механизм клеточной гибели также играет роль в высоком уровне миотоксичнос-ти препарата [6, 16, 24].
3. Объект исследований
Исследования по влиянию Бупивакаина
проводились на различных лабораторных животных: крысах (Musculus soleus, Extensor digitorum longus) [25], кроликах (глазодвигательные мышцы) [23] и макаках (Abductor pollicis brevis).
Scott A.B. доложил об инъекциях Бупивакаина в экстраокулярные мышцы (ЭОМ) 5 пациентам с косоглазием. У всех пациентов был небольшой угол интропии и наступило уменьшение девиации на 1-5°. Случаи незначительного уменьшения угла косоглазия (на 1-2°) автор объясняет у одного пациента тем, что возникшее большое кровотечение могло вытеснить препарат из мышцы, а во втором случае - малым количеством введенного препарата (1 мл) и локализацией инъекции в передней трети мышцы [27, 28].
4. Дозировка препарата
В литературе представлены различные данные о дозировках используемого препарата: экстраокулярные мышцы кролика - 0,4 мг в 0,3 мл [23]. Musculus soleus, Extensor digitorum longus крыс - 0,2-1 мл 0,5% раствора [18, 25]. Abductor pollicis brevis макак -0,75% раствор [5, 20].
Экспериментальным путем, под контролем электромиографа и подтверждения ее локализации с помощью МРТ-исследования, установлено, что оптимальным местом для введения препарата является дистальная треть экстраокулярной мышцы (инъекция в переднюю треть мышцы дала менее выраженный эффект) [28].
В представленных исследованиях использовались различные объемы препарата (от 1 до 4,5 мл). Наименьший объем лекарственного средства (1 мл) недостаточно для инициации хорошего эффекта, так как препарат не способен к диффузии, а для миоток-сического эффекта он должен контактировать с большим количеством мышечных во-
локон. Наибольший объем (4,5 мл) приводит к хорошему результату, но инъекцию было тяжело выполнить технически.
В работах использовались концентрации Бупивакаина от 0,75% до 3%. Инъекция 3%-ного раствора препарата не приводили к выраженному эффекту и в настоящее время используется 1,5%-ный раствор в объеме 3 мл. Однако автор указывает на то, что пока не подобран оптимум соотношения концентрации и количества Бупивакаина для наилучшего эффекта и технической простоты выполнения инъекции [27, 28].
5. Ультраструктурные изменения.
На 1 -й день после выполнения инъекции Бупивакаина одноядерные воспалительные клетки вторгаются в некротизированную саркоплазму и происходят дегенеративные морфологические изменения, такие, как гиперсок-ращенные волокна, расширенный саркоплаз-матический ретикулум, дефекты плазматических мембран, митохондриальные изменения и разрывы миофибрилл [25]. Очевидно, нели-зосомальная протеаза, активизированная кальцием, начинает миофибриллярную дезорганизацию, удаляя Z-линии [17].
На 2-й день наблюдаются различные по форме пролиферирующие миобласты. Разрушается до 86% волокон [26],однако, нервные окончания, сосуды, базальная мембрана и сателлитные клетки остаются сохранными, что имеет большое значение для регенерации мышечных волокон [11].
На 3-й день происходит соединение (слияние) миобластов [25].
На 5-й день формируются миотубы с множеством центрально расположенных ядер и аутосомных ядрышек, формирование которых продолжается в течение второй недели. Сателлитные клетки появляются рядом со зрелыми миотубами [25].
Клинически у пациентов эти изменения выражаются в парезе инъецированной мышцы и увеличении угла девиации, начало регресса отмечается на 7-й день [27, 28].
На 21-й день достигается полное восстановление архитектуры волокон [25].
Однако после достижения полной регенерации в мышцах происходят процессы, приводящие к их гипертрофии. Эти изменения продолжаются до 60-го дня после инъекции и ос-
таются стабильными, как минимум, в течение последующих 120 дней. Отмечено увеличение относительной массы миофибрилл в гипертрофированных мышечных волокнах на 63% вследствие увеличения как размера миофиб-рилл, так и их количества в одном волокне. Однако методика проведения подсчета самих регенерированных мышечных волокон не является прямой и не захватывает всего среза исследуемой мышцы. Вывод о неизменном количестве Бупивакаин-инъецированных мышечных волокон в сравнении с их количеством в контрольной мышце делается на основании их идентичной правильной полигональной форме на срезе. Нет объективной уверенности в том, что признаки гиперплазии не были пропущены в результате особенностей проведения гистологического исследования [26].
В своей статье Scott A.B. отметил, что на 33-й день после инъекции при МРТ-исследо-вании выявлено увеличение площади поперечного среза инъецированной мышцы на 58% [27, 28]. По его данным, эффект является функционально положительным, максимальная продолжительность мышечной гипертрофии в его экспериментальном исследовании на пациентах достигает 342-х дней, а в случаях возникновения косоглазия после катаракталь-ной хирургии, девиация длится годами.
Scott A.B. выделил три механических фактора постмиотоксической гипертрофии: гиперфункция в поле действия мышцы как результат увеличения силы, увеличение эластичного сопротивления как результат добавленных параллельных волокон, укорочение мышцы. Указанное приводит к изменению положения глаз [28].
6. Сателлитные клетки и их роль в функционировании экстраокулярных мышц и постинъекционной гипертрофии
Участие сателлитных клеток (миоблас-тов) в функционировании мышц глаза и сигналы, которые контролируют их активацию, в настоящее время представляют область повышенного научного интереса [28]. Гиперфункция ЭОМ, клинически сопровождающаяся косоглазием, в некоторых случаях может быть объяснена гипертрофией или гиперплазией мышечных волокон [1]. Поперечнополосатые мышцы у взрослых являются по-
стмитотическими. Однако популяция поли-потенциальных одноядерных клеток, расположенных между сарколеммой и базальной мембраной мышечных волокон, отвечают за мышечное восстановление и регенерацию [21]. В спокойном состоянии сателлитные клетки в норме находятся в покое и начинают активизироваться, когда мышца нуждается в регенерации, развитии или тренировке [14]. Тем не менее, в нормально функционирующих ЭОМ взрослых людей имеется маленький процент активированных сател-литных клеток [22], позитивных для миоген-ных линейно-позитивных маркеров и MyoD, отражающих наличие активированных са-теллитных клеток и миобластов, но не покоящихся сателлитных клеток, миотубов или созревающих мышечных волокон [29]. Кроме того, в ЭОМ происходит непрерывный процесс мионуклеарной репликации к непораженным мышечным волокнам. Миогенин является другим регуляторным фактором, который регистрируется в случае активации сателлитных клеток в скелетной мускулатуре и экстраокулярных мышцах [12, 22].
Есть целый ряд факторов, которые инициируют ремоделирование мышечных волокон в скелетной мускулатуре взрослых. Среди них гипертрофия, индуцированная удалением синергиста, низкочастотная стимуляция и эксцентричные упражнения. Эти манипуляции приводят к активации сателлитных клеток и пролиферации, которые по очереди ответственны за мышечное восстановление и регенерацию. Облучение элиминирует сателлитные клетки из этих мышц, предотвращая их компенсаторную гипертрофию [20].
Непрерывный миогенез в неповрежденных экстраокулярных мышцах взрослых также допустим и подтвержден в исследованиях, проводимых для изучения функций сател-литных и апоптозных клеток, в том числе человеческих [8].
Функциональное восстановление денер-вированных в течение длительного периода мышц крыс достоверно повышается после миотоксической дегенерации их волокон инъекцией Бупивакаина. За дегенерацией волокон следует массивная регенерация. Полученные данные могут быть использова-
ны в клиническом лечении денервированных мышц [3].
В опытах на лабораторных животных отмечен локальный миотоксический эффект Бупивакаина только в месте выполнения инъекции в отличие, например, от диффузных изменений после инъекции ricin mAb 35. Локальность гипертрофии подтверждается и при МРТ-исследованиях Бупивакаин-инъе-цированных ЭОМ человека. [23, 27, 28].
Обсуждение
Проведенный анализ литературных данных не оставляет сомнения в возможности индуцирования вторичной гипертрофии в поперечно-полосатой мускулатуре инъекциями Бупивакаина, однако, отсутствует информация о том, насколько эти изменения приводят к улучшению функции мышц.
Подавляющее большинство представленных в литературе данных получено в исследованиях, проведенных на интактных, нормально функционирующих мышцах, однако, в случае практического применения постмиотоксичной гипертрофии для лечения косоглазия инъекции будут выполняться в экстраокулярные мышцы с вторично гипот-рофическими изменениями.
Определенные вопросы о возможности использования препарата в практической деятельности врача-офтальмолога возника-
ют из-за отсутствия информации о возникновении ограничений движений глаз и косоглазия у лабораторных животных в разные постинъекционные периоды после введения препарата в экстраокулярные мышцы, кроме того, отсутствуют данные, способные достоверно подтвердить или исключить кросс-секторальную гиперплазию мышечных волокон или гиперплазию сакромер по типу «конец в конец».
Представляются высоко актуальными и вопросы, поставленные самим Scott A.B. относительно проводимого исследования, такие, как объем инъекции более 2 мл, его концентрация, место введения в ЭОМ (передняя, задняя часть; глазничная, орбитальная порция), необходимость проведения ЭМГ-кон-троля при выполнении процедуры), стабильность индуцированной гипертрофии, возможность проведении реинъекции, инъекции детям в леватор при птозах верхнего века, эффективность при парезах экстраокулярных мышц и ряд других [28].
Заключение
Таким образом, нам представляется перспективным проведение дальнейших исследований, направленных на изучение как механизмов действия Бупивакаина, так и клинической его эффективности, применительно к лечению глазодвигательной патологии.
Список использованной литературы:
1. Antunes-Foschini R.M., Ramalho F.S., Ramalho L.N. et al. Increased frequency of activated satellite cells in overacting inferior oblique muscles from humans // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2006. - Vol. 47. - P. 3360-3365.
2. Benoit P. W., Yagiela J. A. and Fort N. F. Pharmacologic correlation between local anesthetic-induced myotoxicity and disturbance of cellular calcium distribution // Toxicol. appl. Pharmac. - 1980. - Vol. 52. - P. 187-198.
3. Billington L. and Carlson B.M. The recovery of long-term denervated rat muscles after Marcaine treatment and grafting // J. Neurol. Sci. - 1996. - Vol. 144. - P. 147-155.
4. Brun A. Effect of procaine, carbocaine and xylocaine on cutaneous muscle in rabbits and mice // Acta Anaesthesiol. Scand. -1959. - Vol. 3. - P. 59-73.
5. Carlson B.M., Shepard B. and Komorowski T.E. A histological study of local anesthetic-induced muscle degeneration and regeneration in the monkey // J. Orthop. Res. - 1990. - Vol. 8. -P. 485-494.
6. Christiansen S.P. and McLoon L.K. The effect of resection on satellite cell activity in rabbit extraocular muscle // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2006. - Vol. 47. -P. 603-613.
7. Duchen M.R. Mitochondria and calcium: from cell signalling to cell death // J. Physiol. - 2000. - Vol. 529. - P. 57-68.
8. Fischer M.D. et al. Definition of the unique human extraocular muscle allotype by expression profiling // Physiological Genomics. - 2005. - Vol. 22. - P. 283-291.
9. Foster A.H. and Carlson B.M. Myotoxicity of local anesthetics and regeneration of the damaged muscle fibers // Anesth. Analg. -1980. - Vol. 59. - P. 727-736.
10. GoAmez-Arnau J.I. et al. Diplopia after cataract surgery // Br. J. Anaesth. - 2003. - Vol. 90. - Vol. 2. - P. 189-192.
11. Grounds M.D. Towards understanding skeletal muscle regeneration // Pathology Research and Practice. - 1991. - Vol. 187.
- P. 1-22.
12. Grounds M.D., Garrett K.L., Lai M.C., Wright W.E. and Beilharz M.W. Identification of skeletal muscle precursor cells in vivo by use of MyoD1 and myogenin probes // Cell Tissue Res. - 1992. - Vol. 267. - P. 99-104.
13. Han S.K., Kim J.H. and Hwang J.M. Persistent diplopia after retrobulbar anesthesia // J. Cataract. Refract. Surg. - 2004. -Vol. 30. - P. 1248-1253.
14. Hawke T.J. and Garry D.J. Myogenic satellite cells: physiology to molecular biology // J. Appl. Physiol. - 2001. - Vol. 91. -P. 534-551.
15. Hogan Q., Dotson R., Erickson S. et al. Local anesthetic myotoxicity: a case and review // Anesthesiology. -1994. - Vol. 80.
- P. 942-947.
16. Irwin W., Fontaine E., Agnolucci L. et al. Bupivacaine myotoxicity is mediated by mitochondria // J. Biol. Chem. - 2002. -Vol. 227. - P. 2221-2227.
17. Ishiura S. Calcium-dependent proteolysis in living cells // Life Sci. - 1981. - Vol. 29. - P.1079-1087.
18. Ishiura S., Nonaka I. and Sgita H. Biochemical aspects of Bupivacaine induced acute muscle degradation // J. Cell Sci. -1986. - Vol. 83. - P. 197-212.
19. Komai H. and Lokuta A.J. Interaction of bupivacaine and tetracaine with the sarcoplasmic reticulum Ca2+ release channel of skeletal and cardiac muscles // Anesthesiology. - 1999. - Vol. 90. - P. 835-843.
20. Komorowski T.E., Shepard B., Okland S. et al. An electron microscopic study of local anesthetic-induced skeletal muscle fiber degeneration and regeneration in the monkey // J. Orthop. Res. - 1990. - Vol. 8. - P. 495-503.
21. Mauro A. Satellite cell of skeletal muscle fibers // J. Biophys. Biochem. Cytol. -1961. - Vol. 9. - P. 493-495.
22. McLoon L.K. and Wirtschafter J. Activated satellite cells in extraocular muscles of normal adult monkeys and humans // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2003. - Vol. 44. - P. 1927-1932.
23. Park C.Y., Park S.E. and Oh S.Y. Acute effect of bupivacaine and ricin mAb 35 on extraocular muscle in the rabbit // Current Eye Research. - 2004. - Vol. 29. - P. 293-301.
24. Petronilli V., Penzo D., Scorrano L. et al. The mitochondrial permeability transition pore, release of cytochrome c and cell death: correlation with the duration of pore openings in situ // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 12030-12034.
25. Politi P.K., Havaki S., Manta P. and Lyritis G. Bupivacaine-induced regeneration of rat soleus muscle: ultrastructural and immunohistochemical aspects // Ultrastructural Pathology. - 2006. - Vol. 30. - P. 461-469.
26. Rosenblatt J. D. and Woods R. I. Hypertrophy of rat extensor digitorum longus muscle injected with bupivacaine. A sequential histochemical immunohistochemical, histological and morphometric study // J. Anal. - 1992. - Vol. 181. - P. 11-27.
27. Scott A.B. Bigger and better eyes muscles with Bupivacaine injection // Meeting of the European Strabismological Association, 31st: Final programme and abstracts. - Mykonos, Greece, 2007. - P. 86.
28. Scott A.B., Alexander D.E. and Miller J.M. Bupivacaine injection of eye muscles to treat strabismus // Br. J. Ophthalmol. -2007. - Vol. 91. - P. 146-148.
29. Smith C.K. 2nd, Janney M.J. and Allen R.E. Temporal expression of myogenic regulatory genes during activation, proliferation, and differentiation of rat skeletal muscle satellite cells // J. Cell Physiol. - 1994. - Vol. 159. - P. 379-385.
30. Takahashi S. Local anesthetic bupivacaine alters function of sarcoplasmic reticulum and sarcolemmal vesicles from rabbit masseter muscle // Pharmacol. Toxicol. - 1994. - Vol. 75. - P. 199-228.
