Η παθοφυσιολογία της φλεγμονής και ο ρόλος της στην επιληπτογένεση: μελέτη διακύμανσης κυτταροκινών με χρήση μικροδιύλισης

Abstract

Introduction: The role of neuro-inflammation in epileptogenesis has been the subject of numerous studies. Two directions of assumed influence are usually being studied: the influence of neuro-inflammatory mechanisms on epileptogenesis, and the influence of epileptic seizures on the synthesis of various cytokines. Both have been proved to take place in vitro and in vivo, based on numerous experimental studies, and on several clinical ones. With this study we have tried to investigate possible relations between the two processes, by measuring the concentrations of various cytokines in the brain parenchyma, using the method of intracranial microdialysis. The study was performed on patients with drug-resistant epilepsy, undergone Video-EEG recording by intra-cranial electrodes, for the localization of the epileptic focus. Patients and methods: All patients undergone to intracranial EEG recording from April 2005 to June 2008 were enrolled to the study. Microdialysis catheters were placed in 2-3 locations in each patient. Samples of extracellular fluid were collected every 4 hours. We measured six cytokines: IL-lβ, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12 and TNFa. The method of bead flow cytometry was used for the measurement of the cytokines' concentrations in the collected fluid. Considering the neuro-inflammatory profile of the epileptogenic areas, basic cytokine concentrations were compared among locations with various different characteristics (gliosis, epileptic focus, neocortical or palaiocortical cortex and brain lobe). We have also compared the microtrauma effect among the same locations. The cytokine value curves in the immediate post-ictal period were analyzed, in order to investigate possible post-ictal variations. The curves were also compared considered various location characteristics. Finally, the microtrauma effect was investigated. The variations of the six cytokines after the insertion of the catheters were recorded and analyzed. Results: Twelve patients were enrolled in the study, undergone to a total of 14 recordings. We have collected samples from 27 catheters. The mean duration of sampling was 4.7 days. In total, 308 vials were used for valid cytokine measurements. Considering basic cytokine concentrations, after the recession of the microtrauma effect, IL-1 values were significantly higher in gliotic locations (p<0.001). The microtrauma effect was more intense also in gliotic locations, regarding IL-1 (p=0.004) and TNFa (p=0.029). Considering the neuro-inflammatory sequelae of the epileptic seizures, post-ictal variations of IL-1 were significantly higher in gliotic parenchyma (pcO.001). This difference was mainly attributed to an unusually high variation of IL-1 in two of the undergone to brain surgery at earlier times. A significant raise (p=0.046) of the value of IL-6 during the first post-ictal day was recorded, which was not specifically measured in gliotic locations. A significant concentration raise was recorded after the insertion of the catheter (microtrauma effect), considering IL-1, IL-6, TNFa and IL-8. IL-1 and IL-8 returned to basic levels 48 hours after the insertion. IL-6 presented a significant variation that lasted until the fifth "post-traumatic" day. Finally, TNFa returned immediately to basic levels (6 hours after the catheter placement) and presented a plateau thereafter. Conclusions: In gliotic areas, IL-1 presented higher basic values and a significantly different variation after the catheter insertion. Considering the post-ictal period, IL-1 presented a non-statistically significant raise, although its concentrations varied in significantly higher levels in gliotic parenchyma. The microtrauma causes a significantly higher variation of TNFa values, as well, in gliotic areas. As a conclusion, a vicious circle including epileptogenesis, seizure - induced microtrauma and neuro-inflammation can be assumed to be active, seemingly more intensively in gliotic areas. On the other hand, IL-6 was not proved to present significantly different basic concentrations in gliotic or any other areas. It presented a significant raise in the post-ictal period, which was not specific for gliotic areas. According to these, one can assume that an imbalance between pro-inflammatory and anti-inflammatory mechanisms may be present and play an important role considering epileptogenesis in epileptic foci characterized by gliosis. IL-8 and IL-12 did not present any important variation before or after the seizure. We can assume that acquired immunity and autoimmune processes play a minor, if any, role in the pathogenesis of the studied kind of epilepsy. The same finding considered IL-10, leading to the conclusion that major anti-inflammatory factors as this cytokine are not activated by the whole process. Regarding the microtrauma effect, we have reached to the conclusion that, at least considering IL-6, it might be present even 5 days after the traumatic incident.

Εισαγωγή: Ο ρόλος της νευροφλεγμονής στην επιληπτογένεση αποτελεί αντικείμενο πολλών μελετών. Η σχέση μεταξύ των δύο μελετάται προς δύο κατευθύνσεις: την επίδραση της νευροφλεγμονής στην επιληπτογενέση και την επίδραση της κρίσεις στη σύνθεση διαφόρων κυτταροκινών. Οι παραπάνω επιδράσεις έχουν καταδειχθεί in vivo και in vitro. Με την παρούσα μελέτη προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε πιθανές συσχετίσεις μέσω της μέτρησης ορισμένων κυτταροκινών στο εγκεφαλικό παρέγχυμα με τη μέθοδο της μικροδιύλισης. Η μελέτη διενεργήθηκε σε ασθενείς με φαρμακοανθεκτική επιληψία που υποβλήθηκαν σε Video-ΗΕΓ με ενδοκράνια ηλεκτρόδια για την εντόπιση της επιληπτογόνου Εστίας. Ασθενείς - μέθοδοι: Όλοι οι ασθενείς που υποβλήθηκαν σε επεμβατικό Video-ΗΕΓ από τον Απρίλιο 2005 ως τον Ιούνιο 2008 συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Καθετήρες μικροδιύλισης τοποθετήθηκαν σε 2-3 σημεία σε κάθε ασθενή. Δείγματα εξωκυττάριου υγρού λαμβάνονταν κάθε 4 ώρες. Μετρήθηκαν 6 κυτταροκίνες IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12 και TNFa. Οι συγκεντρώσεις μετρήθηκαν με τη μέθοδο της κυτταρομετρίας ροής. Αναφορικά με το νευροφλεγμονώδες προφίλ της επιληπτογόνου εστίας οι βασικές συγκεντρώσεις κυτταροκινών συγκρίθηκαν μεταξύ περιοχών με διαφορετικά χαρακτηριστικά (γλοίωση, επιληπτογένεια, νεοφλοιώδης ή παλαιοφλοιώδης προέλευση). Συγκρίναμε επίσης και το φαινόμενο του μικροτραύματος μεταξύ αυτών των περιοχών. Οι καμπύλες συγκέντρωσης των κυτταροκινών στην άμεση μετακριτική περίοδο αναλύθηκαν με σκοπό τη διερεύνηση πιθανών μετακριτικών διακυμάνσεων. Οι καμπύλες αυτές επίσης συγκρίθηκαν μεταξύ περιοχών με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Τέλος, μελετήσαμε το φαινόμενο του μικροτραύματος αναλύοντας τις διακυμάνσεις των κυτταροκινών μετά την εμφύτευση των μικροκαθετήρων. Αποτελέσματα: Δώδεκα ασθενείς συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη, που συνολικά υποβλήθηκαν σε 14 καταγραφές. Συλλέξαμε 308 φιαλίδια από 27 καθετήρες. Η μέση διάρκεια συλλογής ήταν 4.7 ημέρες. Σχετικά με τις βασικές συγκεντρώσεις μετά την υποχώρηση του φαινομένου του μικροτραύματος η IL-1 ήταν σημαντικά υψηλότερη στις γλοιωτικές περιοχές (p<0.001). Η επίδραση του μικροτραύματος ήταν επίσης σημαντικότερη στις γλοιωτικές περιοχές αναφορικά με την IL-1 (p=0.004) και τον TNFa (p=0.029). Σχετικά με τα νευροφλεγμονώδη επακόλουθα της επιληπτικής κρίσης, οι μετακριτικές διακυμάνσεις της IL-1 ήταν υψηλότερες στις γλοιωτικές περιοχές (p<0.001). Αυτή η διαφορά αποδίδεται κυρίως στις ασυνήθιστα υψηλές διακυμάνσεις της στον εγκέφαλο ασθενών που έχουν ήδη χειρουργηθεί στο παρελθόν. Η IL-6 παρουσίασε σημαντική αύξηση το πρώτο 24ωρο μετά την κρίση χωρίς ειδικότητα για τις γλοιωτικές περιοχές. Σημαντική αύξηση των IL-1, IL-6, IL-8 και TNFa καταγράφηκε μετά την εμφύτευση των καθετήρων. Η IL-1 και η IL-8 επέστρεψαν σε βασικά επίπεδα 48 ώρες μετά την εμφύτευση. Η IL-6 σημείωσε σημαντική διακύμανση ως και την 5η ήμερα μετά την εμφύτευση. Ο TNFa επιστρέφει σε βασικά επίπεδα 6 ώρες μετά την εμφύτευση. Συμπεράσματα: Στις γλοιωτικές περιοχές η IL-1 παρουσιάζει αυξημένες βασικές τιμές και σημαντικά διαφορετική αντίδραση στο μικρο-τραύμα. Στη μετακριτική περίοδο, παρουσιάζει μη στατιστικά σημαντική αύξηση άλλα διακυμαίνεται σε υψηλότερες τιμές στις γλοιωτικές περιοχές. Το μικροτραύμα προκαλεί επίσης σημαντικά διαφορετική απάντηση του TNFa στις γλοιωτικές περιοχές. Συμπερασματικά ένας φαύλος κύκλος που αφορά τις προφλεγμονώδεις κυτταροκίνες φαίνεται να λαμβάνει χώρα στις γλοιωτικές περιοχές. Η συγκέντρωση της IL-6 και η απάντησή της στο μικροτραύμα δεν παρουσιάζουν αντίστοιχες διαφορές. Παρουσιάζει επίσης μια μη ειδική αύξηση μετά την κρίση. Με βάση τα παραπάνω θα μπορούσε να υποτεθεί ότι υπάρχει μια ανισορροπία μεταξύ προφλεγμονωδών και αντιφλεγμονωδών μηχανισμών, η οποία πιθανόν διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στις γλοιωτικές επιληπτογόνους περιοχές. Η IL-8 και η IL-12 δεν παρουσίασαν σημαντικές διαφορές στη διακύμανση πριν ή μετά τις κρίσεις. Συμπεραίνεται ότι οι μηχανισμοί της φυσικής και της επίκτητης ανοσίας δε διαδραματίζουν μείζονα ρόλο στην επιληπτογένεση. Παρόμοιο εύρημα αναφορικά με την IL-10 οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο ισχυρός αντιφλεγμονώδης μηχανισμός που συνδέεται με αυτήν δεν ενεργοποιείται. Τέλος, αναφορικά με το μικροτραύμα φτάσαμε στο συμπέρασμα ότι, τουλάχιστον σχετικά με την IL-6, παρουσιάζει επιδράσεις που διαρκούν ως και 5 ήμερες.