Revizuirea istorică
Constatările de anomalii axonale induse de traumatisme în majoritatea modelelor experimentale de traumatisme craniene, fără întreruperea mielinei sau deteriorarea sinceră a proceselor neuronale sau gliale adiacente, nu au furnizat dovezi pentru ruperea sau forfecarea directă a axonilor după un traumatism.910 Acest lucru a fost susținut de studiile de fractură prin congelare, efectuate în fazele timpurii ale leziunii axonale, care nu au reușit să demonstreze nici întreruperea imediată a mielinei internodale, nici pierderea timpurie a joncțiunilor glial-axonale, sugerând că învelișul de mielină în sine nu este deteriorat imediat de forțele leziunii.23 În acest stadiu, ambele grupuri de mai sus au postulat că forțele leziunii traumatice acționează mai întâi asupra axolemei sau axoplasmei, cruțând în același timp învelișul de mielină. În cadrul acestei ipoteze, forțele mecanice ale leziunii ar putea întinde sau leza axolema până la limitele sale biomecanice, moment în care homeostazia ionică ar eșua și ar iniția o schimbare axonală reactivă.
Cu toate acestea, într-o serie de investigații ulterioare asupra țesutului cerebral atât de la oameni1222 cât și de la animale2124 , Povlishock și colegii săi au furnizat date pentru a susține un rol inițiator al citoscheletului intraaxonal. Studiile lor au dezvăluit o secvență complexă de evenimente intraaxiale care au progresat până la schimbarea axonală reactivă. În mod specific, folosind anticorpi direcționați către componenta neurofilament a citoscheletului, aceștia au constatat că a existat o acumulare focală a subunității de 68 kDa (NF-L) în decurs de o oră de la leziune, iar această creștere a fost dramatică după două ore. Odată cu creșterea timpului, neurofilamentele au devenit dezorganizate și dezaliniate în raport cu axa longitudinală a axonului. Nu a fost detectată nicio pierdere sau dizolvare a neurofilamentelor. Prin urmare, aceste date nu au fost în concordanță cu o degradare a citoscheletului mediată de o protează neutră. În schimb, creșterea subunității de neurofilament de 68kDa a sprijinit posibilitatea unei reorganizări induse de traumatisme a rezervei de neurofilamente. În plus, în această serie de experimente nu a fost detectată nicio dovadă ultrastructurală de întrerupere directă a axolemiei. S-a constatat o îndoire și o distensie a axolemmei, care a fost atribuită modificării axonale reactive în curs de desfășurare. Aceste constatări au sugerat că un efect mecanic direct asupra citoscheletului cilindrului axonal a fost evenimentul central în inițierea patogenezei leziunilor axonale.
Alte abordări au sugerat că axolema a fost implicată în inițierea modificărilor axonale reactive. Maxwell și colab. au folosit un model de tracțiune nervoasă pentru a analiza modificările morfologice din cadrul axonilor deteriorați.18 Acești autori au furnizat dovezi că locurile inițiale de deteriorare, după o leziune prin întindere nedistructivă, sunt nodurile lui Ranvier, unele dintre acestea dezvoltând „sângerări nodale”. Aceste sângerări sunt proeminențe ale axoplasmei limitate la axolemă în spațiul perinodal și sunt cele mai numeroase în primele 15 minute de la rănire, dar mai puțin numeroase la intervale mai târzii.Dezvoltarea sângerărilor nodale a fost corelată cu pierderea acoperirii dense a axolemei. În axonii lezați care prezintă sângerări nodale, neurofilamentele erau dezorganizate, deviate de la axa longitudinală a axonului și se extindeau în sângerări. În schimb, microtubulii și-au păstrat dispunerea longitudinală și nu au deviat în bleb. Analiza cantitativă a acestui material a arătat că a existat o pierdere semnificativă a microtubulilor și o spațiere mai mare a neurofilamentelor în axoplasma nodurilor cu blebs nodale asociate. Această pierdere de microtubuli ar putea întrerupe transportul axoplasmatic rapid, ceea ce ar putea duce la acumularea focală de organite membranoase în regiunile paranodale adiacente ale axonului pentru a forma umflături axonale. În plus, acești cercetători au furnizat primele dovezi citochimice care să susțină ideea afluxului de calciu în fibrele nervoase mielinizate lezate prin întindere.25 Utilizarea tehnicii oxalat-piroantimonat pentru localizarea calciului a arătat un conținut crescut de precipitat de piroantimonat în sângerările nodale la 15 minute după leziunea prin întindere. Acest lucru a fost corelat cu o reducere a marcării activității pompei de membrană Ca2+ATPază pe axolema nodală.26 Nodul Ranvier este regiunea specializată a axolemei în care sunt localizate grupuri de canale Na+, pompe de calciu acționate de ATPază și un schimbător Na+/Ca2+.2027 Prin urmare, pierderea activității pompei de membrană în axolema nodală ar putea oferi un mecanism pentru influxul de calciu liber în nodurile Ranvier după o leziune traumatică. Aceste dovezi susțin ipoteza că forțele leziunilor traumatice au ca rezultat o pertubație focală a axolemei cu influxul de calciu liber rezultat, capabil să activeze o subpopulație de proteaze neutre.25
Investigațiile biofizice au folosit tehnici noi pentru a analiza axolema în condiții experimentale analage cu leziunile axonale. După o leziune ușoară prin întindere are loc o serie de constricții și expansiuni în fibrele nervului sciatic de la șobolanul adult. Această modificare a formei este cunoscută sub numele de „beading”.28-30 Transformarea formei esențial cilindrice a fibrei nervoase normale în fibră nervoasă beading se produce rapid, în decurs de 10 până la 20 de secunde de la inițierea întinderii. Datele experimentale inițiale au sugerat că formarea fagurelui este provocată de un mecanism legat de axolemă, de citoschelet sau de ambele. În acest model, proteina transmembranară β1-integrin se leagă atât de matricea extracelulară, cât și de citoschelet.14 Tensiunea exercitată asupra matricei extracelulare este semnalată prin intermediul β1-integrinului către citoschelet, ceea ce duce la modificarea integrității și aranjamentului spațial al acestuia. Cu toate acestea, un studiu recent a indicat faptul că brăzdarul nu necesită un citoschelet interconectat și a concluzionat că axolema este locul de inițiere sau locul de constricție a brăzdarului.31 Este demn de speculat faptul că brăzdarul poate face parte din procesul biologic care este descris ca schimbare axonală reactivă în literatura de specialitate legată de leziunea axonală indusă de traumatisme.
În ultimii patru ani s-a stabilit implicarea axolemmei în patogeneza leziunii axonale. Maxwell și colab. au arătat că leziunea cerebrală traumatică severă cauzată de accelerarea laterală a fost capabilă să rupă direct axolema la primatele neumane.32 Acest studiu a fost primul care a furnizat dovezi ultrastructurale care au susținut conceptul de forfecare axonală în leziunile traumatice ale creierului. Pierderea integrității axolemei a fost asociată cu dizolvarea rapidă a citoscheletului axonal. În axonii care prezentau rupere sau fragmentare axolemală, organizarea filamentoasă a citoscheletului a fost înlocuită de un precipitat flocos, ceea ce corespunde unei disoluții rapide a proteinelor citoscheletale subiacente. Aceste modificări au fost detectate la câteva minute de la leziune, dar au apărut numai într-o subpopulație de axoni de calibru fin, cu mielinizare subțire, după o leziune gravă. Aceste modificări morfologice au reprezentat un răspuns acut al axonilor la leziune și au fost denumite „axotomie primară” – definită ca apărând în câteva minute de la leziune, spre deosebire de axotomia secundară întârziată, care se dezvoltă pe o perioadă de câteva ore. În cadrul aceluiași material experimental, nu a existat nicio dovadă de întrerupere a axolemmei la o oră după leziune. Acest lucru sugerează că membrana axonală ruptă se resigilează în decurs de o oră de la leziune.
După această publicație, Povlishock și colegii și-au reconsiderat ipoteza centrală, care nu includea un rol al axolemmei în inițierea leziunii axonale induse prin traume. La reflecție, aceștia au sugerat că ruperea directă a axolemei poate reprezenta capătul cel mai sever al unei game de întreruperi axolemale.33 Acesta a fost un punct de cotitură major, în condițiile în care, timp de mulți ani, acest grup de cercetare a susținut că nu existau dovezi de alterări directe ale axolemei după leziune în niciuna dintre numeroasele paradigme pe care le investigaseră. Mai mult decât atât, ei susținuseră că patobiologia leziunii axonale induse de traumatisme a rezultat din afectarea directă a transportului axoplasmatic datorită forțelor de leziune care perturbă direct citoscheletul axonal.71221
Într-o serie de experimente menite să investigheze această problemă, Povlishock și colegii săi au folosit trasorul extracelular, peroxidaza de hrean (HRP), pentru a determina dacă alterările directe ale axolemei erau detectabile în leziunile cerebrale traumatice de severitate ușoară și moderată.3334 Această abordare nouă s-a bazat pe principiul că trasorii macromoleculari, cum ar fi HRP, sunt în mod normal excluși din axoplasmă de o axolemă intactă. Prin urmare, detectarea activității peroxidazei intra-axonale ar constitui o dovadă a rupturii axolemale. În plus, locul de activitate a peroxidazei ar delimita locul inițial de pertubare axonală, permițând o înțelegere a factorilor inițiatori implicați în patogeneza axotomiei secundare. Constatările lor au arătat că patobiologia leziunii axonale induse traumatic a fost un proces eterogen și complex care implică o patologie de inițiere multiplă și variată.
În special severitatea leziunii traumatice a determinat evenimentele ulterioare în axolemma și în citoschelet, ceea ce a dus la un răspuns diferențiat la insultă. În mod specific, după o leziune moderată, au fost detectate pertubări directe ale axolemei reflectate în alterarea permeabilității acesteia la macromolecule.33-35 Acest lucru a fost asociat cu o compactare locală rapidă a neurofilamentelor axonale, după cum reiese dintr-o scădere a distanței interfilamentare. Cu toate acestea, după leziuni cerebrale traumatice ușoare, nu au fost detectate dovezi de alterări ale axolemei și s-a constatat un set diferit de anomalii ale citoscheletului, cu dezaliniere și umflături axonale. Un răspuns diferențiat la leziune a fost descris anterior într-un model de leziune axonală cu încărcare prin compresie.36 Cu o sarcină de tracțiune redusă, axonii au prezentat o dezorganizare axoplasmatică independentă de orice modificare a integrității axolemale, în deplină concordanță cu acele modificări descrise în cazul leziunilor cerebrale traumatice ușoare. Cu leziuni mai severe, aceiași axoni au dezvăluit modificări axolemale care s-au corelat cu o insuficiență axoplasmatică dramatică. Studii ulterioare au extins aceste constatări, demonstrând că aceste modificări ale axolemmei și ale citoscheletului nu sunt specifice nici modelului3435 și nici speciei.37 Mai mult, după demonstrarea modificărilor induse de traumatism în permeabilitatea axolemmei, studiile au sugerat că calciul poate fi implicat în inițierea evenimentelor citoscheletale. Această aparentă contradicție cu opiniile anterioare a provenit din faptul că au postulat că calciul acționează prin mecanisme neidentificate anterior. În loc să activeze enzimele proteolitice, calciul poate acționa mai puțin dramatic pentru a modifica brațele laterale ale neurofilamentelor, determinând colapsul neurofilamentelor, ceea ce duce la creșterea densității de împachetare a acestora. Se poate concepe că aceste brațe laterale de neurofilamente ar putea fi fie scindate prin procese mediate de calciu, fie desfoforilate prin acțiunea kinazelor și fosfatazelor, pentru a avea ca rezultat modificarea spațierii tridimensionale a neurofilamentelor.1
În concluzie, controversa legată de rolul axolemmei în patologia leziunilor axonale induse de traumatisme a fost rezolvată într-o oarecare măsură. În prezent se convine că întreruperea axolemei este evenimentul inițial în anumite forme de leziuni traumatice. Cu toate acestea, se consideră acum că baza mecanică a axotomiei secundare este din ce în ce mai complexă, cu alterări ale citoscheletului axonal demonstrate în formele mai severe de leziuni cerebrale traumatice.
.