Perifeerisen kroonisen neuropaattisen kivun biomarkkerit aivo-selkäydinnesteessä
Pyry Vaaja Tutkielma
Lääketieteen koulutusohjelma Itä-Suomen yliopisto
Terveystieteiden tiedekunta
Lääketieteen laitos / Neurokirurgia Kesäkuu 2021
ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO, Terveystieteiden tiedekunta [Tiivistelmä]
Lääketieteen laitos
Lääketieteen koulutusohjelma
VAAJA, PYRY: Kroonisen perifeerisen neuropaattisen kivun biomarkkerit aivo- selkäydinnesteessä
Opinnäytetutkielma, 32 sivua
Ohjaajat: LT Henna-Kaisa Jyrkkänen, professori Ville Leinonen
Kesäkuu 2021________________________________________________________
Avainsanat: kipu, biomarkkeri, neuropaattinen kipu, aivo-selkäydinneste, krooninen Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli kartoittaa aivo-selkäydinnesteen biomarkkereita krooniselle perifeeriselle neuropaattiselle kivulle. Kroonisesta neuropaattisesta kivusta kärsii jopa 1-8% eurooppalaisesta aikuisväestöstä ja se on usein vaikeasti diagnosoitavaa ja hoidettavaa. Kivun määrittely perustuu ensisijaisesti potilaan ilmoittamiin subjektiivisiin arvioihin. Sensitiiviset ja spesifiset biomarkkerit toisivat objektiivisuutta kivun arviointiin ja tehostaisivat diagnostiikkaa sekä hoidon seurantaa ja mahdollistaisivat patologisiin mekanismeihin kohdistuvien täsmälääkkeiden kehittämisen. Katsauksen perusteella moneen neuropaattiseen tilaan liittyy inflammaatio, mutta inflammaation markkerit eivät kuitenkaan ole päteviä markkereita itse neuropaattisen kivun arviointiin. Inflammaation ja kudosvaurion markkereiksi katsauksessa nousivat muun muassa sytokiinit ja kemokiinit IL-8 ja IL-6 sekä kystatiini C. Sytokiinien ja kemokiinien pitoisuudet ovat koholla monissa selkäsairauksissa, mutta pitoisuus ei korreloi potilaan kokemaan kipuun tai hermovaurioon. Sen sijaan hermovauriossa vapautuva glykoproteiini hemopeksiini korreloi välilevytyräpotilailla paitsi tyrän vakavuuden myös kivun ja toiminnanvajeen kanssa. Hemopeksiinin ohella esille nousivat lysofosfolipidit, joiden pitoisuudet olivat kohonneet spinaalistenoosipotilailla paitsi terveisiin kontrolleihin verratessa myös vakavammista kipuoireista kärsiviä lievempioireisiin stenoosipotilaisiin verratessa. Hemopeksiinin ja lysofosfolipidien lisäksi erilaisten aivo-selkäydinnesteen proteiinien isoformien potentiaali neuropaattisen kivun biomarkkereina tunnistettiin. Esimerkiksi kahden alfa- 1-antitrypsiinin isoformin todettiin olevan yhteydessä neuropaattisen potilaan kokemaan kipuun. Jatkotutkimuksessa on keskeistä toistaa edellä mainitut tulokset, jotta kyseisten molekyylien rooli perifeerisen kroonisen neuropaattisen kivun biomarkkereina saadaan vahvistettua ja arvioida niiden soveltuvuus kliiniseen käyttöön.
UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND, Faculty of Health Sciences [Abstract]
School of Medicine Medicine
VAAJA, PYRY: Cerebrospinal fluid biomarkers for chronic peripheral neuropathic pain Thesis, 32 pages
Tutors: Henna-Kaisa Jyrkkänen, MD, PhD, Ville Leinonen, professor
June 2021_________________________________________________________
Keywords: pain, biomarker, neuropathic pain, cerebrospinal fluid, chronic
The aim of this systematic review was to explore cerebrospinal fluid biomarkers for chronic peripheral neuropathic pain. The prevalence of chronic neuropathic pain is approximately 1-8% of adults in Europe and it`s difficult to diagnose and treat. The definition of pain is primarily based on subjective assessments reported by the patient.
Sensitive and specific biomarkers would bring objectivity to pain assessment and optimize both diagnostics and treatment and open window for biologically targeted therapies. Based on the findings of this study, inflammation is present in most neuropathic pain states but it has minor role with assessment of the pain intensity. Cytokines and chemokines, such as IL-8, IL-6 and cystatine c, seem to be primarily biomarkers for inflammation, not pain. Levels of these substances were elevated in many back diseases including disc herniations and spinal stenosis but these didn’t correlate with the pain experience of the patients. On the other hand, hemopexin (a glycoprotein released in nerve damage) correlated not only with the severity of disc herniation but also with severity of pain and disability in disc herniation patients. In addition to hemopexin, lysophospholipids stood out as a biomarkers for neuropathic pain. The high levels of lysophospholipidis correlated with pain intensity in spinal stenosis patients. Also different kinds of isoforms of cerebrospinal fluid proteins were recognized as potential biomarkers for neuropathic pain. For example, two isoforms of alpha-1-antitrypsin were linked to pain in neuropathic pain patients. In future studies, our purpose is to confirm the link between these substances and neuropathic pain and evaluate the suitability as clinical biomarkers for neuropathic pain.
SISÄLTÖ
1 JOHDANTO... 3
1.1 Kivun perusmekanismit ja alalajit ... 3
1.2 Kivun diagnostiikka ... 5
1.3 Kivun biomarkkerit ... 6
2 METODIT ... 10
3 TULOKSET ... 12
4 POHDINTA ... 20
4.1 Inflammaatioon liittyvät biomarkkerit ... 20
4.2 NOx ... 22
4.3 Kipuun liittyvät biomarkkerit ... 23
4.4 Fibromyalgia ... 25
5 YHTEENVETO ... 27
6 LÄHTEET ... 28
1 JOHDANTO
Maailman väestöstä noin 1/5 kärsii kroonisesta kivusta (Tracey ym. 2019). Noin 40%
kaikista terveyskeskuslääkärikäynneistä Suomessa liittyy kipuun (Käypä hoito -suositus 2015). Kivulla tarkoitetaan epämiellyttävää sensorista tai emotionaalista kokemusta, joka liittyy todelliseen tai potentiaaliseen kudosvaurioon tai jota kuvaillaan kudosvaurioon liittyvän tuntemuksen kautta (IASP 2018). Se voidaan jakaa keston mukaan akuuttiin, subakuuttiin (1-3kk) ja krooniseen (yli 3kk) kipuun (Käypä hoito -suositus 2015).
Akuutilla kivulla on keskeinen merkitys eloonjäämisen kannalta, koska se viestii uhkaavasta kudosvauriosta. Kivun ansiosta esimerkiksi käsi osataan vetää pois kuumalta liedeltä ennen kuin syntyy vakavampaa vauriota. Krooninen kipu on akuutista poiketen patologista eikä sillä ole ihmisen kannalta hyödyllisiä ominaisuuksia vaan se tuottaa kokijalleen kärsimystä ja heikentää elämänlaatua (Kipu 2018). Alttiuteen kivulle yliherkistymisessä ja kivun kroonistumiselle liittyy merkittävä geneettinen komponentti (Woolf 2010). Kroonisten kiputilojen lääkintä on hankalaa ja alle puolet potilaista hyötyy kipulääkkeistä (Sisignano ym. 2019).
1.1 Kivun perusmekanismit ja alalajit
Kipu voidaan jaotella nosiseptiseen, viskeraaliseen, neuropaattiseen ja idiopaattiseen kipuun. Nosiseptisen eli kudosvauriokivun voidaan ajatella olevan kivun perustyyppi.
Nosiseptistä kipua tuottaa esimerkiksi nipistäminen, naulaan astuminen tai käden polttaminen hellalla. Kivun perusmekanismi voidaan selittää yksinkertaistaen transduktion, transmission, modulaation ja perseption käsitteillä. Transduktio tarkoittaa nosiseptorin eli kipureseptorin (primaarinen sensorinen neuroni) aktivoitumista, kun siihen kohdistuu mekaaninen-, kemiallinen- tai lämpöärsyke. Suurin osa nosiseptiivisista primaareista tuovista hermosyistä on joko ohuita myelliinitupellisia Aδ-syitä tai myelliinitupettomia C-syitä. Transmissio viittaa ärsykkeen synnyttämän aktiopotentiaalin leviämiseen hermosoluja pitkin selkäytimen ja edelleen talamuksen kautta aivokuorelle.
Modulaatio tarkoittaa keskushermostossa tapahtuvaa kipusignaalien inhibointia tai eksitointia ennen kuin varsinainen aistimus muodostetaan. Lopulta syntyy perseptio, joka tarkoittaa subjektiivista kivun tuntemusta. Aivojen merkittävimmät kipualueet ovat primäärinen somatosensorinen aivokuori, cingulum ja prefrontaalinen aivokuori.
Nosiseptiseen kipuun liittyy läheisesti inflammaatio ja joissain lähteissä inflammatorinen kipu nostetaankin kivun yhdeksi alatyypiksi. Kudosvaurion seurauksena vapautuu
inflammaation välittäjäaineita, kuten prostaglandiineja, jotka herkistävät ja aktivoivat nosiseptoreita. Tällöin kynnys erilaisille ärsykkeille laskee, vaurioitunut kohta on herkistynyt ja puhutaan hyperalgesiasta tai hypersensitiivisyydestä. (Kipu 2018).
Kuva 1. Nosiseptisen kivun perusmekanismi (mukaillen Tracey ym. 2019).
Viskeraalinen eli sisäelinkipu poikkeaa normaalista nosiseptisestä kivusta. Se on huonosti paikallistuvaa, koska viskerassa on suhteessa huomattavasti vähemmän nosiseptoreita kuin iholla. Siihen ei aina liity kudosvauriota vaan kipu saattaa syntyä esimerkiksi tietyn sisäelimen venytyksestä. Viskeraalinen kipu myös usein säteilee muualle kehoon.
Esimerkiksi sydäninfarktin yhteydessä koetaan usein vasemman yläraajan kipua siksi, että vasemman yläraajan ja sydämen nosiseptoreista lähtevät hermoradat kohtaavat samassa paikassa selkäytimessä. Viskeraalinen kipu on siis nosiseptisen kivun alalaji, johon liittyy omat erityispiirteensä. Esimerkkejä viskeraalista kipua tuottavista tilanteista ovat sydäninfarkti, vatsakalvontulehdus tai virtsarakon ylitäyttyneisyys (Kipu 2018).
Neuropaattinen kipu tarkoittaa hermovauriokipua eli se on kivunvälitysjärjestelmän itsensä vaurioitumisesta johtuvaa kipua. Hermoston vaurio voi tapahtua ääreishermoston alueella, jolloin puhutaan perifeerisestä neuropaattisesta kivusta. Mikäli vaurio tapahtuu keskushermostossa eli selkäytimen tai aivojen alueella, puhutaan sentraalisesta neuropaattisesta kivusta. Todellisuudessa vauriot ääreishermostossa aiheuttavat
muutoksia myös keskushermostossa (Kipu 2018). On tärkeää huomata, että myös neuropaattiseen kipuun liittyy usein inflammatorinen komponentti vaurioituneella alueella (Sisignano ym. 2019). Ääreishermovauriossa katkenneen hermon distaalinen pää degeneroituu ja proksimaaliseen päähän kehittyy niin sanottu neurooma katkenneista aksoneista. Katkenneiden aksonien ja niiden aikaansaamien aktiopotentiaalien yhteydessä käytetään termiä ektooppinen fokus. Ektooppiset fokukset eivät ole normaalin perifeeristen hermojen säätelyjärjestelmän alaisuudessa ja ne voivat herkistyä, muuttua tai jopa lähettää itsestään signaaleja eteenpäin, jolloin kipua tunnetaan huomattavasti normaalia pienemmästä ärsykkeestä tai jopa ilman ärsykettä. Perifeerisiä neuropatioita ovat muun muassa välilevytyrien, spinaalistenoosin tai näihin kohdistuviin leikkauksiin liittyvät hermovauriot, diabeettinen polyneuropatia, monimuotoinen paikallinen kipuoireyhtymä (CRPS) ja trigeminusneuralgia. Sentraalisia neuropatioita ovat esimerkiksi aivoinfarktiin tai MS-tautiin liittyvät kiputilat (Kipu 2018). Euroopassa kroonisesta neuropaattisesta kivusta arvioidaan kärsivän noin 1-8% väestöstä (Käypä hoito -suositus 2015).
Idiopaattisella kivulla tarkoitetaan mekanismiltaan tuntematonta kipua, joissa voi sekoittua monta eri kiputyyppiä. Idiopaattisia kiputiloja ovat esimerkiksi krooninen laaja- alainen kipuoireyhtymä eli fibromyalgia ja ärtyvän suolen oireyhtymä (Tracey ym. 2019).
Fibromyalgia on vaikeasti diagnosoitava sairaus, jossa ilmenee muun muassa laaja-alaista lihaskipua, väsymystä sekä funktionaalisia oireita. Jopa 2%:n väestöstä ajatellaan sairastavan fibromyalgiaa (Khoonsari ym. 2019;2).
1.2 Kivun diagnostiikka
Eri kiputilojen diagnostiikan tehokkuus vaihtelee huomattavasti ja osa kipua aiheuttavista sairauksista on helpommin diagnosoitavissa kuin toiset. Yleisesti ottaen erityisesti neuropaattiset ja idiopaattiset kiputilat ovat ongelmallisia. Idiopaattisten kiputilojen diagnosoinnin ja hoidon tekee vaikeaksi se, että elimistössä ei kyetä tutkimuksissa löytämään mitään poikkeavaa eikä kivun mekanismit ole selvillä. Neuropaattiset kivut ovat hyvin moninainen ryhmä hermoston sairauksia. Haastavaksi neuropaattisten kiputilojen diagnosoinnin tekee se, että vaurioiden ja oireiden välillä ei ole selkeää yhteyttä eikä potilaiden välillä ole yhdenmukaisuutta. Esimerkiksi leikkauksessa syntynyt hermovaurio aiheuttaa kroonisen neuropaattisen kiputilan vain 3-5%:lle potilaista (Kipu 2018). Alttiuden ääreishermovaurion jälkeisen kroonisen neuropaattisen kivun kehittymiselle ajatellaankin olevan pitkälti geneettinen (Käypä hoito -suositus 2015).
Neuropaattisen kivun diagnosoimiseen ei ole yhtä yleisesti hyväksyttyä tapaa ja vallitsevat terapeuttiset hoitokeinot eivät aina ole riittävän tehokkaita (Jönssön ym. 2021).
Selkäydinstimulaation on havaittu toistaiseksi tuntemattomilla mekanismeilla tarjoavan merkittävän ja pitkäkestoisen kivunlievityksen jopa 60-70%lle neuropaattisista kiputiloista kärsiville silloinkin, kun muu hoito epäonnistuu (Royds ym. 2020).
Tällä hetkellä kivun diagnosointi ja mittaaminen voidaan jakaa pääasiassa kolmeen eri kategoriaan, jotka ovat itseraportointi, käyttäytymisen havainnointi ja epäsuorat fysiologiset kokeet. Itseraportointia on esimerkiksi se, että potilas yksinkertaisesti luokittelee kokemansa kivun asteikolla 1-10. Itseraportointia ovat myös erilaiset kipukyselyt- ja päiväkirjat. Käyttäytymisen havainnointiin kuuluu testit, joissa tuotetaan kontrolloidusti eksogeenisella mekaanisella- tai lämpöärsykkeellä potilaalle lievää kipua ja havainnoidaan tämän vastetta. Tavoitteena on saada tietoa potilaan hermoston toiminnasta tietyllä tutkittavalla alueella. Näistä testeistä käytetään nimeä tuntotestaus (QST, quantitative sensory testing). Käyttäytymisen havainnointiin kuuluu myös potilaan mahdollisen luonnollisen kipukäyttäytymisen, kuten ontumisen tai lenkkaamisen, havainnointi osana diagnostiikkaa. Epäsuorilla fysiologisilla kokeilla pyritään havaitsemaan erilaisia kipuun liittyviä vasteita, joita voivat olla esimerkiksi sykkeen tai hengitystiheyden nousu, pupillien laajeneminen tai refleksien muuttuminen. Kaiken kaikkiaan kivun mittaamiseen ei vielä ole olemassa vahvoja objektiivisia menetelmiä vaan se perustuu ensisijaisesti potilaan subjektiiviseen kertomukseen (Tracey ym. 2019).
1.3 Kivun biomarkkerit
Luotettavilla biomarkkereilla voitaisiin saada objektiivisia mittareita kivun vakavuuden määrittämiseen sekä tehostaa diagnostiikkaa, lääkintää ja hoidon seurantaa (Tracey ym.
2019). Biomarkkerilla tarkoitetaan elimistön normaaleihin tai patologisiin prosesseihin liittyviä objektiivisesti mitattavia aineita tai asioita. Klassisia biomarkkereita ovat niin sanotut biokemialliset biomarkkerit, joita kivun tapauksessa ovat pääasiassa veriplasmasta ja aivoselkäydinnesteestä eli likvorista löytyvät molekyylit. Muita keskeisiä kivun biomarkkereita ovat geneettiset biomarkkerit, sensoriset biomarkkerit sekä aivokuvantaminen. Kivun erilaisilla biomarkkereilla on yksin tai yhdessä merkittävä potentiaali kiputilojen diagnostiikan ja hoidon kehittämisessä. Ne voivat auttaa kivun alkamisen ja intensiteetin ennustamisessa, arvioitaessa riskiä kivun kroonistumiselle sekä suunniteltaessa ja monitoroidessa potilaan yksilöllistä hoitoa. Ideaalinen biomarkkeri kivulle olisi sellainen, joka on spesifinen itse kivulle eikä sille patofysiologiselle
taustatekijälle, jonka oireena kipu toimii (Sisignano ym. 2019). Tässä kirjallisuuskatsauksessa keskitytään biokemiallisiin biomarkkereihin ja niistä erityisesti aivo-selkäydinnesteen markkereihin. Katsaus tukee osaltaan KYS:sissä ohjaajieni Jyrkkäsen ja Leinosen toimesta alkanutta pilottihanketta, jossa kerätään biopankkiin aivo- selkäydinnestettä neuropaattisista kiputiloista kärsiviltä potilailta.
Kuva 2. Perinteinen vs. biomarkkeripohjainen kivunhoito (mukaillen Sisignano ym. 2019).
Geneettiset biomarkkerit ovat erityisen käyttökelpoisia tunnistettaessa erilaisia spesifejä perinnöllisiä kipusyndroomia. Nämä syndroomat johtuvat yleensä yhden nukleotidin polymorfismeista eli snipeistä (SNP) natrium-, kalium- tai kalsiumkanavia tai neurotransmittereita koodaavissa geeneissä, jotka ovat kaikki keskeisiä neuronien normaalille toiminnalle ja aktiopotentiaalien synnylle. Snipit voidaan tunnistaa henkilön perimästä tavanomaisilla valkosolujen DNA:sta otettavilla geenitesteillä.
Kipusyndroomien ohella osa snipeistä saattaa myös olla yhteydessä sensorisen hermoston muutoksiin neuropaattisissa kiputiloissa (Sisignano ym. 2019).
Sensorisella biomarkkerilla tarkoitetaan kvantitatiivista tuntotestausta (quantitative sensory testing, QST). Siinä potilaalta tutkitaan muun muassa kosketustuntoa, terävätuntoa, lämpötuntoa ja värinätuntoa erilaisilla instrumenteilla. Oirealueen tuntoa verrataan peilikuvapuoleen löydöksiä arvioitaessa. Testissä voi paljastua heikentynyt, herkistynyt tai muuntunut tuntoaisti erilaisille ärsykkeille. Tuntotestaus on jo käytössä
oleva biomarkkeri ja se on keskeinen diagnostinen menetelmä erityisesti neuropaattisia kiputiloja tutkittaessa (Käypä hoito -suositus 2015).
Myös aivokuvantamista voidaan pitää eräänlaisena biomarkkerina. Siinä tarkastellaan potilaan aivotoimintaa tiettyjen kipualueiden osalta ilman ulkopuolisia ärsykkeitä tai niiden kanssa. Aivokuvantaminen edustaa muiden biomarkkereiden tavoin objektiivista tapaa tutkia kipupotilasta (Sisignano ym. 2019). Esimerkiksi Natelson ym. (2017) tutkimuksessa havaittiin magneettiresonanssikuvauksella, että fibromyalgiasta kärsivillä maitohappopitoisuudet aivokammioissa ovat merkittävästi koholla verrattuna terveisiin kontrolleihin.
Biokemialliset biomarkkerit eli plasmasta ja aivo-selkäydinnesteestä kerätyt markkerit ovat useimmiten proteiineja, peptidejä, pienmolekyylejä tai paikallisvälittäjäaineita.
Proteiineja ja peptidejä ovat esimerkiksi kasvutekijät, sytokiinit (interleukiinit, interferonit, tuumorinekroositekijät), kemokiinit ja erilaiset filamentit.
Pienmolekyyleihin ja paikallisvälittäjäaineisiin kuuluu muun muassa prostaglandiinit, tetrahydrobiopteriini ja typen oksidit. Plasmasta on löydetty monia erilaisiin kiputiloihin- ja tyyppeihin liittyviä markkereita. Toistaiseksi ei ole kuitenkaan tunnistettu yhtään tietylle kiputilalle 100% varmuudella ominaista markkeria, vaan ne esiintyvät usein yhdessä. Neuropaattisen kivun osalta potentiaalisia seerumimarkkereita näyttäisivät olevan muun muassa sytokiinit IL-2 ja IL-6 sekä tuumorinekroositekijä-alfa (Sisignano ym. 2019).
Aivo-selkäydinneste voi olla plasmaa/seerumia potentiaalisempi kivun biomarkkereiden lähde, koska se on suorassa kontaktissa keskushermoston kanssa ja sen pienen tilavuuden takia voidaan siinä herkemmin havaita muutoksia erilaisten aineiden pitoisuuksissa (Sisignano ym. 2019). Aivo-selkäydinnesteen proteiinikonsentraatio on välillä 20-40mg/dl, joka on noin 1% seerumin vastaavasta. Jopa 80% aivo- selkäydinnesteen proteiineista on peräisin seerumista ja loput 20% suoraan keskushermostosta. Aivo-selkäydinneste sisältää runsaasti erilaisia proteiineja, pieniä signaalimolekyylejä, peptidejä sekä metaboliitteja ja sen koostumuksen muutosten ajatellaan heijastavan muutoksia koko keskushermostossa. Sen voidaan ajatella sopivan erityisesti neuropaattisten kiputilojen tutkimiseen (Khoonsari ym. 2019). Esimerkiksi GDNF ja IL-8 tasojen on havaittu nousevan aivo-selkäydinnesteessä kroonisesta kivusta kärsivillä potilailla siinä missä veressä samoja muutoksia ei ole kyetty havaitsemaan.
Tämä viittaa siihen, että muutokset kyseisten aineiden pitoisuuksissa voivat olla liian
pieniä havaittavaksi systeemisellä tasolla (verenkierrossa) mutta aivo-selkäydinnesteessä muutokset kyetään havaitsemaan (Sisignano ym. 2019). Toisaalta esimerkiksi Jönssönin ym. (2019) tutkimuksen mukaan plasmasta ja syljestä eristetyt markkerit erottelivat likvoria paremmin terveet verrokit neuropaattisista kiputiloista kärsivistä potilaista.
Tutkimuksessani keskityn tarkastelemaan mitä biomarkkereita aivo- selkäydinnesteestä on löydetty kroonisten perifeeristen neuropaattisten kiputilojen osalta.
Katsaukseen sisällytetään idiopaattisista tiloista mukaan fibromyalgia, koska se on neuropaattisten tilojen tavoin vaikeasti diagnosoitava sairaus, johon ajatellaan liittyvän neuropaattisia komponentteja. Perifeerisistä neuropaattisista tiloista tarkastelun ulkopuolelle jätetään erilaiset pään alueelle keskittyvät neuropatiat, kuten post- herpeettinen, trigeminusneuralgia sekä erilaiset päänsärkytilat.
Kuva 3. Erilaisia plasman ja likvorin biomarkkereita (mukaellen Sisignano ym. 2019).
NGF = neural growth factor (hermokasvutekijä), IL-6 = interleukin-6 (interleukiini-6), TNFa = tumor necrosis factor alpha (tuumorinekroositekijä alfa), IL2 = interleukin-2 (interleukiini-2), CGRP = calcitonin-gene related peptide (kalsitoniinigeeniin liittyvä peptidi), pNF-H = phosphorylated high-molecular-weight neurofilament heavy subunit (fosforyloitu neurofilamentti), GDNF = glial cell line-derived neurotrophic factor (gliasolulinjaperäinen hermokasvutekijä), IL-8 = interleukin-8 (interleukiini-8), BDNF = brain- derived neurotrophic factor (aivoperäinen hermokasvutekijä), PGE2 = prostaglandin E2 (prostaglandiini E2), 9, 10-EpOME = 9,10- epoxy-9Z-octadecenoid acid, 9-HODE = 9-hydroxy-10E,12Z-octadecadienoic acid, BH4 = tetrahydrobiopterin (tetrahydrobiopteriini)
2 METODIT
Suurin osa katsauksessa käytetyistä artikkeleista oli poikittaistutkimuksia, joissa verrattiin aikuisia kipupotilaita ja terveitä verrokkeja tietyllä ajanhetkellä. Pieni osa tutkimuksista oli lyhyitä seurantatutkimuksia, joissa seurattiin jonkin spesifisen hoidon toimivuutta kipupotilailla. Yhdessä tutkimuksessa muista poiketen tutkittiin ihmisten sijaan koe-eläimiä. Katsaukseen sisällytettiin pohjatiedon saamiseksi myös joitain aiheeseen liittyviä valmiita kirjallisuuskatsauksia.
Systemaattinen katsaus suoritettiin hyödyntämällä Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis (PRISMA statement) -ohjenuoraa. Pääasiallisena tietokantana artikkeleiden etsinnässä käytettiin Pubmedia. Ensimmäinen haku tehtiin termeillä ”biomarker” ja ”pain”, joilla tuloksia saatiin 15700. Hakulauseeseen lisättiin
”CSF” (cerebrospinal fluid) tulosten rajaamiseksi, jolloin artikkelien määrä tippui 230:een. Otsikoiden perusteella työt rajattiin siten, että edellä mainittujen termien ohella tuli löytyä maininta neuropathic / chronic / intervertebral disc / nerve injury / disc degeneration / spinal stenosis / fibromyalgia / chronic widespread pain / radicular / peripheral tai complex regional pain syndrome. Tarkoitus oli siis päästä käsiksi tutkimuksiin, joissa tarkasteltiin juuri kroonista perifeeristä kipua. Otsikoiden nojalla pois jätettiin ne artikkelit, joissa painottuivat termit acute / serum / trigeminal neuralgia / migraine / head ache / arthritis. Jäljelle jäi 27 artikkelia. Abstraktien perusteella rajattiin edelleen pois 6 työtä, mutta niitä läpikäydessä PubMedin ”similar articles” boxeista löytyi 5 osuvaa artikkelia, jotka tallennettiin. Lopuksi käytiin läpi viiden aiheeseen liittyvän kirjallisuuskatsauksen lähdeluettelot ”cerebrospinal” termiä hyödyntäen, jolloin löydettiin 4 artikkelia lisää. Kaiken kaikkiaan osuvia artikkeleita löytyi 30. Pubmedin ohella tarkastettiin Scopuksen ja Web of Sciencen tarjonta, mutta kaikki niistä löydetyt artikkelit olivat jo löytyneet PubMedin kautta. Kaikki abstraktien perusteella rajautuneet 30 artikkelia ladattiin ja käytiin tarkemmin läpi. Ks. kaavio 1 alla.
Kaavio 1. Hakuprosessin vaiheet.
PudMed artikkelit: 230
Otsikoiden jälkeen: 27
Abstraktien jälkeen: 21
PudMed "similar box" lisäysten jälkeen: 26
Kirjallisuuskatsausten lähteiden läpikäynnin jälkeen: 30
Scopus ja Web of Science: 0 uutta artikkelia
Artikkeleita tarkasteluun
yhteensä: 30
3 TULOKSET
TAULUKKO 1. Kirjallisuudessa kuvatut perifeeriseen neuropaattiseen kipuun liittyvät biomarkkerit.
Kiputyyppi Tekijä Potilaat / kontroll it (lkm.)
CSF löydökset (ja mahd.
kerrannaisluku/tasot)
Lisätietoa / pohdintaa
Neuropaattinen, rankaan liittyvä Välilevytyrä, iskias- syndrooma
Brisby ym. 2002
39/0 IL-8 ↑
12/39 potilaalla: 60- 321pg/ml
Normaali arvo:
<60pg/ml
Tutkittiin myös IL-1B, IL-6, INF-y ja TNF-a -
> ei eroja.
Nousseet IL-8 tasot korreloivat kivun lyhyen keston ja merkittävämmän välilevytyrän koon kanssa. Tuloksen ajatellaan
vahvistavan sitä, että inflammatoriset mekanismit ovat merkittävässä osassa välilevytyrää
varsinkin alussa.
Välilevytyrä Cornefjo rd ym.
2004
15/5 Neurofilamentti ↑ MC: 17.0ug/L MC+NP: 19.8ug/L Kontrolli: 0.9ug/l Nosiseptiini ↑ MC: 24.0fm/mL MC+NP: 31.2fm/mL Kontrolli: 7.0fm/ml Tutkittiin myös mm.
IL-8, S-100 ja substanssi P -> ei eroja.
Ihmisten sijaan käytettiin koe-eläimiä (sikoja). 5 sikaa toimi kontrollina, 5:lle aiheutettiin
selkäydinhermon mekaaninen
kompressio (MC), 5:lle nucleus pulposuksen
aplikaatio
selkäydinhermoon (NP) ja 5:lle kummatkin em. (MC + NP). Pelkkä NP ei indusoinut
kohonneita tasoja.
Neurofilamentin ja nosiseptiinin tasojen väliltä löydettiin korrelaatio.
Välilevytyrä
(cervical/lumbar disc herniation
CDH/LDH), kaularangan kompressio- myelopatia
(compression cervical myelopathy CCM), lumbaalinen
Denda ym. 2011
257,53 NOx (typen oksidit) ↑ CCM: n. 6 uM
LCS: n. 8uM Kontrolli: n. 4uM
25 CDH, 77 LDH, 85 CCM ja 70 LCS potilasta.
Kohonneet tasot koskivat CCM ja LSS, mutta ei välilevytyrä -ryhmiä.
spinaalistenoosi (lumbar spinal stenosis LSS)
Kohonneet tasot korreloivat post- operatiivisten palautumistasojen kanssa, mutta eivät pre-operatiivisten vakavuustasojen kanssa.
Lumbaalinen spinaalistenoosi
Hayakaw a ym.
2019
28,15 Lysofosfolipidit ↑ Tasot kohonneet kaikilla LSS potilailla vs. kontrollit. Mitä vakavammat
kliiniset oireet, sitä suuremmat
pitoisuudet. Kliinisiä oireita arvioitiin NPSI ja ZCQ - asteikoilla.
NPSI (neuropathic
pain symptom
inventory)
ZCQ (Zurich
Claudication Questionnaire) Välilevytyrä Lim ym.
2017
15,39 Kystatiini C ↑ Hemopeksiini ↑
39:stä
kontrollipotilaasta 26:lla ei
välilevytyrää ja 13:lla kivuton välilevytyrä.
Kystatiini C
kohonnut sekä kivuliaassa että kivuttomassa
välilevytyrässä ja hemopeksiini kohonnut vain kivuliaassa
muodossa. Eli kystatiini C korreloi tyrän vakavuusasteen mutta ei kivun tai disabiliteetin kanssa,
kun taas
hemopeksiini
korreloi kivun asteen, disabiliteetin ja tyrän vakavuuden kanssa.
Lumbaalinen spinaalistenoosi
Ohtori ym. 2011
30,10 IL-6 ↑
LSS: 3.1 pg/ml Kontrolli: 1.5pg/ml
Kohonneet tasot korreloivat stenoosin vakavuuden mutta
Tutkittiin myös TNFa -> ei eroja.
eivät kivun asteen kanssa.
Lumbaalinen spinaalistenoosi, aksonivaurion epäily
Ohya ym. 2015
33, 21
pNfH ↑
LSS: 1344pg/mL Kontrollit: <70pg/mL (neg. tulos)
Ainoastaan yhdellä 33 LSS-potilaasta negatiivinen tulos ja
kaikilla 21
kontrollilla negatiivinen.
Muut
neuropaattiset CRPS +
radikulopatia, muu perifeerinen
neuropatia, ALS, spondylolisteesi tai normaalipaineinen hydrokefalus
Alexande r ym.
2007
22,31 Tutkimuksessa ei löydetty yksittäistä markkeria, joka erottelisi CRPS:n verrokkiryhmien tiloista.
CRPS:ään kyettiin ryhmänä liittämään IL-6, IL-8, MCP1,
GFAP, NOx,
glutamataatti ja kalsium ↑
50% CRPS potilaista havaittiin seuraava
”pattern”:
- IL-6 ↑
- GFAP tai MCP1 ↑ - 2/3 näistä:
NOx, kalsium tai glutamaatti
↑
- IL-4 tai IL-10
↓ Muiden
(verrokkiryhmien) kiputilojen osalta havaittiin seuraavaa:
IL-8 ↑ (kaikki paitsi hydrokefalus)
MPC1, GFAP ↑ NOx ↑
Glutamaatti ↑ (kaikki paitsi hydrokefalus)
Kalsium ↑
(radikulopatia, mutta
Kontrolliryhmä koostui potilaista, joilla oli jokin muu neurologinen tila (radikulopatia, muu perifeerinen
neuropatia, ALS, spondylolisteesi tai normaalipaineinen hydrokefalus) eli terveitä verrokkeja ei tutkimuksessa ollut.
Normaalit arvot tarkistettiin
viitearvoista.
Kohonneet IL-8 tasot eivät korreloineet korkeamman kivun asteen kanssa.
ei muut perifeeriset neuropatiat)
IL-6 (tasot eivät kohonneet
radikulopatiassa tai muissa perifeerisissä neuropatioissa) Krooninen
perifeerinen (ei tarkemmin
määritelty)
Bäckryd ym. 2018
11,11 Alfa-1-antitrypsiinin isoformit (3) ↑ Lisäksi 2 PEDF- ja 1 AG -isoformia ↑
Löydetyt isoformit olivat merkittäviä löydöksiä (33:sta tutkitusta
proteiinista) siksi, että ne olivat yhteydessä myös kivun asteeseen potilaissa.
Krooninen perifeerinen
(valtaosalla potilaista radikulopatia)
Bäckryd ym. 2017
27,11 CXCL6,CXCL10 CCL8, CCL11, CCL23 ↑
LAPTGF-beta-1 ↑ Tasojen nousu n. 50%
luokkaa kontrolleihin verrattuna.
Tutkimuksen
tavoitteena oli löytää
”neuroinflammaation
” markkerit.
Tutkimus sisälsi maininnan siitä, että samat
neuroinflammaation proteiinit oli havaittu myös (silloin) hiljattaisessa
fibromyalgia- tutkimuksessa.
Krooninen post- traumaattinen/kirurgi nen
Bäckryd ym. 2014
15,19 β-endorfiini
(neurotransmitteri) ↓ Potilaat: 66pcg/mL Kontrolli: 115pcg/mL Tutkittiin myös
substanssi P
(keskeinen top-down- inhibiton-molekyyli) -
> ei eroja.
Tutkimuksen nojalla alhaiset β-endorfiini tasot voivat olla merkki heikosti toimivasta top-down- inhibitiosta
kroonisesta neuropaattisesta kivusta kärsivillä.
Vakava (hermojuurten vauriot eri tasoilla rankaa, kyynärvarren hermovaurio tai epäspesifinen polyneuropatia)
Jönsson ym. 2021
13,13 CTACK ↓ IL-13 ↓
Tutkimuksessa suurin
osa ryhmiä
erottelevista
proteiineista (15/17) löydettiin plasmasta tai syljestä.
Ei-inflammatoriset polyneuropatiat
Ludwig ym. 2008
18,18 IL-6 tai TNF-a -> ei eroja ryhmien välillä.
Potilaina 18
kivuliaasta polyneuropatiasta
kärsivää ja
verrokkeina 18 kivuttomasta
polyneuropatiasta kärsivää henkilöä.
IL-6 ja TNFa tasot korreloivat
neuropatian
vakavuuden kanssa seerumissa, mutta
eivät aivo-
selkäydinnesteessä.
CRPS Munts
ym. 2008
20,29 Mitattiin mm. IL-1b, IL-6, INF-y, NOx ->
ei eroja ryhmien välillä.
Neuropaattinen:
hoitotoimenpiteen / lääkehoidon vaikutusten seuranta Krooninen radikulopatia
Das ym.
2018
10,0 CD8+ ↑ IL-6 ↑
CD56+, CD3-, NK ↓ INF-y ↓
Potilaille annettiin radiofrekvenssihoitoa ja tarkasteltiin muutoksia
immuunijärjestelmän
soluissa ja
välittäjäaineissa 3kk:n hoitojakson jälkeen.
Tulokset viittaavat siihen, että krooninen radikulaarinen kipu on sentraalisesti säädelty
neuroimmunologinen
ilmiö ja
radiofrekvenssihoido n vaikutusmekanismi on
immunomodulatorine n.
Neuropaattisten tilojen osalta osalta radikulopatia, post- kirurginen kipu, aavesärky ja polyneuropatia
Lind ym.
2016
15,72 Ei eroja minkään tutkitun aineen pitoisuudessa neuropaattisilla potilailla (21 erilaista tutkittua proteiinia).
Tutkimuksessa seurattiin SCS:llä
(spinal cord
stimulator) eli selkäydinstimulaattor illa hoidettuja 15 neuropaattista
potilasta. (Lisäksi tutkittiin 20 ALS potilasta, joita ei
hoidettu
stimulaattorilla).
Potilailla tuli olla ollut stimulaattori käytössä yli 3kk ja heidän tuli kuulua
”respondereihin” eli niihin, joille stimulaattori on tuonut
kivunlievitystä.
Ensimmäinen näyte otettiin siten, että stimulaattoria oli pidetty pois päältä 48h ja jälkimmäinen näyte siten, että stimulaattori oli ollut käytössä normaalisti 3 viikkoa.
Alaselän kiputilat tai CRPS
Raffaeli ym. 2006
18,9 Nosiseptiini ↑
Kipupotilaat ilman morfiinia:
57.41fmol/ml Kipupotilaat morfiinilla:
12.06fmol/ml
Kontrollit: em. tasojen väliltä
12 kipupotilaalla morfiinilääkitys (aivo-
selkäydinnesteeseen annettuna) ja 6 kipupotilasta ilman morfiinia.
Tutkimuksen mukaan nosiseptiini saattaa olla yhteydessä allodyniaan,
hyperalgesiaan ja kipuun.
Krooninen neuropaattinen
Royds ym. 2020
4,0 Muutoksia monien erilaisten synapsien toimintaan ja
immunojärjestelmään vaikuttavien
proteiinien tasoissa.
Ei muutoksia sytokiinien, kemokiinien tai T- solujen tasoissa.
8 viikon
seurantatutkimus burst-SCS:llä hoidetuilla potilailla.
8 viikon hoitojakson aikana potilaat saavuttivat >50%
kivunlievityksen.
Erityisesti selkään liittyviä kroonisia neuropaattisia kiputiloja
Zin ym.
2010
50,10 IL-6 ↑
5v ryhmässä IL-6 tasot 5x korkeammat kuin 3kk ryhmässä ja 10x korkeammat kuin
50 kipupotilaan ryhmä, joka saanut opioideja pumpusta n. 5v ajan. 10 kipupotilaan
kontrolli, joilta tasot
ennen pumpun asettamista.
Tutkittiin myös IL-10 -> ei eroja.
mitattiin ennen pumpun asettamista ja 3kk asentamisen jälkeen.
Seerumin osalta sekä IL-6 että IL-10 tasot korreloivat
käänteisesti kivun asteen kanssa (mitä korkeammat tasot, sitä vähemmän kipua). CSF:ssä korrelaatiota ei ilmennyt.
Idiopaattinen
Fibromyalgia Khoonsa
ri ym.
2019
24,8 10 erilaista
inflammatorisiin mekanismeihin ja transduktioon liittyvää proteiinia, jotka kykenivät
erottelemaan FM:n ja RA:n kontrolleista.
13 fibromyalgia (FM) potilasta, 11 nivelreuma (RA) potilasta ja 8 kontrollia, joilla ”ei- inflammatorisia neurologisia oireita ilman kroonista kipua”.
Fibromyalgia Khoonsa
ri ym.
2018
39,38 Apolipoproteiini C- III, galektiini-3, ProSAAS ↑
Malaattidehydrogen aasi ↓
Kaikki 39 FM potilasta naisia. 38 terveestä kontrollista vain 5 naisia.
Tutkimuksen mukaan muutokset aivo- selkäydinnesteen proteiineissa ovat suhteellisen
maltillisia, mutta monimuuttujamalli voi olla hyödyllinen taudin
ennustamisessa.
Fibromyalgia Olausson ym. 2017
12,13 11 kipupotilaat terveistä kontrolleista erottelevaa proteiinia, jotka liittyivät metaboliaan,
kuljetukseen, stressiin ja inflammaatioon.
Tutkimuksen mukaan löydökset saattavat viitata
neuroinflammaatioon fibromyalgiasta kärsivien
keskushermostossa.
Muut
Eisenach ym. 2004
101,30 Kystatiini C ↑
Tasot olivat koholla sekä kivuliailla että kivuttomilla
synnyttäjillä mutta neuropaattisten
30 kivutonta tervettä verrokkia, 25 kivutonta
keisarileikkauspotilas ta, 60 kivuliasta synnyttäjää ja 16 kroonisesta
potilaiden arvot vastasivat terveiden verrokkien vastaavia.
neuropaattisesta kivusta kärsivää.
Tulosta viittaa siihen, että kystatiini C on ensisijaisesti
inflammaation eikä kivun biomarkkeri.
IL-8 = interleukiini-8 (kemokiini), NFL = neurofilamentti (neuronien soluliman kevytproteiini), nosiseptiini (neuropeptidi), NOx (typen oksidit), kystatiini C (kysteiiniproteaasi-inhibiittori), hemopeksiini (glykoproteiini), IL-6 = interleukiini-6
(proinflammatorinen sytokiini), pNf-H = fosforyloitunut neurofilamentin raskasketju (aksonien rakenneproteiini), MPC1 (mikroglioista ja GFAP-positiivisista astrosyyteistä lähtöisin oleva proteiini), GFAP (välimuotoisten filamenttien perheeseen kuuluva proteiini), isoformi (post-translationaalisen modifikaation läpikäynyt proteiini),
CXCL6&CXCL10&CCL8&CCL11&CCL23 (kemokiineja), LAPTGF-beta-1 (kasvutekijä), CD8+&CD56+&CD3-&NK (puolustussoluja), INF-y = interferoni-gamma (sytokiini), galektiini-3 (sitoutumisproteiini), ProSAAS (neuropeptidien prekursoriproteiini), malaattidehydrogenaasi (sytoplasman proteiini)
4 POHDINTA
Keskeinen tavoite tuloksia arvioitaessa on pyrkiä selvittämään mitkä biomarkkereista liittyvät inflammaatioon tai muihin kiputilan biologisiin taustaprosesseihin ja mitkä itse kipuun tai sitä ajaviin muutoksiin. Asiaa havainnollistaa hyvin Limin ym. (2017) tutkimus, jossa vertailtiin kivuttomasta ja kivuliaasta välilevytyrästä kärsiviä potilaita sekä terveitä verrokkeja. Kyseisessä tutkimuksessa havaittiin 15 erilaista
inflammaatioon liitettyä proteiinia, joiden pitoisuudet olivat nousseet kaikilla
välilevytyräpotilailla kivusta riippumatta. Sen sijaan ainoastaan kipupotilailla havaittiin 8 erilaisen hermovaurioihin liitetyn proteiinien pitoisuuksien nousu. Tulos antaa
vahvoja viitteitä siitä, että vaikka inflammaatio on selkeästi keskeinen prosessi
välilevytyrissä, se ei kuitenkaan ole ainoa merkityksellinen prosessi kivun syntymisen kannalta. Hermovaurio sen sijaan vaikuttaa olevan läheisemmin yhteydessä kipuun ja sen yhteydessä ilmenevät proteiinit saattavat olla parempi biomarkkeri neuropaattiselle kivulle. Toimivia objektiivisia biomarkkereita etsittäessä on siis keskeistä erotella inflammaatioon ja muihin taustaprosesseihin liittyvät markkerit niistä markkereista, jotka todella liittyvät itse kipuun tai sitä ajaviin prosesseihin.
4.1 Inflammaatioon liittyvät biomarkkerit
Sytokiinit ja kemokiinit, kuten erilaiset interleukiinit ja tuumorinekroositekijät, näyttävät tulosten perusteella sopivan lähinnä inflammaation biomarkkereiksi. Niillä voi kuitenkin olla käyttöä osana erilaisia monimuuttujamalleja, kun arvioidaan sellaisia neuropaattisia kiputiloja, joihin liittyy merkittävä inflammatorinen komponentti. Esille tarkastelluissa tutkimuksissa nousivat erityisesti IL-8 ja IL-6. Lisäksi Bäckrydin ym. (2017) tutkimuksessa ”neuroinflammaation” markkereiksi tunnistettiin kemokiinit CXCL6, CXCL10, CCL8, CCL11, CCL23 ja kasvutekijä LAPTGF-beta-1. Myös kysteiiniproteaasi-inhibiittori kystatiini C nousi esille kudosvaurioon liittyvänä markkerina.
Brisbyn ym. (2002) tutkimuksessa havaittiin kohonneet IL-8 pitoisuudet välilevytyristä kärsivillä potilailla. Kyseisessä tutkimuksessa kohonneet tasot olivat yhteydessä välilevytyrän suurempaan kokoon (merkittävämpi inflammaatio), mutta ne eivät korreloineet kivun vakavuusasteen kanssa. Brisbyn tuloksista poiketen Cornefjordin ym. (2004) koe-eläimillä toteutetussa tutkimuksessa ei kyetty havaitsemaan IL-8 tasojen nousua välilevytyrästä kärsivillä eläimillä. Alexanderin ym. (2007) tutkimuksessa
tarkasteltiin CRPS:stä ja muista neuropaattisista kiputiloista kärsiviä potilaita. IL-8 oli koholla kaikissa neuropaattisissa kiputiloissa, mutta se ei korreloinut kivun vakavuusasteen kanssa. Lundborgin ym. (2010) tutkimuksessa tarkasteltiin puhtaasti inflammatorisista kiputiloista kärsiviä lonkan tai polven nivelleikkaukseen tulevia potilaita. IL-8 tasot olivat koholla kaikilla potilailla, mutta ne eivät korreloineet kivun vakavuusasteen kanssa. Näyttää siltä, että IL-8 on ennen kaikkea inflammaatioon eikä niinkään kipuun liittyvä biomarkkeri eikä se vaikuta yksinään järin potentiaaliselta neuropaattisten kiputilojen markkerilta.
Ohtorin ym. (2011) tutkimuksessa IL-6 tasojen havaittiin kohonneen noin kaksinkertaiseksi lumbaalisesta spinaalistenoosista kärsivillä potilailla. Kohonneet tasot korreloivat stenoosin vakavuuden, mutta eivät kivun vakavuuden kanssa. Zinin ym.
(2010) tutkimuksessa havaittiin kohonneet IL-6 tasot kroonisista selkävaivoista kärsivillä potilailla, jotka olivat saaneet kipuun pitkäaikaisesti morfiinilääkitystä. Brisbyn ym.
(2002), Alexanderin ym. (2007), Ludwigin ym. (2008) ja Muntsin ym. (2008) töissä tutkittiin muun muassa välilevytyrä-, CRPS-, polyneuropatia- sekä muista neuropaattisista tiloista kärsiviä potilaita eikä IL-6 tasoissa havaittu eroja terveisiin verrokkeihin nähden. Ludwigin ym. (2008) mukaan muutokset esimerkiksi IL-6 ja IL-1b tasoissa aivo-selkäydinnesteessä saattavat olla merkityksellisiä erityisesti sellaisissa tiloissa, jotka ovat vahvasti keskushermostollisia (kuten CRPS), kun taas perifeerisissä neuropatioissa myös patologiset prosessit keskittyvät lähinnä periferiaan, jolloin muutokset havaitaan ennen kaikkea seerumissa eikä aivo-selkäydinnesteessä. On tärkeää huomata, että IL-6 on epäspesifinen markkeri inflammaatiolle ja kuumeelle ja sen pitoisuudet esimerkiksi plasmassa nousevat myös silloin, kun inflammaatioon ei liity kipua. Sama koskee myös TNF-a:ta, jonka pitoisuudet nousevat inflammaatiossa kivusta huolimatta (Sisignano ym. 2019). Vaikuttaa siltä, että myöskään IL-6 ei yksinään ole potentiaalinen markkeri perifeeriselle neuropaattiselle kivulle. Mikäli sen pitoisuuksia kuitenkin halutaan tutkia, on ensisijainen lähde seerumi eikä aivo-selkäydinneste.
Eisenachin ym. (2004) tutkimuksessa havaittiin kohonneet kystatiini C pitoisuudet kivuttomilla ja kivuliailla synnyttäjillä mutta ei neuropaattisilla kipupotilailla. Limin ym.
(2017) välilevytyräpotilaita koskevassa tutkimuksessa kystatiini C oli koholla sekä kivuttomien että kivuliaiden potilaiden ryhmässä. Kystatiini C:n pitoisuus korreloi tyrän vakavuusasteen mutta ei kivun vakavuusasteen tai potilaan kokeman toiminnan rajoitteen
kanssa. Kystatiini C vaikuttaa kuuluvan samaan kategoriaan sytokiinien kanssa ollen ensisijaisesti kiputilan taustaprosesseihin eikä kipuun liittyvä markkeri.
Vaikka sytokiinit, kemokiinit ja kystatiini C eivät yksinään näytä olevan erityisen potentiaalisia aivo-selkäydinnestemarkkereita neuropaattiselle kivulle, niillä saattaa olla roolinsa erilaisia monimuuttujamalleja rakennettaessa. Kuten todettu, moniin neuropaattisiin kiputiloihin liittyy sekä neurologinen että inflammatorinen komponentti.
Yhden spesifisen markkerin etsimisen sijaan voi olla järkevämpää pyrkiä hahmottamaan mitkä pienmolekyylit tai peptidit yhdessä esiintyvät kussakin kiputilassa (Sisignano ym.
2019). Hyvänä esimerkkinä toimii Alexanderin ym. (2007) tutkimus, jossa CRPS:ään kyettiin ryhmänä liittämään kohonneet IL-6-, IL-8-, MCP1-, GFAP-, NOx-, glutamaatti- ja kalsiumtasot.
4.2 NOx
Dendan ym. (2011) tutkimuksessa tarkasteltiin välilevytyristä, kaularangan kompressio- myelopatiasta sekä lumbaalisesta spinaalistenoosista kärsivien potilaiden aivo- selkäydinnesteen NOx (typen oksidit) tasoja ennen korjaavaa dekompressoivaa leikkaustoimenpidettä. Spinaalistenoosista kärsivien potilaiden tasot olivat noin 2 kertaiset ja kompressio-myelopatiapotilaiden tasot noin 1,5 kertaiset terveisiin kontrolleihin nähden. Välilevytyräpotilaiden tasot eivät eronneet terveiden kontrollien vastaavista. Tutkimuksessa ei havaittu korrelaatiota NOx tasojen ja neurologisen tilan vakavuuden välillä. Sen sijaan merkittävä negatiivinen korrelaatio havaittiin pre- operatiivisten NOx tasojen ja leikkauksen jälkeisten toipumistasojen välillä eli korkeammat pre-operatiiviset tasot ennustivat huonompaa leikkauksesta palautumista.
Tutkimuksen mukaan NOx tasot kohoavat kroonisessa, mutta eivät sub-akuutissa, selkäytimen tai cauda equinan kompressiossa. Korkeiden NOx tasojen ajatellaan indusoivan neuronien apoptoosia aiheuttaen palautumattomia muutoksia, joka näkyy huonompana palautumisena korjausleikkauksen jälkeen (Denda ym. 2011). Alexanderin ym. (2007) erilaisia neuropaattisia tiloja (CRPS, radikulopatia, muut perifeeriset neuropaattiset) tarkastelevassa tutkimuksessa havaittiin kohonneet NOx tasot kaikissa tutkituissa potilasryhmissä. Muntsin ym. (2008) tutkimuksessa sen sijaan ei havaittu kohonneita NOx tasoja CRPS-potilailla. Tulokset viittaavat siihen, että typen oksideilla on potentiaalia neuropaattisten kiputilojen biomarkkerina ja niiden tutkiminen voi olla perusteltua, mikäli halutaan arvioida selkäytimeen kohdistuvan kompression kroonistumisen astetta ja ennustaa leikkauksesta toipumista.
4.3 Kipuun liittyvät biomarkkerit
Kystatiini C:stä poiketen Limin ym. (2017) tutkimuksessa hemopeksiinin havaittiin olevan koholla ainoastaan kivuliailla välilevytyräpotilailla ja sen pitoisuudet korreloivat paitsi tyrän vakavuusasteen myös kivun vakavuusasteen sekä potilaiden toimintakyvyn rajoittuneisuuden kanssa. Hemopeksiini on glykoproteiini, joka ekspressoituu perifeerisen hermovaurion jälkeen schwannin soluissa, endoneuraalisissa fibroblasteissa sekä makrofageissa (Lim ym. 2017). Tutkimuksessa havaittu hemopeksiinitasojen nousu viittaa siihen, että alaselkäkivun kroonistuminen edellyttää hermovauriota ja sille muun muassa hemopeksiini voi olla pätevä biomarkkeri. Toinen, myös hermovauriossa likvoriin vapautuva aksonien rakenneproteiini on pNf-H. Ohyan ym. (2015) tutkimuksessa havaittiin yli 10 kertaiset pitoisuudet LSS-potilaiden pNf-H - pitoisuuksissa terveiden kontrollien pitoisuuksiin verratessa. Lisäksi Cornefjordin ym.
(2004) tutkimuksessa havaittiin kohonneet NFL eli neurofilamentti (neuronien soluliman kevytproteiini) -pitoisuudet välilevytyrästä kärsivien sikojen aivo-selkäydinnesteessä.
Hermovauriossa vapautuvat neuronien rakenneproteiinit, kuten hemopeksiini, pNf-H ja NFL, saattavat olla erityisen mielenkiintoisia juuri neuropaattisia kiputiloja ja hermovaurion mahdollisuutta tutkittaessa. Erityisen potentiaaliselta vaikuttaa hemopeksiini, joka korreloi paitsi tyrän vakavuusasteen myös potilaan kokeman kivun ja haitan kanssa.
Nosiseptiini on neurotransmitteri, jolla ajatellaan olevan sekä algeettisia että analgeettisia vaikutuksia keskushermostossa määrästä ja vaikutuspaikasta riippuen.
Ensisijaisesti sen kuitenkin ajatellaan olevan opioidien vaikutusta kumoava eli kivulle herkistävä aine (Cornefjord ym. 2004). Sen on todettu olevan yhteydessä muun muassa kivun transmissioon ja modulaatioon sekä erilaisiin stressivasteisiin (Raffaeli ym. 2006).
Cornefjordin ym. (2004) koe-eläimillä toteutetussa tutkimuksessa havaittiin noin 3-4 kertaiset nosiseptiinitasot välilevytyrästä kärsivillä eläimillä. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös tunnetun neuro- ja kipumodulaattori substanssi P:n tasoja, mutta siinä ei havaittu eroja potilaiden ja kontrollien välillä. Raffaelin ym. (2006) tutkimuksissa havaittiin noin 5 kertaiset nosiseptiinitasot kipupotilailla, jotka eivät saaneet morfiinihoitoa verrattuna potilaisiin, jotka saivat morfiinihoitoa. Tutkimuksen mukaan nosiseptiini saattaa olla yhteydessä allodyniaan, hyperalgesiaan ja kivulle herkistymiseen. Bäckrydin ym. (2014)
tutkimuksessa tarkasteltiin toisen neurotransmitterin, β-endorfiinin, tasoja neuropaattisesta kivusta kärsivillä potilailla. Tasojen havaittiin olevan kipupotilailla noin puolet kontrollien vastaavasti eli tasot olivat laskeneet potilailla merkittävästi. Myös tässä tutkimuksessa tarkasteltiin lisäksi substanssi P:tä, mutta sen tasoissa ei havaittu eroja potilaiden ja kontrollien välillä. Sekä substanssi P:n että β-endorfiinin ajatellaan olevan yhteydessä top-down modulaatioon. Tuloksen nojalla alhaiset β-endorfiinitasot voivat olla merkki huonosti toimivasta top-down-inhibitiosta kroonisesta neuropaattisesta kivusta kärsivillä (Bäckryd ym. 2014). Näiden tutkimusten perusteella kyseisten neurotransmitterien tutkiminen kipupotilaiden aivo-selkäydinnesteestä voi olla perusteltua. Kohonneet nosiseptiinitasot antavat objektiivista viitettä kivulle herkistymisestä ja madaltuneet β-endorfiinitasot puolestaan saattavat viitata top-down modulaation heikentymiseen ja sitä kautta kipusignaalien vahvistumiseen potilaassa.
Hayakawan ym. (2019) lysofosfolipidejä lumbaalisesta spinaalistenoosista kärsivillä potilailla tarkastelevassa tutkimuksessa havaittiin kaikkien lysofosfolipidilajien pitoisuuksien nousu stenoosipotilailla. Lysofosfolipidien pääluokat ovat lysofosfatidihappo (LPA), lysofosfatidyylikoliini (LPC) ja lysofosfatidyyli-inositoli (LPI). Eläinmallien perusteella LPA-signalointi on keskeinen mekanismi neuropaattisen kivun taustalla. Sen ajatellaan voivan aiheuttaa ja ylläpitää perifeeristä hermovauriota ja neuropaattista kipua. LPC:t voivat aiheuttaa demyelinaatiota ja siten neuropaattista kipua, mutta niiden olennaisin mekanismi ajatellaan olevan ”LPA-varastona” toimiminen (Hayakawa ym. 2019). Hayakawan ym. (2019) tutkimuksessa havaittiin yhteensä 5 LPA- ja 9 LPC- lajia sekä ja 1 LPI-laji. Kaikki lajit olivat merkittävästi koholla verratessa LSS- potilaita kontrolleihin. LSS-potilaat jaettiin edelleen kahteen ryhmään (lievä ja vaikea) kansainvälisten neuropaattisen kivun arvioinnissa käytettyjen NPSI- ja ZCQ-luokitusten perusteella. Vakavan NPSI luokituksen saaneessa ryhmässä 3 LPA- ja 9 LPC-lajia olivat koholla miedon NPSI luokituksen ryhmään verrattuna. Vakavan ZCQ luokituksen ryhmässä 4 LPA- ja 9 LPC-lajia olivat koholla miedon ryhmän vastaavaan verrattuna.
Lysofosfolipidit olivat siis koholla verratessa LSS-potilaita terveisiin kontrolleihin ja toisaalta myös verratessa vakavammista kliinisistä oireista kärsiviä lievemmistä oireista kärsiviin. Tutkimuksen valossa vaikuttaa siltä, että lysofosfolipideillä on merkittävä potentiaali neuropaattisen kivun biomarkkereina.
Bäckrydin ym. (2018) tutkimuksessa tarkasteltiin erilaisten proteiinien isoformien pitoisuuksia kroonisesta perifeerisestä neuropaattisesta kivusta kärsivien potilaiden aivo-
selkäydinnesteessä verrattuna terveiden kontrollien pitoisuuksiin. Proteiinin isoformilla tarkoitetaan proteiinia, joka on koodattu samasta geenistä alkuperäisen proteiinin kanssa, mutta jolle on tehty post-translationaalisia muokkauksia. Post-translationaalinen muokkaus voi olla erilaisten osien liittämistä proteiinin tai proteiinin lyhentämistä eli
”fragmentaatiota”. Post-translationaalinen muokkaus tuottaa ihmisen noin 20 000 geenistä huomattavasti suuremman määrän erilaisia proteiineja, joiden toiminta voi erota merkittävästi alkuperäisestä muodosta. Glykosylaatio on tyypillinen muokkaus, jossa proteiiniin lisätään hiilihydraattiosa. Fragmentaatiossa proteiini lyhennetään joko aminohapposekvenssin N- tai C-päästä. Post-translationaalisen muokkauksen ajatellaan muuttuvan erilaisissa sairauksissa verrattuna terveeseen elimistöön. Esimerkiksi kroonisissa kiputiloissa keskushermostossa jylläävien patologisten prosessien ajatellaan aiheuttavan juuri kyseiselle taudille ominaista proteiinien fragmentaatiota. Post- translationaalisen muokkauksen läpikäyneiden proteiinien ajatellaan olevan potentiaalisia spesifejä ja sensitiivisiä biomarkkereita erilaisille kiputiloille (Bäckryd ym.
2018). Bäckrydin ym. (2018) tutkimuksessa tarkemmin tutkitusta 30:sta isoformista 6 nousi erityisesti esille siksi, että niiden osoitettiin olevan yhteydessä kivun kliinisiin markkereihin. Erityisesti korostettiin alfa-1-antitrypsiinin kahta erilaista N-päästä lyhennettyä fragmenttia. Tekijöiden mukaan tulokset ovat ennen kaikkea uusia hypoteeseja generoivia eli niistä ei voida vielä vetää kliinisiä johtopäätöksiä. Isoformien tutkimiseen liittyy kuitenkin merkittävä potentiaali tulevaisuudessa.
4.4 Fibromyalgia
Khoonsarin ym. (2019) tutkimuksessa tarkasteltiin erilaisten inflammatorisiin mekanismeihin ja transduktioon liittyvien proteiinien pitoisuuksia fibromyalgiasta kärsivillä. Tutkimuksessa löydettiin 10 erilaista proteiinia, jotka erosivat merkittävästi verratessa fibromyalgiapotilaita reumapotilaisiin ja terveisiin verrokkeihin. Khoonsarin ym. (2018) tutkimuksessa löydettiin 4 erilaista proteiinia, joiden pitoisuudet olivat muuttuneet fibromyalgiasta kärsivillä terveisiin verrokkeihin verratessa. Lisäksi Olaussonin ym. (2017) tutkimuksessa havaittiin 11 apoptoottiseen säätelyyn, anti- inflammatorisiin- sekä anti-oksidatiivisiin prosesseihin liittyvää proteiinia, jotka kykenivät monimuuttujamalleissa erottelemaan fibromyalgiapotilaat terveistä kontrolleista. Näiden tutkimusten mukaan muutokset aivo-selkäydinnesteen proteiineissa fibromyalgiassa ovat melko maltillisia, mutta monimuuttujamalleissa pienetkin muutokset voivat yhdessä ohjata oikeaan lopputulokseen. Eräs huomionarvoinen
fibromyalgiaan liittyvä tutkimus on Natelsonin ym. (2017) tutkimus, jossa tarkasteltiin magneettiresonanssikuvauksella fibromyalgiasta kärsivien potilaiden aivokammioiden laktaatti- eli maitohappotasoja. Kaikilla 49:llä potilaalla laktaattitasot olivat kohonneet kontrolliryhmään nähden. Tämän perusteella magneettiresonanssikuvaus voi olla fibromyalgiaa diagnosoitaessa biokemiallisia markkereita yksiselitteisempi ja tehokkaampi lähde mikäli siihen riittää resursseja.
5 YHTEENVETO
*= selkeä yhteys kipuun
Kaavio 2. Yhteenveto aivo-selkäydinnesteen neuropaattisen kivun biomarkkereista.
Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli löytää aivo-selkäydinnesteen perifeerisen kroonisen neuropaattisen kivun biomarkkerit, jotta kivun arviointiin saataisiin objektiivisuutta ja kiputilojen diagnostiikkaan sekä hoitoon tehokkuutta. Tuloksia arvioitaessa esille nousi ero inflammaation ja varsinaisten kivun markkerien välillä.
Kaikilla tutkituilla markkereilla voi olla rooli neuropaattisten kiputilojen biomarkkereina, mutta erityisesti huomio on syytä kohdistaa itse kipuun liittyviin markkereihin.
Löydöksiä voidaan pitää alustavana arviona siitä mitä aivo-selkäydinnesteestä kannattaa tutkia (kaavio 2). Aihe on melko tuore ja katsauksessa käytetty kirjallisuus suhteellisen rajallista. Jatkotutkimuksissa tulisi paneutua erityisesti kipuun liitettyihin markkereihin, kuten hemopeksiiniin ja lysofosfolipideihin. Mikäli yhteys kipuun vahvistuisi myös jatkotutkimuksissa, olisi objektiivinen biomarkkeri neuropaattiselle kivulle löytynyt.
6 LÄHTEET
Alexander GM, Perreault MJ, Reichenberger ER, Schwartzman RJ. Changes in immune and glial markers in the CSF of patients with Complex Regional Pain Syndrome. Brain Behav Immun. 2007 Jul;21(5):668-76.
Brisby H, Olmarker K, Larsson K, Nutu M, Rydevik B. Proinflammatory cytokines in cerebrospinal fluid and serum in patients with disc herniation and sciatica. Eur Spine J.
2002 Feb;11(1):62-6.
Bäckryd E, Edström S, Gerdle B, Ghafouri B. Do fragments and glycosylated isoforms of alpha-1-antitrypsin in CSF mirror spinal pathophysiological mechanisms in chronic peripheral neuropathic pain? An exploratory, discovery phase study. BMC Neurol. 2018 Aug 16;18(1):116.
Bäckryd E, Lind AL, Thulin M, Larsson A, Gerdle B, Gordh T. High levels of cerebrospinal fluid chemokines point to the presence of neuroinflammation in peripheral neuropathic pain: a cross-sectional study of 2 cohorts of patients compared with healthy controls. Pain. 2017 Dec;158(12):2487-2495.
Bäckryd E, Ghafouri B, Larsson B, Gerdle B. Do low levels of beta-endorphin in the cerebrospinal fluid indicate defective top-down inhibition in patients with chronic neuropathic pain? A cross-sectional, comparative study. Pain Med. 2014 Jan;15(1):111- 9.
Cornefjord M, Nyberg F, Rosengren L, Brisby H. Cerebrospinal fluid biomarkers in experimental spinal nerve root injury. Spine (Phila Pa 1976). 2004 Sep 1;29(17):1862-8.
Das B, Conroy M, Moore D, Lysaght J, McCrory C. Human dorsal root ganglion pulsed radiofrequency treatment modulates cerebrospinal fluid lymphocytes and neuroinflammatory markers in chronic radicular pain. Brain Behav Immun. 2018 May;70:157-165.
