Herkese merhabalar, her daim önemli zehirlenmeler olan, organofosfat zehirlenmesi ile ilgili 2019 yılında Current Opinion in Toxicology dergisinde yayınlanmış Reddy’nin (1) yazdığı derlemenin özetini sunacağız. Keyifli okumalar.
Dünya çapında intiharlar veya tarım kazaları nedeniyle her yıl binlerce organofosfatlı pestisit zehirlenmesi meydana gelmektedir. Monokrotofos, parathion, klorpirifos, paraokson ve diizopropilflorofosfat (DFP) gibi OP pestisitler güvenilir tehdit ajanları olarak kabul edilmektedir. Sinir gazları; tabun (GA), sarin (GB), soman (GD), siklosarin (GF) ve VX gibi maddeler bilinen en zehirli kimyasal maddeler arasındadır, savaşlarda kimyasal silah olarak veya sivillere karşı biyoterör ajanı olarak kullanılırlar. Novichok olarak bilinen bileşikler, şimdiye kadar üretilmiş en ölümcül kimyasal silahlar arasında kabul ediliyor ve bileşimlerinin belirsizliği nedeniyle tespit edilmesi zordur. Bu bileşiklerin sıvı veya gaz hali farketmeksizin maruz kalındıktan dakikalar sonra insanları öldürdüğü biliniyor. Rusça’da “yeni gelen” anlamına gelen Novichok maddesi, Suriye’de kullanılan sarinden veya Malezya’da Kim Jong Nam’ın suikastında kullanılan VX’ten daha tehlikeli ve gelişmiş bir sinir gazıdır.
Organofosfatlar ve sinir gazları, ortak mekanizmalar yoluyla ölümcül nörotoksisiteye neden olurlar. Bu mekanizmalar öncelikle asetilkolinesterazı (AChE) geri dönüşümsüz olarak inhibe ederek nörotoksisiteye yol açar; bu da merkezi ve periferik sinir sistemlerinde sinaptik aralıkta aşırı asetilkolin (ACh) birikimine neden olur. Plazmada, eritrositlerde, dokularda ve beyinde AChE’yi inhibe ederler. Sonuç olarak, ACh sinaptik aralıklarda aşırı birikir, bu da yaygın ve aşırı sinir uyarımına neden olur ve kaslar sürekli olarak kasılmaya başlar, gevşeme yeteneğinden yoksun kalır. Bu durum kas spazmlarına, konvülsiyonlara, sürekli nöbetlere, solunum arrestine ve ölüme yol açar. OP saldırısından canlı kurtulan kişinin, ciddi beyin hasarı yaşama olasılığı yüksektir.
Organofosfatların başlıca etkisi iskelet kasları üzerindedir, kas fasikülasyonlarına ve kasılmalarına ve ayrıca gösterge niteliğinde olan miyozis’e neden olur. Sinir gazına maruziyet burun akıntısı ile başlar ve bronkokonstriksiyona ve sekresyonların artmasına neden olur ve toksik belirtilerin ortaya çıkmasından sonra solunum arresti gerçekleşir. Ciddi MSS belirtileri bilinç kaybı, nöbet ve apnedir. Status epileptikus, maruziyetten dakikalar sonra ortaya çıkar, 30 dakika ve daha uzun süre devam edebilir. Hemen kontrol altına alınmazsa, bu durum yaygın beyin hasarına ve ölüme neden olabilir.
OP zehirlenmesi yönetimi, dekontaminasyon, ventilasyon ve panzehirlerin uygulanmasını içerir. OP zehirlenmesinin tedavisinde üç ilaç kullanılır: atropin sülfat, pralidoksim klorür (2-PAM) ve diazepam. Bu ilaçlar, kimyasal saldırı veya kaza durumunda kullanılmak üzere otomatik enjektörlü CHEMPACK’ler halinde dağıtılır. Sinir gazı maruziyeti için ise risk altında olan askeri personellerde profilaktik premedikasyon olarak piridostigmin bromür kullanılır.
Maruziyet sonrası, atropin biriken ACh’nin etkilerini bloke ederek salivasyonu ve bronkokonstriksiyonu azaltarak solunumu kolaylaştırırken, 2-PAM ise ajan-enzim bağını kırarak AChE enzimini serbest bıraktırır. Atropin ve 2-PAM, MSS’ye zayıf girişi nedeni ile sınırlı bir etkiye sahiptir. Bu sebeple OP’lerin nikotinik etkileri olan spazmlar ve fasikülasyonlar atropin ile iyileştirilemez. Atropin ve 2-PAM tedavisine rağmen, MSS’de kontrolsüz ACh birikir ve epileptik nöbetlere (status epileptikus dahil) ve kolinerjik krize neden olur.
OP nörotoksisitesinde diazepam ve midazolam maruziyetten hemen sonra verildiğinde OP kaynaklı nöbetleri ve beyin hasarını önlemeye yardımcı olabilen benzodiazepin (BDZ) grubu antikonvülsanlardır. Her iki ilaç da OP maruziyetinden sonra 30 dakika içinde verildiğinde etkilidir, ancak maruziyetten bir veya iki saat sonra fazla etkileri olmaz. Kimyasal savaş ve beklenmedik biyoterörizmde, bu 30 dakikalık süre gerçekçi bir zaman dilimi değildir. Bu nedenle, konvülsif nöbetler ve status epileptikus ve OP maruziyetinin nörotoksik belirtileri, kalıcı derin nöronal beyin hasarına ve ölüme neden olur. Askerler sinir gazı saldırısı durumunda kişisel kullanım için sıklıkla panzehir kitleri taşısa da, sivillerin antikonvülsan ilaçlara erişimi zordur; hastaneye ulaşma ve ilaçların uygulanması süreci yaklaşık en az 40 dakika sürer. Yani bu OP’a maruz kaldıktan sonra, herhangi bir antikonvülsanın yaklaşık 40 dakikadan sonra bile etkili olması gerekir. Kimyasal saldırı sonrası sağ kalanlarda, OP kaynaklı nörotoksisite, uzun süreli beyin hasarına ve yıkıcı nöropsikiyatrik işlev bozukluğuna yol açabilir. Hatta Matsumoto ve Tokyo’daki sarin saldırılarından beş yıl sonra dahi, sarine maruz kalan insanlarda yıkıcı nörolojik ve psikiyatrik bozukluklar bildirilmiştir.
Hayvan modellerinde DFP maruziyetinden sonra, OP zehirlenmesinde en yaygın kullanılan BDZ’ler için iki önemli mekanizma incelenmiş; ilk olarak, her bir ilacın nöbetleri ve status epileptikusu ne kadar etkili bir şekilde baskıladığına, ikinci olarak, ilaçların beyin hasarına karşı ne kadar etkili bir şekilde koruma sağladığına bakılmış. Her iki çalışmanın sonuçlarına göre, diazepam ve midazolamın maruziyet sonrası 10. Dakikada verildiğinde nöbetleri, nörodejenerasyonu ve nöroinflamasyonu kontrol etmede çok etkili olduğunu göstermiş. Bununla birlikte, her iki ilaç da maruziyet sonrası 60. dakika veya 120. dakika sonra uygulandığında tamamen etkisiz bulunmuş. BDZ’ler, status epileptikus tedavisinde kullanılan başlıca ilaçlardır, ancak direnç konusunda güçlü kanıtlar mevcuttur.
BDZ’ler sinaptik GABA-A reseptörlerinin pozitif allosterik agonistleri olduğundan, farmakokinetik bir mekanizmadan ziyade reseptörlerin kaybı veya içselleştirilmesi gibi farmakodinamik dahil olmak üzere birden fazla mekanizma, etkinliklerinin azalmasına katkıda bulunabilir. BDZ’lerin maruziyet sonrası geç dönemde nöbetleri kontrol edemediği, ancak bunun beyinde yeterli miktarda bulunmamalarından değil, hedef reseptörlerin kaybı, nöronların kaybı ve hasara bağlı inflamasyonundan kaynaklı olduğu daha olası düşünülmektedir.
OP kaynaklı nöbetin başlangıcından itibaren 10 ila 20 dakika içinde nöron hücrelerinin %50’sinden fazlasında BDZ reseptörleri kaybolur. BDZ uygulandığında geride kalan reseptörlere bağlanıyor, ancak üretebilecekleri maksimum etki, verilen dozdan bağımsız, mevcut reseptör sayısına bağlı olduğundan nöbetlerin kısmi kontrolü için tekrarlanan BDZ dozlarına ihtiyaç duyuluyor ve bu da kurbanlarda sedasyon, solunum depresyonu ve toleransa yol açıyor. Dahası, OP zehirlenmesi astrogliosis ve mikrogliosis ile kanıtlandığı gibi nöronları da öldürür ve bu da çok az BDZ reseptörü problemini daha da kötüleştirir çünkü ilacın reseptörlere bağlanabilmesi için hücrenin canlı olması gerekir. Aşırı nöronal uyarılma ve senkronizasyonun nöbetlere dönüşmesini engelleyen inhibitör ara nöronların kaybı da, kendi kendini sürdüren bir nöbet devresi oluşturur. Bunlar da, BDZ’lerin sahadan sonra uygulandığında neden başarısız olduğunun nedenini açıklar. Bu çalışmalar, BDZ’lerden daha etkili olan yeni nesil antikonvülsanların geliştirilmesi gerektiğini ortaya koymuştur.
BDZ reseptörleri yalnızca post-sinaptik bağlantılarda bulunur. Bununla birlikte, perisinaptik ve ekstrasinaptik bölgelerde yeni bir GABA-A reseptör tipi mevcuttur (Şekil 2). OP molekülleri, BDZ reseptörlerini oluşturan “sinaptik” formları yok edebilirken, GABA-A reseptörlerinin “ekstrasinaptik” formlarını etkilemezler. Bu GABA-A reseptörleri, OP maruziyetinden sonra kaybolmayacakları için yeni ilaçlar için hedef olmalıdır.
Organofosfat Zehirlenmesine Karşı Yeni Antikonvülsan Panzehirler Olarak Nörosteroidler
Nörosteroidler, benzersiz bir etki mekanizmasına sahip olup, BDZ’lerden daha etkili ve güvenli bir şekilde konvülzyonları durdurma potansiyeline sahiptir ve ayrıca nörosteroidler nöroproteksiyon da sağlayabilir. Nöroproteksiyon, OP zehirlenmesinin sebep olduğu aşırı uyarılabilirliği ve bunun nöronal hasar ve nöroinflamasyon üzerindeki şiddetlendirici etkisini azaltarak sağlanır. Bu ürünler, hem askeri personel hem de sinir gazı saldırılarının sivil kurbanları için devrim niteliğinde olabilecek şekilde FDA onayı için geliştirilmektedir. Nörosteroidler beyin içinde sentezlenen ve genomik olmayan, membran reseptörleriyle nörosteroid etkileşimler yoluyla nöronal uyarılabilirliği hızlıca değiştiren ve geleneksel hormonal etkilerden yoksun steroidleri ifade eder. Beyinde allopregnanolon (brexanolon), pregnanolon, androstanediol ve allotetrahidrodeoksikortikosteron (THDOC) dahil olmak üzere çeşitli nörosteroidler mevcuttur. Bunlar nöronal uyarılabilirliği ve nöroplastisiteyi düzenlemede kritik roller oynarlar.
Nörosteroidler, pozitif allosterik modülatörler ve GABA-A reseptörlerinin doğrudan aktivatörleri olarak işlev görürler (Şekil 2). Reseptör kanalındaki “nörosteroid bağlanma bölgelerine” bağlanırlar; bu bölgeler, BDZ’ler ve GABA bölgelerinden farklıdır, ve SSS’de tüm GABA-A reseptör izoformları üzerinde etki gösterir. Reseptör kanallarını öncelikle GABA’nın allosterik güçlendirilmesi yoluyla ve kanalın doğrudan aktivasyonu yoluyla aktive ederler. Sinaptik ve ekstrasinaptik reseptörler olarak sınıflandırılan iki farklı GABA-A reseptör kategorisi vardır (Şekil 2). Bunlar, GABA’ya olan afiniteleri ve etkinlikleri, duyarsızlaşma hızları ve ilaç duyarlılıkları açısından farklı özellikler sergilerler. Sinaptik (γ içeren) reseptörler, presinaptik GABA salınımına yanıt olarak hızlı ve geçici fazik akımlar üretir. Ancak, ekstrasinaptik (δ içeren) reseptörler, ortam GABA tarafından kalıcı, duyarsızlaşmayan tonik akımlar üretir. Tonik akımlar, sürekli kanal iletkenliği yoluyla genel bazal tona ve şant inhibisyonuna katkıda bulunur, böylece ağ uyarılabilirliğini ve nöbet duyarlılığını düzenler. Nörosteroidler, fazik inhibisyona aracılık eden sinaptik reseptörler için yüksek bir potansiyele sahipken, tonik inhibisyonu destekleyen ekstrasinaptik reseptörler için daha büyük etkinlik veya duyarlılık gösterirler. Net çıktı, beyindeki aşırı uyarılabilirliği ve fokal deşarjları etkili bir şekilde şantlayabilen maksimum inhibitör tondur. Bu nedenle, nörosteroidler geniş spektrumlu antikonvülsan aktiviteye ve nöbet bozukluklarının tedavisinde umut vadeden klinik potansiyele sahiptir.
Dirençli status epileptikus, OP zehirlenmesinin ayırt edici özelliğidir. Mekanistik olarak, status epileptikus sırasında hipokampusta sinaptik GABA-A reseptörlerinde hızlı bir düşüş ve buna bağlı olarak fazik inhibisyonda azalma meydana gelir. Bu değişiklikler, status epileptikusda BDZ’lere karşı direnci açıklayabilir. Bunu aşmak için, OP kaynaklı status epileptikusa karşı yeni antikonvülzanlar olarak nörosteroidler öneriyoruz. “Nörosteroid tedavimiz”, tonik inhibisyon üreten ekstrasinaptik GABA-A reseptörlerinin status epileptikus sırasında içselleşmediği, dolayısıyla hem ekstrasinaptik hem de sinaptik reseptörleri aktive eden nörosteroidlerin status epileptikus için daha etkili tedaviler olduğu varsayımına dayanmaktadır. Deneysel paradigmalarda, status epileptikus, sinaptik fazik inhibisyonda bir azalmaya neden olur, ancak ekstrasinaptik tonik inhibisyonda bir azalmaya neden olmaz. Nörosteroidler ekstrasinaptik inhibisyonu artırabildiğinden, daha büyük ölçüde, OP maruziyeti için rasyonel bir tedavi stratejisi sunarlar çünkü sürekli nöbet aktivitesine karşı koymak için inhibisyonu en üst düzeye çıkarabilirler.
Sonuç olarak, allopregnanolon, THDOC ve ganaxolon; DFP ve soman tarafından indüklenen kolinerjik status epileptikusun kemirgen modellerinde test edilmiştir. DFP, soman ve VX dahil olmak üzere OP maruziyeti modellerinde doğal nörosteroidlerin (Şekil 3), sentetik analogların (alfaxolon, ganaxolon) ve süper analogların (ganaxolon analogları) etkinliğini daha ayrıntılı olarak karakterize ettik. Nörosteroidler, sıçan modellerinde OP maruziyetinden 40 dakika veya daha sonra verildiğinde etkiliydi; status epileptikus ve nöronal hasarın hızlı ve etkili bir şekilde kontrolünü sağladılar. Genel olarak, nörosteroidler, çok sayıda preklinik toksikokinetik çalışmadan da anlaşıldığı üzere, LOAEL’den daha düşük dozlarda OP zehirlenmesi için midazolamdan daha etkili antikonvülsan ve nöroprotektanlardır.
Allopregnanolonun 3β-metillenmiş sentetik analoğu olan ganaxolone, OP maruziyet modellerinde kapsamlı olarak test edilmiştir. Ganaxolone, sinaptik reseptörlerin ve ekstrasinaptik GABA-A reseptörlerinin allosterik potensiyasyonu ve doğrudan aktivasyonu yoluyla GABA akımlarını güçlendirir (Şekil 2A). Hipokampusta (Şekil 2B) ve diğer beyin bölgelerinde mIPSC frekansını değiştirmeden, mIPSC bozunma amplütüdünü ve süresini önemli ölçüde artırarak GABA ile tetiklenen fazik akımları güçlendirir. Gabazin GABA-A reseptör antagonisti uygulamasından önce ve sonra ortalama iletkenlikteki kayma olarak ölçülen kalıcı tonik akımdan da anlaşılacağı üzere, uygulandığı süre boyunca tonik akımı önemli ölçüde artırır ve çok az azalma gösterir (Şekil 2C).
Ganaxolone’un midazolama göre benzersiz bir avantajı, uzun süreli kullanımda tolerans gelişmemesi ihtimalidir. Klinik öncesi modellerde ganaxolone, midazolam kullanımdakine benzer sedasyon ve hipoaktivite gibi hafif yan etkilere neden olmaktadır. Bu nedenle ganaxolone, OP zehirlenmesine karşı tıbbi bir önlem olarak geliştirilmesi için mükemmel bir seçenektir.
Ganaxolonun kas içi (IM) uygulama formülasyonunu geliştirdik. Ürün, verimli emilim ve beyne hızlı dağılım gibi istenen özellikleri göstermiştir. Ganaxolone’un plazma ve beyin seviyeleri, doz artışıyla orantılı olarak arttı. Ganaxolonun sinir gazı maruziyetine bağlı nöbetlere karşı etkinliği, sıçanlarda gecikmiş maruziyet sonrası test edildi. Ganaxolone, DFP ve soman kaynaklı nöbetlere karşı doza bağımlı bir koruma sağladı. Ayrıca, ajana maruz kaldıktan 40-120 dakika sonra uygulandığında bile SE’ye karşı koruma sağladı (Tablo 1). Soman maruziyetinden sonra gecikmeli tedavi (40 dakika) ile bile güçlü nöroprotektif aktivite gösterdi. Ganaxolone tedavisi, ana nöronların ölümlerini önemli ölçüde önledi ve inhibitör ara nöronların kaybını belirgin şekilde azalttı. Aynı koşullarda, midazolam tek başına soman kaynaklı status epileptikus ve nöronal hasara karşı koruma sağlamada başarısız oldu. Ganaxolon ve midazolamın birden fazla kombinasyon rejimi DFP ve soman modellerinde test edildi. Ganaxolon+midazolam kombinasyon rejimi, status epileptikusu kontrol etmede midazolamın tek başına kullanımına göre üstün bir etkinlik gösterdi. Bu kombinasyon daha büyük bir nöroprotektif etkinlik sağladı ve kombinasyon rejiminin güçlü bir sinerjik koruyucu potansiyeline işaret etti.
Ganaxolone analogları, ekstrasinaptik GABA-A reseptör aracılı tonik inhibisyonda ganaxolone’dan daha yüksek potansiyel ve etkinlik göstermek üzere tasarlanmıştır (Şekil.3). C-21 pozisyonundaki ganaxolone analogları (örneğin SGE–516), GABA akımlarının daha güçlü bir şekilde güçlendirilmesini göstermiş ve muhtemelen ganaxolone’dan daha güçlü bir antikonvülsan etki sağlamıştır. Ganaxolone ve analoglarının, ağ inhibisyonunu ve nöbetleri düzenleyen ekstrasinaptik δGABA-A reseptörlerinin tercihli allosterik modülatörleri ve doğrudan aktivatörleri olduğuna dair güçlü kanıtlar bulunmaktadır. Ganaxolone ile yapılan nörosteroid tedavisi, askeri ve sivil kişilerde OP zehirlenmesi için pratik bir antikonvülsan panzehir beklentilerini kısmen karşılamakta veya aşmaktadır. Geniş spektrumlu etkinliği, tekrarlanan kullanımda tolerans oluşmaması, hızlı başlangıç ve orta süreli etki süresi, iyi tanımlanmış etki mekanizması, klinik çalışmalardan elde edilen güvenlik profili ve ilk müdahale ekipleri tarafından hızlı kullanım için otoenjektör formülasyonlarına uygunluğu da dahil olmak üzere mevcut BDZ’lere göre birçok avantaj sunmaktadır. Gelecekteki çalışmalar, bu ilacın özellikle OP kaynaklı status epileptikus olmak üzere, dirençli status epileptikusun tedavisinde değerli olup olmadığını belirleyecektir.
Genel olarak, sivilleri ve askerleri organofosfatlı sinir gazlarının olumsuz etkilerinden korumak için yeni ve yenilikçi tıbbi panzehirlere acil ihtiyaç vardır. Nörosteroidler, OP maruziyetinden oldukça geç bir süre sonra bile uygulansa, nöbetleri kontrol etmede BDZ’lerden daha etkili görünmektedir. Nörosteroidler, OP nörotoksisitesinin neden olduğu kronik nörolojik etkileri hafifletebilmektedir. Nörosteroidler, midazolam ile birlikte sinerjik koruma sağlayarak OP saldırılarına karşı pratik tıbbi önlemler haline gelmektedir. Ganaxolone, OP zehirlenmelerinin tedavisi için ileri geliştirme ve FDA onayı sürecinde değerlendirilmektedir. Gelecekteki çalışmalar, nörosteroid-benzodiazepin kombinasyonunun OP nöbetleri ve status epileptikus tedavisinde yararlılığını ve biyolojik değişkenliğini belirleyecektir.
- Reddy DS. Mechanism-based novel antidotes for organophosphate neurotoxicity. Curr Opin Toxicol. 2019 Apr;14:35-45. doi: 10.1016/j.cotox.2019.08.001. Epub 2019 Aug 21. PMID: 32856007; PMCID: PMC7448382.
