Биомаркеры спортивных черепно-мозговых травм



Согласно исследованиям, в структуре спортивного травматизма черепно-мозговые травмы (ЧМТ) составляют до 20 % всех видов травм, а число случаев травматизации постоянно растет [14]. В то же время врачами недостаточно учтены особенности спортивных ЧМТ, неврологические симптомы которых часто оказываются невыраженными, а получившие травму молодые, сильные атлеты склонны преуменьшать ее значение. При этом повторные травмы могут увеличить долгосрочный риск развития у спортсмена нейродегенеративных заболеваний [5].

Несмотря на масштабы получения атлетами ЧМТ, в настоящее время недостаточно раскрыты лабораторные индикаторы, позволяющие определить повреждение на клеточном уровне. Данная работа направлена на частичное заполнение пробела в этой области. Цель исследования — изучить современное состояние вопроса применения маркеров для диагностики спортивных ЧМТ.

Результаты исследования и их обсуждение . Черепно-мозговая травма представляет собой повреждение черепа и внутричерепных образований в результате воздействия механической энергии [1]. Спортивная ЧМТ — это ЧМТ, полученная в ходе спортивных соревнований. Доказано, что 97 % спортивных ЧМТ — это травмы легкой степени тяжести, при которых пациент в ясном сознании или уровень бодрствования снижен до умеренного оглушения [5].

В настоящее время для градации степеней тяжести ЧМТ используется шкала комы Глазго. Оценка проводится на момент поступления и через 24 часа по трем параметрам: открыванию глаз, словесному и двигательному ответу на внешние раздражители. Установлено, что 13–15 баллов соответствует легкой ЧМТ.

Легкая ЧМТ согласно кодам международной классификации болезней (МКБ-10) включает следующие нозологические формы: S06.0 — сотрясение мозга, S06.3 — очаговая травма мозга и F07.2 — постконтузионный синдром.

Ежегодно в России диагностируется около 2 миллионов ЧМТ, связанных со спортом, однако более подробная статистика не ведется. В США ежегодно фиксируется около 3,5 миллионов подобных травм [11]. При этом фиксируется вид спорта, пол и степень тяжести повреждения. Однако, в статистические сводки попадают лишь те спортсмены, которые обратились за помощью. Согласно исследованиям, к врачам обращаются лишь 50 % пострадавших с ЛЧМТ. Высокий риск возникновения ЧМТ в спорте указан в работе А.Ledreux (2019) [11]. Автор свидетельствует, что наибольший риск развития ЧМТ существует среди мужчин, играющих в американский футбол или австралийское регби, женщин, играющих в футбол, и для мужчин и женщин, играющих в хоккей. Согласно данным Национальной ассоциации студенческого спорта (США, Канада) самым травматичным спортом является лакросс. Данные свидетельствуют [6], что большинство контактных видов спорта являются опасными с точки зрения риска получения ЧМТ.

В России большинство работ посвящено изучению ЧМТ в боксе и восточных единоборствах [3,4]. В клинической картине ЧМТ у боксеров имеются свои специфические особенности. Боксеры, проведшие на ринге не менее пяти лет, могут жаловаться на недомогание, которое начинается с чувства слабости в ногах (верхние конечности затрагивают редко). У этих боксеров отмечается синдром посттравматической энцефалопатии. Следует подчеркнуть, что даже легкие удары в голову могут иметь тяжелые последствия. Подобные повреждения так же серьезны, как и повреждения при прямом ударе в голову.

Большинство спортивных ЧМТ — легкие, однако, при повторном травмировании значительно повышается риск развития нейродегенеративных заболеваний. Необходимо уметь определять повреждения на клеточном уровне, которые не характеризуются яркими клиническими симптомами и незаметные в ходе рентгенографического исследования. Лабораторная диагностика позволяет определить микроповреждения и предотвратить опасные последствия.

На сегодняшний день существует три основных класса субстанций, которые могут рассматриваться как биомаркеры для выявления легких ЧМТ. Это биомаркеры:

1. связанные с повреждением нейронов,
2. связанные с активацией глиальных клеток,
3. связанные с высвобождением воспалительных цитокинов.

Самым ярким биомаркером повреждения нейронов является NSE (Neuron-specific enolase) — нейронспецифическая енолаза. Это фермент гликолиза. Изоформа этого фермента специфична к нейронам и при повреждении самого тела нейрона высвобождается из цитоплазмы и попадает в кровь. Помимо этого, фермент участвует в аксональном транспорте, а повышение NSE после травмы инициирует воспалительный каскад [12]. Показано, что уровень NSE значительно выше у тех боксеров, которые получали удары по голове, в сравнении с теми, кто получал удары по корпусу. Негативная динамика сохранялась более 2 месяцев [9]. Несмотря на значимость NSE для диагностики черепных травм в лабораторной диагностике этот фермент используется как маркер нейроэндокринных опухолей. Доказано, что NSE повышена при инсульте, травме нервной системы, доброкачественных заболеваниях мозга. Повышение активности этого фермента является неблагоприятным прогнозом неврологического дефицита

Второй биомаркер этого класса — SNTF (Calpain-derived N-terminal proteolytic fragment of spectrin) — N-концевой фрагмент α-спектрина, расщепленный кальпаином. Это структурный фибриллярный белок нейронов, который накапливается уже не в теле нейрона, а в поврежденных аксонах в результате растяжения клеток. В исследовании хоккеистов с сотрясением мозга выявлено, что уровень SNTF в сыворотке повышался через 1 час после травмы и оставался значительно до 6 дней [13].

Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) — белок человека, кодируемый геном BDNF. Этот маркер относится к нейротрофинам — веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов. BDNF увеличивает численность и дифференциацию новых нейронов и синапсов. Повышается после ЧМТ [11].

Вторая группа веществ — это биомаркеры, связанные с активацией глиальных клеток. Глиальные клетки — это клетки нервной ткани, выполняющие важнейшие функции по поддержанию процессов жизнедеятельности нейронов. Нейроглиальные клетки в 3–4 раза мельче нейронов и в отличие от последних обладают способностью к делению [2]. Биомаркерами спортивной ЧМТ могут быть субстанции S100B и GFAP. Это белки, специфичные для особых клеток макроглии — астроцитов. При повреждении астроцитов они попадают в кровь и могут быть диагностированы. Так концентрации S100B может помочь дифференцировать пациентов с легкой травмой от пациентов с тяжелой [7], а белок GFAP, улучшает прогнозирование долгосрочных исходов после сотрясения мозга [12].

Последняя группа биомаркеров объединяет вещества, связанные с высвобождением воспалительных цитокинов. Нейровоспаление является естественной реакцией на повреждение головного мозга. Оно может быть вредным для выживания нейронов. Среди воспалительных цитокинов авторы выделяют цитокины МСР-1, MCP-4 и MIP-1β, которые могут различать спортсменов с легкой травмой, по сравнению со здоровыми людьми [8]. Эти авторы также обнаружили, что уровень MCP-1 и MCP-4 положительно связан с количеством дней до выздоровления у спортсменов с легкой ЧМТ.

Заключение. Существует большое количество биомаркеров повреждения головного мозга. На сегодняшний момент их нельзя рассматривать, как реальные лабораторные инструменты, которые можно использовать в клинической практике. Такие биомаркеры можно назвать потенциальными, поскольку они остаются только на страницах научных журналов. Можно предположить, что основными причинами отсутствия большинства из этих биомаркеров в медицине являются нехватка масштабных исследований и финансирования

Ряд биомаркеров присутствует в доступной для всех лабораторной диагностике. Например, NSE. Однако тут, этот фермент используется как биомаркер нейроэндокринных опухолей. При этом не затрагивается возможность его использования в диагностике легкой/спортивной ЧМТ. По моему мнению, вопрос диагностики спортивной ЧМТ решен с научной точки зрения. Остается внедрить полученные данные в повседневную практику.

Литература:

1. Бывальцев, В. А. Черепно-мозговая травма: учебное пособие ФГБОУ ВО ИГМУ Минздрава России, Кафедра нейрохирургии и инновационной медицины. — Иркутск: ИГМУ, 156 с.
2. Большая Российская энциклопедия: В 30 т. / председатель Науч.-ред. совета Ю. С. Осипов; отв. ред. С. Л. Кравец. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2007. — 767 с.: ил. — ISBN 978–5–85270–339–2
3. Граевская, Н. Д. Спортивная медицина. Курс лекций и практические занятия: [учебное пособие] / Н. Д. Граевская, Т. И. Долматова. — Москва: Спорт: Человек, 2018. — 707, [1] с.: ил. — Библиогр. в конце гл. — ISBN 978–5–906839–52–7
4. Макарова, Г. А. Спортивная медицина: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г. А. Макарова. — [3-е изд., стереотип.]. — Москва: Сов. спорт, 2008. — 478 с.: ил. — Гриф: Доп. Гос. ком. РФ по физ. культуре и спорту. — ISBN 978–5–9718–0285–3
5. Шевелев, О. А. Механизмы низкотемпературных реабилитационных технологий. Спортивная черепно-мозговая травма / О. А. Шевелев, А. В. Смоленский, М. В. Петрова [и др.] // Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. — 2022. — Т. 4, № 1. — С. 4–13. — DOI 10.36425/rehab88833. — EDN LLATTM.
6. Coughlin, J.M., Wang Yu., Minn I. et al. (2016) Imaging of glial cell activation and white matter integrity in brains of active and recently retired National football league players / J. M. Coughlin, Yu Wang, I. Minn // Neurology. — 2017. № 1. — С.67–74. — DOI: 10.1001/jamaneurol.2016.3764
7. Dey, S. Correlation of ubiquitin C terminal hydrolase and S100β with cognitive deficits in young adults with mild traumatic brain injury/ S. Dey, J. Gangadharan, A. Deepika, J. Kumar, R. Christopher, S. Ramesh // Neurol. India. — 2017. № 65 (4). — С. 761–766. — DOI: 10.4103/neuroindia.NI_884_15.
8. Di Battista, A. P. Altered blood biomarker profiles in athletes with a history of repetitive head impacts / Di Battista A. P., Rhind S. G., Richards D., Churchill N., Baker A. J., Hutchison M.// PLoS ONE. — 2016. № 11(7). — С.68–76. — DOI:10.1371/journal.pone.0159929
9. Graham M., Myers T., Evans P., Davies B., Cooper S., Bhattacharya K., et al. (2011). Direct hits to the head during amateur boxing is associated with a rise in serum biomarkers for brain injury. / Graham M., Myers T., Evans P., Davies B., Cooper S., Bhattacharya K.// Int. J. Immunopathol. Pharmacol. — 2011. № 24(1). — С. 119–125. DOI: 10.1177/039463201102400114.
10. Kawata, K. Blood biomarkers for brain injury: what are we measuring? / Kawata K., Liu C. Y., Merkel S. F., Ramirez S. H., Tierney R. T., Langford D // Neurosci. Biobehav. Rev. — 2016. № 68. — С. 460–473. DOI:10.1016/j.neubiorev.2016.05.009.
11. Ledreux, A. Differential effects of physical exercise, cognitive training and mindfulness practice on serum BDNF levels in healthy older adults: a randomized controlled unsupervised intervention study / Ledreux A., Hаkansson K., Carlsson R., Kidane M., Columbo L., Terjestam Y. // J. Alzheimers Dis. — 2019. № 71. — С. 1245–1261. DOI:10.3233/JAD-190756
12. McCrea, M. Association of blood biomarkers with acute sport-related concussion in collegiate athletes: findings from the NCAA and department of defense CARE consortium/ McCrea M., Broglio S. P., McAllister T. W., Gill J., Giza C. C., Huber D. L. // JAMA Netw Open — 2020.№ 3 (1) DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2019.19771.
13. Siman, R. Serum SNTF increases in concussed professional ice hockey players and relates to the severity of postconcussion symptoms/ Siman R., Shahim P., Tegner Y., Blennow K., Zetterberg H., Smith D. H. // J. Neurotrauma. — 2015 № 32. — С. 1294–1300. DOI:10.1089/neu.2014.3698.
14. Theadom A. Incidence of sportsrelated traumatic brain injury of all severities: a systematic review/ Theadom A, Mahon S, Hume P. // Neuroepidemiology. — 2020. № 54(2). — С. 192–199. DOI: 10.1159/000505424.