Plasticidade Cerebral e Epileptogênese

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1 Plasticidade Cerebral e SAÚDE Epileptogênese João Pereira Leite Professor Doutor da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto USP Departamento de Neurologia, Psiquiatria e Psicologia Médica Chefe do Laboratório de Investigação em Epilepsia jpleite@fmrp.usp.br Evidências a partir de estudos neuropatológicos humanos e experimentais Vera Cristina Terra-Bustamante Médica Assistente junto ao Centro de Cirurgia de Epilepsia (CIREP) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto USP vct@rnp.fmrp.usp.br Fotos cedidas pelos autores Figura 1: Imagem de ressonância nuclear magnética na seqüência flair do paciente JMV, 35 anos, com história de crises parciais complexas que tiveram início na adolescência e com história prévia de crise febril generalizada aos dois anos de idade. A investigação précirúrgica evidenciou crises originadas na região temporal esquerda. Observa-se a formação hipocampal assimétrica, com redução do volume e da diferenciação da estrutura interna do hipocampo esquerdo, além de acentuado aumento do sinal (seta). Introdução a tentativa de explicar a recuperação de funções após uma injúria cerebral, neurologistas levantam conceitos de reorganização funcional ou substituição funcional do sistema nervoso central (SNC) (Ramirez et al., 1996; Sabel et al., 1997). Vários estudos nas últimas décadas têm descrito que neurônios sobreviventes a um insulto no SNC passam por um processo de brotamento de sistemas axonais, formando contatos funcionais com regiões deprivadas de suas aferências originais. Dada a natureza universal dessa resposta de brotamento, existe a possibilidade de que a formação desses novos contatos seja o substrato neural responsável pela reorganização funcional. Estudos lesionais em estruturas límbicas de animais de experimentação têm demonstrado que o brotamento de terminais homólogos àqueles desnervados por uma injúria prévia (brotamento homotípico) está associado à recuperação de funções de memória (Ramirez et al., 1996). No entanto, estudos na formação hipocampal em modelos experimentais de epilepsia e em pacientes com epilepsia do lobo temporal têm indicado que alguns tipos de brotamento anormais podem contribuir para a ocorrência de crises epilépticas (Babb et al., 1991, Sutula et al., 1989). Nos últimos anos, o avanço das técnicas de neuroimagem estrutural e funcional, além da avaliação prolongada por Vídeo-EEG e do refinamento nas técnicas cirúrgicas têm proporcionado um aumento considerável do número de centros especializados no tratamento cirúrgico da epilepsia do lobo temporal. Esse procedimento, embora tenha sido realizado pela primeira vez há mais de um século, foi temporariamente esquecido com o aparecimento das drogas antiepilépticas. No entanto, estas têm-se mostrado ineficazes no controle da maioria dos casos de epilepsia do lobo temporal, o que levou ao reaparecimento e difusão da cirurgia de epilepsia. Já em 1880, Sommer observou que pacientes epilépticos apresentavam freqüentemente ao exame anátomo-patológico alterações estruturais que envolviam a região interna do lobo temporal, particularmente o hipocampo e a amígdala (Sommer, 1880; Mathern et al., 1998), mas foi Stauder (Stauder, 1936) quem fez a associação desses achados com a ocorrência de crises parciais complexas, dando início à descrição da síndrome que hoje conhecemos por epilepsia do lobo temporal mesial (French et al., 1993; Williamson et al., 1993). Desde então, cada 10 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento

2 vez mais essa síndrome vem sendo estudada na tentativa de determinar a causa do seu aparecimento e os mecanismos que levam ao desenvolvimento da epilepsia. Epilepsia do Lobo Temporal Mesial A epilepsia do lobo temporal é o tipo mais comum de epilepsia intratável do ponto de vista medicamentoso. As crises epilépticas são caracterizadas por uma aura inicial em parte dos pacientes, sendo a mais comum a aura epigástrica (sensação de mal-estar na região abdominal caracterizada por frio, cólica ou borborigmo), que pode ascender em direção ao tórax ou à garganta (French et al., 1993). Outras auras bastante freqüentes são as caracterizadas por pensamentos forçados, lembranças de fatos já vividos (do francês, déjà vu) ou nunca vividos (jamais vu). Após essa fase, a crise usualmente evolui para perda da consciência, com o aparecimento de vários comportamentos automáticos, que envolvem particularmente a musculatura facial e da deglutição e os membros superiores. O paciente pode ainda apresentar fala e marcha automática, ou períodos de agressividade (estes geralmente ocorrem quando o paciente é contido a força ou no período póscrise). Na fase pós-ictal pode ocorrer confusão mental ou recuperação imediata da consciência. As crises podem evoluir para generalização tônico-clônica secundária e a sua incidência é variável de caso para caso (Fernandes e Sander, 1998). Ainda não há uma definição clara na literatura se crises epilépticas recorrentes podem ou não levar a uma piora progressiva da cognição desses pacientes ou agravar a epilepsia (Holmes et al., 1998). Os pacientes que se apresentam com essa síndrome têm freqüentemente, no seu passado, história de uma convulsão, na vigência de febre, na infância (na maioria dos casos, até os três anos de idade) (French et al., 1993). Essa convulsão geralmente é relatada como sendo duradoura (aproximadamente uma hora ou, muitas vezes, de várias horas de duração), podendo ainda se apresentar como convulsões repetidas no mesmo dia. As crises podem acometer preferencialmente um dimídio, assumindo um Figura 2: Representação esquemática em corte coronal do hemisfério cerebral direito passando pelo lobo temporal. Na porção mesial está o hipocampo, seguido pelo giro parahipocampal, que é ligado ao lobo temporal, na sua porção mais inferior. Para a retirada do hipocampo, faz-se uma secção da superfície lateral do lobo temporal, entre o giro temporal médio e superior, em direção ao corno temporal do ventrículo lateral, como indicam as setas. Faz-se a retirada da superfície cortical para, em seguida, retirar-se o hipocampo em bloco, juntamente com o giro parahipocampal. caráter assimétrico. Após essa crise, que pode se caracterizar por um episódio único ou por crises repetidas no decorrer de meses ou anos, surge um período em que o paciente permanece assintomático. Esse período segue até o final da infância ou início da adolescência, quando, então, as crises epilépticas reaparecem, sendo dos tipos parcial simples e/ou complexa, geralmente ocorrendo controle insatisfatório com as drogas anticonvulsivantes disponíveis. Estes pacientes têm como achado radiológico a esclerose hipocampal (Williamson et al., 1993). Exames de Investigação Assim como nos outros casos de epilepsia, esses pacientes devem ser submetidos a exames de investigação de rotina, que incluem o eletrencefalograma, e a um exame de neuroimagem, preferencialmente a ressonância nuclear magnética. O primeiro pode evidenciar anormalidades focais, principalmente nas regiões temporais, que podem ser unilaterais ou bilaterais. O achado típico da ressonância nuclear magnética é a atrofia da região mesial do lobo temporal, sendo esse achado conhecido por esclerose mesial temporal. Essa alteração envolve principalmente o hipocampo, o giro parahipocampal e a amígdala, sendo identificada pela ressonância nuclear magnética como uma área de redução de volume na seqüência T1 e aumento de sinal na seqüência flair (Figura 1). Em alguns pacientes, a ressonância nuclear magnética pode ser normal ou limítrofe com a normalidade. Esse achado ocorre com maior freqüência nos pacientes em que não se observa história de crise febril na infância antecedendo a epilepsia do lobo temporal, ou seja, nos pacientes que não apresentam a história típica da síndrome da esclerose mesial temporal. Nos casos definidos como clinicamente intratáveis, é realizada uma investigação pormenorizada, que inclui a monitorização prolongada por Vídeo-EEG, onde são registrados os achados interictais e ictais. Os achados ictais são tipicamente manifestos pela presença de atividade rítmica na faixa teta, correspondendo ao ritmo hipocampal, que, na grande maioria dos casos, é unilateral. Ainda fazendo parte da avaliação pré-cirúrgica são ainda realizados testes neuropsicológicos que evidenciam déficits de memória verbal (quando as crises são originadas no hemisfério dominante) ou de conteúdo vísuo-espacial (quando as crises são originadas no hemisfério não dominante) e a uma avaliação psiquiátrica e social que podem identificar distúrbios psiquiátricos e familiares relacionados ou não à epilepsia. Tratamento cirúrgico O tratamento cirúrgico visa à cura da epilepsia ou à redução significativa do número das crises epilépticas. O intuito da cirurgia é a ressecção da área epileptogênica, que, na epilepsia do lobo temporal, envolve as estruturas mesiais (hipocampo, giro parahipocampal e amígdala). Para que seja feita a ressecção é feita uma incisão na Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 11

3 Figura 3: A: Representação esquemática de um hipocampo normal. As células principais do hipocampo compreendem os neurônios piramidais (representados por triângulos) distribuídos nos diversos subcampos (CA1, CA2 e CA3) do Corno de Ammon e células granulares (com citoplasma arredondado) localizadas na fascia dentata (FD). A região do hilo é envolta pela FD e contém, no seu interior, interneurônios dispersos (representado por células em forma de losango). Os axônios das células granulares (fibras musgosas) se projetam para a região CA3, constituindo o stratum lucidum (cabeça de seta). Na superfície externa da fascia dentata, encontra-se a camada molecular com as porções interna (mais clara, indicada por um asterisco) e externa (mais escura, indicada por uma estrela). B: Representação esquemática de um hipocampo com esclerose hipocampal. Observa-se uma perda celular importante (representada por figuras em branco), particularmente neurônios piramidais e hilares. Já na camada granular não há perda significativa de neurônios, ocorrendo no entanto, uma proliferação de colaterais axônicas (reorganização sináptica) provenientes de neurônios granulares que se projetam principalmente para a camada molecular interna (indicadas pelas setas azuis). porção lateral do crânio, próximo ao pavilhão auricular, por onde se tem, acesso ao encéfalo. As técnicas de ressecção da região epileptogênica variam nos diversos centros de cirurgia de epilepsia, podendo incluir apenas as estruturas mesiais do lobo temporal ou estender-se com a ressecção da porção lateral do lobo temporal (Figura 2), sendo esta a técnica mais comumente utilizada. Prognóstico O prognóstico cirúrgico é bastante favorável, particularmente nos pacientes com diagnóstico da síndrome da esclerose hipocampal. Nesse grupo de pacientes, chega a ser observado um índice de cura da epilepsia em torno de 80% a 90% dos casos, embora alguns pacientes continuem a apresentar as auras. Nos pacientes em que essa história não é encontrada, mas, em exames de neuroimagem, observa-se achado típico de esclerose hipocampal, o índice de cura é ligeiramente menor, mas ainda em torno de 80%. Por outro lado, para os pacientes que apresentam ressonância nuclear magnética normal, apresentam um prognóstico bem menos favorável, podendo ser obtido apenas 50% a 60% de casos em que ocorre a cura da epilepsia. Modelos animais e mecanismos de epileptogênese Para que haja um completo entendimento dos mecanismos que levam ao desenvolvimento das epilepsias, incluída a epilepsia do lobo temporal, vários modelos animais vêm sendo desenvolvidos. Tenta-se, dessa forma, determinar quais são os eventos que podem induzir o aparecimento das crises epilépticas, as estruturas envolvidas e o melhor tratamento a ser utilizado. Determinar o substrato anatômico, patológico e funcional, inclusive os neurotransmissores envolvidos e as suas vias nas diversas formas de epilepsia é de grande importância para o desenvolvimento de novas terapêuticas clínicas ou cirúrgicas e na criação de mecanismos de prevenção das mesmas. Assim, o modelo animal ideal seria aquele que mais se aproximasse à história natural que ocorre em pacientes. O ideal é que se pudesse desenvolver em primatas, devido à maior semelhança filogenética com o homem, um modelo em que ocorressem crises espontâneas, não sendo necessária a indução das crises por drogas ou lesões cerebrais. Infelizmente são poucas as espécies animais que apresentam epilepsia idiopática e menos ainda com crises parciais complexas como as encontradas na epilepsia do lobo temporal. As preparações experimentais mais antigas, particularmente as utilizadas para teste de drogas antiepilépticas, não reproduziam de forma fidedigna a fenomenologia encontrada em humanos (Purpura et al., 1972). As crises epilépticas eram induzidas principalmente de forma aguda, não sendo observada a ocorrência de crises espontâneas tardiamente. Nas duas últimas décadas, novos modelos foram desenvolvidos tendo como característica comum a ocorrência de crises espontâneas, em geral, como consequência de um insulto cerebral decorrente de status epilepticus. Os principais modelos utilizados para estudar a epilepsia do lobo temporal com ocorrência de crises espontâneas são obtidos com injeções na cavidade peritoneal ou intra-hipocampal em ratos ou camundongos ou ain- 12 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento

4 da através da estimulação elétrica mantida de estruturas límbicas (McNamara, 1994). Entre as drogas mais utilizadas estão a pilocarpina e o ácido kainíco (Cavalheiro et al., 1982, Leite et al, 1990). A pilocarpina é um agente colinérgico que, quando injetado em ratos, leva à ocorrência de crises epilépticas semelhantes às crises parciais complexas observadas em humanos. Essas crises se manifestam agudamente como um episódio de estado de mal epiléptico, que pode durar várias horas (assim como o encontrado na infância de crianças que desenvolvem a síndrome da epilepsia do lobo temporal mesial). Após um período em torno de 15 dias, os animais passam a apresentar crises parciais com automatismos nas patas e com as vibrissas, assemelhando-se às parciais complexas da epilepsia do lobo temporal. Essas crises apresentam então um caráter recorrente de forma crônica e espontânea (Leite et al., 1990, Cavalheiro et al, 1991). O ácido kaínico é uma aminoácido excitatório com ação glutamatérgica. Quando injetado na região hipocampal ou sistemicamente leva a um quadro de status epilepticus límbico. Posteriormente a essa fase, são observadas crises recorrentes espontâneas (Cavalheiro et al., 1982). Estudos realizados nesses modelos animais mostram que, se o estado de mal epiléptico não ocorre ou é abortado com drogas antiepilépticas, essas alterações neuropatológicas no hipocampo não ocorrem nem se desenvolvem as crises espontâneas, mostrando que pode existir uma relação direta entre esse tipo de epilepsia e as anormalidades anatômicas e funcionais do hipocampo (Lemos e Cavalheiro, 1995). Um achado neuropatológico encontrado em vários modelos de status epilepticus é a perda acentuada de neurônios hilares e células piramidais nos subcampos CA1 e CA3, com relativa preservação das células granulares e neurônios piramidais de CA2. Além desse padrão desigual de vulnerabilidade celular, existe também a ocorrência de brotamentos axonais no hipocampo esclerótico (Figura 3). Uma atenção maior tem sido dada a perda de neurônios hilares, particularmente as células musgosas e aos fenômenos plásticos de brotamentos axonais. Essas alterações têm-se apresentado como substrato anatômico para duas hipóteses propostas na literatura, na tentativa de explicar os mecanismos subjacentes ao processo de epileptogênese na epilepsia do lobo temporal mesial (McNamara, 1994). 1-Hipótese das células em cesto dormentes: Essa hipótese foi estabelecida por Sloviter (1991), utilizando o modelo da estimulação elétrica mantida da via perfurante, a principal aferência que se projeta do córtex entorrinal (camadas II e III) para a formação hipocampal. A estimulação elétrica dessa via determina a perda da inibição mediada pelo GABA nas células granulares in vivo, sendo, portanto, consistente com a idéia de que a desinibição sináptica contribui para a hiperexcitabilidade das células granulares. No entanto, essa observação é paradoxal em vista da preservação preferencial dos neurônios GABAérgicos, isto é, os neurônios GABAérgicos se apresentam proporcionalmente menos lesados do que as células principais. A hipótese afirma que uma crise prolongada levaria, por um mecanismo excitotóxico, à morte de neurônios no hilo (células musgosas), removendo a aferência excitatória desses neurônios para as células em cesto (GABAérgicas), que ficariam então dormentes, sem a ativação normal determinada pelas células musgosas. Uma vez iniciada a perda parcial da inibição, combinada a aferência excitatória a estímulos normais, descargas excessivas das células granulares seriam geradas, levando `a morte celular progressiva no hilo e ao aparecimento de uma condição epiléptica com o passar dos anos após o insulto inicial (McNamara, 1994). 2-Reorganização sináptica das fibras musgosas: Essa hipótese defende a idéia de que a hiperexcitabilidade das células granulares é uma consequência de um rearranjo patológico de uma circuitaria neuronal, na qual as células granulares emitiriam colaterais axônicas para o Figura 4: Cortes histológicos ilustrando um hipocampo normal (A e C) e um hipocampo de um paciente com esclerose hipocampal (B e D). A e B representam coloração pelo método de Nissl. C e D método de coloração pelo neo- Timm, que evidencia fibras ricas em zinco. Em A nota-se a distribuição normal das células granulares e piramidais. Comparando com a figura B observa-se uma redução significativa de todas as células nas camadas piramidais (entre as setas curvas) e do hilo (cabeça de seta), com preservação do subiculum inferiormente (asterisco). Na figura C observa-se a representação normal da marcação pelo método do neo-timm, sendo a região do hilo mais intensamente corada, se extendendo até a transição entre a região CA3 e CA2. Em D, esta marcação no hilo é um pouco menos intensa, estendendo-se até a região do subiculum. Na região da fascia dentata observa-se uma densa marcação anormal na camada molecular interna (seta). Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 13

5 seu próprio campo dendrítico, resultando num circuito excitatório recorrente (Tauck e Nadler, 1985). Esse rearranjo é resultante da eliminação sináptica em decorrência da morte de neurônios (células musgosas) que, normalmente, projetam axônios para o terço proximal da camada molecular do giro denteado (McNamara, 1994). As sinapses eliminadas são então substituídas pelos axônios das células granulares, as fibras musgosas. Os axônios das fibras musgosas contêm altas concentrações de zinco e podem ser facilmente identificados pelo método de Timm. Uma marcação anormal de terminais Timm positivos na camada molecular interna tem sido observada em hipocampos de pacientes com esclerose hipocampal e modelos animais de epilepsia temporal (Figura 4). Acredita-se que, para ocorrer esse processo plástico, haveria a necessidade de síntese de fatores tróficos que seriam responsáveis pelo brotamento e manutenção desses novos circuitos (Gall e Isackson, 1989). Conclusão Embora partindo de um achado neuropatológico comum (perda de neurônios hilares), duas hipotéses se apresentam com mecanismos fisiopatológicos aparentemente antagônicos. Somente com futuros experimentos no tecido cerebral epileptogênico humano e em modelos animais, conseguiremos validar essas hipóteses. No entanto, o conhecimento dos eventos moleculares que ocorrem após a lesão neuronal poderá, no futuro, oferecer novas estratégias terapêuticas no combate à epilepsia farmacorresistente. O desenvolvimento de drogas que antagonizem a ação excitotóxica sobre os receptores do tipo NMDA poderá obviamente evitar os processos degenerativos quando empregados na fase aguda da agressão ao tecido cerebral. Uma vez estabelecida a lesão, talvez a reorganização sináptica das fibras musgosas possa ser impedida com a modulação específica de fatores tróficos neuronais, como foi recentemente descrita para o sistema colinérgico (Holtzman e Lowenstein, 1995). Ou ainda, no caso das células em cesto dormentes, poderiam ser desenvolvidas drogas que, seletivamente, ativassem as células GABAérgicas inativas, podendo então restabelecer a inibição recorrente nas células granulares do giro denteado. Referências bibliográficas Babb, TL; Kupfer, WR; Pretorious, JK; Crandall, PH and Levesque, MF. Synaptic reorganization by mossy fibers in human epileptic fascia dentata. Neuroscience, 42 (2): , Cavalheiro EA, Riche D, Le Gal La Salle G - Long-term effects of intrahippocampal kainic acid in rats: a method for inducing spontaneous recurrent seizures. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 53: , Cavalheiro EA, Leite JP, Bortolotto ZA, Turski WA, Ikonomidou C and Turski L - Long-term effects of pilocarpine in rats: Structural damage of the brain triggers kindling and spontaneously recurrent seizures. Epilepsia, 32(6): , Fernandes, JG e Sander, JWAS. Epidemiologia e história natural das epilepsias. Em: Fundamentos Neurobiológicos das Epilepsias. 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