Therapeutic Hypercapnia Is Associated with a Reparative Microglial Phenotype and Enhanced Proangiogenic Signaling and Attenuated Early Neurological Injury After Transient Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice

स्ट्रोक मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में अचानक और हिंसक व्यवधान है, जो कोशिकाओं को ऑक्सीजन से वंचित कर देता है और एक अराजक सूजन संबंधी प्रतिक्रिया (इन्फ्लेमेटरी रिस्पॉन्स) को सक्रिय करता है जो स्थायी क्षति का कारण बन सकती है। हालांकि डॉक्टरों के पास अवरुद्ध वाहिकाओं को साफ करने के उपकरण हैं, लेकिन इसके बाद का प्रभाव अक्सर शरीर की अपनी प्रतिरक्षा कोशिकाओं द्वारा संचालित चोट की एक माध्यमिक लहर के रूप में होता है। इन कोशिकाओं में माइक्रोग्लिया शामिल हैं, जो मस्तिष्क के निवासी प्रहरी हैं। सामान्य परिस्थितियों में, वे शांति से गश्त करते हैं, लेकिन जब चोट लगती है, तो वे एक विनाशकारी मोड में बदल सकते हैं जो सूजन को बदतर बना देता है। हालांकि, इन कोशिकाओं में एक दोहरी प्रकृति भी होती; वे मरम्मत के मोड में भी बदल सकते हैं, जिससे तूफान को शांत करने और क्षतिग्रस्त ऊतकों के पुनर्निर्माण में मदद मिलती है। वैज्ञानिक लंबे समय से यह जानने की कोशिश कर रहे हैं कि क्या इन कोशिकाओं को धीरे से विनाश के बजाय उपचार की ओर निर्देशित करने का कोई तरीका है, जिससे शरीर की अपनी रक्षा प्रणाली को एक चिकित्सीय सहयोगी में बदला जा सके।

चीन के वेनझोउ सेंट्रल अस्पताल के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन इस प्रक्रिया को प्रभावित करने के एक आश्चर्यजनक और सरल तरीके की खोज करता है: अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड में सांस लेना। कार्बन डाइऑक्साइड एक गैस है जिसे हम लगातार बाहर निकालते हैं, और हालांकि बहुत अधिक मात्रा आमतौर पर हानिकारक होती है, लेकिन पिछले प्रयोगों में नियंत्रित मात्रा ने मस्तिष्क की रक्षा करने में सफलता दिखाई है। शोधकर्ताओं ने जांच की कि क्या चूहों को सिम्युलेटेड (कृत्रिम) स्ट्रोक से पहले और बाद में कार्बन डाइऑक्साइड के एक विशिष्ट, बढ़े हुए स्तर के संपर्क में लाने से मस्तिष्क की क्षति को कम किया जा सकता है। उन्होंने केवल यह नहीं देखा कि जानवर जीवित रहे या नहीं; उन्होंने यह समझने के लिए मस्तिष्क में सूक्ष्म परिवर्तनों की जांच की कि कैसे यह गैस प्रतिरक्षा कोशिकाओं के व्यवहार और रक्त वाहिकाओं के विकास को प्रोत्साहित करने वाले संकेतों को बदल रही है।

इसका परीक्षण करने के लिए, टीम ने एक मानक मॉडल का उपयोग किया जहाँ उन्होंने चूहे के मस्तिष्क के एक तरफ रक्त की आपूर्ति करने वाली मुख्य धमनी को नब्बे मिनट के लिए अस्थायी रूप से अवरुद्ध कर दिया, और फिर प्रवाह को बहाल कर दिया। एक समूह के चूहों को केवल मानक ऑक्सीजन और नाइट्रोजन गैस दी गई, जबकि दूसरे समूह को आठ प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड युक्त मिश्रण दिया गया। यह एक्सपोजर ब्लॉकेज से पहले शुरू हुआ और रक्त प्रवाह बहाल होने के चौबीस घंटों के बाद तक जारी रहा। महत्वपूर्ण रूप से, दोनों समूहों को पूरे प्रयोग के दौरान 50% ऑक्सीजन के संपर्क में रखा गया, जो हाइपरॉक्सिया (hyperoxia) की स्थिति है, जिसका अर्थ है कि परिणाम सामान्य हवा के बजाय उच्च-ऑक्सीजन स्थितियों के तहत कार्बन डाइऑक्साइड के पूरक के विशिष्ट हैं। परिणाम चौंकाने वाले थे। कार्बन डाइऑक्साइड के संपर्क में आए चूहों में चौबीस घंटे बाद मृत मस्तिष्क ऊतकों के क्षेत्र काफी छोटे थे। उन्होंने ७२ घंटों के बाद गति और समन्वय के परीक्षणों में बहुत बेहतर प्रदर्शन किया, जिससे नियंत्रण समूह की तुलना में कमजोरी या भ्रम के कम लक्षण दिखाई दिए।

जीव विज्ञान की गहराई में उतरते हुए, शोधकर्ताओं ने पाया कि कार्बन डाइऑक्साइड ने केवल क्षतिग्रस्त क्षेत्र को छोटा ही नहीं किया, बल्कि मस्तिष्क के रासायनिक वातावरण को भी बदल दिया। गैस के संपर्क ने उन प्रोटीनों के स्तर को बढ़ाया जो कोशिकाओं के बीच गोंद की तरह काम करते हैं, जिससे रक्त-मस्तिष्क बाधा (ब्लड-ब्रेन बैरियर) को सील करने और मस्तिष्क के ऊतकों में हानिकारक पदार्थों के रिसाव को रोकने में मदद मिली। इसने वैस्कुलर एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर (vascular endothelial growth factor) के उत्पादन को भी बढ़ाया, जो नई रक्त वाहिकाओं के विकास को प्रोत्साहित करने वाला एक प्रमुख संकेत है, और ब्रेन-डिराइव्ड न्यूरोट्रॉफिक फैक्टर (brain-derived neurotrophic factor) को भी बढ़ाया, जो तंत्रिका कोशिकाओं के अस्तित्व में सहायता करता है। महत्वपूर्ण रूप से, इस गैस ने मस्तिष्क की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को शांत किया। कार्बन डाइऑक्साइड से उपचारित चूहों में माइक्रोग्लिया में उपचार और मरम्मत-केंद्रित अवस्था से जुड़े उच्च स्तर के मार्कर देखे गए, जबकि सूजन पैदा करने वाले रसायनों के स्तर, जो नुकसान पहुंचाते हैं, काफी कम थे।

अध्ययन ने इन प्रतिरक्षा परिवर्तनों और शरीर के ऊर्जा कारखानों के बीच एक संबंध भी उजागर किया। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट प्रोटीन, DARS2 में वृद्धि देखी, जो माइटोकॉन्ड्रिया (कोशिकाओं के भीतर ऊर्जा उत्पन्न करने वाली संरचनाओं) के उचित कार्य के लिए आवश्यक है। यह सुझाव देता है कि कार्बन डाइऑक्साइड मस्तिष्क की मरम्मत करने वाली कोशिकाओं की चयापचय दक्षता (metabolic efficiency) में सुधार करके उनकी मदद कर रही है। इसके अलावा, टीम ने मरम्मत-केंद्रित प्रतिरक्षा मार्करों की उपस्थिति और नई रक्त वाहिकाओं के विकास के संकेतों के बीच एक मजबूत सांख्यिकीय संबंध पाया, जिससे पता चलता है कि ये दोनों प्रक्रियाएं मिलकर काम कर रही हैं। यह पुष्टि करने के लिए कि कार्बन डाइऑक्साइड वास्तव में रक्त वाहिकाओं के विकास को उत्तेजित कर सकती है, उन्होंने विकसित होते चिकन भ्रूणों पर इस गैस का परीक्षण किया, जहाँ इसने सफलतापूर्वक संवहनी नेटवर्क (vascular network) के विस्तार को प्रोत्साहित किया।

इन उत्साहजनक निष्कर्षों के बावजूद, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि उनका काम एक मजबूत जुड़ाव दिखाता है न कि एक सिद्ध कारण-और-प्रभाव संबंध। उन्होंने सीधे तौर पर यह साबित नहीं किया कि कार्बन डाइऑक्साइड ने प्रतिरक्षा कोशिकाओं को बदलने के लिए मजबूर किया, न ही उन्होंने पुष्टि की कि बेहतर रिकवरी का एकमात्र कारण बेहतर रक्त वाहिका विकास था। अध्ययन की महत्वपूर्ण सीमाएँ भी थीं। पहला, इसमें 'शैम-ऑपरेटेड' (sham-operated) नियंत्रण समूह (वे चूहे जिनका स्ट्रोक के बिना सर्जरी किया गया था) शामिल नहीं थे, जो शोधकर्ताओं को कार्बन डाइऑक्साइड के विशिष्ट प्रभावों को सर्जरी के प्रभावों से पूरी तरह अलग करने से रोकता है। दूसरा, अध्ययन में केवल नर चूहों का उपयोग किया गया और एक ही सांद्रता (concentration) की गैस का परीक्षण किया गया, जिसका अर्थ है कि मनुष्यों के लिए इष्टतम खुराक अभी अज्ञात है। इसके अतिरिक्त, उपचार ने रक्त के pH स्तर को इतना कम कर दिया जो नैदानिक ​​परिदृश्य में खतरनाक हो सकता है, जिससे सुरक्षा पर सवाल उठते हैं जो इस दृष्टिकोण को रोगियों के लिए विचार योग्य बनाने से पहले हल किए जाने चाहिए।

अंततः, यह शोध इस बात की एक सम्मोहक झलक प्रदान करता है कि कैसे एक सरल शारीरिक परिवर्तन मस्तिष्क की मरम्मत की जटिल मशीनरी को प्रभावित कर सकता है। यह सुझाव देता है कि कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, यह संभव हो सकता है कि मस्तिष्क की प्रतिरक्षा प्रणाली को उपचार की स्थिति की ओर प्रेरित किया जाए और स्ट्रोक के बाद नई रक्त वाहिकाओं के विकास में सहायता मिल सके। हालांकि इन चूहे के प्रयोगों से मानव उपचार तक का रास्ता लंबा है और इसके लिए कठोर सुरक्षा परीक्षणों की आवश्यकता है, यह अध्ययन एक स्पष्ट, ठोस उदाहरण प्रदान करता है कि कैसे मस्तिष्क के प्राकृतिक मरम्मत तंत्र को समझना एक दिन स्ट्रोक की तबाही को सीमित करने के नए और सुलभ तरीके विकसित करने में सहायक हो सकता है।