Ways of penetration of glucocorticosteroids from the tympanic cavity to the structures of the inner ear: A review

Full Text

Уже на протяжении более 60 лет глюкокортикостероиды применяют при нарушениях слуха и вестибулярных дисфункциях [1]. Сообщения об интратимпанальном способе доставки лекарств к структурам внутреннего уха стали появляться с 1956 г. [2]. Данный метод оказался более эффективным, чем системное введение стероидов. Это обусловлено уменьшением риска развития системных побочных эффектов, снижением риска повреждения структур и функций внутреннего уха [3].

Известно об успешном местном применении глюкокортикостероидов при острой потере слуха [4–11], болезни Меньера [12–15] или шуме в ушах [16–20]. Интратимпанальное введение препарата является методом, позволяющим достичь более высоких доз глюкокортикостероидов в перилимфе за счет диффузии через мембрану круглого окна [6], а также через структуры овального окна [21].

Доказана способность глюкокортикостероидов модифицировать и обрывать воспалительный каскад, приводящий к гибели клеток [22]. Эффективность глюкокортикостероидов доказана при сосудистой, аутоиммунной, бактериальной, вирусной причинах развития острой сенсоневральной тугоухости. Во внутреннем ухе найдены рецепторы к минералокортикоидам и глюкокортикоидам, это позволило сделать предположение о влиянии стероидов на баланс электролитов во внутреннем ухе, на эндокохлеарный баланс и увеличение кохлеарного кровотока [12]. Кортикостероиды связываются с внутриклеточными рецепторами, обнаруженными во внутреннем ухе, в результате чего происходит регуляция транскрипции специальных генов. X. Yao и соавт. в 1995 г. проведены исследования, в которых доказано влияние стероидов на регуляцию синтеза белка во внутреннем ухе [23]. В 1997 г. D. Lin и соавт. доказали, что глюкокортикостероиды регулируют Nа/К секрецию сосудистой полоской, что в свою очередь обеспечивает постоянный уровень внутриулиткового давления [24]. K. Lamm и соавт. в 1998 г. исследовали и доказали эффективность глюкокортикостероидов в предупреждении снижения слуха, полученного в результате акутравмы [25]. В исследованиях, проведенных M. Nagura и соавт. в 1999 г., доказано влияние стероидов на улучшение кохлеарного кровотока [26]. В 2002 г. B. Gloddek и соавт. доказан механизм стероидов, обеспечивающий защиту улитки от катаболитов воспаления и цитокинов (интерлейкина-1 и -6), которые повышаются при инфекционном воспалении [27]. В 2003 г. K. Tabuchi и соавт. показали значительное уменьшение явлений кохлеарной ишемии в результате улучшения кохлеарного кровотока [28].

На пути к структурам внутреннего уха существуют следующие анатомические барьеры: между наружным слуховым проходом и полостью среднего уха границей является барабанная перепонка, в свою очередь барабанная полость и лабиринт отделены друг от друга мембранами круглого и овального окон.

Лекарственное вещество при интратимпанальном способе введения в конечном счете должно достигнуть сенсорных и поддерживающих клеток вестибулярной и слуховой систем внутреннего уха, что может произойти посредством его проникновения в жидкости внутреннего уха: эндолимфу и перилимфу, которые в свою очередь уже окружают сенсорные клетки. Доставка лекарственного препарата из полости среднего уха до перилимфы может быть обеспечена путем диффузии через мембрану круглого и овального окон, а также частично через костную капсулу лабиринта. В свою очередь проникновение лекарственного препарата из сосудистой сети в жидкости внутреннего уха достаточно сильно ограничено за счет труднопроницаемого гематоперилимфатического барьера.

До недавнего времени считалось, что основным местом проникновения веществ во внутреннее ухо является круглое окно, ведущее в барабанную лестницу. Проницаемость мембраны круглого окна достаточно тщательно изучена. Проницаемость же структур овального окна долгое время оставалась без должного внимания. М. Ohashi и соавт. в 2008 г. доказали, что кольцевая связка имеет пористую структуру [29]. В 1981 г. K. Tanaka и соавт. при помощи электронной микроскопии доказали проницаемость структур овального окна: кольцевой связки и подножной пластины стремени [30]. В 2012 г. A. Salt и соавт. продемонстрировано проникновение ионного маркера триметилфениламмония в преддверие через структуры овального окна [31]. Интересным представляется факт, что плотные межклеточные соединения, имеющиеся во внешнем плоском эпителиальном слое мембраны круглого окна, отсутствуют в структурах овального окна, что также способствует более легкому прохождению веществ через овальное окно [32, 33]. Кроме того, в исследованиях, посвященных проникновению гентамицина и гадолиния в структуры внутреннего уха (E. King и соавт., 2011, 2013; J. Zou и соавт., 2012), зафиксирована большая доступность транспорта веществ через овальное окно, нежели через мембрану круглого окна [33–35]. J. Zou и соавт. в 2005 г. в своих исследованиях доказали, что вещества, проникая через мембрану овального окна, преимущественно накапливаются в преддверии [36]. Долгое время существовало мнение, что через овальное окно происходит транспорт веществ в лестницу преддверия, однако его концентрация считалась меньшей по сравнению с поступающей через круглое окно [37, 38]. В последнее время появляется все больше сообщений, посвященных изучению проницаемости мембраны овального окна. В 2017 г. опубликована статья, в которой освещено крупное исследование, проведенное S. Ding и соавт. Они сравнивали пути проникновения наночастиц через овальное и круглое окна и их распределение в вестибулярных и кохлеарных клетках внутреннего уха в результате локального интратимпанального введения препарата морским свинкам in vitro и in vivo. Данные получали с помощью методов флюоресценции и просвечивающей электронной микроскопии. В результате обнаружено накопление высоких уровней препарата в вестибулярных клетках ампул полукружных каналов, в поддерживающих клетках и темных клетках маточки и мешочка, в то же время в кохлеарных волосковых клетках и эпителиальных клетках обнаружены незначительные уровни препарата. Это исследование позволило сделать вывод о том, что вещества могут проникать непосредственно через структуры овального окна, с последующим распределением и накоплением преимущественно в клетках вестибулярного отдела внутреннего уха. Не менее интересным выводом является то, что проникновение вещества через овальное окно преобладает над проникновением веществ через мембрану круглого окна. Авторы данной статьи подчеркивают, что овальное окно подобно «королевским вратам» является местом проникновения лекарственного вещества к вестибулярному рецепторному аппарату внутреннего уха, и это имеет немаловажное значение при лечении периферических вестибулярных расстройств [21].

Средняя толщина мембраны круглого окна у людей составляет 70 мкм [39, 40]. Мембрана круглого окна состоит из 3 слоев. Внешний, со стороны среднего уха, состоит из одного слоя плотно уложенных низких кубовидных эпителиальных клеток и является продолжением слизистой оболочки, выстилающей среднее ухо [41]. Кубовидные клетки имеют плотные соединения на их поверхности и широкие межклеточные промежутки вдоль их боковых стенок. Средний волокнистый слой представляет собой соединительную ткань, состоящую из фибробластов, фиброцитов, коллагена, эластина, содержит капилляры, лимфатические сосуды и нервы. Обнаружена тенденция к постепенному увеличению количества фибробластов, коллагена и эластических волокон по направлению к внутреннему эпителиальному слою. Обращенный к перилимфе внутренний слой плоских эпителиальных клеток, состоящий из нескольких рядов тонких клеток, имеющих широкие межклеточные пространства и длинные боковые расширения, является продолжением мезотелиальных клеток барабанной лестницы. M. Goycoolea (2001 г.) отметил, что межклеточные пространства до такой степени широкие, что соединительнотканный слой находятся чуть ли не в прямом контакте с перилимфой. По его мнению, «прохождение веществ через мембрану происходит разными путями, природа которых, по-видимому, определяется внешним эпителием мембраны». Это значит, что физиологическая граница формируется не соединительнотканным слоем мембраны круглого окна, а скорее свойствами наружного эпителия [32, 42]. Мембрана круглого окна служит барьером между полостью среднего уха и улиткой и участвует в секреции и всасывании веществ. Проницаемость мембраны круглого окна для различных веществ зависит от многих факторов, таких как размер молекулы вещества [32, 40, 43, 44], его конфигурация, концентрация, растворимость в липидах, электрический заряд частиц вещества [44], а также от «детерминант совместимости» для рецепторов эпителиальных клеток [32]. M. Goycoolea (2001 г.) сообщает, что макромолекулы (ферритин), латексные сферы и везикулы легко диффундируют через цитоплазму и внеклеточные пространства мембраны круглого окна. Это в свою очередь говорит о том, что небольшие молекулы будут вести себя аналогичным образом. Вещества проходят через мембрану круглого окна, либо диффузно через цитоплазму в виде пиноцитотических пузырьков, либо через каналы между клетками в эпителии [32, 40]. На уровне среднего волокнистого (соединительнотканного) слоя клетки пиноцитируют/фагоцитируют эти вещества, которые затем перемещаются к перилимфе и/или проникают в кровеносные или лимфатические сосуды [32].

В 1999 г. опубликована статья, в которой описывается большое исследование, проведенное S. Lorne и соавт. Исследовались концентрации трех вводимых препаратов в кохлеарных жидкостях у морских свинок: раствор гидрокортизона (природный гормон, продуцирующийся корой надпочечников, относится к группе быстродействующих; период полувыведения из плазмы – 0,5–2 ч, период полувыведения из тканей – 8–12 ч), дексаметазон (синтетически полученная фторированная форма природного гидрокортизона, относится к группе длительного действия, медленное разложение и более длительное действие, в 25 раз более активный, чем гидрокортизон; период полувыведения из плазмы – 3–5 ч, период полувыведения из тканей – 36–54 ч), метилпреднизолон (промежуточного действия; период полувыведения из плазмы – 2–4 ч, период полувыведения из тканей – 12–36 ч). Введение препарата производилось перорально, внутривенно и интратимпанально. Сравнивались скорость и степень накопления препарата, продолжительность сохранения значимой концентрации глюкокортикостероидов в жидкостях внутреннего уха. Концентрация препарата в жидкостях определялась методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Результаты показали, что самых высоких концентраций во внутреннем ухе удалось достичь путем интратимпанального введения препарата. Средние уровни препарата оставались достаточно высокими и через 6 ч после введения, особенно в эндолимфе. Через 18 и 24 ч препарат все еще обнаруживался в жидкостях внутреннего уха, и в том, и в другом случае в эндолимфе концентрации выше, чем в перилимфе. Результаты данного исследования также свидетельствуют о том, что глюкокортикостероиды подвергаются активному транспорту через мембранозный лабиринт, чтобы достичь эндолимфатического пространства.

А. Mikulec и соавт. (2008 г.) в своих исследованиях доказали, что проницаемость мембраны круглого окна повышается при ее высыхании [45]. Исследования, проведенные на морских свинках, которым выполнялось вскрытие антрума и барабанной полости (за счет чего происходило снижение влажности воздуха в полостях среднего уха), показали повышение проницаемости мембраны круглого окна. С. Kelso и соавт. сообщают о том, что микроперфорации увеличивают проницаемость мембраны круглого окна in vitro [46], но даже небольшие перфорации приводят к утечке перилимфы in vivo, что в свою очередь влияет на кинетику перилимфы [47]. В своих исследованиях С. MacArthur и соавт. (2013 г.) показали, что в результате среднего отита повышается экспрессия цитокинов, клаудинов соединительнотканного слоя мембраны круглого окна и белков щелевого соединения во внутреннем ухе [48].

В статье, опубликованной в 2021 г., S. Jeong и соавт. представили результаты исследования, в котором сравнивалась концентрация дексаметазона во внутреннем ухе крыс после интратимпанального введения дексаметазона совместно с капратом натрия (1-я группа) и просто интратимпанально введенного дексаметазона (2-я группа). Капрат – жирная кислота с цепью С10, которая обеспечивает усиление проникновения и всасывания молекул через плотные клеточные соединения за счет их временного разрушения и расширения межклеточных щелей, т.е. в результате нанесения капрата натрия на мембрану круглого окна получается полуповрежденная мембрана. В исследовании доказано, что в 1-й группе (т.е. дексаметазон с капратом натрия) дексаметазон достигал своих пиковых концентраций уже через 30 мин и такая концентрация сохранялась еще на протяжении 90 мин. Во 2-й группе время достижения пиковой концентрации дексаметазона в жидкостях внутреннего уха и ее дальнейшего поддержания на таком же уровне оказалось в 2,5 раза ниже [49].

Также при интратимпанальном введении препаратов необходимо учитывать, что на пути к мембране круглого окна могут встречаться анатомические препятствия, ввиду чего ожидаемый результат может быть не достигнут. H. Silverstein и соавт. эндоскопически обследовали полость среднего уха 41 пациента непосредственно перед интратимпанальным введением лекарств (это пациенты с болезнью Меньера, острой сенсоневральной тугоухостью и шумом в ушах). Они обнаружили, что мембрана круглого окна полностью закрыта у 5, а частично – у 7 человек [50]. K. Alzamil и соавт., обследовав 202 височных кости, в 11% обнаружили волокнистую ткань или жир в области ниши круглого окна, в 21% обнаружена ложная мембрана [51]. B. Crane и соавт. сообщили о результатах обследования среднего уха 8 пациентов, которые в свою очередь решились на диагностическую тимпанотомию из-за отсутствия эффекта от интратимпанального лечения гентамицином при болезни Меньера. У всех 8 пациентов выявлены препятствия (спайки или утолщенные мембраны) [52].

Эти сообщения говорят об относительной распространенности анатомических препятствий для прохождения лекарств к мембране круглого окна.

Распространение веществ во внутреннем ухе происходит неоднородно. Внутреннее ухо представляет собой геометрически сложную структуру. Костная капсула лабиринта изолирует ткани и жидкости внутреннего уха от соседних структур (среднего уха и головного мозга). Внутреннее ухо имеет два потенциальных сообщения со средним ухом через мембрану круглого окна и структуры овального окна. В свою очередь выстилающие изнутри костную капсулу лабиринта клеточные слои эпителиальных и эндотелиальных клеток, их липидные мембраны и плотные межклеточные соединения также служат физиологическим барьером на пути проникновения веществ из полости среднего уха к структурам внутреннего уха [53].

Лабиринты включают перилимфатическое и эндолимфатическое пространства, содержащие соответственно перилимфу и эндолимфу. Перилимфа, заполняющая барабанную и вестибулярную лестницы, по ионному составу сходна с внеклеточной жидкостью, характеризуется высоким содержанием Nа и низким содержанием K. По составу перилимфа барабанной лестницы, вестибулярной лестницы и преддверия имеют различия. Перилимфа вестибулярной лестницы имеет более высокое содержание K [54]. Как предполагалось ранее [55], перилимфа все же не является ультрафильтратом крови, так как обнаружены различия по ее белковому составу с кровью [56].

Эндолимфа – положительно поляризованный раствор с высоким содержанием калия, схожа с внутриклеточной жидкостью. Эндолимфатическое пространство отделяется от перилимфатического пространства клеточными барьерами и плотными межклеточными соединениями [57]. Известно, что состав эндолимфы варьирует от базального завитка к апикальному концу улитки [54]. Эндолимфа характеризуется преобладающим содержанием катиона К+. Интересно, что содержание К+ и осмолярность эндолимфы выше у основания улитки, чем на апикальном ее конце [58]. За счет этой вариабельности градиентов в базальном отделе улитки более высокий потенциал эндолимфатических пространств улитки, чем в ее апикальных отделах [59].

Существует 3 теории производства и оборота эндолимфы:

• «продольная» – согласно этой теории эндолимфа образуется секреторным эпителием улитки и преддверия, а реабсорбируется в эндолимфатическом мешке [60, 61]. За счет такого механизма происходит транспортировка и реабсорбция клеточного «мусора» и высокомолекулярных отходов через эндолимфатический мешок;
• «радиальная», согласно которой эндолимфа продуцируется сосудистой полоской, а мембрана Рейснера фильтрует ее, и, соответственно, жидкости и электролиты проходят из эндолимфы в перилимфу. Также мембрана Рейснера выполняет функцию, отвечающую за ионный обмен и обеспечение постоянства электрического потенциала эндолимфатических пространств улитки [62, 63];
• «динамическая» в свою очередь сочетает в себе и продольную и радиальную теории [64].

Найдены сообщения о том, что перилимфа потенциально имеет следующие источники по отдельности или в сочетании [56, 65, 66]: кровеносные сосуды, которые снабжают внутреннее ухо; цереброспинальная жидкость через улитковый акведук, а также через периваскулярные пространства и оболочки вестибулокохлеарных нервов.

Интересным представляется факт, что жидкости внутреннего уха не «перемещаются» активно, т.е. не «текут» в отличие от большинства других жидкостей организма. Из этого следует, что распространение лекарств, вводимых местно в полость среднего уха, происходит медленно, за счет пассивной диффузии [67, 68]. Скорость распространения лекарств (коэффициент диффузии) зависит от физических характеристик рассеивающих молекул или частиц, зависит от их молекулярной массы [69].

Существуют следующие принципы распределения веществ во внутреннем ухе при интратимпанальном введении (рис. 1) [68, 70, 71]:

• поперечный путь, или «радиальный обмен» (по отношению к модиолюсу, к центральному ядру улитки). Процессы радиального распределения включают проникновение вещества к эндолимфатическому пространству через сосудистую полоску между барабанной и вестибулярной лестницами; через Рейснерову и базилярную мембрану; от барабанной и вестибулярной лестниц к модиолюсу. Таким образом, вектор распространения веществ от базального завитка к апикальному происходит относительно модиолюса вверх. Считается, что связь через латеральную стенку улитки между барабанной и вестибулярной лестницами самая быстрая [38, 71, 72];
• «продольный» путь распространения вещества, т.е. по барабанной лестнице через геликотрему в вестибулярную лестницу. Такой путь распространения учитывает изменения размеров лестницы от базального к апикальному концу, поток и диффузию вещества вдоль модиолюса, а также учитывает вклад геликотремы и связь базальной части вестибулярной лестницы с преддверием.

 

Рис. 1. Схема распределения веществ, проникающих из барабанной полости во внутреннее ухо через круглое окно: а – радиальный обмен; b – продольный путь.

 

При интратимпанальном введении препарата преобладают процессы радиального распространения вещества.

Проводились многочисленные эксперименты на животных, которые показали, что мембрана круглого окна ведет себя как полупроницаемая мембрана, несмотря на свою трехслойную структуру. Исследовалось много лекарственных средств в отношении проникновения через мембрану круглого окна. Их проникновение в барабанную лестницу оценивали гистологическими методами, путем прямого измерения концентраций либо косвенными методами, такими как влияние на пороги слуха [42].

Известно, что в нормальной, неповрежденной улитке скорость потока эндолимфы и перилимфы крайне мала, поэтому влияние потока на скорость распределения вещества является незначительным по сравнению с диффузией [70, 73].

Клиренс является важным процессом, оказывающим влияние на распределение препарата во внутреннем ухе. За счет клиренса происходит выведение вещества из перилимфы и эндолимфы через сосудистую полоску, находящуюся в боковой стенке улитки и модиолюсе. Клиренс включает в себя все процессы, приводящие к снижению концентрации веществ в жидкостях улитки, а именно: проникновение препарата в межклеточные пространства, а также инактивацию применяемого препарата путем метаболизма и связывания с тканями. Баланс между диффузией и клиренсом является ключевым моментом для определения распределения веществ во внутреннем ухе. Высококонцентрированные вещества достаточно быстро диффундируют через мембрану круглого окна в барабанную лестницу и достигают там устойчивого состояния за счет обеспечения постоянной диффузии веществ механизмами клиренса. Вследствие этого препарат накапливается в базальных отделах улитки и может никогда не достичь апикальных отделов. Из этого следует вывод, что скорость продольного градиента препарата при интратимпанальном его введении зависит от скорости очистки перилимфы. Градиенты препаратов исследовались в экспериментах с помощью измерений ионными электродами [67], при помощи компьютерного моделирования [72, 74] и гистологических методов [75, 76].

По мнению R. Hobbie, S. Plontke и соавт., B. Balough и соавт., изучавших в своих исследованиях изменение концентрации препаратов в перилимфе преддверия, препарат сначала поступает в базальные отделы барабанной лестницы, затем проникает в вестибулярную лестницу, а уже потом проникает в преддверие согласно радиальным механизмам распространения препарата через мембранные структуры [69, 72, 77, 78].

Заключение

Потеря слуха, шум в ушах и вестибулярные расстройства затрагивают миллионы людей во всем мире. К сожалению, протоколы доставки лекарств (дозировка, сроки, конечные точки) и показатели результатов значительно различаются в разных исследованиях, что свидетельствует об отсутствии консенсуса в этой области. Важно отметить, что на сегодняшний день ни один препарат, включающий кортикостероиды, еще не одобрен для местного применения с указанием лечения заболеваний внутреннего уха. Однако в 2019 г. Американской академией оториноларингологии фонда хирургии головы и шеи дополнены клинические рекомендации в отношении внезапной потери слуха, где рекомендовано интратимпанальное применение глюкокортикостероидов в качестве начальной терапии при возникновении острой сенсоневральной тугоухости у пациентов в течение первых 2 нед [79]. В клинических рекомендациях, принятых на территории Российской Федерации (2021 г.), при развившейся острой сенсоневральной тугоухости в дополнение к инфузионной терапии глюкокортикостероидами по нисходящей схеме альтернативой или дополнением к системному введению глюкокортикостероидов также может быть их местное транстимпанальное или транстубарное применение.

Время, в течение которого препарат остается в среднем ухе, играет важную роль, при этом самые высокие уровни внутрикохлеарного препарата обнаруживаются при непрерывной доставке, а более низкие уровни – при кратковременном применении. Одной из задач развития доставки лекарственных средств во внутреннее ухо на сегодняшний день является разработка безопасных, эффективных и минимально инвазивных систем доставки лекарств.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

About the authors

Marina L. Blinova

Saint-Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech

Author for correspondence.
Email: m.blinova@niilor.ru
ORCID iD: 0000-0002-2163-7524

Res. Assist.

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrei E. Golovanov

Kirov Military Medical Academy

Email: lor_vma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7277-103X

Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

Russian Federation, Saint Petersburg

Vadim S. Isachenko

Saint-Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech

Email: 3162256@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9090-0413

D. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files