CORRELATION BETWEEN MICRO- AND MACRO-STRUCTURAL CEREBRAL MAGNETORESONANCE INDICES AND CLINICAL-FUNCTIONAL STATUS OF PATIENTS WITH ACUTE ISCHEMIC STROKE

Full Text

Введение Показано, что метод диффузионно-тензорного изображения (ДТИ) может быть использован для оценки целостности трактов белого вещества головного мозга после инсульта [1]. Диффузионно-тензорные показатели, в первую очередь фракционная анизотропия (ФА) кортикоспинального тракта на различных уровнях, рассматриваются в качестве потенциальных биомаркеров поражения двигательных путей головного мозга и двигательного восстановления [2-5]. Комплексных исследований целостности основных трактов белого вещества, а также микроструктурных изменений серого вещества головного мозга в ассоциации с макроструктурными церебральными и клиническими параметрами в остром периоде инсульта в изученной нами литературе не обнаружено. Цель исследования - оценить взаимосвязь микро- и макроструктурных церебральных магнитно-резонансных показателей с клиническим и функциональным статусом больных в остром периоде ишемического инсульта. Материалы и методы исследования Обследованы 103 пациента (61 мужчина (59 %) и 42 женщины (41 %)) в острый период ишемического инсульта в возрасте от 28 до 89 лет. Средний возраст составил 64,8 ± 11,04 г. Стандартизация оценки неврологического статуса выполнялась с помощью шкалы инсульта Национального института здоровья (NIHSS) при поступлении в стационар и при выписке. Оценка глобального когнитивного статуса проводилась при помощи краткой шкалы оценки психического статуса (MMSE) и Монреальской шкалы оценки когнитивных функций (MoCA) при выписке. Отдельные познавательные функции оценивались при помощи батареи лобных тестов (FAB), теста рисования часов (ТРЧ), семантической вербальной беглости (СВБ), таблиц Шульте (ТШ) и теста пяти слов (ТПС). Функциональный статус изучался при помощи индекса мобильности Ривермид (ИМР) и модифицированной шкалы Ренкина (МШР) при выписке. МРТ-обследование проводилось на магнитном томографе GE Helthcare Brivo MR 355 с напряженностью магнитного поля 1,5 T. Алгоритм сканирования включал в себя импульсные последовательности Т2, Т1, FLAIR, диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ) со значением b-фактора, равным 0 и 1000 с/мм2 в аксиальной плоскости, T1 в сагиттальной плоскости, а также последовательности высокого разрешения сильно взвешенной по Т1 - Ax 3D T1 FSPGR BRAVO (256×256, Slice thickness 1,2 мм, NEX = 1, FOV24.0, FA-12) [13, 15]. Постпроцессинговая обработка (вычисление объемных показателей) производилась на рабочей станции Advantage Workstation 4.6 с использованием программного пакета приложений Volume Share 5. Исследовались следующие МР-морфометрические показатели: объем головного мозга (Vм), объем желудочковой системы головного мозга (Vж), площадь лейкоареоза (Sл), размер очага инфаркта (So) и объем гиппокампов (Vг). Для оценки трактов и вычисления значений ФА получили ДТИ всех пациентов с использованием до 25 направлений измерения. Результаты были обработаны в программе OsiriX v3.6.1 с использованием приложения DTImap для построения карт ФА, приложения ADCmap для вычисления показателей измеряемого коэффициента диффузии (ИКД), а также программы 3D Sliser4.4 для трехмерного построения трактов головного мозга. В анализ вошли показатели, полученные в остром ишемическом очаге, скорлупе, таламусе, гиппокампе, колене, теле и валике мозолистого тела (МТ), передней (ПНВК) и задней (ЗНВК) ножках внутренней капсулы, цингулярном пучке (ЦП), верхнем продольном пучке (ВПП), нижнем фронтоокципитальном пучке (НФОП), а также в этих зонах на симметричных участках. Величина площади измеряемого участка ФА находилась в пределах от 0,1-0,3 см2 и зависела от анатомических характеристик тракта [6-9]. Статистическая обработка проводилась с использованием пакета прикладных программ Statistica 8.0. Сравнительный анализ двух независимых групп по количественному признаку выполнялся с помощью U-критерия Манна-Уитни. Дисперсионный анализ проводился с использованием F-критерия Фишера; корреляционный анализ изученных показателей - с использованием непараметрического метода Спирмена. Результаты и их обсуждение Первый инсульт перенесли 83 пациента (81 %), повторный ишемический инсульт - 20 больных (19 %). Согласно критериям TOAST атеротромботический инсульт был выявлен у 60 пациентов (58 %), лакунарный - у 20 (19 %), кардиоэмболический - у 23 (23 %). Была проанализирована локализация ишемического очага, и установлено, что в теменной доле он встречался в 52 (50 %) случаях, в затылочной - в 14 (13,6 %), в височной - в 10 (9,7 %), в лобной - в 2 (1,9 %), в таламусе - в 7 (6,8 %), в скорлупе - в 4 (3,9 %), в теменно-затылочной зонае - в 2 (1,9 %), в теменно-височной зоне - в 1 (1 %), в височно-затылочной зоне - в 2 (1,9 %), в лобно-височно-затылочной зоне - в 1 (1 %), в мозжечке - в 2 (1,9 %), в стволе мозга - в 6 (5,8 %). Латерализация справа была выявлена в 47 (46 %) случаях, слева - в 53 (51 %), с обеих сторон - в 3 (3 %). По степени лейкоареоза значение шкалы Fazekas 1 балл было у 82 (80 %) пациентов, 2 балла - у 9 (8 %), 3 балла - у 12 (10 %). Анализ макроструктурных и морфометрических показателей головного мозга пациентов представлен в табл. 1. Общая характеристика ФА на стороне очага поражения и в симметричной зоне противоположного полушария представлена в табл. 2. Как указано в табл. 2, на стороне очага поражения была выявлена более низкая ФА в зонах скорлупы, гиппокампа и ВПП. На противоположной стороне отмечалась более низкая ФА в зонах таламуса, ПНВК, ЗНВК и НФОП. Различий в ФА в зоне ЦП между сторонами выявлено не было (рисунок). Данную иллюстрацию можно рассматривать также в качестве усредненного «трактографического профиля» мозга пациента. Указанные результаты согласуются с данными, полученными нами ранее при исследовании меньшей группы больных [10, 11]. Таблица 1 Макроструктурные и морфометрические характеристики Показатель Минимум; максимум Среднее значение 25%-ный и 75%-ный квартили Характеристика ишемического очага Общее количество ишемических очагов 1; 27 7 2; 13 Количество острых ишемических очагов 0; 3 1 1; 1 Sо, мм2 5; 121 15 10; 30 Измеряемый коэффициент диффузии очага 0; 0,005 0,001 0; 0,001 Локализация Количество пораженных долей головного мозга 1; 4 1 1; 1 Лейкоареоз Sл, мм2 7; 1911 89 23; 321 Морфометрические показатели Vм, мм3 1006; 1572 1279 1173; 1397 Vж, мм3 10; 126 44 29; 62 Vг, мм3 3,1; 10,8 6,7 5,4; 8,2 Таблица 2 Общая характеристика ФА на стороне очага поражения и в симметричной зоне противоположного полушария Область ФА ипсилатерально очагу ФА контралатерально очагу р Me 25 % 75 % Me 25 % 75 % Скорлупа 0,246 0,197 0,342 0,375 0,307 0,492 < 0,001 Таламус 0,319 0,272 0,367 0,274 0,217 0,355 < 0,001 Гиппокамп 0,233 0,187 0,377 0,339 0,304 0,397 0,008 ПНВК 0,464 0,394 0,539 0,268 0,193 0,445 0,002 ЗНВК 0,636 0,553 0,683 0,490 0,417 0,577 < 0,001 ЦП 0,515 0,436 0,577 0,654 0,596 0,711 0,42 ВПП 0,428 0,386 0,487 0,523 0,422 0,583 0,002 НФОП 0,489 0,425 0,558 0,453 0,396 0,523 0,002 17.tif Рис. Показатели ФА в исследованных зонах на стороне ишемического очага и контралатерально Нами был выполнен корреляционный анализ макро-, микроструктурных и клинических данных, результаты которого представлены в табл. 3 и 4. Как отражено в табл. 3 и 4, возраст пациентов был прямо ассоциирован с размером лейкоареоза, желудочков и обратно связан с ФА в зонах обоих таламусов, контралатеральной ПНВК, ипсилатерального НФОП и колена МТ. Примечательно, что связи возраста с объемом гиппокампа выявлено не было. Степень неврологического дефицита при поступлении была связана с размером очага, лейкоареоза и желудочков и обратно коррелировала с ФА ипсилатерального НФОП, колена и валика МТ. Схожие взаимосвязи определялись и для степени неврологического дефицита при выписке. Результат MoCA был связан с размером лейкоареоза и желудочков, обратно коррелировал с ФА контралатерального стриатума и ЗНВК и прямо с ФА контралатерального ЦП и инсилатерального НФОП. Схожий профиль корреляций отмечался и для MMSE, FAB, ТРЧ и СВБ за тем исключением, что результат лобной батареи коррелировал также с ФА валика МТ. Таким образом, тяжесть инсульта, а также результаты глобальных и доменных тестов были ассоциированы с размером очага, лейкоареоза и желудочков. Исключение составила MoCA, которая не коррелировала с размером очага. Данный факт может говорить о том, что, несмотря на высокую чувствительность в диагностике сосудистых когнитивных нарушений, данная шкала не отражает «вклада» самого инсульта в развитие Таблица 3 Результаты корреляционного анализа морфометрических и клинических данных Характеристика обследуемой группы Морфометрические показатели Sо Sл Vм Vж Vг Возраст US r = 0,38 p = 0,001 US r = 0,32 p = 0,004 US NIH-1 r = 0,29 p = 0,008 r = 0,29 p = 0,02 US r = 0,28 p = 0,02 US NIH-2 r = 0,22 p = 0,04 r = 0,37 p = 0,002 US r = 0,38 p = 0,0008 US MoCA US r = -0,29 p = 0,015 US r = -0,50 p = 0,00001 US MMSE r = -0,41 p = 0,0003 r = -0,32 p = 0,005 US r = -0,47 p = 0,00001 US FAB r = -0,33 p = 0,006 r = -0,31 p = 0,009 US r = -0,50 p = 0,00001 US ТРЧ r = -0,32 p = 0,009 r = -0,37 p = 0,002 US r = -0,50 p = 0,00001 US СВБ US r = -0,31 p = 0,012 US r = -0,37 p = 0,015 US ТПС US US US US US ТШ r = 0,42 p = 0,0005 r = 0,35 p = 0,004 US r = 0,33 p = 0,005 US ИМР r = -0,31 p = 0,007 r = -0,33 p = 0,013 US r = -0,29 p = 0,022 US МШР r = 0,41 p = 0,00006 r = 0,37 p = 0,002 US r = 0,30 p = 0,001 US Примечание: US - недостоверно. Таблица 4 Результаты корреляционного анализа ФА, морфометрических и клинических данных Показатель Зоны интереса Очаг Стриатум Таламус Гиппокамп ПНВК ЗНВК ЦП ВПП НФОП МТ И К И К И К И К И К И К И К И К И К колено тело валик Возраст 0 0 0 0 - - 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 - 0 - 0 0 NIHSS-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 - - NIHSS-2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 - MoCA 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 - 0 + 0 0 + 0 0 0 0 MMSE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 + 0 0 + 0 0 0 0 FAB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 + 0 0 + 0 0 0 + ТРЧ 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 + 0 0 0 0 СВБ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 ТПС 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + + 0 0 + + 0 0 0 ТШ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 ИМР 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 0 + МШР 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 - 0 0 0 - Общее количество очагов 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Количество ОИО 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 ИКД 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Sо - - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Sл 0 0 0 0 - 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 - - - 0 0 Vм 0 0 0 0 + + 0 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Vж 0 0 0 0 0 0 + + 0 0 0 0 0 - 0 0 - 0 - 0 - Vг 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 Примечание: И - ипсилатерально; К - контралатерально; «+» - положительная корреляционная зависимость (критерий Спирмена) с уровнем статистической значимости менее 0,05; «-» - отрицательная корреляционная зависимость (критерий Спирмена) с уровнем статистической значимости менее 0,05; 0 - взаимосвязь статистически не значима. познавательного дефицита, а преимущественно свидетельствует о хроническом поражении мозга, т.е. освещает церебральную предиспозицию. Наиболее стойкий паттерн макро- и микроструктурных взаимосвязей отмечен для MMSE, FAB и ТРЧ. Интересно, что несмотря на типичные ассоциации с макроструктурными показателями результат ТШ из микроструктурных зон коррелировал лишь с контралатеральным ЦП. Напротив, ТПС не был ассоциирован с макроструктурными показателями, но положительно коррелировал с ФА обоих ЦП и НФОП. Показатели функционального статуса при выписке ИМР и МШР были ассоцииро-ваны с размером очага, лейкоареоза и желудочков. Также отмечались корреляции их с ФА ипсилатерального НФОП и валика МТ. МШР была также ассоциирована с ФА ипсилатеральной ЗНВК. Анализируя взаимосвязи между макро- и микроструктурными МР-показателями, мы пришли к парадоксальному выводу, что ни общее количество очагов, ни число острых ишемических повреждений не связаны с состоянием трактов, за исключением ипсилатеральной ПНВК и колена МТ. Интересно также, что размер очага не был связан с ФА ни одной из зон. При этом площадь лейкоареоза коррелировала с ФА ипсилатеральных таламуса, ПНВК, НФОП с обеих сторон, а также коленом МТ. Объем желудочковой системы оказывал наибольшее влияние на микроструктуру трактов, а именно ЦП, НФОП, колена и валика МТ. Примечательно, что как размер внутренней гидроцефалии, так и степень атрофии мозга в целом были ассоциированы со снижением ФА гиппокампов. Объем мозга коррелировал также с ФА таламусов. Интересно, что объем гиппокампа был связан лишь с ФА контралатерального ЦП, но не с ФА в зоне гиппокампа. Выводы Таким образом, мы выявили различия ФА на стороне очага и в противоположном полушарии. Разность показателей анизотропии можно рассматривать в рамках дефицитарного и компенсаторного подходов. Учитывая разнонаправленность данных изменений, можно предположить несколько механизмов: 1) вторичное нарушение микроструктуры скорлупы, таламуса и дезинтеграция ВПП вследствие дезорганизующего эффекта очага; 2) развитие очага уже в скомпромитированной (например, за счет хронической гипоперфузии или микроэмболизации) зоне мозга; 3) компенсаторное возрастание анизотропии в зонах таламуса, ножек внутренней капсулы и НФОП как структур, принимающих на себя функционирование нейронной сети на стороне очага. Аналогичным образом можно трактовать повышение ФА скорлупы, таламуса и ВПП противоположного полушария. Так или иначе, полученные данные могут свидетельствовать об адаптивных механизмах, которые начинают реализовываться на микроструктурном уровне уже в острый период ишемического инсульта [12-15]. Размер очага представляется значимым факторов, в первую очередь в отношении тяжести неврологического дефицита, когнитивных и функциональных нарушений, но при этом не связан с состоянием трактов. Площадь лейкоареоза и объем желудочковой системы являются синергичными параметрами, оказывающими влияние на неврологический, когнитивный и функциональный статус, а также мультикорреляционно связанными с микроструктурой таламуса, гиппокампа, ПНВК, ЦП, НФОП и МТ. Объем гиппокампа был ассоциирован лишь с ФА ЦП, но не с клиническими данными. Это подтверждает точку зрения о том, что в отрыве от клинической картины и состояния нейрональной сети в целом данный фактор диагностически не значим. В заключение следует сказать, что проведенное исследование позволило осветить лишь основные взаимосвязи макро- и микроструктурных церебральных МР-па-раметров. Тем не менее даже совокупность рассмотренных показателей может иметь предиктивную ценность и применяться в прогностических моделях.

About the authors

A A Kulesh

Email: aleksey.kulesh@gmail.com

V E Drobakha

V V Shestakov

References

Supplementary files