Функциональная магнитно-резонансная томография покоя у пациентов с рассеянным склерозом до и после проведения высокодозной иммуносупрессивной терапии и аутологичной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Рассеянный склероз (РС) — хроническое аутоиммунное заболевание, характеризующееся наличием мультифокальных воспалительных очагов демиелинизации, диссеминированных во времени и пространстве в центральной нервной системе (ЦНС), обычно поражающее людей трудоспособного возраста [1].

В процессе развития болезни происходят повреждение гематоэнцефалического барьера, развитие мультифокального воспаления и реактивного глиоза, разрушение миелиновой оболочки аксонов, а также различные степени их повреждения [1].

Клинически РС протекает с такими симптомами, как ограничение двигательной активности (неустойчивость при ходьбе, дисметрия, интенционное дрожание), снижение остроты зрения до полной слепоты, офтальмоплегия, нистагм, снижение слуха, моно- и гемипарезы, нарушения чувствительности, а также когнитивные дисфункции (снижение памяти и внимания, хроническая усталость и утомляемость), что приводит к стойкой утрате работоспособности и инвалидизации пациента [2].

При прогрессировании заболевания пациент постепенно теряет профессиональную, функциональную трудоспособность, а также способность к самообслуживанию. Состояние пациента оценивают по шкале EDSS (Expanded Disability Status Scale — расширенная шкала степени тяжести состояния). С ее помощью возможно распределять пациентов в соответствии со степенью их инвалидизации от 0 (ее отсутствие) до 10 (РС — причина смерти больного) [3].

На сегодняшний день для установления диагноза РС используют критерии МакДональда в модификации 2021 г. [2, 3]. В их основе лежат 2 характеристики — диссеминация в пространстве (наличие двух и более клинических очагов поражения, распределение очагов в двух и более областях ЦНС по данным магнитно-резонансной томографии (МРТ)) и диссеминация во времени (клинические обострения с вовлечением нового участка ЦНС, появление новых очагов РС по данным МРТ) [2]. Также диагностика РС включает оценку спинномозговой жидкости и оценку наличия олигоклональных IgG. Для верификации диагноза используют МРТ.

В последнее время особое внимание уделяется изучению изменения функциональных связей между структурами головного мозга и морфологических изменений этих структур, лежащих в основе когнитивных нарушений, так как информация о состоянии вещества головного мозга играет одну из ведущих ролей в прогнозировании прогрессирования РС. Это требует разработки биомаркеров на основе высокотехнологичных методов нейровизуализации, в частности функциональной МРТ (фМРТ), что даст возможность получать информацию о состоянии вещества головного мозга и позволит прогнозировать прогрессирование заболевания.

фМРТ — методика нейровизуализации, применяемая для изучения изменений функциональной коннективности при диагностике различных неврологических расстройств, основанная на обнаружении изменений в сигнале, зависящем от уровня оксигенации крови (BOLD — Blood Oxygenation Level Dependent), на который, в свою очередь, влияют изменения активности нейронов в определенной области мозга [1].

Выделяют 2 типа: фМРТ покоя и динамическая фМРТ [4]. Исследование в состоянии покоя применяется для изучения функциональной коннективности головного мозга. При динамической фМРТ проводят оценку активации мозга в ответ на конкретные задачи, выполняемые пациентами во время проведения исследования. Задачи подразделяются на несколько типов, например: в рамках сенсорных и моторно-активных задач — сгибание-разгибание четырех пальцев доминирующей руки, сгибание-разгибание стопы, манипуляции с предметами повседневной жизни, противопоставление указательного пальца большому на доминантной руке; также выделяют когнитивно-активные задачи — PASAT (динамический слуховой последовательный тест) и PVSAT (динамический визуальный последовательный тест), немедленные и отсроченные задачи запоминания [5–9].

Изменения функциональной коннективности головного мозга, визуализируемые на фМРТ покоя, могут быть использованы как биомаркеры когнитивных нарушений, т. к. данный критерий отражает слаженность работы биологических нейронных сетей.

Выделяют следующие основные типы сетей:

• сеть пассивного режима работы мозга (СПРРМ);
• сеть выявления значимости (СВЗ);
• центральная исполнительская сеть (ЦИС) и др. [3, 10].

Каждая сеть имеет свои топографию и спектр задач. Так, СПРРМ, которая снижает свою активность во время выполнения сложных задач, требующих повышенного внимания, включает несколько анатомических областей: вентромедиальная префронтальная кора, дорсомедиальная префронтальная кора, латеральная медиальная кора и кора задней части поясной извилины [11]. СВЗ выступает фильтром для наиболее значимых стимулов, обеспечивая возможность сосредоточиться на конкретной интеллектуальной задаче, ее анатомическое расположение — передняя островковая доля, дорсальная передняя поясная извилина. ЦИС функционально объединяет дорсолатеральную префронтальную кору с областью задней теменной коры и участвует в обработке получаемой информации, поддержании внимания, манипуляциях с памятью и задачах, требующих когнитивных усилий.

По мнению многих исследователей, изменения функциональной коннективности нейросетей головного мозга отражают течение заболевания, эффективность терапии и нейрореабилитации [3, 12, 13]. В будущем оценка функциональной коннективности головного мозга может позволить персонализировать лечебные и реабилитационные подходы в зависимости от степени нарушения функций [12].

В настоящее время терапия РС состоит из трех компонентов: терапия обострения, препараты, изменяющие течение РС (ПИТРС), и симптоматическая терапия, но внимание многих исследователей сфокусировано на поиске новых подходов к лечению РС [2]. Одним из методов лечения является высокодозная иммуносупрессивная терапия с последующей аутологичной трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток (ВИСТ-АТГСК), которая способствует достижению стойких длительных ремиссий [14, 15].

Лечение состоит из нескольких этапов: мобилизация и забор гемопоэтических стволовых клеток костного мозга пациента с последующей криоконсервацией и хранением трансплантата, проведение высокодозной иммуносупрессии (кондиционирование), инфузия размороженного трансплантата через 48 ч после введения последней дозы цитостатика [16].

Цель исследования — определение изменений функциональной коннективности нейросетей головного мозга у пациентов с РС до и после проведения ВИСТ-АТГСК по данным фМРТ покоя.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Был проведен анализ данных фМРТ покоя пациентов с РС в динамике до и после применения ВИСТ-АТГСК. В исследовании участвовало 25 пациентов с верифицированным диагнозом РС. Каждому была выполнена комплексная МРТ в двух временных точках (до и после ВИСТ-АТГСК) с разницей 12 мес, которая включала в себя структурную МРТ — с целью исключения наличия патологических очагов в головном мозге (помимо очагов РС) и фМРТ покоя — для оценки функциональной коннективности.

МРТ проводили на томографе с индукцией магнитного поля 3,0 Тесла. Пациенты были проинструктированы: лежать с открытыми глазами (не спать) без фиксации взора во время сканирования. Использовалась импульсная последовательность Т1-взвешенного градиентного эхо MP-RAGE для совмещения изображений фМРТ с анатомическими структурами головного мозга (табл. 1).

 

Таблица 1. Протокол МРТ-исследования

Table 1. MRI protocol

№ п/п	Импульсная последовательность	Время сканирования	Характеристики импульсных последовательностей
1	t2_tse_tra_320_p2	2 мин 30 с	FOV — 220 × 220 мм, толщина среза — 4,0 мм, TR — 6000 мс, ТЕ — 93 мс, матрица — 320 × 320, количество срезов — 27
2	t2_tirm_tra_dark-fluid	4 мин 30 с	FOV — 199 × 220 мм, толщина среза — 4,0 мм, TR — 9000 мс, ТЕ — 93 мс, матрица — 256 × 232, количество срезов — 27
3	Т 1 ВИ (MPRAGE)	9 мин	FOV — 240 × 256 мм, толщина среза — 1,2 мм, TR — 2300 мс, ТЕ — 3 мс, матрица — 256 × 240, количество срезов — 160
4	gre_field_mapping	1 мин 30 с	FOV — 192 × 192 мм, толщина среза — 1,2 мм, TR — 400 мс, ТЕ — 7,4 мс, матрица — 64 × 64, количество срезов — 36
5	ep2_120_bold_Rest	6 мин	FOV — 192 × 192 мм, толщина среза — 4,5 мм, TR — 3000 мс, ТЕ — 30 мс, матрица — 64 × 64, количество срезов — 36

 

Также по общепринятой в классической неврологии методике выполнялось клинико-неврологическое обследование, которое включало в себя помимо объективной оценки неврологического статуса оценку пациента по шкале EDSS.

Критерии включения пациентов для проведения ВИСТ-АТГСК:

1. Возраст 18–65 лет; верифицированный диагноз РС (EDSS 1,0–6,5).
2. Наличие подтвержденного прогрессирования заболевания на фоне стандартной терапии; ухудшение EDSS на 1 балл и более при исходном уровне <5 баллов, ухудшение EDSS на 0,5 балла и более при исходном уровне > 5 баллов.
3. Появление новых (в т. ч. Gd+) очагов РС по данным МРТ.
4. Отсутствие тяжелой сопутствующей патологии.
5. Отсутствие лечения препаратами интерферона и иммуносупрессантами за последние 3 мес.

По результатам проведения ВИСТ-АТГСК пациенты были разделены на 2 группы:

• группа № 1 (n = 18) — пациенты с полной ремиссией заболевания в течение 1 года (группа благоприятного исхода);
• группа № 2 (n = 7) — пациенты с наличием хотя бы одного обострения в течение 1 года после терапии (группа неблагоприятного исхода).

Оценку функциональной коннективности нейросетей проводили с помощью специального программного обеспечения CONN toolbox v20a на основе SPM 12. Было проведено межгрупповое сравнение, целью которого было выявление отдельных участков изменения функциональной коннективности нейросетей покоя у данных групп пациентов.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На этапе сравнения данных о двух группах, полученных с помощью фМРТ покоя, были обнаружены изменения функциональной активности в различных участках головного мозга, предположительно ответственных за клинические различия в исследуемых группах.

Изменения были обнаружены в следующих нейросетях: СПРРМ, сенсомоторная нейросеть, сеть дорзального внимания, фронтопариетальная сеть, передняя и задняя мозжечковые нейросети (табл. 2).

 

Таблица 2. Кластеры сети пассивного режима работы мозга

Table 2. Clusters of the default mode network of the brain

№ кластера	Расположение (x, y, z)	Размер кластера	FWR	FDR	p-unc	peak p-FWE	peak p-unc	Локализация кластера
1	+04, +60, +24	344	0,000000	0,000000	0,000000	0,000387	0,000000	Правая лобная доля, верхняя лобная извилина справа, верхняя лобная извилина слева, левая лобная доля, парацингулярная извилина справа
2	–20, –70, +00	121	0,002707	0,002514	0,000055	0,477232	0,000003	Язычная извилина слева, интракалькариновая кора слева, затылочная веретенообразная извилина слева
3	+18, –50, –42	112	0,004425	0,002743	0,000090	0,123083	0,000001	Правая гемисфера мозжечка
Примечание. FWR — Family-Wise Error Rate, значение p при групповой вероятности ошибки; FDR — False Discovery Rate, значение p при частоте ложных обнаружений; p-unc — нескорректированное значение p; peak p-FWE — пиковое значение p при групповой вероятности ошибки; peak p-unc — пиковое нескорректированное значение р

 

Оценка СПРРМ

Первой нейросетью покоя, которая была подвергнута сравнению, стала СПРРМ. Это «истинная» сеть покоя головного мозга, так как она определяется при отсутствии у исследуемого когнитивных и двигательных парадигм. Если же выявляется патология функциональной коннективности в данной сети, то можно утверждать о наличии как когнитивных расстройств, так и аффективных, что подтверждается различными исследованиями [7, 17]. Более того было показано, что процесс инвалидизации пациентов коррелирует с распадом основной нейросети покоя.

Оценка изменения функциональной коннективности при межгрупповом сравнении по отношению к данной сети показало увеличение кластеров в префронтальной области у пациентов группы № 1 (группы с удачным исходом трансплантации), что может свидетельствовать о восстановлении связей в данной нейросети за счет пула зеркальных/молчащих нейронов префронтальной области.

Увеличение функциональной коннективности верхних лобных извилин с обеих сторон (рис. 1), а также диффузно в области лобных долей, влечет изменения клинической картины: снижение выраженности уровня аффективных расстройств у пациентов, улучшение результата в тестах SDMT (тест символьно-цифрового кодирования).

 

Рис. 1. Кластер № 1 сети пассивного режима

Fig. 1. Cluster N 1 of the default mode network

 

При оценке кластера № 2 (рис. 2) было выявлено увеличение активности в области язычной извилины. Данные изменения также вносят вклад в улучшение результатов клинических тестирований, а главное, в качество жизни пациентов. Увеличение в области обнаруженного кластера демонстрирует высокий потенциал к восстановлению основной нейросети покоя головного мозга, т. к. часть клеток этой области связана с медиальной префронтальной корой. Эти изменения помогают заподозрить причину положительного изменения настроения пациентов, уровня когнитивных способностей, некоторых двигательных функций.

 

Рис. 2. Кластер № 2 сети пассивного режима

Fig. 2. Cluster N 2 of the default mode network

 

Если говорить о функциональной принадлежности обнаруженных кластеров, то участки 2 и 3 кластера (рис. 2, 3), ассоциированных с сетью пассивного режима (СПР), лежат в областях, расположенных близко к структурам, участвующим в образовании данной нейросети, что свидетельствует о восстановлении функциональной коннективности самой нейросети. И на основе этого феномена потенциально можно ожидать улучшения результатов тестирований памяти, внимания, психологической составляющей, снижается выраженность двигательной дисфункции за счет улучшения функции планирования действий, повышается качество жизни.

 

Рис. 3. Кластер № 3 сети пассивного режима

Fig. 3. Cluster N 3 of the default mode network

 

Полученные нами данные о том, что в группе пациентов, которые находятся в ремиссии больше года после терапии, есть увеличение функциональной коннективности данной нейросети, свидетельствуют о появлении репаративного потенциала, возможно, на основе нейропластичности или нейроногенеза.

Оценка сенсомоторной нейросети (СМС)

СМС — это нейросеть покоя, которая является основной при выполнении каких-либо двигательных действий (табл. 3).

 

Таблица 3. Кластеры сенсомоторной нейросети

Table 3. Clusters of the sensorimotor neural network

№ кластера	Расположение (x, y, z)	Размер кластера	FWR	FDR	p-unc	peak p-FWE	peak p-unc	Локализация кластера
1	+06, +58, +22	371	0,000000	0,000000	0,000000	0,006336	0,000000	Правая лобная доля, левая лобная доля, верхняя лобная извилина слева, верхняя лобная извилина справа, парацингулярная извилина слева, парацингулярная извилина справа
2	+36, +46, +14	190	0,000100	0,000069	0,000002	0,974484	0,000027	Правая лобная доля, средняя лобная извилина справа
3	–50, +08, –42	141	0,001061	0,000382	0,000022	0,840376	0,000011	Левая височная доля
4	+48, –46, +12	140	0,001117	0,000382	0,000023	0,776472	0,000008	Угловая извилина справа, средняя височная извилина, височно-затылочная область справа, задний отдел супрамаргинальной извилины справа
Примечание. FWR — Family-Wise Error Rate, значение p при групповой вероятности ошибки; FDR — False Discovery Rate, значение p при частоте ложных обнаружений; p-unc — нескорректированное значение p; peak p-FWE — пиковое значение p при групповой вероятности ошибки; peak p-unc — пиковое нескорректированное значение р

 

При оценке 1-го и 2-го кластеров сенсомоторной нейросети отмечается увеличение функциональной коннективности в области лобных долей (рис. 4, 5).

 

Рис. 4. Кластер № 1 сенсомоторной нейросети

Fig. 4. Cluster N 1 of the sensorimotor neural network

 

Рис. 5. Кластер № 2 сенсомоторной нейросети

Fig. 5. Cluster N 2 of the sensorimotor neural network

 

Обнаружено повышение функциональной коннективности в левой височной доле (рис. 6), особое внимание обращает на себя тот факт, что изменение функциональной коннективности происходит в сером веществе и площадь увеличения активности довольно большая.

 

Рис. 6. Кластер № 3 сенсомоторной нейросети

Fig. 6. Cluster N 3 of the sensorimotor neural network

 

При оценке кластера № 4 (рис. 7) отмечается увеличение функциональной коннективности в угловой извилине. Угловая извилина — регион головного мозга, лежащий в основном в антеролатеральном регионе теменной доли. Ее значение связано с передачей визуальной информации в область Вернике для усвоения письменной речи.

 

Рис. 7. Кластер № 4 сенсомоторной нейросети

Fig. 7. Cluster N 4 of the sensorimotor neural network

 

Сенсомоторная нейросеть также показала положительный прирост функциональной коннективности как в областях собственных структур, так и в области лобных долей и височной доли слева (все пациенты — правши), что позволяет предположить, что у пациентов повышается контроль за собственными движениями и восстанавливаются области, которые ответственны за получение двигательных навыков.

ОБСУЖДЕНИЕ

РС — хроническое и потенциально инвалидизирующее заболевание, требующее ранней диагностики и назначения адекватного лечения.

На сегодняшний день стандартной схемой лечения является применение глюкокортикостероидов и лекарственных средств из группы ПИТРС. Но назначение данных групп препаратов не позволяет достичь полноценной стойкой ремиссии, поэтому исследователи ищут новые методы лечения, одним из которых является проведение ВИСТ-АТГСК. По данным современных источников литературы, применение ВИСТ-АТГСК снижает ежегодный показатель рецидивов, что соотносится с результатами нашего исследования (более 70 % пациентов достигли полной ремиссии в течение года).

Одним из возможных методов оценки лечения и реабилитации является фМРТ. В нашем исследовании была проведена фМРТ покоя для оценки функциональной коннективности СПРРМ и СМС. В вышеописанных нейросетях отмечалось наличие кластеров с увеличением функциональной коннективности в клинически значимых зонах головного мозга у пациентов с удачным исходом ВДИТ-АТГСК (например, в лобных долях, в угловой и язычной извилинах), которые коррелируют с улучшением теста символьно-цифровых модальностей (SDMT) и снижением выраженности уровня аффективных расстройств. Однако требуется дальнейшее динамическое магнитно-резонансное наблюдение с применением методики фМРТ покоя и динамическое неврологическое наблюдение с сопоставлением магнитно-резонансной картины с клинико-неврологическими данными, а также расширение выборки пациентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование методики фМРТ покоя позволяет количественно объективно выявлять изменения функциональной коннективности нейросетей у пациентов с удачным исходом высокодозной иммуносупрессивной терапии с аутологичной трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток.

Последующее изучение функциональной коннективности нейросетей головного мозга у данной группы пациентов может дать возможность выявления функциональных маркеров, которые позволят в дальнейшем спрогнозировать исход ВИСТ-АТГСК. Это, в свою очередь, определяет необходимость целенаправленного исследования нейросетей головного мозга при помощи методики фМРТ покоя, а также динамического магнитно-резонансного наблюдения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Участие авторов. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

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

Финансирование. Поисково-аналитическая работа проведена на личные средства авторского коллектива.

Этическая экспертиза. Исследование проводилось в рамках диссертационной работы, одобренной Этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова», Выписка № 0410-22 из протокола заседания ЛЭК № 10-22 от 03.10.2022 г.

Об авторах

Елена Алексеевна Потемкина

НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава России

Email: lenagorbunova-124@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3987-9916
Scopus Author ID: 57217020760
ResearcherId: ABF-8381-2021
Россия, Санкт-Петербург

Артем Геннадьевич Труфанов

Военно-медицинская академия; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова Минздрава России

Email: trufanovart@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2905-9287

докт. мед. наук, профессор кафедры

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Александр Юрьевич Ефимцев

НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава России

Email: atralf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2249-1405
SPIN-код: 3459-2168
Scopus Author ID: 56807130100
ResearcherId: L-1124-2015

докт. мед. наук, доцент кафедры

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Юрьевич Полушин

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова Минздрава России

Email: alexpolushin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8699-2482

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Виктория Владимировна Волгина

НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава России

Email: volginaviktoria1@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-1517-8709
Россия, Санкт-Петербург

Яна Альбертовна Филин

НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: filin_yana@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-0778-6396
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы