Особенности изменения фракционной анизотропии различных отделов головного мозга при прогрессировании болезни Паркинсона

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Болезнь Паркинсона (БП) — нейродегенеративное заболевание, по частоте встречаемости находящееся на втором месте в мире после болезни Альцгеймера. Клинические проявления БП обусловлены в первую очередь гибелью дофаминергических нейронов черной субстанции (ЧС), однако нейродегенеративные изменения по мере прогрессирования заболевания развиваются практически во всех структурах головного мозга [1].

В ряде исследований БП, помимо морфометрических показателей оценивалось состояние структурных взаимосвязей головного мозга методом диффузионно-тензорной МРТ (ДТ МРТ). Этот метод позволяет оценить микроструктурные нарушения головного мозга in vivo и основан на измерении величины и направленности диффузии молекул воды в каждом объемном элементе (вокселе) изображения. Диффузия воды происходит вдоль сохранного волокна аксона вследствие наличия у него изолирующей миелиновой оболочки, обозначая тем самым его направление и целостность, что легло в основу получения диффузионных тензорных изображений. ДТ МРТ позволяет визуализировать и количественно оценивать состояние проводящих путей головного мозга [2].

Количество исследований с использованием ДТ МРТ при БП ограничено. Однако полученные данные доказывают, что эта методика позволяет дополнить объем и качество получаемой диагностической информации.

Е.В. Мазуренко и др. [3] выявили взаимосвязь между профилем развивающихся когнитивных нарушений у пациентов с БП и особенностями трактографического паттерна головного мозга: снижение рабочей памяти сопровождалось снижением фракционной анизотропии (ФА) проводящих путей в левой височной области, головке и хвосте гиппокампа справа и головке гиппокампа слева, колене мозолистого тела и левой орбитофронтальной области. Обнаруженный симптом «обрыва восходящих волокон мозолистого тела», по мнению авторов, может являться нейровизуализационным биомаркером развивающейся при БП деменции.

В исследовании J. Langley et al. были проанализированы данные ДТ МРТ 20 пациентов с III ст. БП по шкале Хен и Яра и 17 здоровых добровольцев [4]. Авторы определяли регионарные изменения ФА в ЧС. У пациентов с БП обнаружено значимое снижение ФА ЧС по сравнению с группой контроля. При этом оно было более выражено в ростральных, чем в каудальных отделах. Отклонения от нормы наблюдались в ЧС полушария, контралатерального конечностям, с максимальными неврологическими проявлениями.

Роль экстранигральной патологии для развития немоторых нарушений и связь когнитивных расстройств и психотических симптомов отмечались в работах сотрудников кафедры нервных болезней академии [5, 6]. Однако как именно прогрессируют изменения проводящих путей от II к III ст. БП, изучено недостаточно.

Различие полученных результатов, вероятно, можно объяснять как малыми группами обследованных, так и различием в методологических подходах. Однако во всех проведенных исследованиях, за редким исключением, у пациентов с БП выявлены нарушения структурных взаимосвязей в первую очередь ЧС и стриопалидарного комплекса, в некоторых исследованиях и в мозжечке, а у пациентов с когнитивными нарушениями отмечено снижение ФА в левой височной области, гиппокампах, мозолистом теле, что может определять характер течения заболевания и требовать новых терапевтических подходов.

При подтверждении в последующих исследованиях полученных данных измерение ФА перечисленных трактов может использоваться для проведения дифференциальной диагностики различных синдромов паркинсонизма и способствовать более раннему назначению соответствующей терапии.

В настоящее время считается, что поражения коры головного мозга появляются на поздних стадиях заболевания, однако представляет интерес более детальное изучение вовлечения структур головного мозга в патологический процесс при прогрессировании болезни [7].

Цель исследования — изучить особенности поражения проводящих путей головного мозга при прогрессировании БП по данным МР-трактографии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Было обследовано 88 пациентов с БП. Диагноз выставлен согласно критериям Британского банка мозга [8]. В зависимости от степени тяжести БП пациенты были поделены на группы согласно шкале Хен и Яра: со II ст. заболевания было 42 человека, с III — 46 человек. На момент включения в исследование все пациенты получали дофаминергическую терапию.

Группу сравнения составили 35 человек сходного возраста с начальными проявлениями недостаточности мозгового кровообращения.

Обследование пациентов включало неврологический осмотр с оценкой моторных функций. Степень двигательных расстройств (гипомимия, нарушения походки, поза, туловищная брадикинезия, ригидность, тремор, постуральная неустойчивость и др.) определялась по III разделу («Моторные функции») Унифированной рейтинговой шкалы болезни Паркинсона (Unified Parkinson’s Disease Rating Scale — UPDRS, Fahn S., Elton S. et аl.), посвященному двигательным нарушениям. Клиническая стадия заболевания оценивалась в соответствии со шкалой Хен и Яра.

Всем включенным в исследование пациентам и контрольной группе выполнялась магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга с выполнением диффузно-тензорной визуализации.

МРТ головного мозга проводилась на аппарате Philips Achieva с напряженностью магнитного поля 3.0 Т с использованием 8-канальной головной катушки. Результаты проецировались на стандартную маску головного мозга.

Измерению подвергалась фракционная анизотропия, измеряемая в интегральных значениях от 0 до 1, где 0 — это свободная диффузия, а 1 — это направленное движение абсолютно всех молекул воды вдоль оси проводника. Целостность проводника белого вещества определяется значением ФА, которая прямо пропорциональна степени его функциональности.

Статистическому анализу подверглись 390 структур как серого, так и белого вещества. Обработка полученных данных проводилась с использованием пакета Statistica 10.0 компании StatSoft.

При описании данных при нормальном распределении использовали среднее (M) и стандартное отклонение (SD). Различия считали достоверными при p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Нами были выявлены статистически значимые различия ФА в следующих зонах у пациентов с БП и группы контроля: левый гиппокамп, кора коротких извилин островка, кора нижней височной борозды, путамен, правый верхний височный тракт, левый средний височный тракт, левое и правое красное ядро (КЯ), субталамическое ядро (СТЯ) слева. Показатели фракционной анизитропии различных областей головного мозга исследуемых групп также достоверно различались между собой (табл.).

 

Таблица. Показатели ФА исследуемых областей головного мозга пациентов с БП, достигшие достоверных различий
Структура	Группа сравнения, M ± SD	II ст. по шкале Хен и Яра, M ± SD	III ст. по шкале Хен и Яра, M ± SD	р
Левый гиппокамп	–	0,194 ± 0,004	0,216 ± 0,007	0,024
Кора коротких извилин островка	–	0,179 ± 0,004	0,197 ± 0,004	0,014
Кора нижней височной борозды	0,226 ± 0,127	0,236 ± 0,007	0,268 ± 0,005	<0,05
Кора верхней височной борозды	0,248 ± 0,006	0,249 ± 0,006	0,276 ± 0,005	<0,05
Скорлупа слева	–	0,340 ± 0,004	0,196 ± 0,007	0,046
КЯ слева	–	0,415 ± 0,017	0,489 ± 0,022	0,023
КЯ справа	–	0,474 ± 0,01	0,532 ± 0,02	0,026
СТЯ слева	0,358 ± 0,046	0,531 ± 0,03	0,512 ± 0,036	<0,05
Руброспинальный тракт справа	0,431 ± 0,422	0,402 ± 0,38	–	0,009
Срединный продольный пучок справа	0,46 ± 0,44;0	0,421 ± 0,4	–	0,037
Нижняя ножка мозжечка справа	0,4 ± 0,39;	0,37 ± 0,35	–	0,047

 

Нами было обнаружено достоверное увеличение ФА левого гиппокампа, коры островковых извилин, коры верхней и нижней височных борозд, правого и левого КЯ, СТЯ слева с увеличением стадии БП. С прогрессированием заболевания также отмечено достоверное уменьшение ФА скорлупы слева.

У пациентов с БП было выявлено достоверное уменьшение ФА руброспинального тракта справа, срединного продольного пучка справа, нижней ножки мозжечка справа (рис. 1–3).

 

Рис. 1. Визуальное сравнение правой нижней ножки мозжечка между группой сравнения и пациентами с БП II ст. по шкале Хен и Яра

 

Рис. 2. Визуальное сравнение правого руброспинального тракта между группой сравнения и пациентами с БП II ст. по шкале Хен и Яра

 

Рис. 3. Визуальное сравнение правого срединного продольного пучка между группой сравнения и пациентами с БП II ст. по шкале Хен и Яра

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Количество исследований с использованием ДТ МРТ при БП ограничено, хотя имеются данные, что прогрессирующее ухудшение функции различных трактов может вызвать нарушение целостности проводящих путей между корковыми и подкорковыми областями, которые связаны с определенными когнитивными функциями [9].

Нами были обнаружены следующие структуры серого вещества головного мозга с достоверным увеличением ФА при БП: левый гиппокамп, кора островковых извилин, кора нижней и верхней височных борозд.

Так, N.K. Chen et al. в своем исследовании также выявили значения ФА выше у пациентов с БП, чем у здоровых людей, в области гиппокампа и височных извилин коры головного мозга [10]. Учитывая, что гиппокамп и височная кора отвечают за когнитивные функции, возможно повышение ФА в связи с задействованием компенсаторных функций.

Herz et al. в своем метаанализе исследований функциональной нейровизуализации, связанных с двигательными задачами, обнаружили постоянно сниженную ФА в задней части скорлупы у пациентов с БП во время выполнения двигательных задач [11]. В нашем исследовании было обнаружено почти двукратное снижение ФА в проекции левой скорлупы у пациентов с III ст. БП по шкале Хен и Яра, что подтверждает ранее полученные результаты.

Также отмечалось увеличение ФА в области левого и правого КЯ и СТЯ у пациентов с БП.

КЯ является подкорковым центром, который играет роль в координации движений, двусторонняя связь КЯ с мозжечком и корой головного мозга позволяет ему участвовать в моторном контроле. Вероятно, повышение ФА вызывает повышенную активность КЯ для компенсации дисфункционирующей таламо-стриато-кортикальной цепи.

СТЯ является важным компонентом базальных ганглии-таламокортикального контура. На сегодняшний день установлено, что СТЯ проявляет чрезмерную активность при БП и может быть ответственным за симптомы заболевания [12]. По данным Z. Wang et al. (2016), дисфункция базальных ганглиев и таламокортикальных связей может привести к брадикинезии и ригидности [12].

Пациенты с БП de novo и умеренной БП без лечения имеют повышенную функциональную связь между СТЯ и сенсомоторной корой, что позволяет предположить, что эти изменения происходят уже на ранних стадиях заболевания [13]. В нашем исследовании было продемонстрировано, что с увеличением стадии заболевания происходит увеличение ФА левого СТЯ.

Кроме серого вещества, изменения также коснулись и проводящих путей головного мозга. Было обнаружено снижение ФА в руброспинальном тракте справа, срединном продольном пучке справа, нижней ножке мозжечка справа у пациентов с II ст. БП.

В исследовании Mormina et al. проводился анализ показателей ФА проводящих путей основания ножек и полушарий мозжечка больных БП с продолжительностью заболевания более пяти лет в сравнении с здоровыми добровольцами [14]. Также было обнаружено снижение ФА и в полушариях мозжечка у пациентов с БП, что, вероятно, связано с включением в исследование пациентов с более длительным стажем заболевания.

В другом исследовании было выявлено, что более высокие стадии БП и более длительная продолжительность заболевания связаны с изменением белого вещества мозжечка и снижением ФА [15].

Срединный продольный пучок является частью глобальной координаторной и когнитивной системы [16]. Дисфункция этого тракта приводит не только к формированию координаторных и постуральных нарушений, наблюдаемых при БП, но также и к снижению когнитивных функций.

Также у пациентов с БП было выявлено снижение ФА в руброспинальном тракте, функция которого состоит в передаче информации о характере целенаправленных движений и возникновении тремора, что характерно для БП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные свидетельствуют о снижении ФА в проводящих путях и подкорковых образованиях головного мозга, что говорит об их дисфункции и, наоборот, увеличении ФА в различных областях коры больших полушарий. Последний установленный факт, по нашему мнению, является следствием компенсаторного ответа коры на поражение проводников и базальных ганглиев.

Таким образом, МР-трактография позволяет дополнить объем и качество получаемой диагностической информации у пациентов с БП и является инструментом для оценки прогрессирования заболевания. Кроме того, данная методика дополняет и расширяет представления о патогенезе БП.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Финансирование данной работы не проводилось.

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

Этическая экспертиза. Проведение исследования одобрено локальным этическим комитетом ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ (протокол № 243 от 20.10.2020).

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

Об авторах

Ирина Александровна Власова

Военно-медицинская академия; Северо-Западный окружной научно-клинический центр им. Л.Г. Соколова

Email: a629100@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5796-9814

врач невролог

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Артем Геннадьевич Труфанов

Военно-медицинская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: trufanovart@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2905-9287
SPIN-код: 7335-6463
Scopus Author ID: 55543694800

докт. мед. наук, доцент кафедры нервных болезней

Россия, Санкт-Петербург

Игорь Вячеславович Литвиненко

Военно-медицинская академия

Email: litvinenkoiv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8988-3011
SPIN-код: 6112-2792
Scopus Author ID: 35734354000
ResearcherId: F-9120-2013

докт. мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Мирослав Михайлович Одинак

Военно-медицинская академия

Email: odinak@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-7314-7711
SPIN-код: 1155-9732
Scopus Author ID: 7003327776
ResearcherId: I-6024-2016

член-корреспондент РАН, докт. мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы