MRI mozku pro OA kolena

Chronická bolest a kolenní artróza – souvislosti a mezera

Chronická bolest je vysilující problém, který může ovlivnit zdraví, zaměstnání a životní styl jednotlivců a představuje obrovskou zátěž pro systém zdravotní péče. Prevalence osteoartrózy (OA) se celosvětově odhaduje na více než 650 milionů a lidé s OA kolena představují 80 % celkové zátěže (Cui et al. 2020). Celosvětově měla OA kolena v roce 2017 prevalenci 263 086 500 a incidenci 12 888 400 (James et al. 2018). Nedávná studie také zjistila, že 19 % až 43 % dospělých ve věku 40 let a starších mělo markery OA kolena, detekované pomocí magnetické rezonance (MRI), ale byly asymptomatické (Culvenor et al. 2019). Odhaduje se, že do roku 2040 bude mít OA kolena více než 10 milionů Kanaďanů (Bombardier et al. 2011), což významně přispěje k nákladům na zdravotní péči v oblasti OA ve výši 1,45 bilionu (Bombardier et al. 2011; Sharif et al. 2017). Závažnost bolesti a její dopad na funkci označili lidé žijící s OA kolena za dva z nejdůležitějších účinků tohoto onemocnění (Smith et al. 2014), přispívající ke snížení kvality života (Neogi et al. 2013). Nekontrolovaná bolest kloubů OA je spojena se zvýšeným využíváním zdravotní péče, proto zlepšení léčby bolesti u OA v Kanadě může vést k významným úsporám výdajů na zdravotní péči až 488 miliard USD (Bombardier et al. 2011). Je známo, že prožívání bolesti a související mechanismy u lidí s OA kolena jsou komplexní, přičemž změny v signalizaci bolesti (Fingleton et al. 2015) jsou hlavním faktorem náchylnosti k rozvoji přetrvávající bolesti (Carlesso et al. 2019). Změny senzibilizace nervového systému nemusí nutně korelovat se změnami bolesti, což ukazuje, že ve hře jsou další faktory modulující bolest, proces shora dolů (Skou et al. 2016; Edwards et la. 2016). Je zajímavé, že 10–20 % pacientů s OA kolena nadále pociťuje intenzivní bolest i po totální náhradě kolena, což naznačuje, že mechanismy mimo ty, které zahrnují kloubní struktury, pravděpodobně přispívají ke složitému procesu bolesti (Baker et la. 2007; Lundblad a kol. 2008; Rice a kol. 2018). U onemocnění, kde se na kloub pohlíží jako na orgán v selhání (Loeser et al. 2012), je fenotypizace nezbytná, aby bylo možné pochopit heterogenitu. Specifická pro kolenní osteoartrózu (OA), bolest je spojena se změnami ve struktuře kloubu v důsledku zánětu (např. synovitida) (Dainese et al. 2022) nebo lézí kostní dřeně (Aso et al. 2021), ale základní mechanismy nejsou plně pochopit (Gwilym et al. 2008).

Nociceptivní, neuropatická a nociplastická bolest

Obecně bolest známého původu spadá do dvou kategorií na základě příčiny: (i) nociceptivní: bolest způsobená poškozením tělesné tkáně; ii) neuropatická: bolest způsobená poškozením nervu nebo nervového systému. Nicméně chronická bolest, která je přítomna bez rozeznatelných nociceptivních nebo neuropatických složek, je klasifikována jako nociplastická bolest (IASP 2022). Nedávná studie Koska et al. (2021) vyvinuli jednoduchou škálu pro diagnostiku nociplastické bolesti pro klinické hodnocení bolesti na základě i) trvání/regionality/typu bolesti, ii) historie hypersenzitivit, iii) identifikace komorbidity a iv) vyvolané hypersenzitivity na bolest (Kosek et al 2021 ). Jako vizuální reprezentace byla Michigan Body Map (MBM) ověřena jako rychlý a spolehlivý nástroj pro pacienty k identifikaci obecných tělesných oblastí, kde pociťují chronickou bolest (Brummett et al. 2016). MBM je užitečný a jednoduchý nástroj k určení, zda je bolest lokalizovaná (tj. pravděpodobně nociceptivní nebo neuropatická bolest) nebo rozšířená (tj. pravděpodobně nociplastická bolest) (Brummett et al. 2016). Abychom se zabývali neznámými mechanismy chronické bolesti a bolestí projevující se mimo nociceptivní nebo neuropatická poranění, výzkum se zaměřil na teorii centrální senzibilizace jako fenoménu nociplastické bolesti (Fitzcharles et al. 2021; Walsh 2021). Koncept centrální senzibilizace spočívá v tom, že dysfunkce v centrálním nervovém systému vede k přecitlivělosti na škodlivé a neškodné podněty (deb Boer et al. 2019; Neblett et al. 2013).

Současné metody hodnocení nociplastické bolesti

Jednou z metod používaných ke zkoumání nociceptivní bolesti jsou data funkčního zobrazování magnetickou rezonancí (fMRI) k měření neurologické signatury bolesti (NPS) (Han et al. 2022; Wager et al. 2013). Data shromážděná z fMRI jsou signál mozku závislý na hladině kyslíku v krvi (BOLD), který je úzce spojen s neurofyziologickou aktivací mozku a signál kolísá na základě diamagnetických vlastností deoxygenované krve a změn průtoku a objemu krve na aktivovaný nebo deaktivovaný. části mozku (Ogawa et al. 1990). NPS se ukázalo jako robustní metrika pro kvantitativní hodnocení aktivace mozku v reakci na bolest (Han et al. 2022; Wager et al. 2013). Na základě NPS mají lidé několik oblastí mozku s klíčovým zapojením do interpretace nociceptivní bolesti, které mají úměrně zvýšenou nebo sníženou aktivitu vzhledem k bolesti jednotlivce (Wager et al. 2013). Ukázalo se, že aktivační vzorec NPS reaguje na různé formy kvantitativního senzorického testování (QST), jako jsou tepelné, mechanické (Wager et al. 2013) a elektrické poruchy (Choi et al. 2011; Rütgen et al. 2015 ).

U žen s chronickou bolestí kloubů existují důkazy o kortikálním ztenčování souvisejícím s chronickou bolestí, která převyšuje normální stárnutí, zejména v hipokampu, thalamu a přední cingulární kůře (de Kruijf et al. 2016). V kontextu OA několik studií zkoumalo účinky kolenní OA na změny aktivace fMRI (López-Solà et al. 2022; Pujol et al. 2017; Yue et al. 2018; Zunhammer et al. 2018). V souhrnu studie naznačují, že signál BOLD je regionálně zvýšený u pacientů s OA kolena, ale může být snížen nesteroidními protizánětlivými léky (López-Solà et al. 2022) a analgetiky (Yue et al. 2018). Šíření bolesti a zvýšená rozšířená citlivost na bolest s odpovídajícími abnormalitami mozku se běžně vyskytují u pacientů s OA kolena (Pujol et al. 2017) a tyto abnormality mozku související s bolestí se liší od potenciálních psychologických předsudků placeba (Zunhammer et al. 2018).

K řešení problémů spojených s identifikací základních mechanismů bolesti a poskytováním výsledků zaměřených na pacienta vyvinula naše výzkumná skupina metodu analýzy pro klidovou fMRI (rsfMRI) a zobrazování tenzorů difúze (DTI), která používá personalizovanou analýzu. Na základě předchozího výzkumu pomocí NPS očekáváme, že najdeme regionální změny mozku způsobené bolestí, které by mohly zlepšit naše chápání chronické bolesti, které jsou také jedinečné pro každého pacienta s OA kolena. Díky naší nové analýze bude mít každý pacient s OA kolena svá data MRI ve srovnání s více než 88 kontrolami odpovídajících věku a pohlaví a metodologie Z-skórování může identifikovat a objektivně kvantifikovat abnormální oblasti mozku. To lze použít jako doplněk ke klinickým testům bolesti a standardnějším skupinovým analýzám MRI, jako jsou NPS a funkční sítě.

Zatímco MRI byla užitečná při indikaci oblastí mozku změněných bolestí, zánět a excitotoxicita mohou být základními patofyziologiemi nociplastické bolesti. Možnou mechanistickou cestou je cesta kynureninu, která je spojena s několika zánětlivými stavy, které mohou být neuroprotektivní, pokud jsou metabolizovány na kyselinu kynurenovou, ale neurotoxické, pokud jsou metabolizovány na kyselinu chinolinovou (Savitz 2020; Schwarcz a Stone 2017). Kynurenin je metabolit tryptofanu a je detekovatelný periferně pomocí 13C-tryptofanového dechového testu (13C-TBT) (Teraishi et al. 2015). Přestože byl kynurenin zkoumán pro depresi (Teraishi et al. 2015), existuje mechanické překrývání na N-methyl-D-aspartátových (NMDA) receptorech mezi chronickou bolestí a depresí (Savitz 2020; Teraishi et al. 2015; Brandl et al. 2022). Dvě metabolomické studie pacientů s OA zjistily snížené koncentrace tryptofanu (Abdelrazig et al. 2021; Van Pevenage et al. 2022), což vytváří možnost, že kynureninové dráhy mohou být užitečným bioindikátorem OA.

Naše řešení pro hodnocení chronické nociplastické bolesti

Tato navrhovaná studie bude kvantitativním vyšetřením nociplastické bolesti u pacientů s OA kolena. Primárním cílem této studie je tedy určit, zda chronická bolest, konkrétněji chronická nociplastická bolest, způsobuje neuroplastické změny mozku. Předpokládá se, že lidé s lokalizovanou chronickou bolestí (OA-Knee) a rozšířenou chronickou bolestí (OA-Knee+Body) vykazují abnormální mozkové funkce (např. síťová konektivita a komplexnost ROI) a sníženou mikrostrukturální integritu bílé hmoty mozku (např. frakční anizotropie), která by byla také proporcionálně spojena s citlivostí na bolest a duševním stavem ve srovnání s podobně starými jedinci s osteoartrózou kolena bez chronické bolesti.

Kohorta účastníků bude rozdělena do tří skupin pacientů: kontrolní skupina bude zahrnovat účastníky s OA kolena, ale bez bolesti (Osteoartritida – bezbolestná (OA-PF)), první průzkumná skupina by zahrnovala účastníky s OA kolena s bolestí koleno (OA-Knee) a druhá explorativní skupina, indikující chronickou nociplastickou bolest, by zahrnovala lidi s OA kolena s kolenem a rozšířenou bolestí těla (OA-Knee+Body). Účastníci ve skupině OA-Knee+Body budou reprezentativní pro pacienty s chronickou bolestí projevující se nociplastickou bolestí na základě několika klinických testů bolesti (např. kritéria nociplastické bolesti (Kosek et al. 2021), Michigan Body Map (Brummett et al. 2016) , koleno a zápěstí QST). Rozsáhlá tělesná bolest bude určena identifikací bolesti ve více než 3 oblastech těla na mapě těla Michigan a zažíváním bolesti při tlakovém testu bolesti kolena a zápěstí. Tato studie je navržena tak, aby získala data funkční MRI v klidovém stavu (rsfMRI) a MRI zobrazení difúzního tenzoru (DTI) na začátku a po experimentálně vyvolané bolesti (tj. Cold Pressor Gel Test (Lapotka et al. 2017)) a porovnala data z MRI na výsledky klinických testů bolesti. Výsledky průzkumu mají zjistit, zda existují rozdíly mezi neurozánětlivými skupinami na základě výsledků dat 13C-TBT.

Studovat design

Účastníci studie budou požádáni, aby si před návštěvou sběru dat telefonicky domluvili screening. Potenciální účastníci budou o naší studii informováni svým revmatologem (tj. Dr. Adachi) a v případě zájmu o účast budou kontaktovat Dr. Danielli e-mailem. Potenciální účastníci poté kontaktují Dr. Danielliho, aby si domluvili telefonický hovor, aby ústně získali souhlas a provedli screeningové otázky k určení způsobilosti. Prohlídka s Dr. Danielli zabere asi 30 minut. V rámci procesu screeningu budou potenciální účastníci požádáni, aby vyplnili Kritéria nociplastické bolesti (Kosek et al. 2021), dotazník DSM-V Alcohol Use Disorder, poskytli demografické informace (tj. měli vyvážený nábor podle věku a pohlaví) a identifikovat možné kontraindikace MRI. Pokud je někdo způsobilý se zúčastnit, bude mu poté zarezervován termín studijní návštěvy sběru dat. Všem potenciálním účastníkům bude diagnostikována OA kolenního kloubu jejich revmatologem a screeningová návštěva bude provedena za účelem kategorizace účastníků do jedné ze tří studijních skupin a efektivní rezervace návštěvy pro sběr dat.

Informovaný písemný souhlas bude získán v souladu s Helsinskou deklarací Světové lékařské asociace před jakýmkoli sběrem dat při studijní návštěvě sběru dat. Všichni účastníci obdrží stejné protokoly o sběru dat. V závislosti na preferencích účastníků budou screening a data shromažďována buď v Imaging Research Center (IRC) v St. Joseph's Healthcare Hamilton nebo na Joint Department of Medical Imaging (JDMI) v Toronto Western Hospital. Dotazníky (tj. Depression Anxiety Stress Scale (DASS42) (Crawford et al. 2003), Intermittent and Constant Osteoarthritis Pain (ICOAP) (Hawker et al. 2008; Hawker et al. 2011) a Brief Pain Inventory (BPI) (Cleeland et al. 1991)) a účastníci budou mít také testy prahu bolesti na zápěstí a kolena; jejich dokončení bude trvat asi 15 minut. Základní a sekundární akvizice magnetickou rezonancí by každá trvala asi 45 minut. Účastníci dostanou 5–10 minut mezi vyšetřeními MRI, aby si udělali přestávku a protáhli si nohy. Studijní návštěva sběru dat bude trvat asi 2 hodiny.