Objektivní hodnocení otřesu mozku pomocí MRI a metabolomiky

Mírná traumatická poranění mozku (mTBI) jsou hlavním zdravotním problémem kvůli riziku krátkodobých a dlouhodobých komplikací. Aby bylo možné porozumět účinkům TBI (také označovaného jako otřes mozku), studie zkoumaly fyziologický a kognitivní dopad otřesů na mozky mladých a vysokoškolských sportovců. Na základě atletické expozice (AE) se nejvíce otřesů v National Collegiate Athletics Association (NCAA) vyskytuje v mužském zápase, mužském a ženském ledním hokeji, mužském fotbale a ženském fotbale (Zuckerman et al. 2015). Odhaduje se, že ve Spojených státech se u mladých a vysokoškolských sportovců ročně vyskytne 300 000 otřesů mozku souvisejících se sportem (Coronado et al. 2015; Gessel et al. 2007; Langlois et al. 2006; Thurman et al. 1998) . Odhad SRC by však byl pravděpodobně hrubě podhodnocen kvůli nedostatečnému hlášení a nevyhledání lékařské péče (Karlin 2011; Kaut a kol. 2003; Kerr a kol. 2016; McCrea a kol. 2004; Roozenbeek a kol. 2013). Ve skutečnosti by počet ročních RRD mohl dosahovat až 1,6 až 3,8 milionů výskytů (Langlois et al. 2006).

Poranění mozku jsou klasifikována jako mírná, středně těžká nebo těžká na základě symptomů hlášených pacientem, kognitivní poruchy a strukturální poškození vizualizované pomocí lékařského zobrazení (Bodin et al. 2012; DeCuypere a Kilmo 2012; DeMatteo et al. 2010; Roozenbeek et al. 2013). Hlavním problémem, kterému diagnostika mTBI čelí, byla standardizace hodnocení, předpovídání prognózy a uvolnění lidí, aby se vrátili do práce nebo sportu. Aby bylo možné přesněji diagnostikovat a léčit pacienty, poskytovatelé zdravotní péče vyžadují lepší pochopení toho, jak je mozek akutně postižen, a časový plán, kdy se vrátí do stavu před otřesem mozku. Nedávné technologické inovace slibují doplnění současných behaviorálních a psychologických hodnocení. Současná diagnostika otřesu mozku a mTBI je často založena na testech, které hodnotí pacientovu senzorickou zpětnou vazbu, mentální kognici, motorickou kontrolu a symptomy po otřesu mozku (Bodin et al. 2012; DeCuypere a Klimo 2012).

Pro doplnění sledování symptomů se ve výzkumu ukázalo, že magnetická rezonance (MRI) je neocenitelným nástrojem pro otřesy mozku. Zdraví mozkové bílé hmoty lze předpovídat na základě relativistického tvaru myelinu obklopujícího axony a difuzivity vody po délce axonů pomocí techniky MRI zvané difuzní tensor imaging (DTI) (Asken et al. 2018; Jonkman a kol., 2015). Kromě toho lze funkci šedé hmoty mozku hodnotit pomocí funkčního zobrazování magnetickou rezonancí (fMRI) měřením paramagnetických rozdílů mezi okysličenou a odkysličenou krví na základě signálu Blood-Oxygen Level Dependent (BOLD) (Horn et al. 2014; Liu a kol., 2018; Ogawa a kol., 1990). Aktivované oblasti mozku mají větší signál BOLD v důsledku nehomogenit magnetického pole způsobených změnami v objemu krve, průtoku krve a místním metabolismem (Ogawa et al. 1990). K analýze vzorců aktivace klidového stavu mozku lze použít fMRI, primárním spojovacím systémem je síť výchozího režimu (DMN) (Mak et al. 2017). Ukázalo se, že DMN má sníženou aktivitu po mTBI (Bonnelle et al. 2011; Zhou et al. 2012).

Vážným problémem kolem poranění hlavy je potřeba metody pro diagnostiku sportovců bezprostředně po zranění. Řešením by mohl být rostoucí zájem o využití metabolomiky k objevu klinicky relevantních biomarkerů spojených s mírným traumatickým poraněním mozku (mTBI). Většina dosavadních studií se však spoléhala výhradně na vzorky krve a/nebo cílené panely metabolitů zahrnující malé kohorty pacientů bez adekvátní replikace a validaci aberantních metabolických změn v oběhu pomocí nezávislého zobrazování mozku na MRI (Fiandaca et al. 2018; Orešič a kol., 2016). Navrhujeme zahrnout analýzu vzorků slin a moči od pacientů s mTBI nalačno pro komplexní profilování metabolitů pomocí vysoce výkonné technologie vícesegmentové injekční, kapilární elektroforézy a hmotnostní spektrometrie (DiBattista et al. 2019; Yamamoto et al. 2019), která umožňuje rychlá necílená analýza polárních/hydrofilních metabolitů a také nepolárních/iontových lipidů s přísnou kontrolou kvality (Azab et al. 2019).

Tato studie si klade za cíl sledovat zotavení z otřesu mozku po dobu 6 měsíců pomocí klinických standardů symptomů otřesu mozku a objektivních MRI a metabolomických metrik. Účastníci otřesu mozku absolvují tři studijní návštěvy: akutně do 2 týdnů po otřesu mozku, 3měsíční sledování a 6měsíční sledování. Účastníci se budou rekrutovat ze St. Joseph's Healthcare Hamilton a místních atletických organizací. Protokol studie bude stejný pro všechny tři studijní návštěvy. Účastníci vyplní škálu příznaků po otřesu mozku (PCSS) a škálu stresu z deprese (DASS-42) k měření přítomnosti a závažnosti běžných příznaků po otřesu mozku. Data z MRI budou použita k měření funkce mozku (fMRI v klidovém stavu) a mikrostrukturálních vlastností (zobrazení difuzního tenoru), zatímco metabolomika bude měřit, zda mají metabolity abnormální přítomnost nebo koncentraci po otřesu na základě vzorků moči a slin. Tyto kvantitativní metody budou porovnány se subjektivním skóre příznaků otřesu mozku, aby se zjistilo, zda mozkové a fyziologické abnormality přetrvávají i po vymizení příznaků a zda jsou určité oblasti mozku častěji postiženy otřesem mozku. Předpokládá se, že ve všech třech časových bodech bude mít funkce mozku sníženou fraktální složitost signálu BOLD a síťovou konektivitu (reprezentující zranění související s otřesem mozku) a bude přítomno poškození bílé hmoty na základě primární metriky DTI frakční anizotropie. Předpokládá se také, že symptomy po otřesu mozku budou samy hlášeny jako vyřešené nebo téměř vyřešené během 3měsíční následné studijní návštěvy.