Nahlédnutí do patofyziologie neurovaskulárního odpojení u pacientů s mozkovými lézemi. (NVUCVR)

Metabolismus mozku a průtok krve jsou přísně spojeny s neuronální aktivitou. Změny v neuronální aktivitě mají za následek modulaci spotřeby glukózy neurony. Jak hladiny glukózy, tak laktátu se okamžitě vracejí, když neuronální aktivita přestane, což je jev známý jako neurometabolická vazba. Vzhledem k omezeným energetickým rezervám v centrálním nervovém systému se neuronální aktivita silně spoléhá na jemně regulovanou dodávku glukózy z krevního řečiště. Dynamický nárůst průtoku krve mozkem (CBF) během aktivace neuronů však daleko přesahuje zvýšení oxidačního metabolismu. Tato relativní hyperemická odezva zajišťuje zvýšený gradient kyslíku mezi krevními cévami a tkání, což zajišťuje dostatek přísunu kyslíku. Úzká časová a regionální vazba mezi změnami neuronální aktivity a zvýšení CBF se označuje jako neurovaskulární vazba (NVC) a zahrnuje komplexní kaskádu událostí. Neurotransmitery, jako je glutamát, se uvolňují při synapsích, vážou na receptory na neuronech a astrocytech, což vede k uvolňování různých chemických mediátorů, jako je oxid dusnatý a prostaglandiny, které přímo působí na tón arteriálního hladkého svalstva. Předpokládá se také, že složitější a neúplně pochopené signální dráhy, včetně signalizačních mechanismů astrocytů zprostředkovaných Na+ a Ca2+, přispívají k NVC.

Těsný vztah mezi neuronální aktivitou a regionálním průtokem krve a metabolismem poskytl základ pro neinvazivní funkční metody zobrazování mozku, včetně pozitronové emisní tomografie (PET) a funkční zobrazování magnetické rezonance (FMRI). PET s použitím [18fluor] -fluorodeoxyglukózy (FDG) je technika založená na akumulaci metabolizovaného FDG (tj. FDG-6-fosfátu) v komplexu astrocytů-neuuronu, což odráží hladinu spotřeby glukózy. Protože klíčová díla Sokoloff et al., Je využití glukózy považováno za platný, přesný a kvantitativní indikátor úrovně lokální neuronální aktivity v mozku. Naproti tomu fMRI, který se spoléhá na signál závislé na hladině kyslíku v krvi (bold), poskytuje nepřímé informace o neuronální aktivitě zkoumáním změn souvisejících s perfuzí spojenými s neuronální aktivitou. V oblastech zvýšeného CBF v důsledku modulací v neuronální aktivitě přesahuje dodávka kyslíku rychlost využití kyslíku, což vyvolává lokální zvýšení poměru oxy/deoxy-hemoglobinu. To vede k detekovatelnému zvýšení signálu MRI s magnetickou obužitelností.

Jednou z prvních a stále uznávaných klinických aplikací fMRI bylo předoperační funkční mapování primární senzorimotorické kůry u pacientů s mozkovými nádory. Tato technika významně ovlivnila chirurgické plánování a často umožňovalo agresivnější přístupy než ty, které se uvažovaly bez funkční lokalizace. FMRI se také stále více používá při presurgickém hodnocení pacientů s vaskulárními nebo epileptogenními lézemi. Přes rostoucí použití odvážného fMRI u pacientů s mozkovými lézemi však má tato technika hlavní omezení, která je třeba vzít v úvahu při interpretaci fMRI výsledkem v takových populacích. Hlavním omezením je zhoršení odvážných změn signálu v důsledku ztráty normální vaskulární vazby s neuronální aktivitou, což je fenomén označovaný jako neurovaskulární rozpojení (NVU). To může mít za následek falešně negativní nebo falešně pozitivní výsledky k kritické výmluvné kůře. Pokud je neuronální aktivita zachována v nemocné, ale životaschopné kůře, předpokládá se, že NVU dochází v důsledku astrocytárního, neurotransmiteru nebo vaskulární dysfunkce.

NVU byla hlášena hlavně u pacientů s vysoce kvalitními gliovými nádory a meningiomy. U takových pacientů se ukázalo, že objem nárůstu signálu založeného na úkolu je snížen sousedící s nádorem ve srovnání s homologními změnami signálu fMRI v kontralesionální hemisféře, navzdory nepřítomnosti neurologického deficitu. V souladu s experimentálními údaji u zdravých subjektů, které ukazují, že tučný signál se může snižovat se zvyšováním mozkové krve (CBV), může být zhorcená cerebrovaskulární reaktivita (CVR) u pacientů s mozkem vysvětlena změnami lokální perfúze. U hypervaskularizovaných nádorů, jako jsou vysoce kvalitní gliomy a meningiomy, bylo navrženo, aby místní hyperperfúze vysvětlila snížený odvážný signál fMRI založeného na úkolech. Nedávné studie však prokázaly, že NVU se může vyskytnout také u gliomů nízkého stupně. Vzhledem k absenci hyperperfuze v tomto typu nádoru je třeba zvážit různé mechanismy. U gliomů nízkého stupně se v současné době považuje pozorovaná NVU, alespoň částečně, kvůli narušení astrocytů-vaskulární vazby (gliovaskulární odpojení). Pacienti s arteriovenózními malformacemi mohou vykazovat zhoršenou peri-nidální cerebrovaskulární rezervu v důsledku posunu s vysokým průtokem, díky čemuž jsou mapovací signály závislé na perfuzi nespolehlivé. Pacienti s epilepsií mohou také vykazovat regionální poškození CVR v důsledku dramatického zvýšení metabolismu mozku a CBF během iktálního období, narušením bariéry mozkové krve a akutní ztrátě autoregulace tlaku cerebrálního tlaku.

Podle předchozího výzkumu lze CVR studovat prostřednictvím „Hypercapnia Challenge“ během záznamů fMRI, včetně dechového držení fMRI (BH fMRI) a inhalace karbogenu. Hypercapnia je silný vazodilatátor, který zvyšuje výrazný základní signál detekcí zvýšení oxygenace tkáně vyplývající ze zvýšení CBF, zatímco oxidační požadavky metabolismu se považují za konstantní. Vliv hyperkapnie na nervovou aktivitu a neurometabolické/neurovaskulární vazby však není dobře pochopen a zůstává diskutován. V praxi se předpokládá, že oblasti sníženého nebo nepřítomného hyperkapnie indukované zvýšení signálu fMRI na mapách CVR ve srovnání s homologní kontralaterální aktivací naznačují NVU. Nedávné studie naznačují potenciální výhody při použití fMRI jako předoperační techniky FMRI (RS). RS-FMRI je funkční neuroimagingová technika, která umožňuje měření spontánní mozkové aktivity u pacientů v klidu. Spontánní odvážné fluktuace signálu jsou vysoce korelovány v odlišných a dlouhodobých mozkových oblastech, což ukazuje na funkční konektivitu ve specifických a vysoce organizovaných neuroanatomických sítích. Funkční studie konektivity také prokázaly vysoký stupeň prostorové korelace mezi funkční mozkový konektivitou RS-FMRI a studovanými během hypercapnia výzvy. Zajímavé je, že nedávný výzkum naznačuje, že signál-odvážný signál může být narušen u pacientů, u nichž se zvyšování signálů FMRI založené na úkolech sníží nebo chybí v důsledku NVU. Změny ve funkční mozkové konektivitě studované u RS-FMRI by proto mohly poskytnout vhled do přítomnosti NVU, jak je studováno u CVR během hyperkapnie. Tato zjištění by byla zajímavá o klinickou praxi, protože by se mohly vyhnout potřebě mapování CVR s výzvou hypercapnia.