Diagnóstico de conmoción cerebral relacionada con el deporte utilizando metabolitos en orina

Antecedentes:

La conmoción cerebral deportiva o la lesión cerebral traumática leve relacionada con el deporte (mTBI, por sus siglas en inglés) afecta a pacientes de todas las edades, razas y géneros. Es un problema médico que, si no se trata adecuadamente, puede tener resultados devastadores para los pacientes y sus familias. MTBI o conmoción cerebral (terminología utilizada indistintamente en esta propuesta) más recientemente ha sido un tema candente en los medios de comunicación con políticos de alto perfil y atletas que tienen resultados que alteran su carrera después de una conmoción cerebral. Según el Instituto Canadiense de Información sobre la Salud, los deportes y las actividades recreativas fueron la tercera causa principal de ingresos por TBI en los hospitales canadienses en 2003-2004. En los Estados Unidos, el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades estima que anualmente se producen entre 1,6 y 3,8 millones de conmociones cerebrales en actividades deportivas y recreativas. En Calgary, aproximadamente 10 000 pacientes fueron atendidos en los departamentos de emergencia con una lesión en la cabeza en 2013, el 80 % de los cuales fueron diagnosticados como mTBI y la gran mayoría de estos estaban relacionados con el deporte (datos no publicados).

Actualmente, no existe una única evaluación o marcador de diagnóstico "estándar de oro" para determinar objetivamente si un paciente ha sufrido una conmoción cerebral deportiva y, de ser así, cuánto tiempo llevará recuperarse. Como tal, la conmoción cerebral sigue siendo un diagnóstico clínico basado en síntomas postraumáticos, signos físicos y deterioro de la función cognitiva, que en el mejor de los casos lo realiza un profesional médico capacitado y experimentado. Pero este es principalmente un enfoque cualitativo e individualizado para el diagnóstico y generalmente se ve empañado por la falta de hallazgos clínicos objetivos. Otras herramientas de evaluación pueden ayudar a un médico a diagnosticar una conmoción cerebral, como la Herramienta de evaluación de conmociones cerebrales deportivas 3 (SCAT3) (Apéndice 1), pero desafortunadamente esto no ha sido validado y se desarrolló en base al consenso de expertos. Además, las pruebas neuropsicológicas computarizadas pueden ayudar con la evaluación de la recuperación de la conmoción cerebral; sin embargo, es costoso, requiere mucho tiempo y recientemente ha sido criticado por carecer de especificidad y sensibilidad para lesiones en la cabeza.

Durante los últimos 20 años, los investigadores han estudiado biomarcadores como S100B y enolasa específica de neuronas con la esperanza de encontrar un enfoque cuantitativo para diagnosticar y pronosticar una conmoción cerebral. Desafortunadamente, esto ha sido muy decepcionante ya que ninguno de estos marcadores, en sí mismos, tiene la especificidad o la sensibilidad adecuadas para usarse como biomarcador único en la práctica clínica.

La metabolómica se define como "la medición cuantitativa de la respuesta metabólica de los sistemas vivos a los estímulos fisiopatológicos o la modificación genética" y se basa en plataformas analíticas como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protones (1H NMR) y/o la espectrometría de masas. Los estudios metabolómicos de biofluidos clínicamente accesibles, como la sangre y la orina, proporcionan una instantánea compleja y relativamente no invasiva de esta respuesta. Hasta la fecha, se ha demostrado que la metabolómica es una herramienta biomarcadora útil en la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la encefalopatía hipóxica isquémica neonatal, el cáncer cerebral, la esclerosis múltiple, el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas, la epilepsia, los accidentes cerebrovasculares, las lesiones cerebrales traumáticas graves y las enfermedades pediátricas. shock séptico. Hasta donde sabemos, ningún estudio ha evaluado el perfil metabolómico cuantitativo como una herramienta de diagnóstico y pronóstico en la conmoción cerebral deportiva.

Este estudio piloto ayudaría en lo siguiente:

1. Determinar la viabilidad de probar la metabolómica en la población con conmociones cerebrales deportivas.
2. El primer estudio de este tipo que utiliza perfiles metabólicos cuantitativos para ayudar con el diagnóstico de conmoción cerebral deportiva aguda.
3. El primer estudio de este tipo para desarrollar una "huella digital" metabólica que puede ayudar a pronosticar la recuperación en la conmoción cerebral aguda del deporte.

Se les pedirá a los sujetos que proporcionen una muestra de orina del chorro medio entre las 7 y las 9 am antes de la lesión y después de la conmoción cerebral. Las alícuotas de orina se obtendrán inmediatamente mediante centrifugación y luego se almacenarán a -80 °C hasta que se requieran para el análisis. Una vez que se recolecten todas las muestras, se agruparán en lotes y se transportarán a la Universidad de Lethbridge para su análisis.

Ninguna muestra para análisis metabolómico se someterá a un ciclo previo de congelación/descongelación. Se tomará una alícuota de 450 μl de cada una de las muestras de orina y se añadirá a 250 μl de solución tampón. La solución tampón se preparará utilizando una solución de fosfato de potasio a 0,5 M y pH 7,4 ± 0,04. Esta solución tampón también contiene 10 ml de azida de sodio que actúa como agente antimicrobiano. El solvente para el tampón será 1 parte de D2O por 4 partes de agua normal y el D2O contiene 0.05 por ciento en peso de ácido 3-(trimetilsilil)propiónico-2,2,3,3-d4 (TSP). La concentración final de TSP se utilizará como estándar de cuantificación y desplazamiento químico interno. A continuación, la solución de tampón/orina se centrifuga a 10 000 rpm durante cinco minutos para eliminar cualquier material particulado, grasas grandes o proteínas grandes y se pipetean 500 μl en tubos de RMN de 5 mm.

Todos los espectros de RMN se obtendrán en un espectrómetro Bruker AVANCE III HD de 700 MHz (Bruker BioSpin Ltd., Milton, ON, Canadá) equipado con una plataforma de cambiador de muestras de alto rendimiento, una sonda de resonancia triple (TBO) de 5 mm y el software TopSpin 3.2. Cada muestra se adquirirá utilizando la secuencia de pulsos de presaturación 1D de Bruker estándar (noesygppr1d) con un tiempo de mezcla de 10 ms, un tiempo de adquisición de 5 segundos, un retraso de reciclaje de 4 segundos y un total de 512 escaneos. Luego, cada muestra se procesará con un ensanchamiento de línea de 0,3 Hz.

Después del procesamiento inicial en TopSpin 3.2, todos los espectros se cargarán en matNMR (24), se referenciarán correctamente configurando el cambio de TSP a 0 ppm y se exportarán al espacio de trabajo de Matlab® para su posterior procesamiento. Luego, los espectros se agruparán mediante un método de agrupamiento adaptativo dinámico (DAB) que se ha codificado para el entorno de Matlab. Este método DAB se ocupa de cualquier movimiento en las líneas espectrales de un espectro a otro, que puede ser causado por una ligera variación en el pH de una muestra a otra (pH = 7,4 ± 0,04), y garantiza que los picos del mismo metabolito no se dividan en diferentes papeleras Después del agrupamiento espectral, los espectros se normalizarán, con el agua y la urea excluidas de la normalización y la escala de Pareto (26). Luego, los espectros normalizados y escalados se analizarán mediante el análisis de componentes principales (PCA) y el análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA). El gráfico de cargas de estos dos métodos se utilizará para identificar los contenedores periféricos. El rango de cambio químico asociado con estos contenedores periféricos luego se comparará con una biblioteca de metabolitos establecida para determinar qué metabolitos tienen variación entre los grupos de comparación (conmoción cerebral y lesión previa). Se utilizará la herramienta Eretic en el software TopSpin 3.2 para determinar los cambios cuantitativos en la concentración de estos metabolitos. Esta cuantificación de la concentración se basa en la concentración interna conocida de TSP en nuestras muestras de RMN. Se realizará una prueba U de Mann Whitney para el análisis metabólico y una prueba exacta de Fisher para los datos categóricos.