Informes sobre la fisiopatología del desacoplamiento neurovascular en pacientes con lesiones cerebrales. (NVUCVR)

El metabolismo cerebral y el flujo sanguíneo están estrechamente acoplados con la actividad neuronal. Los cambios en la actividad neuronal dan como resultado la modulación del consumo de glucosa por las neuronas. Los niveles de glucosa y lactato regresan a su línea de base al instante a medida que cesa la actividad neuronal, un fenómeno conocido como acoplamiento neurometabólico. Dadas las reservas energéticas limitadas en el sistema nervioso central, la actividad neuronal se basa en gran medida en el suministro finamente regulado de glucosa del torrente sanguíneo. Sin embargo, el aumento dinámico del flujo sanguíneo cerebral (CBF) durante la activación neuronal excede con creces el aumento del metabolismo oxidativo. Esta respuesta hiperémica relativa garantiza un aumento del gradiente de oxígeno entre los vasos sanguíneos y el tejido, proporcionando un amplio suministro de oxígeno. El vínculo temporal y regional cercano entre los cambios en la actividad neuronal y el aumento de CBF se conoce como acoplamiento neurovascular (NVC) e implica una cascada compleja de eventos. Los neurotransmisores, como el glutamato, liberado en las sinapsis se unen a los receptores en neuronas y astrocitos, lo que lleva a la liberación de varios mediadores químicos, como el óxido nítrico y las prostaglandinas, que actúan directamente sobre el tono del músculo liso arterial. También se presume que las vías de señalización más complejas y entendidas incompletamente, incluidos los mecanismos de señalización de astrocitos mediados por Na+ y Ca2+, contribuyen a NVC.

La estricta relación entre la actividad neuronal y el flujo sanguíneo regional y el metabolismo han proporcionado la base para los métodos de imágenes cerebrales funcionales no invasivas, incluida la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional (fMRI). PET que usa [18Fluor] -fluorododeoxiglucosa (FDG) es una técnica basada en la acumulación de FDG metabolizado (es decir, FDG-6-fosfato) en el complejo de neurones de astrocitos, lo que refleja el nivel de consumo de glucosa. Dado que los trabajos seminales de Sokoloff et al., La utilización de la glucosa se considera un indicador válido, preciso y cuantitativo del nivel de actividad neuronal local dentro del cerebro. Por el contrario, la fMRI, que se basa en la señal dependiente del nivel de oxígeno de la sangre (BOLD), proporciona información indirecta sobre la actividad neuronal al investigar los cambios relacionados con la perfusión junto con la actividad neuronal. En áreas de aumento de CBF debido a las modulaciones en la actividad neuronal, el suministro de oxígeno excede la tasa de utilización de oxígeno, lo que induce un aumento local en la relación oxi/desoxi-hemoglobina. Esto conduce a un aumento detectable en la señal de resonancia magnética ponderada por susceptibilidad magnética.

Una de las primeras y aún reconocidas aplicaciones clínicas de fMRI ha sido el mapeo funcional preoperatorio de la corteza sensoriomotora primaria en pacientes con tumores cerebrales. Esta técnica ha afectado significativamente la planificación quirúrgica, a menudo permitiendo enfoques más agresivos que los considerados sin localización funcional. La fMRI también se ha utilizado cada vez más en la evaluación prequirúrgica de pacientes con lesiones vasculares o epileptogénicas. Sin embargo, a pesar del uso creciente de fMRI en negrita en pacientes con lesiones cerebrales, esta técnica tiene limitaciones importantes que deben considerarse al interpretar los resultados de fMRI en tales poblaciones. La principal limitación es el deterioro de los cambios en Bold de la señal debido a la pérdida relacionada con la lesión del acoplamiento vascular normal con la actividad neuronal, un fenómeno denominado desacoplamiento neurovascular (NVU). Esto puede dar como resultado resultados falsos negativos o falsos positivos en la corteza elocuente crítica. Si la actividad neuronal se conserva en la corteza enferma pero viable, se presume que NVU ocurre debido a la disfunción astrocítica, neurotransmisor o vascular.

NVU se ha informado principalmente en pacientes con tumores gliales de alto grado y meningiomas. En tales pacientes, se ha demostrado que el volumen de aumentos de la señal FMRI basados ​​en tareas se reduce adyacente al tumor en comparación con los cambios de señal de fMRI homólogos en el hemisferio contralesional, a pesar de la ausencia de déficit neurológico. En línea con los datos experimentales en sujetos sanos que muestran que la señal en negrita puede disminuir a medida que aumenta el volumen sanguíneo cerebral (CBV), la reactividad cerebrovascular deteriorada (CVR) en pacientes con tumores cerebrales puede explicarse por los cambios en la perfusión local. En tumores hipervascularizados, como gliomas de alto grado y meningiomas, se ha sugerido la hiperperfusión local para explicar la disminución de la señal en negrita en las fMRI basadas en tareas. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que NVU también puede ocurrir en gliomas de bajo grado. Dada la ausencia de hiperperfusión en este tipo de tumor, se deben considerar diferentes mecanismos. En los gliomas de bajo grado, se cree que la NVU observada es actualmente, al menos en parte, debido a la interrupción del acoplamiento de astrocitos-vascular (desacoplamiento gliovascular). Los pacientes con malformaciones arteriovenosas pueden exhibir una reserva cerebrovascular perifermanal deteriorada debido a la derivación de alto flujo, lo que hace que las señales de mapeo dependientes de la perfusión no sean confiables. Los pacientes con epilepsia también pueden exhibir el deterioro regional de la CVR debido a aumentos dramáticos en el metabolismo cerebral y el CBF durante el período ictal, la interrupción de la barrera de sangre cerebral y una pérdida aguda de autorreregulación de la presión cerebral.

Según investigaciones anteriores, CVR se puede estudiar a través del "desafío de hipercapnia" durante las grabaciones de fMRI, incluida la fMRI de respiración (BH fMRI) y la fMRI de inhalación de carbógenos. La hipercapnia es un vasodilatador potente que aumenta la señal de referencia en negrita al detectar un aumento en la oxigenación del tejido resultante de los aumentos en CBF, mientras que las demandas del metabolismo oxidativo se consideran constantes. Sin embargo, la influencia de la hipercapnia en la actividad neuronal y los acoplamientos neurometabólicos/neurovasculares no se entiende bien y permanece debatida. En la práctica, se supone que las áreas de aumento inducido por hipercapnia reducido o ausente en la señal FMRI en los mapas CVR en comparación con la activación contralateral homóloga indican NVU. Estudios recientes sugieren posibles ventajas en el uso de fMRI de estado de reposo (RS) como una técnica preoperatoria. RS-FMRI es una técnica de neuroimagen funcional que permite la medición de la actividad cerebral espontánea en pacientes en reposo. Las fluctuaciones de la señal en negrita espontánea están altamente correlacionadas en regiones cerebrales distintas y de largo alcance, lo que indica conectividad funcional dentro de redes neuroanatómicas específicas y altamente organizadas. Los estudios de conectividad funcional también han demostrado un alto grado de correlación espacial entre la conectividad cerebral funcional RS-FMRI y los estudiados durante un desafío de hipercapnia. Curiosamente, investigaciones recientes sugieren que la señal de Bold RS puede verse afectada en pacientes en los que los aumentos basados ​​en tareas en las señales de fMRI se reducen o ausentes debido a NVU. Por lo tanto, las alteraciones en la conectividad cerebral funcional estudiada con RS-FMRI podrían proporcionar información sobre la presencia de NVU como se estudia con CVR durante la hipercapnia. Tales hallazgos serían de interés en la práctica clínica, ya que podrían evitar la necesidad de mapear CVR con un desafío de hipercapnia.