Positroniemissiotomografia (PET) -tutkimus aivoista potilailla, joille tehdään PET-skannaus aivoihin liittymättömien sairauksien varalta

Tausta ja merkitys:

Huolimatta kivunhallinnan edistymisestä, kivunlievitys ja potilastyytyväisyys ovat edelleen riittämättömiä monilla potilailla. Toiminnalliset kuvantamistekniikat ovat viime aikoina mahdollistaneet ihmisen nosiseptiivisen järjestelmän tärkeimpien aivokomponenttien tunnistamisen. Nämä käsittävät ainakin kaksi ihmisen pääasiallista nosiseptiivista komponenttia, jotka toimivat rinnakkain, joita kutsutaan mediaaliseksi ja lateraaliseksi kipujärjestelmäksi. Tämä on tarjonnut fyysisen rakenteen ihmisen kipumatriisin käsitteelle. Näiden ihmisen aivojen alueiden huolellinen tutkiminen voi edistää uusien analgeettisten yhdisteiden luokkien kehittämistä. PET on kuvantamistekniikka, jolla voidaan kvantifioida hermosolujen aktiivisuuden lisääntyminen valikoiduilla aivojen alueilla (1-5). PET tarjoaa keinot mitata leimattujen lääkkeiden pitoisuuksia kudoksissa aivoissa ja muissa kudoksissa sekä mitata muutoksia reseptorien miehityksessä.

Aiemmissa tutkimuksissa on tutkittu lisääntynyttä aivotoimintaa, joka seuraa kokeellisesti aiheutettua akuuttia kipua (2) ja kroonisia kipuoireyhtymiä (1, 3, 5). Distaaliset kipureitit (esim. spinothalamic tract) heijastuu talamukseen ja sitten aivokuoren erillisiin alueisiin talamokortikaalisten projektioiden kautta. Sensaatioon, havaintoon ja huomioimiseen sekä ihmisillä että apinoilla osallistuvia aivokuoren alueita ovat anteriorinen cingulaarinen gyrus, insular cortex, primaarinen somatosensorinen aivokuori ja sekundaarinen somatosensorinen aivokuori. PET-tutkimukset kokeellisella ihmisen kivulla osoittavat myös aktivaatiota aivojen alueilla, jotka liittyvät sensori-motoriseen integraatioon. Kuitenkin, riippuen haitallisen stimulaation tyypistä, eri aivojen alueet aktivoituvat (2). Lateraalijärjestelmän komponentit, kuten primaarinen somatosensorinen (SI) aivokuori, näyttävät aktivoituvan usein tonic-kivulla (ei-faasinen kokeellinen kipu) ja faasikipu (67 % ja 69 % tutkimuksista osoittavat aktivaatioita, vastaavasti). Mutta vain 23 % kroonista kliinistä kipua koskevista tutkimuksista osoittaa SI:n aktivoitumisen.

Olemme suorittaneet ensimmäisen kliinisen tutkimuksen (IRB-tutkimus #05121504) tutkiaksemme merkittävään postoperatiiviseen kipuun liittyvää muutosta aivotoiminnassa (6). Tämä oli IRB-hyväksytty tutkimus vain yhdellä potilaalla sen osoittamiseksi, että kehittämämme menetelmät ovat riittävän herkkiä täydellisempään satunnaistettuun kliiniseen tutkimukseen. Totesimme, että leikkauksen jälkeinen kipu liittyy lisääntyneeseen aktiivisuuteen kontralateraalisessa primaarisessa somatosensorisessa aivokuoressa. Muita aivojen alueita, jotka osoittivat lisääntynyttä leikkauksen jälkeistä aktiivisuutta, olivat kontralateraalinen parietaalinen aivokuori, molemminpuolinen pulvinaarinen ja ipsilateraalinen talamuksen keskimmäinen selkäydin, kontralateraalinen putamen, kontralateraalinen ylempi temporaalinen gyrus, ipsilateral fusiform gyrus, ipsilateraalinen takalohko ja kontralateraalinen anterior pikkuaivot. Olemme saaneet IRB:ltä luvan suorittaa laajempi tutkimus 21 potilaalla (IRB-tutkimus #07050273).

Vaikka fMRI:tä on käytetty myös toiminnalliseen aivojen kuvantamiseen, PET:n edut fMRI:hen verrattuna ovat (7):

PET havaitaan hermokudoksesta, kun taas fMRI havaitaan laskimoosastosta

1. 18F-fluori-2-deoksiglukoosia (FDG) sisältävä PET mittaa suoraan glukoosiaineenvaihduntaa, kun taas fMRI mittaa verenkiertoa mittaamalla muutoksia deoksihemoglobiinipitoisuudessa
2. PET:llä on suurempi signaali-kohinasuhde kuin fMRI:llä
3. PET on vähemmän herkkä liikeartefakteille kuin fMRI
4. Aivojen PET:llä vain pää on skannerissa, vähemmän klaustrofobinen kuin fMRI
5. PET:llä ei ole fMRI:n epähomogeenisuusartefakteja
6. PET:llä on kapasiteettia tuleviin ligandisitoutumistutkimuksiin (esim. opioidireseptori)

Vertailukelpoisia aivokuvaustutkimuksia ei ole tehty kädellisillä, koska on vaikea saada eläintä liikkumatta skannauksen aikana ilman anestesia-aineita.

Jotta voimme paremmin tulkita PET-aivokuviamme yllä olevissa kliinisissä tutkimuksissa, tarvitsemme enemmän lähtötietoa aivojen aktivaation vaihteluista henkilöiden välillä, erityisesti ihmisillä, joilla ei ole kipua tai kipu on vähäistä. Kliininen onkologia hyödyntää PET-kuvausta useiden syöpien, mm. Hodgkinin tauti, non-Hodgkinin lymfooma ja keuhkosyöpä. Näiden henkilöiden aivoja voidaan pitää normaalin alueen sisällä, ja ne voisivat toimia kontrollina muille tutkimuksillemme, jotka koskevat postoperatiivista kipua ja sen lievitystä. Näiden "kontrollien" aivoskannausten saamiseksi potilaalle, jota tutkitaan aivojen ulkopuolisten sairauksien varalta, ei tarvitsisi saada ylimääräistä radionuklidiinjektiota. Sen sijaan, kun ensisijainen kehon skannaus on suoritettu, potilaan alustaa siirrettäisiin hieman niin, että pää on nyt skannerin keskellä, ja skannausprosessia jatketaan noin 20 minuutin ajan. Koska FDG-radionuklidin puoliintumisaika on noin 110 minuuttia, ilmaisimella on edelleen käytettävissä riittävästi signaalia tämän toissijaisen skannauksen aikana.