Évaluation objective de la commotion cérébrale à l'aide de l'IRM et de la métabolomique

Les lésions cérébrales traumatiques légères (mTBI) sont un problème de santé majeur en raison du risque de complications à court et à long terme. Afin de comprendre les effets d'un TBI (également appelé commotion cérébrale), des études ont examiné l'impact physiologique et cognitif des commotions cérébrales sur le cerveau des jeunes et des athlètes universitaires. Sur la base de l'exposition athlétique (AE), la plupart des commotions cérébrales dans la National Collegiate Athletics Association (NCAA) surviennent dans la lutte masculine, le hockey sur glace masculin et féminin, le football masculin et le football féminin (Zuckerman et al. 2015). On estime que 300 000 commotions cérébrales liées au sport (CRS) surviennent chaque année aux États-Unis chez les jeunes et les athlètes universitaires (Coronado et al. 2015 ; Gessel et al. 2007 ; Langlois et al. 2006 ; Thurman et al. 1998) . Cependant, une estimation du SRC serait probablement largement sous-estimée en raison de la sous-déclaration et de l'absence de traitement médical (Karlin 2011 ; Kaut et al. 2003 ; Kerr et al. 2016 ; McCrea et al. 2004 ; Roozenbeek et al. 2013). En réalité, le nombre de CRS annuels pourrait atteindre 1,6 à 3,8 millions d'occurrences (Langlois et al. 2006).

Les lésions cérébrales sont classées comme légères, modérées ou graves en fonction des symptômes signalés par le patient, des troubles cognitifs et des dommages structurels visualisés à l'aide de l'imagerie médicale (Bodin et al. 2012 ; DeCuypere et Kilmo 2012 ; DeMatteo et al. 2010 ; Roozenbeek et al. 2013). Un défi majeur auquel est confronté le diagnostic de TCLm a été de normaliser l'évaluation, de prédire le pronostic et d'inciter les gens à reprendre le travail ou le sport. Afin de diagnostiquer et de traiter les patients avec plus de précision, les prestataires de soins de santé ont besoin de mieux comprendre comment le cerveau est affecté de manière aiguë et le moment où il revient à un état pré-commotionnel. Les innovations technologiques récentes semblent prometteuses pour compléter les évaluations comportementales et psychologiques actuelles. Le diagnostic actuel de commotion cérébrale et de TCLm repose souvent sur des tests qui évaluent la rétroaction sensorielle, la cognition mentale, le contrôle moteur et les symptômes post-commotionnels d'un patient (Bodin et al. 2012 ; DeCuypere et Klimo 2012).

Pour compléter le suivi des symptômes, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) s'est révélée dans la recherche comme un outil inestimable pour les commotions cérébrales. La santé de la substance blanche du cerveau peut être prédite sur la base de la forme relativiste de la myéline entourant les axones et de la diffusivité de l'eau sur la longueur des axones en utilisant une technique d'IRM appelée imagerie du tenseur de diffusion (DTI) (Asken et al. 2018 ; Jonkman et al. 2015). De plus, la fonction de la matière grise du cerveau peut être évaluée à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en mesurant les différences paramagnétiques entre le sang oxygéné et désoxygéné, sur la base du signal Blood-Oxygen Level Dependent (BOLD) (Horn et al. 2014 ; Liu et al. 2018 ; Ogawa et al. 1990). Les régions cérébrales activées ont un signal BOLD plus important en raison des inhomogénéités du champ magnétique causées par des changements dans le volume sanguin, le flux sanguin et le métabolisme local (Ogawa et al. 1990). Une IRMf peut être utilisée pour analyser les schémas d'activation de l'état de repos du cerveau, un système de connexion principal est le réseau en mode par défaut (DMN) (Mak et al. 2017). Il a été démontré que le DMN a une activité réduite après un TCCm (Bonnelle et al. 2011 ; Zhou et al. 2012).

Un problème sérieux entourant les blessures à la tête est le besoin d'une méthode pour diagnostiquer les athlètes immédiatement après la blessure. L'intérêt croissant pour l'utilisation de la métabolomique pour la découverte de biomarqueurs cliniquement pertinents associés aux lésions cérébrales traumatiques légères (mTBI) pourrait être une solution. Cependant, la plupart des études à ce jour se sont appuyées exclusivement sur des échantillons de sang et/ou des panels de métabolites ciblés impliquant de petites cohortes de patients sans réplication adéquate, et la validation de changements métaboliques aberrants dans la circulation par une imagerie cérébrale indépendante basée sur l'IRM (Fiandaca et al. 2018 ; Orešič et al. 2016). Nous proposons d'inclure une analyse d'échantillons de salive et d'urine à jeun de patients atteints d'un TCC complet pour un profilage complet des métabolites à l'aide de la technologie de spectrométrie de masse par électrophorèse capillaire à injection multi-segments à haut débit (DiBattista et al. 2019 ; Yamamoto et al. 2019), qui permet de analyse rapide non ciblée des métabolites polaires/hydrophiles, ainsi que des lipides non polaires/ioniques avec un contrôle qualité rigoureux (Azab et al. 2019).

Cette étude vise à suivre la récupération d'une commotion cérébrale sur 6 mois en utilisant des normes cliniques de symptômes de commotion cérébrale et des mesures objectives d'IRM et de métabolomique. Les participants aux commotions cérébrales effectueront trois visites d'étude : en phase aiguë dans les 2 semaines suivant une commotion cérébrale, un suivi de 3 mois et un suivi de 6 mois. Les participants seront recrutés auprès de St. Joseph's Healthcare Hamilton et d'organisations sportives locales. Le protocole d'étude sera identique pour les trois visites d'étude. Les participants rempliront l'échelle des symptômes post-commotionnels (PCSS) et l'échelle de stress anxieux et dépressif (DASS-42) pour mesurer la présence et la gravité autodéclarée des symptômes post-commotionnels courants. Les données IRM seront utilisées pour mesurer la fonction cérébrale (IRMf à l'état de repos) et les propriétés microstructurales (imagerie de ténor de diffusion), tandis que la métabolomique mesurera si les métabolites ont une présence ou une concentration anormale après une commotion cérébrale sur la base d'échantillons d'urine et de salive. Ces méthodes quantitatives seront comparées aux scores subjectifs des symptômes de commotion cérébrale pour déterminer si les anomalies cérébrales et physiologiques persistent après la résolution des symptômes et si certaines régions du cerveau sont plus fréquemment touchées par la commotion cérébrale. On suppose qu'à travers les trois points dans le temps, la fonction cérébrale aura diminué la complexité fractale du signal BOLD et la connectivité du réseau (représentative des blessures liées à une commotion cérébrale), et des dommages à la substance blanche seront présents sur la base de la métrique DTI primaire de l'anisotropie fractionnelle. On suppose également que les symptômes post-commotion cérébrale seront auto-déclarés comme résolus ou presque résolus lors de la visite d'étude de suivi de 3 mois.