MRI とメタボロミクスを使用した客観的な脳震盪評価

軽度の外傷性脳損傷（mTBI）は、短期および長期の合併症のリスクがあるため、健康上の大きな懸念事項です。 外傷性脳損傷（脳震盪とも呼ばれる）の影響を理解するために、青少年や大学生アスリートの脳に対する脳震盪の生理学的および認知的影響が研究で調査されています。 運動曝露（AE）に基づくと、全米大学体育協会（NCAA）で最も多くの脳震盪は、男子レスリング、男女アイスホッケー、男子フットボール、女子サッカーで発生している（Zuckerman et al. 2015）。 米国では、青少年や大学の運動選手の間で年間 30 万件のスポーツ関連脳震盪（SRC）が発生していると推定されている（Coronado et al. 2015; Gessel et al. 2007; Langlois et al. 2006; Thurman et al. 1998）。 。 しかし、SRC の推定値は、過少報告と治療を受けられなかったため、大幅に過小評価される可能性が高い (Karlin 2011; Kaut et al. 2003; Kerr et al. 2016; McCrea et al. 2004; Roozenbeek et al. 2013)。 実際には、年間 SRC の発生数は 160 万から 380 万にも及ぶ可能性があります (Langlois et al. 2006)。

脳損傷は、患者が報告した症状、認知障害、医療画像を使用して視覚化された構造的損傷に基づいて、軽度、中等度、または重度に分類されます（Bodin et al. 2012; DeCuypere and Kilmo 2012; DeMatteo et al. 2010; Roozenbeek et al. 2013）。 mTBI の診断が直面する大きな課題は、評価の標準化、予後予測、および人々の仕事やスポーツへの復帰を許可することです。 患者をより正確に診断して治療するために、医療提供者は、脳がどのようにして急性の影響を受けるか、および脳震盪前の状態に戻るまでのタイムラインをより深く理解する必要があります。 最近の技術革新は、現在の行動的および心理的評価を補完する可能性を示しています。 現在の脳震盪および mTBI の診断は、多くの場合、患者の感覚フィードバック、精神的認知、運動制御、および脳震盪後の症状を評価する検査に基づいています (Bodin et al. 2012; DeCuypere and Klimo 2012)。

症状の追跡を補うために、磁気共鳴画像法 (MRI) が脳震盪の貴重なツールであることが研究で示されています。 脳白質の健康状態は、拡散テンソルイメージング (DTI) と呼ばれる MRI 技術を使用することにより、軸索を取り囲むミエリンの相対論的形状と軸索の長さに沿った水の拡散率に基づいて予測できます (Asken et al. 2018; Jonkman)他、2015)。 さらに、脳灰白質の機能は、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を使用して、血液酸素レベル依存性（BOLD）信号に基づいて、酸素化された血液と脱酸素化された血液の間の常磁性の違いを測定することにより評価できます（Horn et al. 2014; Liu et al. 2018;小川 et al. 1990)。 活性化された脳領域は、血液量、血流、および局所代謝の変化によって引き起こされる磁場の不均一性により、より大きな BOLD 信号を持ちます (Okawa et al. 1990)。 fMRI は脳の安静状態の活性化パターンを分析するために使用できます。主要な接続システムはデフォルト モード ネットワーク (DMN) です (Mak et al. 2017)。 DMNは、mTBI後に活性が低下することが示されている(Bonnelle et al. 2011; Zhou et al. 2012)。

頭部損傷に関する深刻な問題は、損傷直後にアスリートを診断する方法の必要性です。 軽度の外傷性脳損傷（mTBI）に関連する臨床的に関連するバイオマーカーの発見にメタボロミクスを使用することへの関心が高まっており、解決策となる可能性があります。 しかし、これまでのほとんどの研究は、適切な複製が行われていない患者の小さなコホートを含む血液検体および/または標的代謝物パネルのみに依存しており、循環における異常な代謝変化の検証を独立したMRIベースの脳画像に依存してきた（Fiandaca et al. 2018; Orešič他、2016)。 我々は、ハイスループットのマルチセグメントインジェクションキャピラリー電気泳動質量分析技術を使用した包括的な代謝物プロファイリングのために、mTBI患者からの空腹時の唾液および尿検体の分析を含めることを提案します（DiBattista et al. 2019; Yamaha et al. 2019）。厳格な品質管理による、極性/親水性代謝産物および非極性/イオン性脂質の迅速な非標的分析 (Azab et al. 2019)。

この研究は、脳震盪症状の臨床基準と客観的な MRI およびメタボロミクス指標を使用して、脳震盪からの回復を 6 か月間追跡することを目的としています。 脳震盪の参加者は、脳震盪後 2 週間以内の緊急訪問、3 か月間の追跡調査、および 6 か月間の追跡調査の 3 回の研究訪問を完了します。 参加者は、セント ジョゼフ ヘルスケア ハミルトンおよび地元のスポーツ団体から募集されます。 研究プロトコルは、3 回の研究訪問すべてで同一になります。 参加者は、脳震盪後症状スケール (PCSS) とうつ病不安ストレス スケール (DASS-42) を完了し、一般的な脳震盪後症状の存在と自己申告の重症度を測定します。 MRIデータは脳機能（安静状態fMRI）と微細構造特性（拡散テナーイメージング）を測定するために使用され、メタボロミクスは尿と唾液のサンプルに基づいて脳震盪後の代謝産物の存在または濃度が異常かどうかを測定します。 これらの定量的方法は、自覚的な脳震盪症状スコアと比較され、症状が解消した後も脳および生理学的異常が持続するかどうか、また特定の脳領域が脳震盪の影響をより頻繁に受けるかどうかを特定します。 3 つの時点すべてにわたって、脳機能の BOLD 信号フラクタル複雑性とネットワーク接続性 (脳震盪関連損傷の代表) が減少し、分数異方性の主要な DTI 測定基準に基づいて白質損傷が存在すると仮説が立てられています。 また、脳震盪後の症状は、3 か月のフォローアップ研究訪問までに解決またはほぼ解決されていると自己報告されるであろうという仮説も立てられています。