脳病変患者における神経血管外構成の病態生理学に関する洞察。 (NVUCVR)

脳の代謝と血流は、ニューロン活動と密接に結びついています。 ニューロン活動の変化は、ニューロンによるグルコース消費の調節をもたらします。 神経活動が止まるにつれて、グルコースと乳酸の両方のレベルがベースラインに即座に戻ります。これは、神経代謝結合として知られる現象です。 中枢神経系の限られたエネルギー埋蔵量を考えると、神経活動は、血流からのグルコースの細かく調節された供給に大きく依存しています。 しかし、ニューロンの活性化中の脳血流（CBF）の動的増加は、酸化的代謝の増加をはるかに上回っています。 この相対的な反応により、血管と組織間の酸素勾配が増加し、十分な酸素供給が提供されます。 ニューロン活動とCBFの増加の変化との間の密接な時間的および局所的なリンクは、神経血管カップリング（NVC）と呼ばれ、複雑なイベントのカスケードを伴います。 グルタミン酸などの神経伝達物質は、シナプスで放出され、ニューロンや星状細胞の受容体に結合し、一酸化窒素やプロスタグランジンなどのさまざまな化学メディエーターの放出につながります。 Na+およびCa2+を介した星状細胞シグナル伝達メカニズムを含む、より複雑で不完全に理解されたシグナル伝達経路も、NVCに寄与すると推定されます。

ニューロン活動と局所血流と代謝の両方との密接な関係は、陽電子放出断層撮影（PET）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を含む非侵襲的官能的脳イメージング法の基礎を提供しました。 [18fluor] -fluorodeoxyglucose（FDG）を使用したPETは、グルコース消費量のレベルを反映した、星状細胞 - ニューロン複合体の代謝FDG（すなわち、FDG-6-リン酸）の蓄積に基づく技術です。 Sokoloff et al。の独創的な作品以来、グルコース利用は、脳内の局所ニューロン活動のレベルの有効で正確で定量的な指標と考えられています。 対照的に、血液酸素レベル依存性（BOLD）シグナルに依存するfMRIは、ニューロン活動と組み合わせた灌流関連の変化を調査することにより、神経活動に関する間接的な情報を提供します。 ニューロン活性の変調によりCBFが増加する領域では、酸素送達は酸素利用率を超えており、酸素/デオキシヘモグロビン比の局所増加を誘発します。 これにより、磁気感受性加重MRI信号が検出可能な増加につながります。

fMRIの最も早く認識されている臨床応用の1つは、脳腫瘍患者における一次感覚運動皮質の術前機能マッピングです。 この手法は、外科的計画に大きな影響を与えており、多くの場合、機能的な局在化なしで考慮されたアプローチよりも積極的なアプローチを可能にします。 FMRIは、血管またはてんかん性病変の患者の術前評価にもますます使用されてきました。 しかし、脳病変の患者での太字の使用の増加にもかかわらず、この手法には、そのような集団でfMRIの結果を解釈する際に考慮しなければならない大きな制限があります。 主な制限は、神経血管脱共役（NVU）と呼ばれる現象である神経活動との正常な血管結合の病変関連喪失による大胆なシグナル変化の障害です。 これにより、誤検出または偽陽性の結果が重要な結果をもたらす可能性があります。 神経活動が病気になっているが生存可能な皮質で保存されている場合、NVUは星状細胞、神経伝達物質、または血管機能障害のために発生すると推定されます。

NVUは、高悪性度グリア腫瘍および髄膜腫患者で主に報告されています。 このような患者では、神経障害がないにもかかわらず、腫瘍性半球の相同fMRIシグナルの変化と比較して、タスクベースのfMRIシグナルの増加の量が腫瘍に隣接することが示されています。 脳腫瘍患者の脳腫瘍患者の脳血管反応性（CVR）の障害は、脳腫瘍の変化によって説明される可能性があるため、脳の血液量（CBV）が増加するにつれて太字シグナルが減少する可能性があることを示す健康な被験者の実験データに沿って沿って。 高悪性度神経膠腫や髄膜腫などの血管新生腫瘍では、タスクベースのfMRIでの太字シグナルの減少を説明するために、局所的な高灌流が示唆されています。 しかし、最近の研究では、NVUも低悪性度神経膠腫で発生する可能性があることが実証されています。 この腫瘍の種類に超灌流がないことを考えると、さまざまなメカニズムを考慮する必要があります。 低グレードの神経膠腫では、観察されたNVUは、少なくとも部分的には、星状細胞の血管カップリングの破壊（膠bular虫の脱共役）のためにあると考えられています。 動静脈奇形の患者は、高流量の避難により、ペリニダル脳脳脳細胞保護区の障害を示す可能性があり、灌流依存マッピング信号を信頼できないようにします。 てんかん患者は、発作期間中の脳代謝とCBFの劇的な増加、脳血球の障壁の破壊、および脳圧の自己調節の急性喪失により、CVRの局所障害を示すこともあります。

以前の研究によると、CVRは、ブレスホールドfMRI（BH fMRI）やカルボゲン吸入fMRIを含むfMRI録音中の「高炭酸相チャレンジ」を通じて研究することができます。 高炭酸ガスは強力な血管拡張剤であり、CBFの増加に起因する組織酸素化の増加を検出することにより、太字のベースライン信号を増加させますが、酸化的代謝需要は一定であると考えられています。 しかし、神経活動と神経代謝/神経血管の結合に対する高炭酸ガスの影響はよく理解されておらず、議論されたままです。 実際には、NVUを示すと相同反対側の活性化と比較して、CVRマップ上のfMRIシグナルの過剰誘発性誘発性増加の領域がNVUを示すと想定されています。 最近の研究では、術前技術として安静時（RS）fMRIを使用する際の潜在的な利点が示唆されています。 RS-FMRIは、安静時の患者における自発的な脳活動の測定を可能にする機能的なニューロイメージング手法です。 自発的な太字の信号の変動は、明確で長距離の脳領域で非常に相関しており、特定の高度に組織化された神経解剖学的ネットワーク内の機能的な接続性を示しています。 機能的接続性の研究では、RS-FMRI機能脳接続性と高炭酸ガス症の課題で研究されたものとの間の高度な空間相関も実証されています。 興味深いことに、最近の研究では、NVUのためにfMRIシグナルのタスクベースの増加が減少または存在しない患者では、Rs-boldシグナルが損なわれる可能性があることが示唆されています。 したがって、RS-FMRIで研究された機能的脳のつながりの変化は、高炭酸ガス時にCVRで研究されているように、NVUの存在に関する洞察を提供する可能性があります。 このような発見は、臨床診療に興味があるでしょう。なぜなら、CVRマッピングの必要性を避けることができるからです。