무릎 OA용 뇌 MRI

만성 통증과 무릎 골관절염 - 맥락과 격차

만성 통증은 개인의 건강, 고용 및 생활 방식에 영향을 미칠 수 있고 의료 시스템에 엄청난 부담을 줄 수 있는 쇠약한 문제입니다. 골관절염(OA)의 유병률은 전 세계적으로 6억 5천만 명 이상으로 추정되며 무릎 OA 환자는 전체 부담의 80%를 차지합니다(Cui et al. 2020). 2017년 전 세계적으로 무릎 OA의 유병률은 263,086,500건, 발생률은 12,888,400건이었습니다(James et al. 2018). 최근 연구에 따르면 40세 이상 성인의 19%-43%가 자기 공명 영상(MRI)을 사용하여 무릎 OA 마커를 가지고 있지만 증상이 없는 것으로 나타났습니다(Culvenor et al. 2019). 2040년까지 1,000만 명 이상의 캐나다인이 무릎 OA를 갖게 될 것으로 추산되며(Bombardier et al. 2011) OA 의료 비용은 1조 4,500억 달러에 달합니다(Bombardier et al. 2011; Sharif et al. 2017). 통증의 심각성과 기능에 미치는 영향은 무릎 OA를 앓고 있는 사람들이 질병의 가장 중요한 두 가지 영향으로 식별했으며(Smith et al. 2014), 삶의 질 저하에 기여합니다(Neogi et al. 2013). 통제되지 않은 OA 관절 통증은 의료 사용 증가와 관련이 있으므로 캐나다에서 OA에 대한 통증 관리를 개선하면 최대 4,880억 달러의 상당한 의료 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다(Bombardier et al. 2011). 무릎 OA 환자의 통증 경험 및 관련 메커니즘은 복잡한 것으로 알려져 있으며, 통증 신호의 변경(Fingleton et al. 2015)은 지속적인 통증 발생에 대한 민감성의 주요 요인입니다(Carlesso et al. 2019). 신경계 감작의 변화가 통증의 변화와 반드시 상관관계가 있는 것은 아니며, 이는 하향식 과정인 통증을 조절하는 다른 요인이 작용하고 있음을 보여줍니다(Skou et al. 2016; Edwards et la. 2016). 흥미롭게도, 무릎 골관절염 환자의 10-20%는 무릎 전체 교체 후에도 계속해서 심한 통증을 경험하며 이는 관절 구조를 포함하는 것 이상의 메커니즘이 복잡한 통증 과정에 기여할 가능성이 있음을 나타냅니다(Baker et la. 2007; Lundbladet al. 2008년; 라이스 외. 2018). 관절이 고장난 장기로 간주되는 질병에서(Loeser et al. 2012), 이질성을 이해하기 위해 표현형 분석이 필요합니다. 무릎 골관절염(OA)에 특정한 통증은 염증(예: 윤활막염)(Dainese et al. 2022) 또는 골수 병변(Aso et al. 2021)으로 인한 관절 구조의 변화와 관련이 있지만 기본 메커니즘은 그렇지 않습니다. 완전히 이해됨(Gwilym et al. 2008).

침해수용성, 신경병성 및 침해성 통증

일반적으로 알려진 원인의 통증은 원인에 따라 두 가지 범주로 분류됩니다. (i) 통각수용성: 신체 조직 손상으로 인한 통증 (ii) 신경병성: 신경 또는 신경계의 손상으로 인한 통증. 그러나 식별 가능한 통각수용성 또는 신경병증 성분 없이 존재하는 만성 통증은 통각형성성 통증으로 분류됩니다(IASP 2022). Kosek 등의 최근 연구. (2021)은 i) 통증의 기간/지역/유형, ii) 과민성의 병력, iii) 동반 질환 식별 및 iv) 유발된 통증 과민성을 기반으로 임상 통증 평가를 위한 nociplastic 통증 진단을 위한 간단한 척도를 개발했습니다(Kosek et al 2021 ). 시각적 표현으로서 미시간 신체 지도(MBM)는 환자가 만성 통증을 경험하는 일반적인 신체 부위를 식별할 수 있는 신속하고 신뢰할 수 있는 도구로 검증되었습니다(Brummett et al. 2016). MBM은 통증이 국소적인지(즉, 통각수용성 또는 신경병성 통증) 광범위한지(즉, 통각성 통증일 가능성이 있음)를 결정하는 유용하고 간단한 도구입니다(Brummett et al. 2016). 통각수용성 또는 신경병성 손상을 넘어 나타나는 알려지지 않은 만성 통증 기전 및 통증을 해결하기 위해, 통증 형성 현상으로서 중추 감작 이론에 대한 연구가 집중되었습니다(Fitzcharles et al. 2021; Walsh 2021). 중추 감작의 개념은 중추 신경계의 기능 장애가 유해하고 무해한 자극에 대한 과민성을 초래한다는 것입니다(deb Boer et al. 2019; Neblett et al. 2013).

nociplastic 고통 평가를 위한 현재 방법

침해수용성 통증을 검사하는 데 사용되는 한 가지 방법은 신경학적 통증 징후(NPS)를 측정하기 위한 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 데이터입니다(Han et al. 2022; Wager et al. 2013). fMRI에서 수집한 데이터는 뇌의 신경생리학적 활성화와 밀접한 관련이 있는 뇌혈액산소량의존(BOLD) 신호로, 탈산소화된 혈액의 반자기적 특성과 활성화 또는 비활성화에 따른 혈류량과 부피의 변화에 ​​따라 신호가 변동한다. 뇌의 일부(Ogawa et al. 1990). NPS는 통증에 대한 반응으로 뇌의 활성화를 정량적으로 평가하기 위한 강력한 지표인 것으로 나타났습니다(Han et al. 2022; Wager et al. 2013). NPS를 기반으로 인간은 개인의 통증에 비례하여 활동이 증가하거나 감소하는 통각 수용성 통증 해석에 핵심적으로 관여하는 여러 뇌 영역을 가지고 있습니다(Wager et al. 2013). NPS의 활성화 패턴은 열적, 기계적(Wager et al. 2013) 및 전기적 섭동(Choi et al. 2011; Rütgen et al. 2015)과 같은 다양한 형태의 정량적 감각 테스트(QST)에 반응하는 것으로 나타났습니다. ).

만성 관절 통증이 있는 여성의 경우, 특히 해마, 시상 및 전대상피질에서 정상적인 노화를 초과하는 만성 통증과 관련된 피질 얇아짐의 증거가 있습니다(de Kruijf et al. 2016). OA의 맥락에서 무릎 OA가 fMRI 활성화 변화에 미치는 영향을 조사한 여러 연구가 있습니다(López-Solà et al. 2022; Pujol et al. 2017; Yue et al. 2018; Zunhammer et al. 2018). 요약하면 연구에 따르면 BOLD 신호는 무릎 OA 환자에서 국소적으로 증가하지만 비스테로이드성 항염증제(López-Solà et al. 2022) 및 진통제(Yue et al. 2018)로 감소할 수 있습니다. 무릎 OA 환자에서 통증 확산 및 이에 상응하는 뇌 이상과 함께 광범위한 통증 민감도가 증가하는 것이 일반적으로 발견되며(Pujol et al. 2017), 이러한 통증 관련 뇌 이상은 위약의 잠재적인 심리적 편향과 구별됩니다(Zunhammer et al. 2018).

근본적인 통증 메커니즘을 식별하고 환자 중심의 결과를 제공하는 문제를 해결하기 위해 우리 연구 그룹은 개인화된 분석을 적용하는 휴식 상태 fMRI(rsfMRI) 및 확산 텐서 영상(DTI)에 대한 분석 방법을 개발했습니다. NPS를 사용한 이전 연구를 기반으로 무릎 OA가 있는 각 환자에게 고유한 만성 통증에 대한 이해를 향상시킬 수 있는 통증으로 인한 지역적 뇌 변형을 찾을 수 있을 것으로 기대합니다. 우리의 새로운 분석을 통해 무릎 OA가 있는 각 환자는 88세 이상의 연령 및 성별 대조 대조군과 비교하여 MRI 데이터를 갖게 되며 Z 점수 방법론은 비정상적인 뇌 영역을 식별하고 객관적으로 정량화할 수 있습니다. 이것은 임상 통증 테스트 및 NPS 및 기능 네트워크와 같은 보다 표준적인 그룹별 MRI 분석에 대한 보완으로 적용될 수 있습니다.

MRI가 통증에 의해 변경된 뇌 영역을 나타내는 데 유용했지만, 염증 및 흥분독성은 nociplastic 통증 뒤에 있는 근본적인 병태생리학일 수 있습니다. 가능한 기계적 경로는 키누레닌의 경로로, 키누레닌은 키누레닌산으로 대사되면 신경보호적일 수 있지만 퀴놀린산으로 대사되면 신경독성이 될 수 있는 여러 염증 상태와 관련이 있습니다(Savitz 2020; Schwarcz and Stone 2017). Kynurenine은 트립토판의 대사산물이며 13C-Tryptophan Breath Test(13C-TBT)를 사용하여 말초에서 검출할 수 있습니다(Teraishi et al. 2015). 키누레닌이 우울증에 대해 연구되었지만(Teraishi et al. 2015), 만성 통증과 우울증 사이에는 N-메틸-D-아스파르테이트(NMDA) 수용체에서 기계론적 중복이 있습니다(Savitz 2020; Teraishi et al. 2015; Brandl et al. 2022). OA 환자에 대한 두 가지 대사 연구에서 트립토판 농도 감소가 발견되었으며(Abdelrazig et al. 2021; Van Pevenage et al. 2022), 따라서 키누레닌 경로가 OA에 대한 유용한 생체 지표가 될 수 있는 가능성을 형성했습니다.

만성 nociplastic 통증 평가를 위한 솔루션

이 제안된 연구는 무릎 OA 환자의 nociplastic 통증의 양적 검사가 될 것입니다. 따라서, 본 연구의 주요 목적은 만성 통증, 보다 구체적으로 만성 노씨플라스틱 통증이 신경가소성 뇌 변형을 일으키는지 여부를 확인하는 것입니다. 국부적 만성 통증(OA-Knee) 및 광범위한 만성 통증(OA-Knee+Body)이 있는 사람들은 비정상적인 뇌 기능(예: 네트워크 연결성 및 ROI 복잡성)과 뇌 백질의 미세 구조 무결성 감소(예: 부분 이방성), 이는 만성 통증이 없는 무릎 골관절염을 가진 유사한 연령의 개인과 비교하여 통증 민감도 및 정신 상태와 비례적으로 연관됩니다.

참가자 코호트는 3개의 환자 그룹으로 구분됩니다. 대조군에는 무릎 OA가 있지만 통증은 없는 참가자(골관절염 - 무통증(OA-PF))가 포함되며, 첫 번째 탐색 그룹에는 무릎 OA가 있고 무릎에 통증이 있는 참가자가 포함됩니다. 무릎(OA-Knee) 및 두 번째 탐색 그룹, 만성 nociplastic 통증을 나타내는 두 번째 탐색 그룹에는 무릎과 광범위한 신체 통증(OA-Knee+Body)이 있는 무릎 OA가 있는 사람이 포함됩니다. OA-Knee+Body 그룹의 참가자는 몇 가지 임상 통증 테스트(예: Nociplastic 통증 기준(Kosek et al. 2021), Michigan Body Map(Brummett et al. 2016)에 기반하여 nociplastic 통증을 나타내는 만성 통증 환자를 대표합니다. , 무릎 및 손목 QST). 광범위한 신체 통증은 Michigan Body Map에서 3개 이상의 신체 부위에서 통증을 식별하고 무릎 및 손목 통증 압력 테스트에서 통증을 경험하여 결정됩니다. 이 연구는 기준선과 실험적으로 유도된 통증(예: Cold Pressor Gel Test(Lapotka et al. 2017)) 후 휴식 상태 기능적 MRI(rsfMRI) 및 확산 텐서 영상(DTI) MRI 데이터를 획득하고 MRI 데이터를 비교하도록 설계되었습니다. 임상 통증 테스트 결과. 탐색적 결과는 13C-TBT 데이터의 결과를 기반으로 신경 염증성 그룹 차이가 있는지 확인하는 것입니다.

연구 설계

연구 참가자는 데이터 수집 방문 전에 전화로 스크리닝 약속을 완료하도록 요청받을 것입니다. 예비 참가자는 류마티스 전문의(즉, Dr. Adachi)로부터 연구에 대한 통지를 받고 참여에 관심이 있는 경우 이메일을 통해 Danielli 박사에게 연락할 것입니다. 예비 참가자는 Danielli 박사에게 연락하여 구두로 동의를 얻고 적격성을 결정하기 위한 선별 질문을 수행하기 위한 전화 통화를 준비합니다. 스크리닝 방문은 Dr. Danielli와 함께 약 30분이 소요됩니다. 선별 과정의 일환으로 예상 참가자는 Nociplastic Pain Criteria(Kosek et al. 2021), DSM-V 알코올 사용 장애 설문지를 작성하고 인구통계학적 정보를 제공(즉, 균형 잡힌 연령 및 성별 모집)하고 가능한 MRI 금기 사항을 확인하십시오. 누군가 참여할 자격이 있는 경우 데이터 수집 연구 방문을 위한 약속이 예약됩니다. 모든 예비 참가자는 류마티스 전문의에 의해 무릎 OA 진단을 ​​받고 참가자를 세 가지 연구 그룹 중 하나로 분류하고 데이터 수집 방문을 효율적으로 예약하기 위해 스크리닝 방문이 수행됩니다.

데이터 수집 연구 방문 시 데이터를 수집하기 전에 세계 의학 협회 헬싱키 선언에 따라 정보에 입각한 서면 동의를 얻을 것입니다. 모든 참가자는 동일한 데이터 수집 프로토콜을 받게 됩니다. 참가자의 선호도에 따라 선별 및 데이터는 St. Joseph's Healthcare Hamilton의 영상 연구 센터(IRC) 또는 Toronto Western Hospital의 JDMI(Joint Department of Medical Imaging)에서 수집됩니다. 설문지(예: 우울 불안 스트레스 척도(DASS42)(Crawford et al. 2003), 간헐적이고 지속적인 골관절염 통증(ICOAP)(Hawker et al. 2008; Hawker et al. 2011) 및 간략한 통증 인벤토리(BPI) (Cleeland et al. 1991)) 참가자는 또한 손목 및 무릎 압력 통증 역치 테스트를 받게 됩니다. 완료하는 데 약 15분이 소요됩니다. 기준선 및 2차 MRI 획득에는 각각 약 45분이 소요됩니다. 참가자는 휴식을 취하고 다리를 스트레칭하기 위해 MRI 스캔 세션 사이에 5-10분의 시간이 주어집니다. 데이터 수집 연구 방문은 약 2시간 동안 지속됩니다.