MRI와 대사체학을 이용한 객관적인 뇌진탕 평가

경미한 외상성 뇌 손상(mTBI)은 단기 및 장기 합병증의 위험으로 인해 주요 건강 문제입니다. TBI(뇌진탕이라고도 함)의 영향을 이해하기 위해 뇌진탕이 청소년 및 대학 운동선수의 뇌에 미치는 생리학적 및 인지적 영향을 조사했습니다. 운동 노출(AE)을 기반으로 NCAA(National Collegiate Athletics Association)에서 가장 많은 뇌진탕이 남자 레슬링, 남녀 아이스하키, 남자 축구, 여자 축구에서 발생합니다(Zuckerman et al. 2015). 미국에서 매년 300,000건의 스포츠 관련 뇌진탕(SRC)이 청소년 및 대학생 운동선수 사이에서 발생하는 것으로 추정됩니다(Coronado 외. 2015; Gessel 외. 2007; Langlois 외. 2006; Thurman 외. 1998). . 그러나 SRC 추정치는 과소 보고 및 치료 실패로 인해 크게 과소평가될 수 있습니다(Karlin 2011; Kaut et al. 2003; Kerr et al. 2016; McCrea et al. 2004; Roozenbeek et al. 2013). 실제로 연간 SRC의 수는 160만에서 380만 건까지 발생할 수 있습니다(Langlois et al. 2006).

뇌손상은 환자가 보고한 증상, 인지 장애 및 의료 영상을 사용하여 시각화한 구조적 손상에 따라 경증, 중등도 또는 중증으로 분류됩니다(Bodin et al. 2012; DeCuypere and Kilmo 2012; DeMatteo et al. 2010; Roozenbeek et al. 2013). mTBI 진단이 직면한 주요 과제는 평가를 표준화하고, 예후를 예측하고, 사람들이 직장이나 스포츠로 복귀할 수 있도록 하는 것입니다. 환자를 보다 정확하게 진단하고 치료하기 위해 의료 서비스 제공자는 뇌가 어떻게 급성으로 영향을 받는지, 뇌진탕 전 상태로 돌아가는 시기를 더 잘 이해해야 합니다. 최근의 기술 혁신은 현재의 행동 및 심리 평가를 보완할 가능성을 보여줍니다. 현재 뇌진탕 및 mTBI 진단은 종종 환자의 감각 피드백, 정신 인지, 운동 제어 및 뇌진탕 후 증상을 평가하는 테스트를 기반으로 합니다(Bodin et al. 2012; DeCuypere 및 Klimo 2012).

증상 추적을 보완하기 위해 자기 공명 영상(MRI)은 연구에서 귀중한 뇌진탕 도구인 것으로 나타났습니다. 뇌 백질의 건강은 DTI(확산 텐서 이미징)라는 MRI 기술을 사용하여 축삭을 둘러싼 미엘린의 상대론적 모양과 축삭의 길이에 따른 물의 확산성을 기반으로 예측할 수 있습니다(Asken et al. 2018; Jonkman 외 2015). 또한 기능적 자기 공명 영상(fMRI)을 사용하여 혈액-산소 수준 의존(Blood-Oxygen Level Dependent, BOLD) 신호를 기반으로 산소화된 혈액과 탈산소화된 혈액 사이의 상자성 차이를 측정함으로써 뇌 회백질의 기능을 평가할 수 있습니다(Horn et al. 2014; Liu 외 2018, Ogawa 외 1990). 활성화된 뇌 영역은 혈액량, 혈류 및 국소 대사의 변화로 인한 자기장 불균일성으로 인해 더 큰 BOLD 신호를 갖습니다(Ogawa et al. 1990). fMRI는 뇌 휴식 상태 활성화 패턴을 분석하는 데 사용할 수 있으며 기본 연결 시스템은 DMN(Default Mode Network)입니다(Mak et al. 2017). DMN은 mTBI 후 활동이 감소한 것으로 나타났습니다(Bonnelle et al. 2011; Zhou et al. 2012).

머리 부상을 둘러싼 심각한 문제는 부상 직후 선수를 진단하는 방법이 필요하다는 것입니다. 경미한 외상성 뇌손상(mTBI)과 관련된 임상적으로 관련된 바이오마커의 발견을 위해 대사체학을 사용하는 것에 대한 증가하는 관심이 해결책이 될 수 있습니다. 그러나 현재까지 대부분의 연구는 혈액 표본 및/또는 적절한 복제 없이 소규모 환자 집단을 포함하는 표적 대사물 패널과 독립적인 MRI 기반 뇌 영상에 대한 순환계의 이상 대사 변화 검증에 전적으로 의존했습니다(Fiandaca et al. 2018; Orešič 외 2016). 우리는 높은 처리량 다중 세그먼트 주입-모세관 전기영동-질량 분석 기술(DiBattista et al. 2019; Yamamoto et al. 2019)을 사용하여 포괄적인 대사산물 프로파일링을 위해 mTBI 환자의 공복 타액 및 소변 표본 분석을 포함할 것을 제안합니다. 극성/친수성 대사산물 및 비극성/이온성 지질에 대한 신속한 비표적 분석과 엄격한 품질 관리(Azab et al. 2019).

이 연구는 뇌진탕 증상의 임상 표준과 객관적인 MRI 및 대사체학 지표를 사용하여 6개월 동안 뇌진탕 회복을 추적하는 것을 목표로 합니다. 뇌진탕 참가자는 3번의 연구 방문을 완료합니다: 뇌진탕 2주 이내, 3개월 후속 조치 및 6개월 후속 조치. 참가자는 St. Joseph's Healthcare Hamilton 및 지역 운동 단체에서 모집합니다. 연구 프로토콜은 세 번의 연구 방문 모두에 대해 동일할 것입니다. 참가자는 뇌진탕 후 증상 척도(PCSS) 및 우울증 불안 스트레스 척도(DASS-42)를 작성하여 일반적인 뇌진탕 후 증상의 존재 및 자체 보고 심각도를 측정합니다. MRI 데이터는 뇌 기능(휴식 상태 fMRI) 및 미세구조 특성(확산 테너 영상)을 측정하는 데 사용되며, 대사체학은 소변 및 타액 샘플을 기반으로 뇌진탕 후 대사산물이 비정상적인 존재 또는 농도를 갖는지 측정합니다. 이러한 정량적 방법은 주관적인 뇌진탕 증상 점수와 비교하여 뇌 및 생리적 이상이 증상 해결 이후에도 지속되는지, 특정 뇌 영역이 뇌진탕의 영향을 더 자주 받는지 확인합니다. 세 시점 모두에서 뇌 기능이 BOLD 신호 프랙탈 복잡성 및 네트워크 연결성(뇌진탕 관련 부상의 대표)이 감소하고 백질 손상이 분수 이방성의 기본 DTI 메트릭을 기반으로 존재할 것이라는 가설이 있습니다. 또한 뇌진탕 후 증상이 3개월 후속 연구 방문에 의해 해결되거나 거의 해결된 것으로 자가 보고될 것이라는 가설이 있습니다.