뇌 병변 환자에서 신경 혈관 동체 결합의 병리 생리학에 대한 통찰력. (NVUCVR)

뇌 대사 및 혈류는 신경 활성과 밀접하게 결합되어 있습니다. 뉴런 활성의 변화는 뉴런에 의한 포도당 소비를 조절한다. 뉴런 대사 커플 링으로 알려진 현상 ​​인 뉴런 활성이 중단됨에 따라 포도당과 젖산 수준은 모두 기준선으로 돌아갑니다. 중추 신경계에서 제한된 에너지 매장량을 고려할 때, 뉴런 활성은 혈류로부터 미세하게 조절 된 포도당 공급에 크게 의존한다. 그러나, 뉴런 활성화 동안 뇌 혈류 (CBF)의 동적 증가는 산화성 대사의 증가를 훨씬 초과한다. 이 상대적인 고혈압 반응은 혈관과 조직 사이의 산소 구배가 증가하여 충분한 산소 공급을 제공합니다. 뉴런 활성의 변화와 CBF 증가 사이의 면밀한 시간적 및 지역적 연결을 신경 혈관 커플 링 (NVC)이라고하며 복잡한 사건을 포함한다. 시냅스에서 방출 된 글루타메이트와 같은 신경 전달 물질은 뉴런 및 성상 세포의 수용체에 결합하여 산화 질소 및 프로스타글란딘과 같은 다양한 화학적 매개체의 방출로 동맥 평활근 톤에 직접 작용합니다. Na+ 및 Ca2+-매개 성상 세포 신호 전달 메커니즘을 포함하여보다 복잡하고 불완전하게 이해되는 신호 경로도 NVC에 기여하는 것으로 추정된다.

뉴런 활동과 국소 혈류 및 대사 사이의 엄격한 관계는 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 및 기능적 자기 공명 영상 (FMRI)을 포함한 비 침습적 기능성 뇌 영상 방법의 기초를 제공 하였다. [18fluor]-플루오로로 옥시 글루코스 (FDG)를 사용한 PET는 글루코스 소비 수준을 반영하여 성상 세포-뉴런 복합체에서 대사 된 FDG (즉, FDG-6- 포스페이트)의 축적에 기초한 기술이다. Sokoloff et al.의 주요 작품이기 때문에 포도당 이용은 뇌 내의 국소 뉴런 활동 수준에 대한 유효하고 정확하며 정량적 지표로 간주됩니다. 대조적으로, 혈액 산소 수준 의존적 (BOLD) 신호에 의존하는 FMRI는 뉴런 활성과 결합 된 관류 관련 변화를 조사함으로써 뉴런 활동에 대한 간접 정보를 제공한다. 뉴런 활성의 조절로 인한 증가 된 CBF 영역에서, 산소 전달은 산소 이용률을 초과하여 옥시-/데 옥시-헤모글로빈 비율의 국소 증가를 유도한다. 이는 자기 수용성 가중 MRI 신호가 감지 가능한 증가로 이어진다.

FMRI의 가장 초기적이고 여전히 인식 된 임상 적용 중 하나는 뇌종양 환자에서 1 차 감각 운동 피질의 수술 전 기능적 매핑입니다. 이 기술은 수술 계획에 크게 영향을 미쳤으며, 종종 기능적 국소화가없는 것으로 간주되는 것보다 더 공격적인 접근법을 가능하게합니다. FMRI는 또한 혈관 또는 간질 형성 병변 환자의 수술 전 평가에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러나 뇌 병변 환자에서 굵은 FMRI의 사용이 증가 함에도 불구하고,이 기술은 FMRI를 해석 할 때 고려해야 할 주요 한계가 있습니다. 주요 한계는 신경 혈관 동체 결합 (NVU)이라고하는 현상 인 정상 혈관 커플 링의 병변 관련 손실로 인한 굵은 신호 변화의 손상이다. 이로 인해 허위 음성 또는 잘못된 양성 결과가 중요한 웅변 피질이 발생할 수 있습니다. 신경 활성이 병에 걸렸지 만 생존 가능한 피질에서 보존되는 경우, 성상 세포, 신경 전달 물질 또는 혈관 기능 장애로 인해 NVU가 발생하는 것으로 추정됩니다.

NVU는 주로 고급 아교 종양 및 수막종 환자에서보고되었습니다. 이러한 환자에서, 과제 기반 FMRI 신호 증가의 부피는 신경 학적 결핍의 부재에도 불구하고 상 동성 FMRI 신호 변화와 비교하여 종양에 인접 해있는 것으로 나타났다. 뇌성 혈액량 (CBV)이 증가함에 따라 굵은 신호가 감소 할 수 있음을 보여주는 건강한 대상체의 실험 데이터와 관련하여 뇌종양 환자의 뇌 혈관 반응성 (CVR) 장애가 국소 관류의 변화에 ​​의해 설명 될 수있다. 고급 신경 교종 및 수막종과 같은과 혈관 화 된 종양에서, 국소 과관은 작업 기반 FMRI의 감소 된 굵은 신호를 설명하기 위해 제안되었다. 그러나, 최근의 연구에 따르면 NVU는 저급 신경 교종에서도 발생할 수 있음을 입증했습니다. 이 종양 유형에 과다색이 없으면 다른 메커니즘을 고려해야합니다. 저급 신경 교종에서, 관찰 된 NVU는 현재 성상 세포-혈관 커플 링 (Gliovascular Uncoupling)의 중단으로 인해 적어도 부분적으로 생각된다. 동정맥 기형 환자는 고 흐름 분로로 인해 뇌 혈관 혈관 혈관 혈관 혈관 혈관 혈관 혈관 혈관이 손상되어 관류 의존적 매핑 신호가 신뢰할 수 없게 될 수 있습니다. 간질 환자는 또한 ictal 기간 동안 뇌 대사 및 CBF의 극적인 증가, 뇌혈 장벽의 파괴 및 뇌압 자동 조절의 급성 손실로 인해 CVR의 지역적 손상을 보일 수 있습니다.

이전 연구에 따르면, CVR은 호흡 보유 FMRI (BH FMRI) 및 Carbogen 흡입 FMRI를 포함하여 FMRI 기록 중 "고혈압 도전"을 통해 연구 될 수 있습니다. 고혈압은 CBF의 증가로 인한 조직 산소화의 증가를 검출함으로써 굵은 기준선 신호를 증가시키는 강력한 혈관 확장제이며, 산화 대사 요구는 일정하게 유지되는 것으로 간주됩니다. 그러나, 신경 활성 및 신경 대사/신경 혈관 커플 링에 대한 고혈압의 영향은 잘 이해되지 않았으며 여전히 논쟁의 여지가있다. 실제로, 상 동성 반대측 활성화와 비교하여 CVR 맵에서 FMRI 신호의 감소되거나 부재 된 영역은 NVU를 나타내는 것으로 가정된다. 최근의 연구는 수술 전 기술로서 휴식 상태 (RS) FMRI를 사용하는 데있어 잠재적 인 이점을 시사합니다. RS-FMRI는 휴식중인 환자에서 자발적인 뇌 활동을 측정 할 수있는 기능적 신경 영상 기술입니다. 자발적인 대담한 신호 변동은 별개의 장기 뇌 영역에서 높은 상관 관계가 있으며, 이는 구체적이고 고도로 조직화 된 신경 해부학 적 네트워크 내에서 기능적 연결성을 나타냅니다. 기능적 연결성 연구는 또한 RS-FMRI 기능성 뇌 연결성과 고용실 도전 중에 연구 된 것 사이의 높은 공간 상관 관계를 보여 주었다. 흥미롭게도, 최근의 연구에 따르면 FMRI 신호의 작업 기반 증가가 NVU로 인해 감소하거나 부재하는 환자에서 RS- 대담 신호가 손상 될 수 있다고합니다. 따라서, RS-FMRI로 연구 된 기능적 뇌 연결성의 변화는 고혈압 동안 CVR로 연구 된 바와 같이 NVU의 존재에 대한 통찰력을 제공 할 수있다. 이러한 발견은 임상 실습에 관심을 가질 것입니다. 과실 도전으로 CVR 매핑이 필요하지 않기 때문입니다.