Hersenen-MRI voor knieartrose

Chronische pijn en knieartrose - context en kloof

Chronische pijn is een slopende zorg die de gezondheid, de werkgelegenheid en de levensstijl van individuen kan aantasten en een enorme druk legt op het gezondheidszorgsysteem. De prevalentie van artrose (OA) wordt geschat op meer dan 650 miljoen wereldwijd, en mensen met knieartrose zijn goed voor 80% van de totale last (Cui et al. 2020). Wereldwijd had knieartrose in 2017 een prevalentie van 263.086.500 en een incidentie van 12.888.400 (James et al. 2018). Uit een recente studie bleek ook dat tussen 19% en 43% van de volwassenen van 40 jaar en ouder markeringen voor knieartrose hadden, gedetecteerd met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), maar asymptomatisch waren (Culvenor et al. 2019). Geschat wordt dat tegen het jaar 2040 meer dan 10 miljoen Canadezen artrose aan de knie zullen hebben (Bombardier et al. 2011), wat aanzienlijk bijdraagt ​​aan de zorgkosten voor artrose van 1,45 biljoen (Bombardier et al. 2011; Sharif et al. 2017). De ernst van pijn en de impact ervan op het functioneren zijn door mensen met knieartrose geïdentificeerd als twee van de belangrijkste effecten van de ziekte (Smith et al. 2014), die bijdragen aan een verminderde kwaliteit van leven (Neogi et al. 2013). Ongecontroleerde gewrichtspijn bij artrose wordt in verband gebracht met een toenemend gebruik van de gezondheidszorg. Verbetering van de pijnbehandeling voor artrose in Canada kan daarom leiden tot een aanzienlijke besparing op de zorguitgaven tot $488 miljard (Bombardier et al. 2011). Het is bekend dat de pijnervaring en de bijbehorende mechanismen bij mensen met knieartrose complex zijn, met veranderingen in pijnsignalering (Fingleton et al. 2015) een belangrijke factor in de gevoeligheid voor de ontwikkeling van aanhoudende pijn (Carlesso et al. 2019). Veranderingen in de sensibilisatie van het zenuwstelsel correleren niet noodzakelijkerwijs met veranderingen in pijn, wat aantoont dat andere factoren die pijn moduleren, een top-down proces, een rol spelen (Skou et al. 2016; Edwards et la. 2016). Interessant is dat tussen de 10 en 20% van de patiënten met artrose aan de knie intense pijn blijft ervaren, zelfs na een totale knievervanging, wat erop wijst dat mechanismen die verder gaan dan die waarbij gewrichtsstructuren betrokken zijn, waarschijnlijk bijdragen aan een complex pijnproces (Baker et la. 2007; Lundblad et al. 2008; Rijst et al. 2018). Bij een ziekte waarbij het gewricht wordt gezien als een falend orgaan (Loeser et al. 2012), is fenotypering nodig om de heterogeniteit te begrijpen. Specifiek voor artrose van de knie (OA), wordt pijn geassocieerd met veranderingen in de gewrichtsstructuur als gevolg van ontsteking (bijv. synovitis) (Dainese et al. 2022) of beenmerglaesies (Aso et al. 2021), maar de onderliggende mechanismen zijn niet volledig begrepen (Gwilym et al. 2008).

Nociceptieve, neuropathische en nociplastische pijn

Over het algemeen valt pijn van bekende oorsprong in twee categorieën op basis van de oorzaak: (i) nociceptief: pijn veroorzaakt door beschadiging van lichaamsweefsel; (ii) neuropathisch: pijn veroorzaakt door schade aan een zenuw of zenuwstelsel. Chronische pijn die aanwezig is zonder waarneembare nociceptieve of neuropathische componenten wordt echter geclassificeerd als nociplastische pijn (IASP 2022). Een recente studie van Kosek et al. (2021) ontwikkelde een eenvoudige schaal voor nociplastische pijndiagnose voor klinische pijnbeoordeling op basis van i) de duur/regionaliteit/type pijn, ii) voorgeschiedenis van overgevoeligheden, iii) identificatie van comorbiditeit en iv) opgewekte pijnovergevoeligheid (Kosek et al 2021 ). Als visuele weergave is de Michigan Body Map (MBM) gevalideerd als een snel en betrouwbaar hulpmiddel voor patiënten om algemene lichaamsregio's te identificeren waar ze chronische pijn ervaren (Brummett et al. 2016). De MBM is een handig en eenvoudig hulpmiddel om te bepalen of pijn gelokaliseerd is (d.w.z. waarschijnlijk nociceptieve of neuropathische pijn) of wijdverbreid (d.w.z. waarschijnlijk nociplastische pijn) (Brummett et al. 2016). Om de onbekende chronische pijnmechanismen en pijn die verder gaat dan nociceptieve of neuropathische verwondingen aan te pakken, is het onderzoek gericht op de theorie van centrale sensitisatie als een fenomeen van nociplastische pijn (Fitzcharles et al. 2021; Walsh 2021). Het concept van centrale sensitisatie is dat disfunctie in het centrale zenuwstelsel resulteert in overgevoeligheid voor schadelijke en onschadelijke prikkels (deb Boer et al. 2019; Neblett et al. 2013).

Huidige methoden voor beoordeling van nociplastische pijn

Een methode die wordt gebruikt om nociceptieve pijn te onderzoeken, is functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) -gegevens om de neurologische pijnsignatuur (NPS) te meten (Han et al. 2022; Wager et al. 2013). De gegevens die uit fMRI's worden verzameld, zijn het bloed-zuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) signaal van de hersenen dat nauw verband houdt met neurofysiologische activering van de hersenen, en het signaal fluctueert op basis van diamagnetische eigenschappen van zuurstofarm bloed en veranderingen in de bloedstroom en het volume naar geactiveerd of gedeactiveerd. delen van de hersenen (Ogawa et al. 1990). Het is aangetoond dat de NPS een robuuste maatstaf is voor het kwantitatief beoordelen van de activering van de hersenen als reactie op pijn (Han et al. 2022; Wager et al. 2013). Op basis van de NPS hebben mensen verschillende hersengebieden die een sleutelrol spelen bij de interpretatie van nociceptieve pijn en die een proportioneel verhoogde of verlaagde activiteit hebben ten opzichte van de pijn van een individu (Wager et al. 2013). Er is aangetoond dat het activeringspatroon van de NPS reageert op verschillende vormen van kwantitatieve sensorische tests (QST), zoals thermische, mechanische (Wager et al. 2013) en elektrische verstoringen (Choi et al. 2011; Rütgen et al. 2015 ).

Bij vrouwen met chronische gewrichtspijn zijn er aanwijzingen voor corticale verdunning gerelateerd aan chronische pijn die groter is dan die van normale veroudering, vooral in de hippocampus, thalamus en anterieure cingulate cortex (de Kruijf et al. 2016). In de context van artrose hebben verschillende studies de effecten van knieartrose op fMRI-activeringsveranderingen onderzocht (López-Solà et al. 2022; Pujol et al. 2017; Yue et al. 2018; Zunhammer et al. 2018). Samenvattend geven de onderzoeken aan dat het BOLD-signaal regionaal verhoogd is bij patiënten met artrose van de knie, maar kan worden verminderd door niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen (López-Solà et al. 2022) en analgetica (Yue et al. 2018). Uitspreidende pijn en verhoogde wijdverspreide pijngevoeligheid met overeenkomstige hersenafwijkingen worden vaak aangetroffen bij patiënten met knieartrose (Pujol et al. 2017), en deze pijngerelateerde hersenafwijkingen onderscheiden zich van mogelijke psychologische vooroordelen van placebo's (Zunhammer et al. 2018).

Om de uitdagingen aan te gaan van het identificeren van de onderliggende pijnmechanismen en het leveren van patiëntgerichte resultaten, heeft onze onderzoeksgroep een analysemethode ontwikkeld voor rusttoestand fMRI (rsfMRI) en diffusie tensor beeldvorming (DTI) die een gepersonaliseerde analyse toepast. Op basis van het eerdere onderzoek met behulp van de NPS verwachten we regionale hersenveranderingen veroorzaakt door pijn te vinden die ons begrip van chronische pijn kunnen verbeteren, die ook uniek zijn voor elke patiënt met artrose van de knie. Met onze nieuwe analyse zullen de MRI-gegevens van elke patiënt met artrose van de knie worden vergeleken met meer dan 88 leeftijds- en geslachtsafhankelijke controles en een Z-scoremethode kan abnormale hersengebieden identificeren en objectief kwantificeren. Dit kan worden toegepast als aanvulling op klinische pijntesten en meer standaard groepsgewijze MRI-analyses zoals de NPS en functionele netwerken.

Hoewel MRI nuttig is geweest bij het aangeven van hersengebieden die zijn veranderd door pijn, kunnen ontsteking en excitotoxiciteit onderliggende pathofysiologieën zijn achter nociplastische pijn. Een mogelijke mechanistische route is die van kynurenine, dat in verband is gebracht met verschillende ontstekingsaandoeningen, die neuroprotectief kunnen zijn als ze worden gemetaboliseerd tot kynureninezuur, maar neurotoxisch als ze worden gemetaboliseerd tot chinolinezuur (Savitz 2020; Schwarcz en Stone 2017). Kynurenine is een metaboliet van tryptofaan en is perifeer detecteerbaar met behulp van de 13C-Tryptofaan-ademtest (13C-TBT) (Teraishi et al. 2015). Hoewel kynurenine is onderzocht voor depressie (Teraishi et al. 2015), is er mechanistische overlap bij N-methyl-D-aspartaat (NMDA)-receptoren tussen chronische pijn en depressie (Savitz 2020; Teraishi et al. 2015; Brandl et al. 2022). Twee metabolomische studies van artrosepatiënten vonden verlaagde tryptofaanconcentraties (Abdelrazig et al. 2021; Van Pevenage et al. 2022), wat de mogelijkheid vormt dat de kynurenineroutes een bruikbare bio-indicator voor artrose kunnen zijn.

Onze oplossing voor het beoordelen van chronische nociplastische pijn

Deze voorgestelde studie zal een kwantitatief onderzoek zijn van nociplastische pijn bij patiënten met artrose van de knie. Daarom is het primaire doel van deze studie om te bepalen of chronische pijn, meer specifiek chronische nociplastische pijn, neuroplastische hersenveranderingen veroorzaakt. Er wordt verondersteld dat mensen met gelokaliseerde chronische pijn (OA-knie) en wijdverspreide chronische pijn (OA-knie+lichaam) een abnormale hersenfunctie vertonen (bijv. netwerkconnectiviteit en ROI-complexiteit) en een verminderde microstructurele integriteit van de witte hersenstof (bijv. fractionele anisotropie), die ook proportioneel geassocieerd zou zijn met pijngevoeligheid en mentale toestand, in vergelijking met personen van vergelijkbare leeftijd met knieartrose zonder chronische pijn.

Het cohort deelnemers wordt verdeeld in drie patiëntengroepen: de controlegroep bestaat uit deelnemers met knieartrose maar zonder pijn (artrose - pijnvrij (OA-PF)), de eerste verkennende groep bestaat uit deelnemers met knieartrose met pijn aan de knie (OA-Knee), en de tweede verkennende groep, indicatief voor chronische nociplastische pijn, omvat mensen met knieartrose met knie- en wijdverspreide lichaamspijn (OA-Knee+Body). Deelnemers aan de OA-Knee+Body-groep zullen representatief zijn voor patiënten met chronische pijn die zich presenteren met nociplastische pijn op basis van verschillende klinische pijntesten (bijv. nociplastische pijncriteria (Kosek et al. 2021), Michigan Body Map (Brummett et al. 2016) , knie en pols QST). Wijdverbreide lichamelijke pijn zal worden bepaald door pijn in >3 lichaamsregio's op de Michigan Body Map te identificeren en pijn te ervaren tijdens de knie- en polspijndruktest. Deze studie is opgezet om rusttoestand functionele MRI (rsfMRI) en diffusie tensor beeldvorming (DTI) MRI-gegevens te verkrijgen bij aanvang en na experimenteel geïnduceerde pijn (d.w.z. Cold Pressor Gel Test (Lapotka et al. 2017)), en vergelijk de MRI-gegevens naar klinische pijntestresultaten. De verkennende resultaten zijn om te onderzoeken of er neuro-inflammatoire groepsverschillen zijn op basis van de resultaten van de 13C-TBT-gegevens.

Ontwerp ontwerpen

Studiedeelnemers wordt gevraagd om voorafgaand aan een gegevensverzamelingsbezoek telefonisch een screeningafspraak te maken. Potentiële deelnemers zullen door hun reumatoloog (d.w.z. Dr. Adachi) op ​​de hoogte worden gebracht van onze studie en zullen via e-mail contact opnemen met Dr. Danielli als ze geïnteresseerd zijn in deelname. Potentiële deelnemers zullen dan contact opnemen met Dr. Danielli om een ​​telefoontje te regelen om mondeling toestemming te verkrijgen en de screeningvragen uit te voeren om te bepalen of ze in aanmerking komen. Het screeningsbezoek duurt ongeveer 30 minuten met Dr. Danielli. Als onderdeel van het screeningproces zullen potentiële deelnemers worden gevraagd om de Nociplastic Pain Criteria (Kosek et al. 2021), de DSM-V Alcohol Use Disorder-vragenlijst in te vullen, demografische informatie te verstrekken (d.w.z. om een ​​evenwichtige rekrutering van leeftijd en geslacht te hebben), en mogelijke MRI-contra-indicaties identificeren. Als iemand in aanmerking komt om deel te nemen, wordt er een afspraak gemaakt voor het dataverzamelingsonderzoek. Alle potentiële deelnemers zullen door hun reumatoloog gediagnosticeerd zijn met artrose van de knie en het screeningsbezoek zal worden gedaan om de deelnemers in te delen in een van de drie studiegroepen en efficiënt een bezoek voor gegevensverzameling te boeken.

Geïnformeerde schriftelijke toestemming zal worden verkregen in overeenstemming met de verklaring van de World Medical Association van Helsinki voorafgaand aan gegevensverzameling tijdens het onderzoeksbezoek voor gegevensverzameling. Alle deelnemers ontvangen dezelfde protocollen voor gegevensverzameling. Afhankelijk van de voorkeur van de deelnemers, worden screening en gegevens verzameld in het Imaging Research Centre (IRC) in St. Joseph's Healthcare Hamilton of de Joint Department of Medical Imaging (JDMI) in het Toronto Western Hospital. De vragenlijsten (d.w.z. de Depression Anxiety Stress Scale (DASS42)(Crawford et al. 2003), Intermittent and Constant Osteoarthritis Pain (ICOAP)(Hawker et al. 2008; Hawker et al. 2011), en Brief Pain Inventory (BPI) (Cleeland et al. 1991)), en deelnemers zullen ook een pols- en kniedrukpijndrempeltest ondergaan; deze zullen ongeveer 15 minuten in beslag nemen. De basislijn- en secundaire MRI-opnamen zouden elk ongeveer 45 minuten in beslag nemen. Deelnemers krijgen tussen de MRI-scansessies 5-10 minuten de tijd om even te pauzeren en de benen te strekken. Het studiebezoek voor gegevensverzameling duurt ongeveer 2 uur.