Magnetisk resonansdiagnostikk av diabetisk perifer nevropati

Bakgrunn

Diabetes mellitus er en svært hyppig lidelse med en estimert prevalens på 275 000 pasienter i Danmark. Diabetisk perifer nevropati (DPN) er en senkomplikasjon som ofte forblir udiagnostisert, men kan forekomme hos opptil 40 % av diabetespasientene. Avansert nevropati kan indusere irreversible skader på nervevevet, og for å unngå ytterligere skader er tidlig diagnose viktig etterfulgt av optimal behandling av diabetes. DPN er en vanlig komplikasjon på grunn av langvarig diabetes hos både type 1 og type 2.

Nerveledningsstudier (NCS) er gullstandardmetoden for å diagnostisere DPN. Imidlertid er teknikken tidkrevende og introduserer ubehag for pasienten, og dessuten kan tidlig nervedysfunksjon ikke oppdages av NCS. Magnetisk resonansavbildning (MRI) (3 Tesla) av perifere nerver er en ny teknikk med tittelen Magnetisk resonansnevrografi (MRN). I nyere studier har MRN dokumentert morfologiske endringer i individuelle nervefascikler. I T2-vektede bilder er hyperintensitet tilstede i proksimale deler av nerver fra nevropatiske pasienter sammenlignet med friske nerver. Denne hyperintensiteten antas å reflektere tidlige og mer utbredte lesjoner til nervefasciklene som ikke oppdages av NCS. Dette peker mot at MRN kan bli et viktig verktøy i behandlingen av pasienter med perifere nevropatier.

Nyere teknisk utvikling som diffusjonsvektet avbildning (DWI) og diffusjonstensoravbildning (DTI) blir for tiden evaluert for avbildning av det perifere nervesystemet. DTI forventes å gi informasjon om fysiologien til nervene og kan avsløre vaskulær overbelastning som; blokkering av aksoplasmatisk strømning, som fører til unormal proksimal akkumulering av endoneurial væske; og distale Wallerian degenerasjonsforandringer. Fibersporing brukt på DTI er klinisk implementert i enkelte tilfeller av hjerneslag, svulster, nevropatikirurgi og funksjonell MR-avbildning av hjernen. I tillegg har fibersporing blitt brukt på nevropatiske pasienter med karpaltunnelsyndrom, men har ennå ikke blitt brukt i DPN som et mål på fysiologisk funksjon av de perifere nervene.

Etterforsker, sponsor og stisetting Pasienter vil bli rekruttert ved Institutt for endokrinologi og indremedisin fra en kohort på mer enn 1000 godt karakteriserte diabetespasienter. Hovedetterforskeren avsluttet sin mastergrad som biomedisinsk ingeniør ved MR-senteret ved Aarhus Universitetssykehus hvor han spesialiserte seg i MR-skanningsteknikker og har siden jobbet med forskning som kombinerer diabetes, nevropati, MR-teknikker og bildebehandling. Studiene vil bli utført i samarbeid mellom Siemens AG, København, Institutt for endokrinologi og indremedisin, nevrologisk avdeling, MR-senteret ved Aarhus Universitetssykehus, Institutt for endokrinologi og indremedisin ved Odense Universitetssykehus og nevrologisk avdeling ved Heidelberg Universitetssykehus.

Hovedforskerne på prosjektet er som følger:

Hovedetterforsker Michael Vaeggemose, MSc, Biomedisinsk ingeniøravdeling for nevrologi, Aarhus Universitetssykehus, Danmark

Veileder Henning Andersen Professor, MD, PhD, Nevrolog nevrologisk avdeling, Aarhus Universitetssykehus, Danmark

Veileder Niels Ejskjaer Førsteamanuensis, MD, PhD, Endokrinolog avdeling for endokrinologi og indremedisin, Aarhus Universitetssykehus, Danmark

Veileder Knud Yderstraede Førsteamanuensis, MD, PhD, Endokrinolog Endokrinologisk avdeling, Odense Universitetssykehus, Danmark

Veileder Steffen Ringgaard Førsteamanuensis, PhD, MR Fysiker MR-senteret, Aarhus Universitetssykehus, Danmark

Objektiv

Dette prosjektet har som mål å utvikle høyfelts MR-teknikker for å oppdage nervelesjoner hos diabetespasienter. MR-funnene vil bli sammenlignet med resultater fra konvensjonelle evalueringer og nerveledningsstudier for å bestemme validiteten som en del av en klinisk praksis.

Metoder

Blodprøve

For diagnostisering av diabetes brukes HbA1c. Dette er et mål på hvor mye glukose som binder seg til hemoglobin i blodet. Diabetikere har høyere blodsukkernivåer enn friske, det er definitivt en terskel for diabetes som ligger ved glukoseverdier som overstiger 64mmol/mol (8%). HbA1c bestemmes fra en blodprøve.

Klinisk nevrologisk test

Diabetikere med og uten nevropati, arvelig aksonal og demyelinisert nerveskadepasienter undersøkt med en klinisk nevrologisk test av sensibilitet, muskelkraft og reflekser. Undersøkelse av reflekser i armer og ben utført med reflekshammer mens vurdering av muskelstyrke utføres av forsøksdeltakere for å strekke og bøye armer og ben under motstand fra undersøker. Forsøkspersonens følsomhet for sålene testes med en bomullspinne og testdeltakeren skal indikere at berøringen kan kjennes. Videre testes prøvedeltakernes vibrasjonsfølsomhet på sålene med en stemmegaffel. Det er mulig at testen av musklene i ettertid fører til lett muskelømhet, men ellers vil det ikke være noen vesentlige risikoer, bivirkninger eller ubehag knyttet til den kliniske nevrologiske testen.

Nevrofysiologiske studier

De nevrofysiologiske studiene inkluderer elektroneurografi (ENG) og Motor Unit Number Estimate (MUNE) og Motor Unit Number Index (MUNIX). De nevrofysiologiske studiene utført ved Klinisk nevrofysiologisk avdeling, Aarhus Universitetssykehus ved bruk av EMG-utstyrt Keypoint (Medtronic, Skovlunde, Danmark).

Elektroneurografi (studie av nerveledning)

Nerveledningsstudier utføres med avdelingens standardiserte metoder og inkluderer:

1. Motorisk nerveledningsstudie og F-bølger med overflateelektroder på ulnar peroneus, bilateral og tibial nerve, bilateralt.
2. Sensorisk nerveledningsstudie med overflateelektroder på suralnerven, bilateralt.

Nerveledningshastigheter, amplituder av det sensoriske og motoriske potensialet, distale motor latenser og minimum F-bølge latenser er parametrene som skal evalueres med nerveledningsstudier.

MUNE Multipoint Stimulering & MUNIX

Motor Unit Number Estimate (MUNE) gir informasjon om antall fungerende motoriske enheter i den studerte muskelen. Estimatet er basert på forholdet mellom det maksimale sammensatte muskelaksjonspotensialet (CMAP) og et gjennomsnitt av den muskelen på Surface Motor Unit Potentials (SMUP). I den aktuelle studien brukte Multipoint Stimulation (MPS) for stimulering av en nerve i en underekstremitet og en nerve i en overekstremitet pr. deltager. Det er en én supramaksimal nervestimulering der maksimal CMAP bestemmes med overflateelektroder.

Deretter stimuleres nerven, med start fra 0 mA og økende intensitet til den første alt-eller-ingenting SMUP observert. Intensiteten varierte ytterligere inntil den målte SMUP ikke viser variasjon (veksling.) prosessen utføres ved å bevege elektroden noen millimeter langs nerven. Dette gjøres inntil et representativt antall SMUP måles ca. 10 pr. nerve.

Motor Unit Number Index (MUNIX) er også en MUNE-teknikk. Det vil bli utført en supramaksimal nervestimulering med overflateelektroder for å oppnå CMAP i samme nerve som brukt ovenfor. Det neste trinnet er elektromyografi (EMG) med inkludering av overflateinterferensmønster i frivillig sammentrekning, typisk ved 10 forskjellige sammentrekninger mellom 10 % og 90 % av maksimal sammentrekningskraft.

De nevrofysiologiske studiene (ENG, MUNE, MUNIX) tar totalt 2 timer per forsøksdeltaker og utføres ved de sammenbundne små overflateelektrodene, henholdsvis i hender eller føtter.

Muskelpotensial og nervepotensial registrert gjennom disse overflateelektrodene for stimulering av nerven med korte bølger gjennom huden. Dette føles som et slag eller trykk i huden og kan være forbundet med mildt ubehag. Ellers er studiene ikke forbundet med noen form for risiko eller bivirkninger.

MR-nevrografi (MRN)

MRN-studie vil bli utført ved Magnetrom Skyra 3 Tesla MR-skanner (Siemens AG, Erlangen, Tyskland), som er satt opp for å utføre en MRN-protokoll med følgende 5 sekvenser.

1. DIXON
2. Spektral adiabatisk inversjonsgjenoppretting (SPAIR)
3. Kort tau inversjonsgjenoppretting (STIR)
4. T2-vektet turbo spin ekko (T2 TSE)
5. Diffusjonsvektet bildebehandling (DWI)

Før skanningstesten må forsøkspersonen fullføre og overholde reglene for MR-sikkerhet. En beskrivelse av MR-skanningsprosessen, alarmkule, og en beskrivelse av lydene skanneren produserer er beskrevet for forsøkspersonen. MR-metoder for visualisering av nerver bruker ikke kontrastmidler, noe som er fordelaktig i studiet av diabetespasienter som kan ha nedsatt nyrefunksjon. Motivet legges liggende på en seng med bena mot skanneren. For å minimere bevegelsesartefakter brukes en lett fiksering av underbenet med skumputer. Rundt skumputene og nedre ekstremiteter er det plassert en 16-kanals Perifer Angio Array-spole (Siemens AG, Erlangen, Tyskland) eller flere 18-kanals Body Matrix-spoler (Siemens AG, Erlangen, Tyskland). For å unngå hørselsskader er et hørselsvern plassert på motivets øre. Hvis det oppstår problemer kan testpersonen når som helst klemme på alarmkulen som er plassert i den ene hånden, med et trykk på den og en direkte kontakt med etterforskeren vil bli opprettet og pasienten kan flyttes ut av skanneren. Skanningsprosessen forventes å ta 2 timer med klutskifte, instruksjon og skanning. MR-skanninger er ikke forbundet med noen form for risiko eller bivirkninger.

Kvantitativ sensorisk testing

Kvantitativ sensorisk testing (QST) brukes til å bestemme vibrasjonsterskel via et datastyrt sensorisk evalueringssystem (CASE IV WR Medical Electronics, Stillwater, MN, USA). Denne studien undersøkte forsøksdeltakernes evne til å oppfatte vibrasjoner forårsaket av henholdsvis den dominerende pekefingeren og den ikke-dominante fotens stortå. I tillegg beskriver temperaturvariasjon og smerteoppfatning i enhet det nevrologiske lidelsesstadiet og omfanget. Testen vurderes til å overskride pasientspesifikke terskler for normal sensitivitet eller omfanget av pasientens reduserte eller overdrevne sensitivitet. Den termiske testen er en elektrode som påføres huden. Ved å justere spenningen til elektroden modifisert varme av elektroden med en lineær økende eller redusere utviklingen på 40 grader per sekund. I mellomtiden vil pasienten bli spurt om han føler et temperaturubehag. QST er ikke assosiert med bivirkninger, risiko eller ubehag.

Isokinetisk dynamometri

Løypepersonenes muskelstyrke bestemmes av isokinetisk dynamometri. Testen måler den maksimale isokinetiske styrken til skulderbøye- og ekstensormuskulaturen i den dominante armen og ankelbøye- og ekstensormusklene i det ikke-dominante benet. Prøvedeltakeren trekker sammen musklene én om gangen under en motstand og studien består av maksimalt åtte repetisjoner. Dette gjøres med et Biodex System 3 PRO dynamometer (Biodex Medical Systems Inc. NY, USA) og følger en standardisert protokoll. I svært sjeldne tilfeller kan muskelstrekk og senebetennelse (mindre enn 2 ‰) oppstå, ytterligere risiko, bivirkninger eller ubehag er ikke forbundet med bruk av isokinetisk dynamometri.

Statistiske betraktninger

Sammenligning mellom matchede grupper vil bli utført ved bruk av konvensjonelle statistiske metoder uparet t-test eller ikke-parametriske tester som Wilcoxon signed-rank test. I variasjonsanalyser av flere grupper vil ANOVA og ANCOVA bli brukt. En signifikant forskjell på p-verdier under 0,05 må bestemmes for å fastslå validiteten til funnene. Sammenligning av de konvensjonelle metodene med MR-metoden fra det binære resultatet av å være frisk eller lide av DPN, gitt en estimert sensitivitet på 1 og en spesifisitet på 0,7, gjør det mulig å bestemme den nødvendige prøvestørrelsen. Fra en McNemars test med et signifikant nivå på 5 % ble det utført en kraftberegning som ga en nødvendig prøvestørrelse på minst 50 personer (friske og diabetikere med og uten nevropati). Inkludering av pasienter med aksonale og demyeliniserte nervelesjoner, for å sammenligne likheten av utelukkende aksonal og demyelinisert skade med diabetisk perifer nevropati, er i dagens tall ikke basert på en statistisk kraftberegning.

Frivillige

Løypen består av pasienter med type I og type II diabetes, med og uten nevropati. Pasienter vil bli rekruttert ved Endokrinologisk avdeling, Noerrebrogade 44, Aarhus Universitetssykehus. Pasienter med arvelig aksonal og demyelinisert nevropati vil bli inkludert ved Nevrologisk avdeling, Noerrebrogade 44, Aarhus Universitetssykehus. Friske fag skal rekrutteres gjennom offentlige medier. I løpet av studiens 3 år forventes det å inkludere 90 diabetikere med og uten nevropati, 10 pasienter med arvelig aksonal nevropati og 10 pasienter med demyelinisert nevropati, samt 35 friske kontrollpersoner. Dette utgjør totalt 145 fag.

Bivirkninger, risiko og ulemper

Klinikkens nevrologiske undersøkelser tester forsøkspersonenes reflekser, muskelstyrke og sensibilitet. Testen av muskelstyrke kan gi lette muskelsmerter, men ellers vil det ikke være vesentlige risikoer, bivirkninger eller ulemper knyttet til klinikkens nevrologiske tester.

Vibrasjonsterskel bestemmes gjennom et datamaskinbasert sensorisk evalueringssystem (CASE IV, WE Medical Electronics, Stilwater, MN, USA) og er ikke forbundet med vesentlige risikoer, bivirkninger eller ulemper.

For undersøkelse av muskelstyrke, Biodex System 3 PRO dynamometer (Biodex Medical Systems Inc. NY, USA) brukes. I svært sjeldne tilfeller muskelstrekk og senebetennelse (mindre enn 2 ‰) I forbindelse med undersøkelsen, ellers vil det ikke være noen vesentlige risikoer, bivirkninger eller ulemper knyttet til tester.

De nevrofysiologiske undersøkelsene (ENG, MUNE og MUNIX) utføres med overflateelektroder med korte støt av elektrisk strøm gjennom huden. Det føles som et slag eller trykk under eller i huden og kan kobles til ubehag. Utover dette er testene ikke knyttet til vesentlige risikoer, bivirkninger eller ulemper.

MR-skanninger er ikke koblet til noen kjente risikoer og pasientens ører vil være beskyttet med lydisolerende ørepropper eller hodetelefoner for å unngå ubehag i forhold til den høye lyden skanneren lager under skanningen. Pasientens hode vil bli plassert utenfor skanneren, med bena i skanneren, noe som fjerner risikoen for å få pasienten til å føle seg klaustrofobisk.

Blodprøven kan kobles til lett ubehag og liten risiko for utvikling av blodopphopning og infeksjon på kanyleinjeksjonsstedet. Hvis noen tegn på infeksjon (utslett, oppvarming, ømhet, hevelse) må forsøkspersonen oppsøke etterforskeren eller legevakten. Det kombinerte blodtap i forbindelse med blodprøven vil ikke overstige 250 ml, som er mye mindre enn en bloddonasjon inkluderer.

Blodprøven analyseres og destrueres etter. Det vil ikke bli etablert biobank i dette prosjektet.

Siden det ikke er noen vesentlige bivirkninger og risikoer ved å delta i prosjektet vurderes det at prosjektet er vitenskapelig etisk forsvarlig.

Økonomiske tilstander

Utgifter i forbindelse med prosjektet dekkes av de involverte avdelingene. Forskerne har ingen økonomisk interessekonflikt i prosjektet. Transportutgifter i forbindelse med muntlig informasjon og eksamen refunderes i henhold til de retningslinjer som benyttes ved instituttene. I henhold til nasjonale retningslinjer vil forsøkspersonene få utbetalt kompensasjon for deres inndeling i prosjektet.

Publisering av resultater

Resultatene vil bli publisert i en anerkjent internasjonal artikkel i henhold til Vancouver-regelverket, uavhengig av om resultatene er positive, negative eller inkonklusive.

Ønsker forsøkspersonene informasjon om prosjektresultatene kan de informere utrederen og han vil sende informasjonen til de interesserte.

Nasjonal etisk komité gjennomgang

Prosjektet er rapportert og godkjent av det danske datatilsynet, den danske nasjonale komité for helseforskningsetisk (nr. 1-10-72-85-13) og avdelingslovgivningen.

Frivillig rekruttering

Pasienter med perifer nervesykdom og ikke-nevropatiske diabetespasienter rekrutteres i klinikken ved nevrologisk og medisinsk avdeling for endokrinologisk avdeling, Aarhus Universitetssykehus. Relevante potensielle forsøkspersoner vil bli identifisert gjennom deres planlagte besøk til nevrologisk klinikk eller endokrinologisk klinikk. Potensielle forsøkspersoner (friske kontroller, diabetikere og pasienter med perifer nervesykdom) vil få skriftlig informasjon om forskningsprosjektet med forespørsel om å kontakte hovedetterforsker Michael Vaeggemose per brev, e-post eller telefon dersom de ønsker ytterligere informasjon om forskningsprosjektet. Friske kontrollpersoner vil bli rekruttert ved å legge ut informasjonsmateriell på offentlige oppslagstavler og i lokalavisen, med angivelse av hovedetterforskernes telefonnummer og e-postadresse. Potensielle frivillige som ønsker mer informasjon om prosjektet, vil deretter motta skriftlig deltakerinformasjon og informasjon fra Nasjonale etiske komiteer i forbindelse med deltakelse i et helsevitenskapelig forskningsprosjekt, og innkalle til et informasjonsintervju. Den potensielle forsøkspersonen har mulighet til å ta med seg en ledsager til informasjonsintervjuet og informeres om retten til å slutte å delta i prosjektet dersom han/hun velger det.

Informasjonsintervjuet gjennomføres av PhD-studenter, sivilingeniør biomedisinsk ingeniør, Michael Vaeggemose som med inngående kjennskap og nær tilknytning til studioet har nødvendige akademiske kvalifikasjoner for å gjøre dette. Samtalen holdt i et konferanserom i uforstyrret miljø ved Aarhus Universitetssykehus, hvor den potensielle forsøksdeltakeren har mulighet til å ta med seg en ledsager. Angitt under intervjuet at det foreligger en forespørsel om deltakelse i et biomedisinsk forskningsprosjekt og gitt en muntlig forståelig presentasjon av forskningsprosjektet uten bruk av faguttrykk. Under intervjuet vil det være nok tid til at personen kan lytte til den muntlige informasjonen og stille spørsmål. Samtalen tilpasset mottakers individuelle krav når det gjelder erfaring, modenhet, alder osv. Intervjuet vil være basert på den skriftlige deltakerinformasjonen og vil inkludere eventuelle påregnelige risikoer, bivirkninger, komplikasjoner og ulemper knyttet til deltakelse i forskningsprosjektet og at det kan være uforutsette risikoer og påvirkninger knyttet til deltakelse i forskningsprosjektet. Videre heter det at opplysninger om helsemessige forhold, rent private forhold og andre taushetsbelagte opplysninger kan utleveres til og behandles av personer som er ansvarlige for å gjennomføre en lovpålagt kvalitet på studien. Observanden informeres også om retten til å avslå kunnskap om nye viktige helsedata i prosjektet.

Etter informasjonsintervju har de potensielle prøvedeltakerne minst 1 uke på seg til å tenke før de signerer samtykkeskjemaet. Forsøkspersonene kan når som helst uten konsekvenser trekke seg fra forskningsprosjektet. Det er ønskelig å få tilgang til pasientjournaler, slik det fremgår av skriftlig pasientinformasjon. Etter informasjonsintervjuet vil deltakeren bli informert om nye data om risiko, komplikasjoner og ulemper i studiene under gjennomføringen av studien har endret seg vesentlig med hensyn til forsøkspersonens sikkerhet. I tilfelle studien viser avgjørende informasjon om forsøkspersonens helsetilstand vil det bli gitt ut til den enkelte forsøksdeltaker, med mindre de entydig har gitt uttrykk for at dette ikke er ønsket. Forsøkspersonene vil bli informert om resultatene og om eventuelle konsekvenser for den enkelte. Det vil etter fullføring av prosjektet være en kort og lettfattelig rapport på dansk som oppsummerer prosjektets hovedresultater, som den enkelte prøvedeltaker kan få ved å kontakte prosjektets hovedetterforsker (Michael Vaeggemose). Dersom forskningsprosjektet avbrytes vil forsøksdeltakerne få beskjed om årsaken til dette.