Avaliação objetiva de concussão usando ressonância magnética e metabolômica

Lesões cerebrais traumáticas leves (mTBI) são um grande problema de saúde devido ao risco de complicações de curto e longo prazo. Para entender os efeitos de um TCE (também conhecido como concussão), estudos examinaram o impacto fisiológico e cognitivo das concussões no cérebro de atletas jovens e universitários. Com base na exposição atlética (AE), a maioria das concussões na National Collegiate Athletics Association (NCAA) ocorre na luta livre masculina, no hóquei no gelo masculino e feminino, no futebol masculino e no futebol feminino (Zuckerman et al. 2015). Estima-se que 300.000 concussões relacionadas ao esporte (SRC) ocorrem anualmente nos Estados Unidos entre atletas jovens e universitários (Coronado et al. 2015; Gessel et al. 2007; Langlois et al. 2006; Thurman et al. 1998) . No entanto, uma estimativa de SRC provavelmente seria grosseiramente subestimada devido à subnotificação e falha em procurar tratamento médico (Karlin 2011; Kaut et al. 2003; Kerr et al. 2016; McCrea et al. 2004; Roozenbeek et al. 2013). Na realidade, o número de SRC anuais pode chegar a 1,6 a 3,8 milhões de ocorrências (Langlois et al. 2006).

As lesões cerebrais são classificadas como leves, moderadas ou graves com base nos sintomas relatados pelo paciente, comprometimento cognitivo e danos estruturais visualizados usando imagens médicas (Bodin et al. 2012; DeCuypere e Kilmo 2012; DeMatteo et al. 2010; Roozenbeek et al. 2013). Um grande desafio enfrentado pelo diagnóstico de mTBI foi padronizar a avaliação, prever o prognóstico e liberar as pessoas para retornar ao trabalho ou ao esporte. Para diagnosticar e tratar os pacientes com mais precisão, os profissionais de saúde precisam entender melhor como o cérebro é afetado de forma aguda e o cronograma para quando ele retorna a um estado pré-concussão. Recentes inovações tecnológicas prometem complementar as atuais avaliações comportamentais e psicológicas. O diagnóstico atual de concussão e mTBI geralmente é baseado em testes que avaliam o feedback sensorial, a cognição mental, o controle motor e os sintomas pós-concussão do paciente (Bodin et al. 2012; DeCuypere e Klimo 2012).

Para complementar o rastreamento de sintomas, a ressonância magnética (MRI) demonstrou ser uma ferramenta inestimável para concussões. A saúde da substância branca do cérebro pode ser prevista com base na forma relativística da mielina ao redor dos axônios e na difusividade da água ao longo do comprimento dos axônios usando uma técnica de ressonância magnética chamada imagem por tensor de difusão (DTI) (Asken et al. 2018; Jonkman e outros 2015). Além disso, a função da substância cinzenta do cérebro pode ser avaliada usando ressonância magnética funcional (fMRI) medindo as diferenças paramagnéticas entre sangue oxigenado e desoxigenado, com base no sinal dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD) (Horn et al. 2014; Liu et al. 2018; Ogawa et al. 1990). As regiões cerebrais ativadas têm um sinal BOLD maior devido às não homogeneidades do campo magnético causadas por alterações no volume sanguíneo, fluxo sanguíneo e metabolismo local (Ogawa et al. 1990). Uma fMRI pode ser usada para analisar os padrões de ativação do estado de repouso do cérebro, um sistema conectivo primário é a rede de modo padrão (DMN) (Mak et al. 2017). Foi demonstrado que o DMN tem atividade diminuída após um mTBI (Bonnelle et al. 2011; Zhou et al. 2012).

Um problema sério relacionado a lesões na cabeça é a necessidade de um método para diagnosticar os atletas imediatamente após a lesão. O crescente interesse em usar metabolômica para a descoberta de biomarcadores clinicamente relevantes associados a traumatismo cranioencefálico leve (mTBI) pode ser uma solução. No entanto, a maioria dos estudos até o momento baseou-se exclusivamente em amostras de sangue e/ou painéis de metabólitos direcionados envolvendo pequenas coortes de pacientes sem replicação adequada e validação de alterações metabólicas aberrantes na circulação para imagens cerebrais independentes baseadas em ressonância magnética (Fiandaca et al. 2018; Orešič e outros 2016). Propomos incluir uma análise de amostras de saliva e urina em jejum de pacientes com TBIm para perfil de metabólito abrangente usando tecnologia de espectrometria de massa de injeção multissegmentar de alto rendimento (DiBattista et al. 2019; Yamamoto et al. 2019), que permite análise rápida não direcionada de metabólitos polares/hidrofílicos, bem como lipídios não polares/iônicos com controle de qualidade rigoroso (Azab et al. 2019).

Este estudo visa acompanhar a recuperação da concussão ao longo de 6 meses usando padrões clínicos de sintomas de concussão e ressonância magnética objetiva e métricas metabolômicas. Os participantes da concussão completarão três visitas do estudo: agudamente dentro de 2 semanas após uma concussão, acompanhamento de 3 meses e acompanhamento de 6 meses. Os participantes serão recrutados na St. Joseph's Healthcare Hamilton e em organizações atléticas locais. O protocolo do estudo será idêntico para todas as três visitas do estudo. Os participantes preencherão a Escala de Sintomas Pós-Concussão (PCSS) e a Escala de Ansiedade e Depressão (DASS-42) para medir a presença e a gravidade autorrelatada de sintomas comuns pós-concussão. Os dados de ressonância magnética serão usados ​​para medir a função cerebral (fMRI em estado de repouso) e as propriedades microestruturais (imagens de tenor de difusão), enquanto a metabolômica medirá se os metabólitos têm presença ou concentração anormal após a concussão com base em amostras de urina e saliva. Esses métodos quantitativos serão comparados com as pontuações subjetivas de sintomas de concussão para identificar se as anormalidades cerebrais e fisiológicas persistem após a resolução dos sintomas e se certas regiões do cérebro são afetadas com mais frequência por concussões. Supõe-se que, em todos os três pontos de tempo, a função cerebral terá diminuído a complexidade fractal do sinal BOLD e a conectividade de rede (representativa de lesões relacionadas à concussão), e o dano à substância branca estará presente com base na métrica DTI primária de anisotropia fracional. Também é hipotetizado que os sintomas pós-concussão serão autorrelatados como resolvidos ou quase resolvidos na visita de estudo de acompanhamento de 3 meses.