Insights sobre a fisiopatologia do desacoplamento neurovascular em pacientes com lesões cerebrais. (NVUCVR)

O metabolismo cerebral e o fluxo sanguíneo estão fortemente acoplados à atividade neuronal. Alterações na atividade neuronal resultam na modulação do consumo de glicose pelos neurônios. Os níveis de glicose e lactato retornam à sua linha de base instantaneamente à medida que a atividade neuronal cessa, um fenômeno conhecido como acoplamento neurometabólico. Dadas as reservas enérgicas limitadas no sistema nervoso central, a atividade neuronal depende fortemente do suprimento finamente regulado de glicose da corrente sanguínea. No entanto, o aumento dinâmico do fluxo sanguíneo cerebral (CBF) durante a ativação neuronal excede em muito o aumento do metabolismo oxidativo. Essa resposta hiperêmica relativa garante um aumento do gradiente de oxigênio entre os vasos sanguíneos e o tecido, fornecendo amplo suprimento de oxigênio. A ligação temporal e regional próxima entre as alterações na atividade neuronal e o aumento do CBF é referida como acoplamento neurovascular (NVC) e envolve uma complexa cascata de eventos. Os neurotransmissores, como o glutamato, liberados nas sinapses se ligam aos receptores em neurônios e astrócitos, levando à liberação de vários mediadores químicos, como óxido nítrico e prostaglandinas, que atuam diretamente no tônus ​​muscular liso arterial. Presume-se que as vias de sinalização mais complexas e incompletas, incluindo mecanismos de sinalização de astrócitos mediados por Na+ e Ca2+, contribuem para o NVC.

A estreita relação entre a atividade neuronal e o fluxo sanguíneo regional e o metabolismo forneceu a base para métodos de imagem cerebral funcional não invasivos, incluindo tomografia por emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética funcional (fMRI). O PET usando [18fluor] -fluorodeoxiglucose (FDG) é uma técnica baseada no acúmulo de FDG metabolizado (isto é, FDG-6-fosfato) no complexo astrócito-neuron, refletindo o nível de consumo de glicose. Como os trabalhos seminais de Sokoloff et al., A utilização da glicose é considerada um indicador válido, preciso e quantitativo do nível de atividade neuronal local dentro do cérebro. Por outro lado, a fMRI, que se baseia no sinal dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD), fornece informações indiretas sobre a atividade neuronal, investigando alterações relacionadas à perfusão acopladas à atividade neuronal. Em áreas de aumento do CBF devido a modulações na atividade neuronal, a entrega de oxigênio excede a taxa de utilização de oxigênio, induzindo um aumento local na razão oxi/desoxi-hemoglobina. Isso leva a um aumento detectável no sinal de ressonância magnética ponderada por suscetibilidade magnética.

Uma das aplicações clínicas mais antigas e ainda reconhecidas da ressonância magnética tem sido o mapeamento funcional pré -operatório do córtex sensório -motor primário em pacientes com tumores cerebrais. Essa técnica impactou significativamente o planejamento cirúrgico, geralmente permitindo abordagens mais agressivas do que as consideradas sem localização funcional. A FMRI também tem sido cada vez mais usada na avaliação pré -cirúrgica de pacientes com lesões vasculares ou epileptogênicas. No entanto, apesar do crescente uso de fMRI em negrito em pacientes com lesões cerebrais, essa técnica possui grandes limitações que devem ser consideradas ao interpretar a ressonância magnética resulta nessas populações. A principal limitação é o comprometimento de alterações em negrito devido à perda relacionada à lesão do acoplamento vascular normal com a atividade neuronal, um fenômeno chamado de desacoplamento neurovascular (NVU). Isso pode resultar em resultados falsos negativos ou falsos positivos em córtex eloquente crítico. Se a atividade neuronal for preservada no córtex doente, mas viável, presume -se que a NVU ocorra devido a astrocíticas, neurotransmissores ou disfunção vascular.

A NVU foi relatada principalmente em pacientes com tumores gliais de alto grau e meningiomas. Nesses pacientes, o volume de aumento de sinal de fMRI baseado em tarefas demonstrou ser reduzido adjacente ao tumor em comparação com as alterações homólogas do sinal de fMRI no hemisfério contralesional, apesar da ausência de déficit neurológico. De acordo com os dados experimentais em indivíduos saudáveis, mostrando que o sinal em negrito pode diminuir à medida que o volume sanguíneo cerebral (CBV) aumenta, a reatividade cerebrovascular prejudicada (CVR) em pacientes com tumores cerebrais pode ser explicada por alterações na perfusão local. Em tumores hipervascularizados, como gliomas de alto grau e meningiomas, foi sugerida hiperperfusão local para explicar o sinal em negrito diminuído na fMRI baseada em tarefas. No entanto, estudos recentes demonstraram que a NVU também pode ocorrer em gliomas de baixo grau. Dada a ausência de hiperperfusão nesse tipo de tumor, diferentes mecanismos precisam ser considerados. Nos gliomas de baixo grau, pensa-se que a NVU observada é, pelo menos em parte, devido à interrupção do acoplamento astrócito-vascular (desacoplamento gliovascular). Pacientes com malformações arteriovenosas podem exibir uma reserva cerebrovascular prejudicada peri-nidal devido ao desvio de alto fluxo, tornando os sinais de mapeamento dependentes da perfusão não confiáveis. Pacientes com epilepsia também podem exibir comprometimento regional de CVR devido a aumentos dramáticos no metabolismo cerebral e no CBF durante o período ictal, interrupção da barreira do sangue cerebral e uma perda aguda de auto-regulação da pressão cerebral.

De acordo com pesquisas anteriores, a CVR pode ser estudada através do "Hypercapnia Challenge" durante as gravações de fMRI, incluindo fMRI de respiração (BH fMRI) e inalação de carbogênio fMRI. A hipercapnia é um vasodilatador potente que aumenta o sinal de linha de base em negrito, detectando um aumento na oxigenação tecidual resultante de aumentos no CBF, enquanto as demandas do metabolismo oxidativo permanecem constantes. No entanto, a influência da hipercapnia na atividade neural e os acoplamentos neurometabólicos/neurovasculares não é bem compreendida e permanece debatida. Na prática, as áreas de aumento de hipercapnia reduzido ou ausente no sinal de fMRI nos mapas de CVR em comparação com a ativação contralateral homóloga indica indicar NVU. Estudos recentes sugerem vantagens potenciais no uso da fMRI do estado de repouso (RS) como uma técnica pré-operatória. O RS-FMRI é uma técnica de neuroimagem funcional que permite a medição da atividade cerebral espontânea em pacientes em repouso. As flutuações espontâneas de sinal em negrito estão altamente correlacionadas em regiões cerebrais distintas e de longo alcance, indicando conectividade funcional em redes neuroanatômicas específicas e altamente organizadas. Os estudos de conectividade funcional também demonstraram um alto grau de correlação espacial entre a conectividade cerebral funcional RS-FMRI e os estudados durante um desafio de hipercapnia. Curiosamente, pesquisas recentes sugerem que o sinal de BS-BOLD pode ser prejudicado em pacientes nos quais aumentos baseados em tarefas nos sinais de fMRI são reduzidos ou ausentes devido à NVU. Portanto, alterações na conectividade cerebral funcional estudadas com RS-FMRI podem fornecer informações sobre a presença de NVU, conforme estudado com CVR durante a hipercapnia. Tais achados seriam de interesse na prática clínica, pois poderiam evitar a necessidade de mapeamento de CVR com um desafio de hipercapnia.