Волюметрия и протеомика при шунтированной гидроцефалии с нормальным давлением (LiNPH)

ПРЕДПОСЫЛКИ И РЕЗЮМЕ ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА

Идиопатическая нормотензивная гидроцефалия (=иНПГ) — состояние с нарушением мозговой динамики, проявляющееся симптомами в виде нарушений равновесия и походки, недержания мочи и когнитивных нарушений у больных с дилатацией желудочков головного мозга. Заболевание встречается гораздо чаще, чем обычно известно, с распространенностью, которая резко увеличивается с возрастом, с 2,1% в возрасте 70 лет до 8,9% в возрасте старше 80 лет. Адамс и Хаким описали это заболевание еще в 1965 году на основании симптоматики и обратимости симптомов после пункции ЦСЖ. Однако только в 2005 г. вышел сборник научно обоснованных руководств по диагностике и лечению этого заболевания – Международные рекомендации iNPH. Было заявлено, что в настоящее время, кроме тап-теста ЦСЖ, не существует надежного прогностического теста вероятности ответа пациента на шунтирование. Существует несколько различных шкал для оценки тяжести заболевания, одной из которых является шкала iNPH с субшкалами походки, равновесия, нейропсихологии и удержания мочи.

В отделении нейрохирургии (NK) и неврологии (NL) Университетской клиники Линчепинга с 2004 года работает хорошо функционирующая многопрофессиональная команда. Команда исследует и лечит iNPH по направлениям, поступающим из юго-восточного региона здравоохранения Швеции. Ежегодно получают около 250 направлений, обследуют 70-80 больных и оперируют не менее 40 пациентов с вентрикулоперитонеальным шунтированием. Оценка состоит из первого этапа рентгенологических исследований, клинической оценки неврологом, последующей двигательной оценки физиотерапевтом и когнитивной оценки эрготерапевтом. Обычно проводят кран-тесты спинномозговой жидкости, при которых до 50 мл спинномозговой жидкости дренируют с помощью люмбальной пункции, которая при иНПГ обычно облегчает симптомы. Оценка также включает видеозапись модели движения качественной оценки. Результаты вместе с рентгенологией взвешиваются вместе, а затем команда, если пациенту следует предложить лечение. Больных оперируют с вентрикулоперитонеальным шунтированием при НК и наблюдают при НЛ с теми же двигательными и когнитивными тестами через три месяца после операции, после чего оценивают результаты. В более крупных исследованиях примерно у 70 % пациентов с иНПГ, получающих шунт, после операции наступает улучшение.

Шунтирующая терапия является единственным методом лечения иНПГ и доступна с 1950-х годов. Целью лечения является уменьшение количества цереброспинальной жидкости в желудочковой системе и тем самым нормализация объема в желудочковой системе. С начала 1990-х все чаще используются регулируемые шунтирующие клапаны. Это означает, что клапан при необходимости можно отрегулировать после имплантации с помощью внешнего магнита, приложенного к месту клапана. Недостатком большинства регулируемых клапанов является то, что настройка клапана может быть непреднамеренно отрегулирована при воздействии сильных магнитных полей, например, если пациент проходит обследование с помощью магнитной камеры. Однако регулируемые клапаны имеют много преимуществ, поскольку сопротивление можно адаптировать к потребностям пациента даже после операции. Например, одно из наиболее частых осложнений после шунтирования (субдуральная гематома) часто лечится повышением сопротивления клапана. В 2015 году компания Codman Johnson & Johnson представила новый шунтирующий клапан Certas Plus, который представляет собой регулируемый шунт с восемью различными настройками. Клапан установлен в клинической практике. Отличительными особенностями являются самая высокая настройка (8), которая составляет 40 см H20, что является очень высоким сопротивлением, которое теоретически должно быть эквивалентно отключенному шунту и называется компанией «виртуальным выключением». Он также устойчив к магнитно-резонансной томографии и, таким образом, не меняет настройки при воздействии магнитного поля МРТ. Эти свойства до сих пор были протестированы in vitro, но клинические исследования еще не проводились. Преимущества этих функций заключаются в потенциально меньшем количестве хирургических процедур и стационарного лечения, а также позволяют пациентам в юго-восточном регионе здравоохранения проводить плановые и неотложные МРТ-обследования в своей домашней больнице без необходимости обращаться в нейрохирургическое отделение в Линчёпинге для санации клапана.

Дилатация желудочков является рентгенологическим диагнозом. С 1940-х годов измеряли наибольший диаметр между латеральными границами боковых желудочков и наибольший бипариетальный диаметр на внутренней стороне черепа, чтобы получить так называемый индекс Эванса, разделив два и получив отношение. Его легко измерить, но это метод со многими источниками ошибок и плохой чувствительностью к изменениям объема в желудочковой системе. Существует потребность в более надежном методе как в клинической практике, так и в исследованиях. Волюметрия, т. е. измерение объема желудочков, стала все более широко используемым методом, который, однако, еще не нашел применения в клинической практике из-за трудоемкости ручного расчета. По изображениям МРТ, преобразованным в специальном программном обеспечении (ITK-SNAP), можно рассчитать объем и построить трехмерное изображение желудочковой системы. Несколько исследований в литературе изучали взаимосвязь между сопротивлением шунтирующих клапанов и уменьшением объема желудочков. Нет проспективных слепых исследований, изучающих изменение объема желудочков, связанное с шунтирующей терапией, резистентностью к шунтам, а также нет исследований о том, существует ли корреляция между уменьшением объема желудочков и послеоперационным клиническим исходом. Исследовательская группа в Уппсале недавно опубликовала исследование пациентов с шунтированной иНПГ, в котором новая технология МРТ, разработанная в Линчёпинге (SyntheticMR), ясно показывает, как объем желудочков уменьшается после лечения без изменения индекса Эванса. В этом же исследовании также удалось показать, как отчетливо изменяется после шунтирования другой параметр в желудочках, так называемый мозолистый угол. Это часть шкалы радиологической оценки Radscale, которую можно применять к этой группе пациентов. Та же исследовательская группа ранее также смогла показать с помощью SyntheticMR, как объем желудочков уменьшается после постукивания у пациентов с иНПГ, чтобы восстановиться до исходного в течение 24 часов. CMIV (= Центр медицинской визуализации и визуализации) в Линчёпинге, США, имеет несколько МР-камер 3-Tesla университетской больницы и хорошие технологические и научные знания о SyntheticMR, поскольку этот метод разрабатывается там. Используя короткий протокол МРТ (6 минут), он выдает количественные данные о состоянии мозговой ткани, что позволяет легко установить, что такое серое и белое мозговое вещество, поддерживающий белок миелин клеток головного мозга, а также спинномозговую жидкость и вычислить объем каждого компонента. Последовательности со стандартными протоколами для гидроцефалии, включая последовательности DTI (= Diffusion Tensor Imaging), требуют дополнительных 15-20 минут в камере МРТ. SyntheticMR также может, как до сих пор единственный метод, легко рассчитать объем спинномозговой жидкости, которая находится за пределами желудочков в базальных цистернах и бороздах головного мозга. Однако объемы экстрацеребральной ЦСЖ в здоровом головном мозге или при иНПГ до сих пор никем не изучались. Кроме того, никто не изучал, как этот объем экстрацеребральной ЦСЖ изменяется в ответ на шунтирование.

Протеом — это собирательное название белков, синтезируемых организмом или органом. Протеом не является постоянным, а варьируется между различными органами одного и того же организма и в одном и том же органе с течением времени и изменениями в больном организме или органе. Протеомика - это наука об этих белках, и ее можно использовать для изучения того, когда и где можно найти определенные белки, их концентрации, того, как они расщепляются, модифицируются и взаимодействуют в различных физиологических и болезненных процессах. Члены нашей исследовательской группы охарактеризовали некоторые неврологические заболевания по их протеомным изменениям, таким как эссенциальный тремор и хроническая невропатическая боль. Протеомика спинномозговой жидкости у пациентов с иНПГ относительно не изучена, и в литературе есть только три исследования. Они охарактеризовали несколько белков, которые выделяются по сравнению с тем, что ожидается в здоровом мозге. Сравнительных исследований ликвора, полученного при люмбальной пункции, и спинномозговой жидкости из желудочков не проводилось. В отделении боли и реабилитационной медицины Университетской больницы Линчепинга создана лаборатория протеомики (лаборатория PAINOMICS) с множеством научных публикаций. Стандартными методами, доступными для протеомных исследований, являются двумерный гель-электрофорез (2D-электрофорез) и масс-спектрометрия (ЖХ-МС/МС). Они применяются для анализа до тысячи белков в одном образце и их проверки с помощью технологии на основе антител. С помощью технологии на основе антител можно также анализировать до 86 цитокинов, хемокинов, факторов роста и метаболических веществ в так называемой мультиплексной панели. Наборы данных, полученные в протеомных исследованиях, сложны. Эти наборы данных состоят из множества сильно коррелированных переменных (концентраций белков). Затем можно сравнить изменения содержания белков между пациентами с iNPH и контрольной группой, чтобы установить разницу в «отпечатках пальцев» протеома. Существует большая потребность в новых биомаркерах в качестве дополнения к имеющимся в настоящее время методам постановки точного диагноза, оценки вероятности того, что терапия будет успешной, и создания более глубокого понимания патофизиологии иНПГ.

ЦЕЛИ, НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОДЛЕЖАЩИЕ:

1. Оцените и подтвердите клинически полезный метод мониторинга объемов желудочков с помощью синтетической МРТ. Сравнение с общепринятым объемным методом (ITK-SNAP), а также для надежности внутри и между оценщиками.
2. Нанесите на карту объемы желудочков и количество экстрацеребральной внутричерепной спинномозговой жидкости при нормальных физиологических условиях у здоровых людей из контрольной группы и у пациентов с INPH и рассчитайте, как эти объемы изменяются после шунтирования при INPH.
3. Изучите, как изменение объема и изменение объема и шкалы радиации iNPH после шунтирования коррелируют с клиническим исходом через 3 месяца после операции.
4. Исследуйте шунтирующий клапан CERTAS PLUS на предмет его функционирования и безопасности при резистентности к МРТ in vivo и сопоставьте степень уменьшения объема желудочков на основании резистентности клапана.
5. Составьте карту протеомной экспрессии iNPH в спинномозговой жидкости и плазме крови до операции и отслеживайте изменения через 3, 12 и 36 месяцев после вентрикулоперитонеального шунтирования.
6. Сравните, как протеомика спинномозговой жидкости при иНПГ различается между поясничной и желудочковой спинномозговой жидкостью и плазмой крови. Изучите, отличается ли спинномозговая жидкость поясничного отдела у пациентов с иНПГ по сравнению с неврологически здоровыми людьми контрольной группы того же возраста и пациентами с эссенциальным тремором.

ПЛАН ПРОЕКТА, ВЫПОЛНЕНИЕ И ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Шведский национальный совет по этике (Etikprövningsmyndigheten), № 2020-0071920, одобрил этот план проекта.

Пятьдесят пациентов, прошедших обследование группы NPH и признанных подходящими для шунтирующей терапии, последовательно набираются для исследования.

Контрольная группа, состоящая из 50 добровольцев старше 60 лет, набрана из очереди на операцию отделений ортопедии, урологии и гинекологии Университетской больницы Линчепинга. Добровольцы будут набраны из числа пациентов пожилого возраста, которым во время плановых ортопедических/гинекологических/урологических операций в условиях спинномозговой анестезии будет проведена люмбальная пункция для применения анестезии. Добровольцы перед операцией пройдут МРТ-обследование, включая стандартные последовательности, а также протоколы SyntheticMR для волюметрии.

Предоперационное обследование пациентов с иНПГ, проводимое командой НПГ, состоит из следующих обследований: 1. Клиническая оценка неврологом. 2. Равновесие и способность ходить оцениваются физиотерапевтом. Тесты включают Timed Up and Go (TUG), количество шагов и время, а также шкалу походки, шкалу баланса и ходьбу на 10 м как часть шкалы iNPH. 3. Эрготерапевт оценивает когнитивные функции и выполняет следующие тесты: MMSE (мини-тестирование психического состояния), рифленая доска, слуховой вербальный обучающий тест Рея, определение цвета по Струпу и интерференция Струпа, тесты по прокладыванию маршрута A и B. 4. Оценка недержание мочи проводится по шкале недержания мочи. Все оценки объединены в шкале iNPH.

В базовое исследование входит люмбальная пункция с измерением интратекального давления, анализом клеток, белка, антител против болезни Лайма и кран-тестом СМЖ. История болезни пациента, симптомы и результаты рентгенологического исследования и пробы СМЖ обсуждаются в команде NPH, чтобы решить, подходит ли пациент для шунтирования.

Пациентов, которым бригада рекомендовала шунтирование и которые не соответствуют критериям исключения из исследования, вызывают на амбулаторный визит к доктору Рафаэлю Холмгрену, информируют о предполагаемой операции и связанных с ней рисках и предлагают участие в исследовании после устной и письменной информации. Пациентам дается время подумать и вернуться к телефону контактной медсестры, прежде чем ответить.

Добровольцы в контрольную группу набираются среди пациентов, которым планируется хирургическое вмешательство при спинальной анестезии отделениями ортопедии, урологии и гинекологии университетской больницы Линчёпинга. О возможном участии в исследовании их информируют устно по телефону или, при желании, во время амбулаторной консультации с доктором Рафаэлем Холмгреном в дополнение к письменной информации. Участники контрольной группы перед операцией пройдут МРТ-обследование по стандартному протоколу и синтетическую МРТ. Перед введением спинальной анестезии берут 10 мл спинномозговой жидкости из поясничного отдела позвоночника для анализа протеомного профиля, а также образец крови для той же цели.

Участвующие пациенты с иНПГ, подлежащие шунтированию, за день до операции пройдут МРТ с модифицированным стандартным протоколом и SyntheticMR; необходимое время около 45 минут.

На следующий день пациентам проводят общую анестезию и проводят люмбальную пункцию, после которой берут 10 мл спинномозговой жидкости. Одновременно берется и образец крови для протеомного анализа. Пациент оперируется с вентрикулоперитонеальным шунтированием по стандартной процедуре одним из трех хирургов (д-р Рафаэль Холмгрен, д-р Питер Зигмонд или д-р Мартин Нильссон в NK). Пациенты получают шунтирующий клапан Codman CERTAS PLUS с одной из двух настроек клапана, скрытых от оператора, пациента и рентгенологов (устанавливается другим коллегой в соответствии с рандомизацией): 4 (=110 мм вод. ст., стандартная настройка по умолчанию) или 8 (> 400 мм H20 или «виртуальный выкл»). По мере прокола желудочков мозга катетером здесь собирают еще 10 мл ЦСЖ для протеомики. Образцы транспортируют в лабораторию протеомики, центрифугируют, делят на небольшие аликвоты перед замораживанием. Затем они хранятся в биобанке в отделении медицины труда и окружающей среды в университетской больнице Линчепинга (зарегистрированном в Национальном совете здравоохранения и социального обеспечения). Каждому поступающему субъекту присваивается уникальный кодовый номер, и все пробирки маркируются этим номером. Кодовый ключ хранится в запертом шкафу в отделении нейрохирургии в Линчёпинге.

Приблизительно через 36 часов (диапазон 24-48 часов) после операции пациент проходит новое МРТ-обследование с помощью SyntheticMR, и после этого обследования положение клапана проверяется с помощью считывающего компаса, удерживаемого над клапаном. Пациенты, которые изначально получали настройку 8 клапана, теперь перестраиваются на стандартную настройку 4, если только они не перенесли субдуральную гематому после операции, которая выявляется при МРТ-обследовании в послеоперационном периоде. Затем пациента выписывают домой или в местную больницу. Таким образом, все пациенты возвращаются домой с функционирующим шунтирующим лечением.

Пациенты вызываются для стандартного последующего наблюдения за пациентами с шунтированной иНПГ через три месяца для повторного визита к хирургу и проведения клинического осмотра / последующего наблюдения физиотерапевтом и эрготерапевтом с тем же протоколом для двигательных и когнитивных тестов. как до операции. Пациенты также проходят новое МРТ-обследование по тому же протоколу, что и до операции. Настройка шунтирующего клапана проверяется после МРТ, чтобы убедиться, что настройка клапана такая же, как и раньше. Также в стерильных условиях маленькой иглой прокалывают камеру клапана шунта для получения 10 мл ЦСЖ из желудочков, а также берут образец крови для протеомного анализа.

Пациентов вызывают к оперирующему врачу через один и три года после операции для клинической оценки и новой пункции шунтирующего клапана и анализа крови по той же процедуре, что и при контрольном осмотре через 3 месяца.

Все осложнения, связанные с шунтированием, включая корректировку сопротивления шунта в связи с МРТ, регистрируются постоянно.

Анализы образцов спинномозговой жидкости и крови выполняются профессором Биджаром Гафури в лаборатории Painomics с использованием как масс-спектрометрии, так и 2D-электрофореза для идентификации, разделения белков и методов ELISA для их характеристики. Идентичность образца скрыта от исследователя.

МРТ-исследования анализируются в специальном программном обеспечении, адаптированном для оценки объемов в исследованиях, выполненных как с использованием традиционной технологии (ITK SNAP), так и технологии SyntheticMR доктора Холмгрена и доктора Георгиопулоса. Личность пациента и установка шунта не известны исследователям, а также время проведения исследования.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОСНОВА ДЛЯ РАЗМЕРА ИССЛЕДУЕМОЙ НАСЕЛЕНИЯ

Количество пятидесяти пациентов с иНПГ оценивается как достаточное для достижения заявленных целей проекта. Это связано с тем, что исследования по протеомике в iNPH (Chen et al и Li et al, см. ссылки) включали 18 и 15 пациентов соответственно и получили четкие статистически значимые результаты. Исследования объема желудочков, рассчитанные с помощью синтетической МРТ после люмбальной пункции и шунтирования, проведенные Virhammar et al., включали 23 и 18 пациентов соответственно и дали четкие статистически значимые результаты. Количество неврологически здоровых контрольных субъектов/добровольцев в контрольной группе составляет 50, что соответствует количеству пациентов с INPH.