МРТ головного мозга при ОА коленного сустава

Хроническая боль и остеоартроз коленного сустава – контекст и пробелы

Хроническая боль является изнурительной проблемой, которая может повлиять на здоровье, занятость и образ жизни людей и создает огромную нагрузку на систему здравоохранения. Распространенность остеоартрита (ОА) оценивается более чем в 650 миллионов человек во всем мире, и на долю людей с ОА коленного сустава приходится 80% от общего бремени (Cui et al. 2020). Во всем мире в 2017 г. распространенность ОА коленного сустава составила 263 086 500, а заболеваемость — 12 888 400 (James et al., 2018). Недавнее исследование также показало, что от 19% до 43% взрослых в возрасте 40 лет и старше имели маркеры остеоартроза коленного сустава, обнаруженные с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), но протекавшие бессимптомно (Culvenor et al. 2019). По оценкам, к 2040 году более 10 миллионов канадцев будут страдать остеоартрозом коленного сустава (Bombardier et al. 2011), что значительно увеличит расходы на здравоохранение при остеоартрите в размере 1,45 трлн (Bombardier et al. 2011; Sharif et al. 2017). Тяжесть боли и ее влияние на функцию были определены людьми, живущими с ОА коленного сустава, как два наиболее важных последствия заболевания (Smith et al. 2014), способствующие снижению качества жизни (Neogi et al. 2013). Неконтролируемая боль в суставах при ОА связана с более широким использованием медицинских услуг, поэтому улучшение лечения боли при ОА в Канаде может привести к значительной экономии расходов на здравоохранение в размере до 488 миллиардов долларов (Bombardier et al. 2011). Известно, что ощущение боли и связанные с ним механизмы у людей с ОА коленного сустава сложны, а изменения в передаче болевых сигналов (Fingleton et al. 2015) являются основным фактором предрасположенности к развитию постоянной боли (Carlesso et al. 2019). Изменения в сенсибилизации нервной системы не обязательно коррелируют с изменениями боли, демонстрируя, что действуют другие факторы, модулирующие боль, нисходящий процесс (Skou et al., 2016; Edwards et la. 2016). Интересно, что от 10 до 20% пациентов с ОА коленного сустава продолжают испытывать сильную боль даже после тотальной замены коленного сустава, что указывает на то, что механизмы, помимо тех, которые затрагивают суставные структуры, вероятно, способствуют сложному болевому процессу (Baker et la. 2007 г.; Лундблад и др. 2008 г.; Райс и др. 2018). При заболевании, при котором сустав рассматривается как орган, терпящий поражение (Loeser et al. 2012), фенотипирование необходимо для понимания гетерогенности. Боль, характерная для остеоартрита коленного сустава (ОА), связана с изменениями в структуре сустава вследствие воспаления (например, синовита) (Dainese et al., 2022) или поражения костного мозга (Aso et al., 2021), но основные механизмы не полностью изучены (Gwilym et al. 2008).

Ноцицептивная, нейропатическая и ноципластическая боль

В общем, боль известного происхождения подпадает под две категории в зависимости от причины: (i) ноцицептивная: боль, вызванная повреждением телесной ткани; (ii) невропатическая: боль, вызванная повреждением нерва или нервной системы. Однако хроническая боль, которая присутствует без различимых ноцицептивных или нейропатических компонентов, классифицируется как ноципластическая боль (IASP 2022). Недавнее исследование Kosek et al. (2021) разработали простую шкалу диагностики ноципластической боли для клинической оценки боли, основанную на i) продолжительности/региональности/типе боли, ii) гиперчувствительности в анамнезе, iii) идентификации сопутствующих заболеваний и iv) вызванной гиперчувствительности к боли (Kosek et al 2021). ). В качестве визуального представления Мичиганская карта тела (MBM) была проверена как быстрый и надежный инструмент для пациентов, позволяющий определить общие области тела, где они испытывают хроническую боль (Brummett et al. 2016). MBM является полезным и простым инструментом для определения того, является ли боль локализованной (т. е., вероятно, ноцицептивной или нейропатической болью) или распространенной (т. е., вероятно, ноципластической болью) (Brummett et al. 2016). Для изучения неизвестных механизмов хронической боли и боли, проявляющейся помимо ноцицептивных или невропатических повреждений, исследования были сосредоточены на теории центральной сенсибилизации как явления ноципластической боли (Fitzcharles et al. 2021; Walsh 2021). Концепция центральной сенсибилизации заключается в том, что дисфункция центральной нервной системы приводит к повышенной чувствительности к вредным и безвредным раздражителям (deb Boer et al., 2019; Neblett et al., 2013).

Современные методы ноципластической оценки боли

Одним из методов, используемых для изучения ноцицептивной боли, являются данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для измерения неврологической боли (NPS) (Han et al., 2022; Wager et al., 2013). Данные, полученные с помощью фМРТ, представляют собой сигнал головного мозга, зависящий от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), который тесно связан с нейрофизиологической активацией мозга, и сигнал колеблется в зависимости от диамагнитных свойств деоксигенированной крови и изменений кровотока и объема в зависимости от активированного или деактивированного части головного мозга (Ogawa et al., 1990). Было показано, что NPS является надежным показателем для количественной оценки активации мозга в ответ на боль (Han et al., 2022; Wager et al., 2013). Основываясь на NPS, у людей есть несколько областей мозга, которые играют ключевую роль в интерпретации ноцицептивной боли, активность которых пропорционально увеличивается или уменьшается по сравнению с индивидуальной болью (Wager et al. 2013). Было показано, что модель активации NPS реагирует на различные формы количественного сенсорного тестирования (QST), такие как тепловые, механические (Wager et al., 2013) и электрические возмущения (Choi et al., 2011; Rütgen et al., 2015). ).

У женщин с хронической болью в суставах имеются данные об истончении коры, связанном с хронической болью, которая превышает таковую при нормальном старении, особенно в гиппокампе, таламусе и передней поясной коре (de Kruijf et al., 2016). В контексте ОА в нескольких исследованиях изучалось влияние ОА коленного сустава на изменения активации фМРТ (López-Solà et al., 2022; Pujol et al., 2017; Yue et al., 2018; Zunhammer et al., 2018). Таким образом, исследования показывают, что сигнал BOLD локально повышен у пациентов с ОА коленного сустава, но может быть уменьшен нестероидными противовоспалительными препаратами (López-Solà et al., 2022) и анальгетиками (Yue et al., 2018). Распространяющаяся боль и повышенная широко распространенная болевая чувствительность с соответствующими аномалиями головного мозга обычно обнаруживаются у пациентов с ОА коленного сустава (Pujol et al. 2017), и эти аномалии головного мозга, связанные с болью, отличаются от потенциальных психологических искажений плацебо (Zunhammer et al. 2018).

Чтобы решить проблемы выявления основных механизмов боли и предоставления результатов, ориентированных на пациента, наша исследовательская группа разработала метод анализа для фМРТ в состоянии покоя (rsfMRI) и диффузионно-тензорной визуализации (DTI), который применяет персонализированный анализ. Основываясь на предыдущем исследовании с использованием NPS, мы ожидаем обнаружить региональные изменения головного мозга, вызванные болью, которые могли бы улучшить наше понимание хронической боли, которая также уникальна для каждого пациента с ОА коленного сустава. Благодаря нашему новому анализу каждый пациент с ОА коленного сустава будет иметь свои данные МРТ в сравнении с более чем 88 контрольными группами того же возраста и пола, а методология Z-оценки может идентифицировать и объективно количественно оценить аномальные области мозга. Это может применяться в качестве дополнения к клиническим тестам на боль и более стандартным групповым МРТ-анализам, таким как NPS и функциональные сети.

Хотя МРТ была полезна для выявления областей мозга, измененных болью, воспаление и эксайтотоксичность могут лежать в основе патофизиологии ноципластической боли. Возможный механистический путь — это кинуренин, связанный с несколькими воспалительными состояниями, который может быть нейропротекторным, если метаболизируется в кинуреновую кислоту, но нейротоксическим, если метаболизируется в хинолиновую кислоту (Savitz 2020; Schwarcz and Stone 2017). Кинуренин является метаболитом триптофана и обнаруживается периферически с помощью 13C-триптофанового дыхательного теста (13C-TBT) (Teraishi et al. 2015). Хотя кинуренин исследовался при депрессии (Teraishi et al. 2015), существует механистическое перекрытие рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDA) между хронической болью и депрессией (Savitz 2020; Teraishi et al. 2015; Brandl et al. 2022). Два метаболических исследования пациентов с ОА выявили снижение концентрации триптофана (Abdelrazig et al., 2021; Van Pevenage et al., 2022), что позволяет предположить, что пути кинуренина могут быть полезными биоиндикаторами ОА.

Наше решение для оценки хронической ноципластической боли

Предлагаемое исследование будет представлять собой количественное исследование ноципластической боли у пациентов с ОА коленного сустава. Таким образом, основная цель этого исследования - определить, вызывает ли хроническая боль, в частности, хроническая ноципластическая боль, нейропластические изменения головного мозга. Предполагается, что у людей с локализованной хронической болью (ОА-колено) и распространенной хронической болью (ОА-колено+тело) наблюдаются аномальные функции мозга (например, сетевые соединения и сложность ROI) и сниженная микроструктурная целостность белого вещества мозга (например, сниженная фракционная анизотропия), которые также будут пропорционально связаны с болевой чувствительностью и психическим состоянием по сравнению с людьми того же возраста с остеоартритом коленного сустава без хронической боли.

Когорта участников будет разделена на три группы пациентов: в контрольную группу войдут участники с ОА коленного сустава, но без боли (Остеоартрит - безболезненный (ОА-ПФ)), в первую исследовательскую группу войдут участники с ОА коленного сустава с болью в колена (ОА-Колен), а вторая исследовательская группа, указывающая на хроническую ноципластическую боль, будет включать людей с ОА колена с болью в колене и распространенной болью в теле (ОА-Колен+тело). Участники группы OA-Knee+Body будут представлять пациентов с хронической болью с ноципластической болью на основании нескольких клинических тестов на боль (например, критерии ноципластической боли (Kosek et al., 2021), карта тела штата Мичиган (Brummett et al., 2016). , колено и запястье QST). Широко распространенная телесная боль будет определяться путем выявления боли в более чем 3 областях тела на карте тела штата Мичиган и ощущения боли в тесте давления на боль в колене и запястье. Это исследование предназначено для получения данных функциональной МРТ в состоянии покоя (rsfMRI) и диффузионно-тензорной визуализации (DTI) МРТ в исходном состоянии и после экспериментально вызванной боли (т. к результатам клинического болевого теста. Исследовательские результаты заключаются в том, чтобы выяснить, существуют ли нейровоспалительные групповые различия на основе результатов данных 13C-TBT.

Дизайн исследования

Участникам исследования будет предложено пройти скрининг по телефону до визита для сбора данных. Потенциальные участники будут уведомлены о нашем исследовании своим ревматологом (то есть доктором Адачи) и свяжутся с доктором Даниэлли по электронной почте, если они заинтересованы в участии. Затем потенциальные участники свяжутся с доктором Даниэлли, чтобы договориться о телефонном звонке, чтобы устно получить согласие и ответить на проверочные вопросы, чтобы определить соответствие требованиям. Скрининговый визит с доктором Даниэлли займет около 30 минут. В рамках процесса скрининга потенциальных участников попросят заполнить Критерии ноципластической боли (Kosek et al. 2021), опросник DSM-V по расстройствам, связанным с употреблением алкоголя, предоставить демографическую информацию (т. е. иметь сбалансированный возраст и пол) и выявить возможные противопоказания к МРТ. Если кто-то имеет право на участие, будет назначена встреча для ознакомительного визита по сбору данных. Всем потенциальным участникам будет поставлен диагноз ОА коленного сустава их ревматологом, и будет проведен скрининговый визит, чтобы разделить участников на одну из трех исследовательских групп и эффективно записаться на визит для сбора данных.

Информированное письменное согласие будет получено в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации до сбора каких-либо данных во время исследовательского визита для сбора данных. Все участники получат одинаковые протоколы сбора данных. В зависимости от предпочтений участников скрининг и данные будут собираться либо в Исследовательском центре визуализации (IRC) в больнице Св. Иосифа в Гамильтоне, либо в Объединенном отделении медицинской визуализации (JDMI) в Западной больнице Торонто. Опросники (например, Шкала депрессии, тревоги и стресса (DASS42) (Crawford et al., 2003), Перемежающаяся и постоянная боль при остеоартрите (ICOAP) (Hawker et al., 2008; Hawker et al., 2011) и Краткий опросник боли (BPI) (Cleeland et al. 1991)), и участники также пройдут тесты порога боли при сдавливании запястья и колена; это займет около 15 минут. Базовая и вторичная МРТ занимают около 45 минут каждая. Между сеансами МРТ участникам будет дано 5-10 минут, чтобы передохнуть и размять ноги. Ознакомительный визит для сбора данных продлится около 2 часов.