Объективная оценка сотрясения мозга с помощью МРТ и метаболомики

Легкие черепно-мозговые травмы (мЧМТ) представляют собой серьезную проблему для здоровья из-за риска краткосрочных и долгосрочных осложнений. Чтобы понять последствия ЧМТ (также называемого сотрясением мозга), в исследованиях изучалось физиологическое и когнитивное воздействие сотрясений мозга на мозг молодых и университетских спортсменов. На основании спортивного воздействия (AE), большинство сотрясений мозга в Национальной студенческой ассоциации легкой атлетики (NCAA) происходит в мужской борьбе, мужском и женском хоккее, мужском футболе и женском футболе (Zuckerman et al. 2015). По оценкам, в Соединенных Штатах ежегодно происходит 300 000 сотрясений мозга, связанных со спортом (SRC) среди молодежи и спортсменов (Coronado et al., 2015; Gessel et al., 2007; Langlois et al., 2006; Thurman et al., 1998). . Однако оценка SRC, вероятно, будет сильно занижена из-за занижения данных и отказа от обращения за медицинской помощью (Karlin 2011; Kaut et al. 2003; Kerr et al. 2016; McCrea et al. 2004; Roozenbeek et al. 2013). В действительности количество ежегодных SRC может достигать от 1,6 до 3,8 миллионов случаев (Langlois et al. 2006).

Черепно-мозговые травмы классифицируются как легкие, средние или тяжелые на основании симптомов, о которых сообщают пациенты, когнитивных нарушений и структурных повреждений, визуализируемых с помощью медицинской визуализации (Bodin et al., 2012; DeCuypere and Kilmo, 2012; DeMatteo et al., 2010; Roozenbeek et al., 2013). Серьезной проблемой, стоящей перед диагностикой mTBI, была стандартизация оценки, предсказание прогноза и подготовка людей к возвращению к работе или спорту. Чтобы более точно диагностировать и лечить пациентов, медицинские работники должны лучше понимать, как происходит острое поражение головного мозга, и сроки, когда он возвращается в состояние, предшествующее сотрясению мозга. Последние технологические инновации обещают дополнить существующие поведенческие и психологические оценки. Текущее сотрясение мозга и диагноз mTBI часто основаны на тестах, которые оценивают сенсорную обратную связь пациента, умственное познание, двигательный контроль и симптомы после сотрясения мозга (Bodin et al. 2012; DeCuypere and Klimo 2012).

Исследования показали, что в дополнение к отслеживанию симптомов магнитно-резонансная томография (МРТ) является бесценным инструментом при сотрясении мозга. Состояние белого вещества головного мозга можно предсказать на основе релятивистской формы миелина, окружающего аксоны, и диффузионной способности воды по длине аксонов с помощью метода МРТ, называемого диффузионно-тензорной визуализацией (DTI) (Asken et al. 2018; Jonkman). и др., 2015). Кроме того, функцию серого вещества головного мозга можно оценить с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) путем измерения парамагнитных различий между оксигенированной и деоксигенированной кровью на основе сигнала, зависящего от уровня кислорода в крови (BOLD) (Horn et al. 2014; Лю и др., 2018; Огава и др., 1990). Активированные области мозга имеют больший ЖИРНЫЙ сигнал из-за неоднородностей магнитного поля, вызванных изменениями объема крови, кровотока и местного метаболизма (Ogawa et al., 1990). ФМРТ можно использовать для анализа паттернов активации состояния покоя мозга, основной соединительной системой является сеть режима по умолчанию (DMN) (Mak et al. 2017). Было показано, что активность DMN снижается после mTBI (Bonnelle et al. 2011; Zhou et al. 2012).

Серьезной проблемой, связанной с травмами головы, является необходимость в методе диагностики спортсменов сразу после травмы. Растущий интерес к использованию метаболомики для открытия клинически значимых биомаркеров, связанных с легкой черепно-мозговой травмой (mTBI), может стать решением. Тем не менее, большинство исследований на сегодняшний день полагались исключительно на образцы крови и/или целевые панели метаболитов с участием небольших когорт пациентов без адекватного повторения и проверки аберрантных метаболических изменений в кровообращении с помощью независимой МРТ-визуализации головного мозга (Fiandaca et al. 2018; Orešič). и др., 2016). Мы предлагаем включить анализ образцов слюны и мочи натощак у пациентов с ЧМТ для комплексного определения профиля метаболитов с использованием высокопроизводительной технологии многосегментного инъекционного капиллярного электрофореза и масс-спектрометрии (DiBattista et al. 2019; Yamamoto et al. 2019), что позволяет быстрый нецелевой анализ полярных/гидрофильных метаболитов, а также неполярных/ионных липидов со строгим контролем качества (Azab et al. 2019).

Это исследование направлено на отслеживание восстановления после сотрясения мозга в течение 6 месяцев с использованием клинических стандартов симптомов сотрясения мозга и объективных показателей МРТ и метаболомики. Участники сотрясения мозга пройдут три учебных визита: остро в течение 2 недель после сотрясения мозга, последующее наблюдение через 3 месяца и последующее наблюдение через 6 месяцев. Участники будут набраны из St. Joseph's Healthcare Hamilton и местных спортивных организаций. Протокол исследования будет идентичен для всех трех учебных визитов. Участники заполнят Шкалу симптомов после сотрясения мозга (PCSS) и Шкалу депрессивно-тревожного стресса (DASS-42), чтобы измерить наличие и тяжесть распространенных симптомов после сотрясения мозга. Данные МРТ будут использоваться для измерения функции мозга (фМРТ в состоянии покоя) и микроструктурных свойств (диффузионная визуализация тенора), в то время как метаболомика будет измерять наличие или концентрацию метаболитов после сотрясения мозга на основе образцов мочи и слюны. Эти количественные методы будут сравниваться с субъективной оценкой симптомов сотрясения мозга, чтобы определить, сохраняются ли мозговые и физиологические аномалии после исчезновения симптомов, и если определенные области мозга чаще поражаются сотрясением мозга. Предполагается, что во всех трех временных точках функция мозга будет снижать фрактальную сложность BOLD-сигнала и сетевую связность (характерно для травм, связанных с сотрясением мозга), а повреждение белого вещества будет присутствовать на основе основного показателя DTI фрактальной анизотропии. Также предполагается, что симптомы после сотрясения мозга будут оцениваться как устраненные или почти устраненные к 3-месячному контрольному визиту.