Понимание патофизиологии нейросулярного развязки у пациентов с поражениями головного мозга. (NVUCVR)

Метаболизм мозга и кровоток тесно связаны с нейрональной активностью. Изменения в активности нейронов приводят к модуляции потребления глюкозы нейронами. Как уровни глюкозы, так и лактата мгновенно возвращаются к своему исходному уровню по мере того, как нейрональная активность прекращается, явление, известное как нейрометаболическая связь. Учитывая ограниченные энергетические запасы в центральной нервной системе, нейрональная активность в значительной степени зависит от тонко регулируемого поставки глюкозы из кровотока. Тем не менее, динамическое увеличение церебрального кровотока (CBF) во время активации нейронов намного превышает увеличение окислительного метаболизма. Этот относительный гиперемический ответ обеспечивает повышенный градиент кислорода между кровеносными сосудами и тканями, обеспечивая достаточное количество снабжения кислородом. Тесная временная и региональная связь между изменениями в нейрональной активности и увеличением CBF называется нейровойкулярной связью (NVC) и включает в себя сложный каскад событий. Нейротрансмиттеры, такие как глутамат, высвобождаемые в синапсах, связываются с рецепторами на нейронах и астроцитах, что приводит к высвобождению различных химических медиаторов, таких как оксид азота и простагландины, которые непосредственно действуют на тонус гладких мышц артериальных мышц. Предполагается, что более сложные и не полностью понятые сигнальные пути, включая Na+ и Ca2+-опосредованные механизмы передачи сигналов астроцитов, способствуют NVC.

Тесная связь между нейрональной активностью и региональным кровотоком и метаболизмом послужила основой для неинвазивных методов визуализации мозга, включая позитронно-эмиссионную томографию (PET) и функциональную магнитно-резонансную томографию (FMRI). ПЭТ с использованием [18fluor] -fluorodeoxyglucose (FDG) представляет собой метод, основанный на накоплении метаболизированного FDG (то есть FDG-6-фосфата) в комплексе астроцитов-нейрон, отражая уровень потребления глюкозы. Поскольку основополагающие работы Sokoloff et al., Использование глюкозы считается достоверным, точным и количественным показателем уровня локальной активности нейронов в мозге. Напротив, МРТ, который опирается на зависимый от уровня кислорода в крови (жирный) сигнал, предоставляет косвенную информацию о нейрональной активности, исследуя связанные перфузионные изменения в сочетании с активностью нейронов. В областях увеличения CBF из-за модуляций в нейрональной активности доставка кислорода превышает скорость использования кислорода, вызывая локальное увеличение отношения кислорода/дезокси-гемоглобина. Это приводит к обнаруживаемому увеличению магнитного восприимчивости сигнала МРТ.

Одним из самых ранних и все еще признанных клинических применений МРТ было предоперационное функциональное картирование первичной сенсомоторной коры у пациентов с опухолями головного мозга. Этот метод значительно повлиял на хирургическое планирование, часто позволяя более агрессивным подходам, чем те, которые рассматриваются без функциональной локализации. МРТ также все чаще используется в препиральной оценке пациентов с сосудистыми или эпилептогенными поражениями. Тем не менее, несмотря на растущее использование жирного шрифта BOLD у пациентов с поражениями головного мозга, этот метод имеет основные ограничения, которые необходимо учитывать при интерпретации МРТ приводит к таким популяциям. Основным ограничением является нарушение изменений сигнала BOLD из-за повреждения, связанной с потерей нормальной сосудистой связи с нейрональной активностью, явление, называемое нейровоскулярным разобщением (NVU). Это может привести к ложном негативному или ложноположительному результатам в критической красноречивой коре. Если нейрональная активность сохраняется в больной, но жизнеспособной коре, предполагается, что NVU происходит из -за астроцитарной, нейротрансмиттер или сосудистой дисфункции.

NVU в основном сообщалось у пациентов с глиальными опухолями высокой степени и менингиомами. У таких пациентов было показано, что объем увеличения сигнала FMRI на основе задач снижается прилегает к опухоли по сравнению с гомологичными изменениями сигнала МРТ в контральзионном полушарии, несмотря на отсутствие неврологического дефицита. В соответствии с экспериментальными данными у здоровых субъектов, показывающих, что сигнал BOLD может уменьшаться по мере увеличения объема мозговой крови (CBV), нарушение цереброваскулярной реактивности (CVR) у пациентов с опухолями головного мозга может быть объяснена изменениями локальной перфузии. В гиперваскуляризированных опухолях, таких как глиомы высокого уровня и менингиомы, была предложена локальная гиперперфузия, чтобы объяснить снижение сигнала BOLD на МРТ на основе задач. Тем не менее, недавние исследования показали, что NVU также может происходить в низкокачественных глиомах. Учитывая отсутствие гиперперфузии в этом типе опухоли, необходимо учитывать различные механизмы. При низкоклассных глиомах наблюдаемый НВУ в настоящее время считается, по крайней мере частично, из-за нарушения астроцитовой сосудистой связи (глиоваскулярное разобщение). Пациенты с артериовенскими пороками развития могут демонстрировать нарушение периодического цереброваскулярного резерва из-за шунтирования с высоким потоком, что делает показатели отображения, зависящие от перфузии, не имеющимися недостатки. Пациенты с эпилепсией также могут демонстрировать региональное нарушение CVR из-за резкого увеличения метаболизма головного мозга и CBF в течение иктального периода, разрушения барьеры мозга и острой потери ауторегуляции головного давления.

Согласно предыдущему исследованию, CVR может быть изучен с помощью «HyperCapnia Challenge» во время записей МРТ, включая МРТ задержки с дыханием (BH FMRI) и ингаляцию карбогена FMRI. Гиперкапния - это мощный вазодилататор, который увеличивает жирный базовый сигнал, обнаруживая увеличение оксигенации тканей, возникающее в результате увеличения CBF, в то время как окислительный метаболизм, как считается, остаются постоянными. Тем не менее, влияние гиперкапнии на нейронную активность и нейрометаболические/нервно -сосудистые муфты не совсем понятно и остается обсуждаемым. На практике предполагается, что области снижения или отсутствия гиперкапнии, вызванного увеличением сигнала FMRI на картах CVR по сравнению с гомологичной контралатеральной активацией, указывают на NVU. Недавние исследования предполагают потенциальные преимущества в использовании FMRI в состоянии покоя (RS) в качестве предоперационного метода. RS-FMRI-это функциональный метод нейровизуализации, который позволяет измерять спонтанную активность мозга у пациентов в покое. Спонтанные флуктуации сигнала BOLD сильно коррелируют в различных и длинных областях мозга, что указывает на функциональную связность в специфических и высокоорганизованных нейроанатомических сетях. Исследования функциональной связи также продемонстрировали высокую степень пространственной корреляции между функциональной связностью мозга RS-FMRI и теми, которые изучались во время вызова гиперкапнии. Интересно, что недавние исследования показывают, что сигнал RS-FOLD может быть нарушен у пациентов, у которых увеличение на основе задач в сигналах МРТ снижается или отсутствует из-за НВУ. Следовательно, изменения в функциональной связности мозга, изученных с RS-FMRI, могут дать представление о наличии NVU, изученного с CVR во время гиперкапнии. Такие результаты будут представляют интерес к клинической практике, поскольку они могли бы избежать необходимости в картировании CVR с вызовом гиперкапнии.