Значение магнитно-резонансной томографии при болезни Паркинсона

СТРУКТУРНЫЕ И МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ И МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ IN VIVO

Н.В. Карабань З.З. Рожкова
Институт геронтологии АМН Украины, Киев Клиника «Борис», Киев

Резюме. Обсуждаются возможности использования данных, получаемых методами магнитно-резонансной томографии (МРТ головного мозга) и магнитно-резонансной спектроскопии как маркеров, чувствительных к структурным и метаболическим изменениям при болезни Паркинсона (БП). Описаны методы магнитно-резонансной томографии и ‘H ядерно-магнитно-резонансной спектроскопии, позволяющие оценивать морфологические и метаболические изменения в черной субстанции, связанные с БП, и сравнивать радиологические показатели с клиническими признаками заболевания. Показано, что метод магнитно-резонансной спектроскопии чувствителен к метаболическим изменениям даже на ранней доклинической стадии заболевания, а данные магнитно-резонансной томографии и in vivo магнитно-резонансной спектроскопии являются биологическими маркерами, объективно характеризующими стадию БП.

ВВЕДЕНИЕ

Болезнь Паркинсона (БП) характеризуется неуклонным прогрессированием, неизбежно приводит к инвалидизации и значительным социально-экономическим потерям общества. Согласно современным данным БП считают болезнью нейромедиаторного обмена. Специфическими биохимическими особенностями заболевания являются недостаточность продукции дофамина в базальных ганглиях и развитие ДОФА-дефици-тарного нейромедиаторного дисбаланса (Homykiewicz O., 1988; Jankovic J., 1993; Крыжа-новский Г.Н. и соавт., 2002; Rao J., 2003).

Манифестации симптомов БП может предшествовать длительный, не менее 5-10 лет, период удовлетворительной компенсации недостаточности функций дофаминергической нигростриарной системы (Wolters E.C. et al., 2000). От момента появления первых признаков заболевания до установления достоверного диагноза, как правило, проходит от 2 до 5 лет. Длительность этого периода, получившего определение как «диагностическая фаза» заболевания (Kemp P.M., 2005), является одним из факторов, лимитирующих своевременное назначение патогенетической терапии. Можно полагать, что на ранних стадиях БП скрытые, субклинические признаки нарушения функционального состояния экстрапирамидной нервной системы могут быть выявлены лишь при помощи специальных диагностических методик. Современные методы нейровизуализации позволяют прижизненно изучать не только структурные изменения головного мозга с помощью МРТ головного мозга, но также оценивать с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (МРС) такие функциональные параметры, как метаболизм и перфузия ткани в любой области головного мозга. Поскольку метаболические изменения нередко опережают во времени появление структурных признаков патологии, методам МРТ и in vivo МРС следует отвести особую роль как реально позволяющим сократить длительность «диагностической фазы».

В данной работе анализируются возможности методов МРТ и in vivo МРС для нахождения специфических структурных и метаболических отличий БП от паркинсонических синдромов (ПС) при других нейродегенеративных заболеваниях.

МЕТОДЫ МРТ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ БП, ПС ПРИ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ИНОЙ ПРИРОДЫ

При магнитно-резонансной томографии головного мозга пациентов с подозрением на БП обычно используют импульсные последовательности, чувствительные к изменению времени спин-спиновой релаксации Т2 и эффективного времени спин-спиновой релаксации Т2* (Braffman B.H. et al., 1989; Stern M.B. et al., 1989; Mauricio J.C. et al., 1990; Moriwaka F. et al., 1992; Ordidge R.J. et al., 1994; Gorell J.M. et al., 1995). По степени повышения интенсивности МР-сигнала в черной субстанции и в области субталамического ядра оценивают уменьшение Т2 и Т2*, связывая этот факт с накоплением в этих структурах избыточного количества свободных парамагнитных ионов железа (Antonini A. et al., 1993). Однако поскольку у людей пожилого возраста без признаков выраженных неврологических расстройств в этих участках головного мозга также отмечается избыточное, по сравнению со здоровыми людьми молодого возраста, накопление ионов железа (Antonini A. et al., 1993), уменьшение значений Т2 и Т2* нельзя отнести к специфическим признакам БП.

МР-изображения, взвешенные по времени спин-решеточной релаксации Т1, получаемые с помощью импульсных последовательностей инверсия — восстановление, наиболее эффективны для визуализации отдельных структур головного мозга, в частности, они используются для четкого отображения границы между серым и белым веществом головного мозга (СВГМ и БВГМ) (Hutchinson M., RaffU., 1999). Предположение о том, что времена Т1, в первую очередь отражающие свойства внеклеточного пространства, изменяются под влиянием процессов обмена содержащихся в интерстиции молекул, было высказано A. Antonini и соавторами (1993), а также M. Hutchinson, U. Raff (1999). Измерения Т1 in vivo показали, что несмотря на то что во внеклеточном пространстве содержится большое количество воды, имеющей структуру кристаллической решетки (решетки Дебая), на значение Т1 протонов метаболитов ткани головного мозга в большей степени, чем состояние воды, влияет пространственная структура белков и липидов, наиболее подверженная изменениям, обусловленным хронической нейродегенерацией (Antonini A. et al.,1993).

Для нахождения структурных особенностей ткани головного мозга при БП сравнивали изображения, получаемые с помощью двух импульсных последовательностей: с подавлением сигнала от СВГМ и БВГМ соответственно (Antonini A. et al., 1993; Hutchinson M., RaffU., 1999; 2000). Было выявлено, что на изображениях с подавлением сигнала от СВГМ у здоровых людей удается полностью подавить сигнал от компактной зоны черной субстанции, в то время как у пациентов с БП интенсивность МР-сигнала в этой области повышается с увеличением тяжести заболевания. Это зачастую затрудняет определение границы между черной субстанцией и смежными с ней структурами. Импульсная последовательность инверсия — восстановление с подавлением сигнала от БВГМ позволяет получать МР-изображения, нечувствительные к дегенеративным изменениям в СВГМ, благодаря чему даже при тяжелой форме БП отчетливо видны границы отдельных структур головного мозга. Таким образом, по отношению интенсивностей сигнала в компактной зоне черной субстанции на МРТ головного мозга, полученных с помощью этих двух последовательностей, была найдена корреляция между разностью интенсивности сигнала от латеральных и медиальных структур и степенью выраженности клинических симптомов, характерных для БП (Antonini A. et al., 1993; Hutchinson M., RaffU., 1999; 2000).

В настоящее время разработан метод количественной оценки структурных особенностей ткани головного мозга при БП, позволивший по МР-томограммам отличать БП от нейродегенеративных заболеваний иной природы (Hutchinson M., Raff U., 2000). По зависимости интенсивности МР-сигнала от TE в СВГМ рассчитывали значения Т1 и выявили корреляцию между Т1 в компактной зоне черной субстанции и выраженностью неврологических симптомов, специфичных для БП (Hutchinson M., RaffU., 2000).

Для дифференциальной диагностики БП и ПС был предложен двухэтапный протокол исследования (Hutchinson M. et al., 2003). На первом этапе получали МР-изображения с подавлением сигнала от СВГМ (период повторения импульсов в последовательности TR=2000 мс, время формирования сигнала эхо TE=20 мс, количество экспериментов NEX=1). На втором этапе с помощью импульсной последовательности инверсия — восстановление (TR=1450 мс, TE=20 мс, NEX=2) подавляли сигнал от БВГМ, например от ножки мозга. Для уменьшения артефактов от движения крови перед запуском каждой из последовательностей подавали импульс, насыщающий МР-сигналы в области шириной приблизительно на 50 мм выше границы нижнего среза и на 20 мм ниже среднего мозга. Для ориентации на сагиттальном скауте выделяли область интереса, охватывающую средний мозг, и получали изображение четырех срезов толщиной 3 мм с расстоянием между срезами 0,2 мм при размере матрицы изображения 256^256 пикселей. Изображения с подавлением сигнала от БВГМ нечувствительны к малым изменениям значений Т1, что позволяет визуализировать границы различных структур головного мозга даже при выраженной степени нейродегенерации. Кластерный метод анализа МР-изображений (метод k-пространства) использовался для сегментирования изображений с подавлением сигнала от БВГМ в области ножки мозга (McQueen J.B., 1967; Hutchinson M. et al., 2003).

Область интереса разбивали на отдельные сегменты (кластеры), количество которых подбирали эмпирически. Исходя из того, что средний мозг здоровых людей состоит из четырех типов тканей (белое вещество ножки мозга, компактная зона черной субстанции, ретикулярная зона и красные ядра), изображения разбивали на четыре кластера. Поскольку при БП средний мозг подвержен нейродегенерации, в компактной зоне черной субстанции находится более одного типа тканей, и даже при использовании импульсных последовательностей с подавлением сигнала от БВГМ изображение всегда разбивали на пять сегментов. Перед разбиванием на кластеры изображения обрабатывали с помощью фильтра, благодаря чему удавалось четко визуализировать границы между смежными структурами. Затем анализировали от ношения интенсивностей сигналов от пикселей, охватывающих БВГМ и СВГМ в компактной зоне черной субстанции. С помощью предложенного M. Hutchinson и соавторами (2003) метода SIRRIM (Segmented Inversion Recovery Ratio Imaging — метод сегментирования изображений, получаемых с помощью импульсных последовательностей инверсия — восстановление), позволившего точно измерять интенсивность сигналов от различных структур головного мозга, был получен важный результат: при БП латеральные сегменты подвержены более существенным изменениям, по сравнению с медиальными. Было выявлено также, что компактная зона черной субстанции в вентрально-дорсальном направлении более расширена у пациентов с БП по сравнению со здоровыми людьми пожилого возраста (McQueen J.B., 1967; Hutchinson M. et al., 2003). У пациентов с прогрессирующим надъядерным параличом (ПНП) отмечают незначительную атрофию всех участков ткани мозга в латерально-медиальном направлении и изменение интенсивности сигнала от медиальных структур более существенно, чем от латеральных, то есть зависимость противоположна выявленной J.B. McQueen (1967), M. Hutchinson и соавторами (2003) для пациентов с БП. Таким образом, предложенный J.B. McQueen (1967), M. Hutchinson и соавторами (2003) метод анализа изображений позволяет находить характерные для БП структурные изменения и проводить дифференциальную диагностику БП и ПНП. Полученные J.B. McQueen (1967), M. Hutchinson и соавторами (2003) результаты нашли применение во многих исследовательских центрах, что инициировало появление работ, посвященных оценке специфичности и точности диагностики БП, основанной на анализе МР-томограмм. По результатам сопоставления МР-изображений головного мозга пациентов с подозрением на БП и имеющихся в банке данных МР-томограмм A.H. Rajput и соавторами (1991) было показано, что клинический диагноз «идиопатическая форма БП» подтверждается примерно в одном из четырех случаев (Rajput A.H. et al., 1991; Hughes A.J. et al., 1992). Было выявлено также, что такой способ сравнительного анализа, основанный только на анализе МР-изображений и волюметрических исследованиях J.B. Schulz и соавторов (1999), не позволяет по интенсивности МР-сигнала в определенных структурах головного мозга и значению Т1 находить специфические отличия идиопатической формы БП от ПС, таких как множественная системная атрофия (МСА) и ПНП. Дифференциальная диагностика БП, МСА и ПНП требует привлечения методов, способных зафиксировать минимальные биохимические изменения, предшествующие нарушению нормальных функций клеток и, как следствие, структурным изменениям ткани головного мозга, которые впоследствии выявляют на МР-томограммах как участки атрофии. Одним из таких методов, чувствительных к регистрации нарушений процессов перфузии и метаболизма в холинергических нейронах, наряду с fMRI (функциональной МРТ), SPECT (однофотонной эмиссионной компьютерной томографией) и PET (позитронно-эмиссионной томографией), является in vivo МРС.