8 Minutės
Tyrėjai sukūrė neinvazinę magnetinio rezonanso tomografijos (MRI) techniką, kuri leidžia žemėlapiais užfiksuoti smulkius, ritmiškus kraujagyslių išsiplėtimus ir susitraukimus visoje gyvoje žmogaus smegenų audinių erdvėje. Šis metodas gali atskleisti, kaip smegenų mikrokraujagyslių pulsuotumas keičiasi su amžiumi ir kraujagyslių rizikos veiksniais, bei ar tokie pokyčiai gali rodyti ankstyvą demencijos ar kognityvinio nuosmukio pradžią. Daugiau nei pavienė diagnostinė priemonė, tai — tyrimų instrumentas, galintis susieti kraujagyslių fizinę dinamiką su funkciniu ir struktūriniu smegenų pokyčiu.
Naujas langas į smegenų mikrocirkuliaciją
Arterinis pulsuotumas veikia kaip subtilus pumpas kaukolės viduje: pulsinė arterijų dinamika varo skysčių srautus, palaiko cerebrospinalinio skysčio (CSF) judėjimą ir prisideda prie metabolinių atliekų šalinimo iš smegenų audinio. Iki šiol mikroskopinių arterijų ir kapiliarų pulso stebėjimas žmonėse buvo sudėtingas — tyrėjai apsiribojo stambesniais matavimais arba gyvūniniais modeliais. Pietų Kalifornijos universiteto (University of Southern California, USC) komanda, bendradarbiaudama su Siemens Healthcare US, sujungė dvi pažangias MRI technologijas, kad gautų trimatį (voluminį) pulsuotumo žemėlapį per visą cerebrovaskuliarinį tinklą — nuo didžiausių arterijų šakų iki smulkiausių kapiliarinių takų. Ši kombinacija suteikia naują perspėjimo lygį, leidžiantį tyrinėti smegenų mikrokraujagyslių fiziologiją ir patologiją žmogaus populiacijoje.
Kaip veikia vaizdinimo metodika
Naujasis metodas apjungia vascular space occupancy (VASO) ir arterial spin labeling (ASL) technikas. Trumpai tariant, kiekviena komponentė papildo kitą ir kartu leidžia atskirti tikrąją tūrinę pulsuotumo sudedamąją dalį nuo srauto ar signalo artefaktų, suteikiant neinvazinį ir jautrų mikrodinamikos vaizdą.
VASO: kraujagyslių tūrio matavimas
VASO aptinka subtilius kraujagyslių tūrio pokyčius, matuodama, kiek kraujas išstumia aplinkinius audinių signalus. Metodas yra jautrus kiekvieno širdies ciklo metu vykstantiems mažiems išsiplėtimams ir susitraukimams, todėl leidžia nustatyti tūrinį pulsuotumą mikrolygmeniu. Techninės detalės apima invertuotų impulsų naudojimą tam, kad susilpnintų kraujo signalo indėlį ir tuo pačiu išryškėtų tūriniai audinių skirtumai per pulsacijos fazes. Tokiu būdu galima matyti ne tik stambių indų judėjimą, bet ir giliai baltoje medžiagoje ar pilkojoje medžiagoje esančių smulkių indelių dinamiką.
ASL: kraujotakos sekimas be kontrasto
ASL pažymi į teka¬nantį kraują, naudojant pačio organizmo vandenį kaip endogeninį žymeklį, todėl galima matuoti kraujo tekėjimą nešvirkščius kontrastinių medžiagų. Kombinuojant su VASO, ASL padeda atskirti srauto sukeliamus signalų svyravimus nuo tikrinių tūrio pokyčių: ASL fiksuoja perfuziją (kraujotaką) ir srautus, o VASO nustato tūrinį indų pokytį. Šių dviejų duomenų sintezė leidžia identifikuoti, kuri dalis signalo yra susijusi su kraujo tūrio pulsuotumu, o kuri — su greičio ar perfuzijos svyravimais.
Hibridinis VASO–ASL metodas suteikia tyrėjams anksčiau neregėtą, neinvazinį ir erdvinį vaizdą apie dinamišką mikrovaskuliarinę elgseną gyvose žmogaus smegenyse. Techninėje perspektyvoje tai reiškia galimybę pritaikyti skirtingus skenavimo parametrus — laiko rezoliuciją, invertavimo laikus, signalo vidurkiavimo strategijas — tam, kad būtų optimizuotas pulsuotumo aptikimas skirtinguose smegenų regionuose ir skirtingose populiacijose. Taip pat galima derinti su kvėpavimo arba širdies fiksacijos (gating) technikomis, kad būtų sumažinti kvėpavimo ir judesio artefaktai.
Cerebral arteries
Ką parodė tyrimas
Taikydami kombinuotą VASO–ASL protokolą, USC komanda ištyrė sveikus savanorius, suskirstytus į jaunesnę (20–30 metų) ir vyresnę (apie 50–60 metų) amžiaus grupes. Tyrimo rezultatai rodė, kad pulsuotumas didėjo gilioje baltosios medžiagos srityje su amžiumi, o šis efektas buvo ryškesnis vyresnių dalyvių, turinčių hipertenziją, grupėje. Tokie žmogaus duomenys atitinka pastaruosius gyvūninius tyrimus, kuriuose ryšys tarp padidėjusio baltosios medžiagos vaskulinio pulsuotumo ir senėjimo ar mažų kraujagyslių ligos buvo aiškiai parodytas.
Tyrimo vadovas Danny Wang apibūdina arterinį pulsuotumą kaip svarbų mechanizmą, kuris perneša cerebrospinalinį skystį (CSF) ir padeda šalinti atliekas iš smegenų audinio. Bendraautorė Fanhua Guo pabrėžia, jog tūrinio pulsuotumo fiksavimas tiek pilkojoje, tiek baltosios medžiagos srityje užpildo spragą tarp stambiųjų kraujagyslių vaizdinimo ir mikroskopinio mikroangiopatinio pažeidimo, pastebimo demencijos atvejais. Be to, tyrime buvo analizuojamos pulso bangos propagacijos ypatybės, laiko vėlavimai tarp šakų ir regioninis skirtumas tarp paviršinės ir giliosios kraujotakos, kas suteikia platesnį fiziologinį kontekstą rodiniams.
Tikslumo ir patikimumo užtikrinimui tyrėjai taikė daugkartinius matavimus, signalo filtravimą ir koreliaciją su širdies fāzėmis. Rezultatai buvo nuoseklūs tarp dalyvių ir rodė regioninius skirtumus — pavyzdžiui, tam tikrose smegenų sritimis, susijusiose su baltosios medžiagos funkcija ir vykdomąja kontrole, pulsuotumo pokyčiai buvo labiau išreikšti. Šios išvados siūlo hipotezę, kad mikro kraujagyslių dinamika gali turėti tiesioginį poveikį vietinei smegenų hemostazei ir toliau — funkcinei integracijai.
Kodėl tai svarbu demencijos tyrimams
Padidėjęs arterinis pulsuotumas gali atspindėti sumažėjusią mikrovaskuliarinę tankį ar šakojimąsi su amžiumi — struktūrinį pokytį, dėl kurio smulkios kraujagyslės tampa mažiau pajėgios absorbuoti kiekvieną spaudimo bangą. Jei likusios kraujagyslės kompensuoja ir padidina pulso tūrį, kad išsklaidytų slėgį, šis pakeistas dinamiškumas gali sulėtinti CSF judėjimą ir sutrikdyti atliekų pašalinimą, mechanizmus, siejamus su Alzheimerio liga ir kitomis demencijomis. Kitaip tariant, mikrovaskuliarinio pulsuotumo pokyčiai gali paveikti limfinio tipo arba glymfinio sistemos efektyvumą, kuris yra dalis smegenų atliekų valymo mechanizmo.
Svarbu pabrėžti, kad ankstesni ryšiai tarp cerebrovaskulinio pulsuotumo ir kognityvinio nuosmukio dažniausiai buvo daromi remiantis gyvūniniais modeliais arba netiesioginiais žmogaus matavimais, pavyzdžiui, stambiųjų arterijų pulsacijos ar hemodinamikos parametrų analizėmis. Naujoji neinvazinė MRI priemonė suteikia tiesioginį ir erdvinį būdą patikrinti, ar mikrovaskulinis pulsuotumas gali prognozuoti ateities kognityvinius sutrikimus arba tapti ankstyvu mažų kraujagyslių ligos biomarkeriu. Tai atveria galimybę atlikti prospektyvinius stebėjimus, kuriuose pulsuotumo rodikliai susiejami su neuropsichologiniais testais, struktūrine atrofija, baltosios medžiagos pažeidimo gradacija ir kitais klinikiniais rezultatais.
Be to, supratimas, kad periferiniai rizikos veiksniai — hipertenzija, metabolinis sindromas, cukrinis diabetas ar net gyvenimo būdo faktoriai — gali keisti smegenų mikrovaskuliarinę dinamiką, reiškia, jog intervencijos, nukreiptos į kraujagyslių sveikatą, gali turėti tiesioginį poveikį demencijos rizikai. Tokios intervencijos galėtų apimti griežtesnį kraujospūdžio valdymą, lipidų kontrolę, fizinį aktyvumą bei dietines priemones, orientuotas į vaskulinės sveikatos stiprinimą.
Ateities perspektyvos ir klinikinis potencialas
Ši technika atveria kelis tyrimų ir klinikinio taikymo kelius: ilgalaikiai (longitudinal) tyrimai, leidžiantys stebėti pulsuotumo pokyčius laike; klinikiniai tyrimai, tiriantys, ar kraujagyslių rizikos mažinimas pakeičia pulsuotumo modelius; bei sinergija su kitais vaizdinimo biomarkeriais, tokiais kaip amiloido PET, tau PET, difuzinė MRI (DTI) arba perfuzijos metodikos. Integracija su genetiniais, biologiniais ir klinikiniais duomenimis leistų sudaryti daugiasluoksnes prognozavimo schemas ir geriau suprasti priežastinius mechanizmus.
Su tolesne validacija ir standartizacija, tūrinio pulsuotumo žemėlapių kūrimas gali tapti priemone ankstyvam rizikos stratifikavimui, gydymo efektyvumo stebėsenai arba detalesniam mūsų supratimui, kaip kraujagyslių sveikata susijusi su neurodegeneraciniais procesais. Klinikiniu lygiu tai gali reikšti naujus diagnostinius kriterijus, padedančius atpažinti pacientus, kuriems reikalingos intensyvios vaskulinės intervencijos dar prieš atsirandant reikšmingam kognityviniam nuosmukiui.
Tuo pačiu reikėtų paminėti technines ir praktines kliūtis: skenavimo trukmė ir sudėtingas duomenų apdorojimas gali riboti plačią klinikinę taikymą be papildomų optimizacijų. Be to, reikia plačios, daugialypės demografinės imties, kad būtų nustatytos normatyvinės ribos ir vertės įvairių amžiaus grupių, lyties, etninių grupių bei patofiziologinių būklių atžvilgiu. Standartizuotos protokolų gairės ir atviros duomenų bazės padėtų greičiau pereiti nuo tyrimų fazės prie klinikinės praktikos.
Ekspertų įžvalgos
„Šis vaizdinimo proveržis yra įkvepiantis, nes pagaliau leidžia mums pamatyti mikrovaskuliarinį choreografiją, kuri, greičiausiai, slypi už daugumos senėjimui būdingų smegenų pokyčių“, — teigia Dr. Maya Patel, hipotetinė neurovaskulinė tyrėja. „Jeigu padidėjęs pulsuotumas iš anksto nurodo struktūrinį pažeidimą ar kognityvinį nuosmukį, klinikai galės imtis ankstyvesnių intervencijų — gydyti hipertenziją, stiprinti kraujagyslių atsparumą arba nukreipti CSF valymo kelius.“
USC atliktas tyrimas, paskelbtas žurnale Nature Cardiovascular Research, rodo daug žadančius rezultatus, tačiau kartu kelia ir naujų klausimų. Kodėl pulsuotumas didėja būtent baltosios medžiagos srityje? Kaip individualūs rizikos veiksniai — hipertenzija, cukrinis diabetas, dislipidemija ar gyvenimo būdo veiksniai — sąveikauja su pulsuotumo modeliais? Norint atsakyti į šiuos klausimus reikės didesnių, įvairesnių kohortų ir ilgalaikio stebėjimo.
Šiuo metu VASO–ASL metodika suteikia svarbų tyrimų įrankį: mastelį turintį, neinvazinį langą į smegenų smulkiausias kraujagysles ir potencialų ankstyvąjį indikatorį vaskulinių procesų, kurie gali vesti prie demencijos. Tolimesni žingsniai apims metodikos standartizavimą, multicentrinius tyrimus, sensityvumo ir specifinių diagnostinių rodiklių nustatymą bei derinimą su kitais biomarkeriais klinikinių sprendimų kūrimui.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą