4 курс / Лучевая диагностика / --274F~1

СТРУКТУРНЫЕ

ИМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МАГНИТНОРЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

ИМАГНИТНОРЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ IN VIVO

Н.В. Карабань1 З.З. Рожкова2

1Институт геронтологии АМН Украины, Киев

2Клиника «Борис», Киев

Резюме. Обсуждаются возможности использования данных, получаемых методами магнитно-резонансной томографии и магнитнорезонансной спектроскопии как маркеров, чувствительных к структурным и метаболическим изменениям при болезни Паркинсона (БП). Описаны методы магнитно-резонансной томографии и 1H ядерно-маг- нитно-резонанснойспектроскопии,позволяющиеоцениватьморфологи- ческиеиметаболическиеизменениявчернойсубстанции,связанныесБП, и сравнивать радиологические показатели с клиническими признаками заболевания.Показано, что метод магнитно-резонанснойспектроско- пии чувствителен к метаболическим изменениям даже на ранней до- клиническойстадиизаболевания,аданныемагнитно-резонанснойтомо- графии и in vivo магнитно-резонансной спектроскопии являются биологическими маркерами, объективно характеризующими стадию БП.

Ключевые слова: болезнь Паркинсона, магнитно-резонансная томография, in vivo магнитно-резонансная спектроскопия, метаболизм, черная субстанция.

ВВЕДЕНИЕ

Болезнь Паркинсона (БП) характеризуется неуклонным прогрессированием, неизбежно приводит к инвалидизации и значительным соци- ально-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 (Hornykiewicz O., 1988; Jankovic J., 1993; Крыжановский Г.Н. и соавт., 2002; Rao J., 2003).

МанифестациисимптомовБПможетпредшествовать 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 магнитнорезонансной томографии (МРТ), 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 МР-обследовании 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 спинрешеточной 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., Ra U., 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. Ra (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., Ra U., 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 МР-томо- граммах, 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., Ra U., 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., Ra U., 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. ИзображениясподавлениемсигналаотБВГМнечувствительны 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-

[ОГЛЯД]

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

иимеющихсявбанкеданныхМР-томограммA.H.Rajput

исоавторами (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 тольконаанализеМР-изображенийиволюметрических 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 (позитронноэмиссионной томографией), является in vivo МРС.

ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА IN VIVO МРС ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ БП, МСА И ПНП

Прижизненное неинвазивное изучение нейрохимии мозга человека с применением метода in vivo МРС используется для нахождения корреляций между нарушением нормальных биологических процессов на уровне клетки и проявлением патологии на уровне органов и систем (Firbank M.J. et al., 2002). Эти возможности in vivo МРС для изучения ключевых механизмов формирования клинических симптомов БП обеспечивают дифференциальную диагностику БП и множества нейродегенеративных заболеваний иной природы (Turjanski N. et al., 1997).

Вспектрах 1Н, получаемых in vivo в различных структурах головного мозга человека, отмечают сигналы примерно двадцати метаболитов.

Вклинических приложениях in vivo МРС анализируется содержание в ткани головного мозга следующих основных метаболитов: N-ацетил-L-аспартата (NAA), холинсодержащих соединений (Cho), креатина и фосфокреатина (Cr), а также myo-инозитола (mIns). NAA — аминокислоту, выявляемую в высокой концентрации в спинном мозге (концентрация производных NAA занимает второе место, после глутамата), называют нейрональным маркером (Bitto E. et al., 2007). NAA синтезируется в митохондриях нейронов СВГМ из L-аспартата и ацетил-кофермента-А (СоА), высвобождается из нейронов в цереброспинальную жидкость и затем транспортируется в олигодендроциты (Viola R.E., 2007). Роль NAA в головном мозге для его нормального развития и функционирования БВГМ изучена V. Rogozhyn и соавторами (2003)

идоказано отсутствие прямо пропорциональной зависимости между содержанием NAA и плотностью нейронов. Длительные наблюдения за состоянием пациентов, перенесших ишемический инсульт (Sager T.N. et al., 2001), показали, что в пораженном участке ткани мозга отмечают резкое (до 60%) снижение содержания NAA, однако обратимое восстановление со временем концентрации NAA (до 80% своего первоначального значения) не приводит к возобновлению утраченных вследствие ишемии функций. Выявление NAA в олигодендроцитах A. Brand

исоавторами (1993) позволяет предположить, что в основном NAA является продуктом метаболизма миелина. В то же время путем сопоставления данных МРС и прямой биопсии показано, что у пациентов с рассеянным склерозом убывание концентрации NAA более четко коррелирует с повышением нейронального дефицита, чем с демиелинизацией. Из обсуждения в статье A. Brand и соавторов (1993) роли NAA в центральной нервной системе (ЦНС) можно заключить, что NAA определяют в основном в нейронах и содержание NAA отражает состояние нейронального метаболизма.

Выявляемый в клетках глии mIns называют глиальным маркером (Chen J.G. et al., 2000). Повышение

содержания mIns и Cho в участках глиоза и очагах демиелинизации было использовано для дифференциальной диагностики рассеянного склероза от вторичной (валлеровской) дегенерации и множества воспалительных заболеваний ЦНС иной природы (Bitsch A. et al., 1999). В работах, посвященных применению МРС для классификации внутримозговых опухолей, было показано, что концентрация mIns, как

иCho,вглиобластометакжеповышается(Zozulya Yu.A. et al., 2000; Рогожин В.О., Рожкова З.З., 2002; Rogozhyn V., Rozhkova Z., 2002; Rogozhyn V.A. et al., 2005). Роль mIns как основного осморегулятора в механизмах формирования депрессии, в частности, у пожилых людей, поведенческие аномалии которых зачастую сопровождаются хронической дегидратацией, изучена (Strange K., 1992; Frey R., et al., 1998). Как показано в статье Y.H. Lien и соавторов (1990), при гипернатриемии уровень mIns повышается, а при гипонатриемии снижается (Videen J.S. et al., 1995). Повышение mIns также является объективным диагностическим признаком сахарного диабета (Kreis R., Ross B.D., 1992). Таким образом, концентрация mIns — характеристика основных биохимических процессов в организме человека и одновременно состояния системы вторичных мессенджеров — может служить индикатором множества различных по своей природе нарушений,

иинтерпретация изменений в содержании mIns требует особой осторожности.

Интенсивность пика Cho пропорциональна содержанию большого количества холинсодержащих соединений, в основном свободного Cho, фосфорилхолина и глицерофосфорилхолина (Burtscher I.M., Holtas S., 2001). Cho является предшественником ацетилхолина, а глицерофосфорилхолин — продуктом распада мембранного фосфатидилхолина, обычно невидимого в МР-спектрах (Burtscher I.M., Holtas S., 2001). Глицерофосфорилхолин также является осморегулятором (Strange K., 1992), и при гипонатриемии концентрация Cho снижается (Videen J.S. et al., 1995). Содержание Cho в опухолях повышается, что является отражением нарушения метаболизма и структуры клеточных мембран и может быть использовано для неинвазивной дифференциальной диагностики внутримозговых и внемозговых опухолей (Zozulya Yu.A. et al., 2000; Рогожин В.О., Рожкова З.З., 2002; Rogozhyn V., Rozhkova Z., 2002; Rogozhyn V.A. et al., 2005).

Отмечаемый в спектрах 1H in vivo сигнал Cr характеризует суммарное содержание Cr и фосфокреатина во всех типах нейрональных клеток (Urenjak J. et al., 1993). Концентрация Cr с возрастом медленно повышается (Saunders D.E. et al., 1999), однако, за исключением внутримозговых опухолей и участков ишемии (Rozhkova Z.Z. et al., 2006), содержание Cr в ткани головного мозга достаточно стабильно, что позволяет использовать этот сигнал в качестве внутреннего стандарта для расчета концентрации других метаболитов.

Дифференциальная диагностика БП, ПНП и МСА проводится путем сравнения отношений NAA/Cr и NAA/Cho, где NAA, Cr и Cho — интенсивность сигналов в спектрах, получаемых в различных структурах

[ОГЛЯД]

головного мозга (Ellis S.M. et al., 1997; Tedeschi G. et al., 1997; Federico F. et al., 1999; Taylor-Robinson S.D. et al., 1999; Abe K. et al., 2000).

Согласно работе M.J. Firbank и соавторов (2002) у пациентов с БП в базальных ганглиях отмечают незначительное уменьшение по сравнению с КГ отношений NAA/Cr. Выявлена отрицательная корреляция между NAA/Cr в височно-теменной области и стадией заболевания по шкале Hoehn — Yahr (TaylorRobinson S.D. et al., 1999; Abe K. et al., 2000). В то же время в других исследованиях тех же участков головного мозга получены противоположные результаты (Ellis S.M. et al., 1997; Tedeschi G. et al., 1997; Federico F. et al., 1999). Показано, что NAA/Cr уменьшается в симптоматически более пораженном полушарии у пациентов с преимущественной односторонней симптоматикой, а в контралатеральном полушарии было выявлено увеличение NAA/Cr по сравнению с КГ (Choe B.Y. et al., 1998). В височно-теменных областях отмечено существенное уменьшение NAA/Cr на пораженной стороне (Hu M.T. et al., 1999), кроме того, выявлено отличие в значениях NAA/Cr в правом и левом полушариях, что противоречит данным S.M. Ellis и соавторов (1997), G. Tedeschi и соавторов (1997), K. Abe и соавторов (2000).

Обнаружено, что у пациентов с БП в затылочной доле коры головного мозга и базальных ганглиях наблюдается накопление лактата (Bowen B.C. et al., 1995), в то же время сообщается, что концентрация лактата не настолько высока, чтобы можно было зарегистрировать сигнал в спектрах in vivo (Hoang T.Q. et al., 1998).

Уменьшение отношения NAA/Cho и одновременно отсутствие отличий в значениях NAA/Cr было выявлено при обследовании пациентов с БП до начала лечения, а затем установлено, что значения NAA/ Cho в процессе лечения не изменяются, а отношение Cho/Cr не отличается от отмечаемого в КГ (Ellis S.M. et al., 1997).

У пациентов с ПНП выявлено существенное уменьшение значений NAA/Cr в базальных ганглиях

илобных долях, даже большее, чем при БП (Abe K. et al., 2000). Однако эти данные противоречат работе C.E. Clarke, M. Lowry (2000), где отмечается, что концентрация NAA выше при МСА, чем при БП, и более того, противоречат выводу этих авторов о том, что содержание NAA не является показателем для дифференциальной диагностики МСА и БП.

При изучении метаболических особенностей сосудистой формы паркинсонизма не выявлено какихлибо отличий между содержанием основных метаболитов в стриатуме и БВГМ у пациентов, перенесших ишемический инсульт, и у пациентов с идиопатической формой БП (Zij lmans J.C. et al., 1994). K. Abe

исоавторами (2000) не выявлено метаболических отличий в скорлупе у пациентов с идиопатической формой БП и у здоровых людей пожилого возраста.

Из анализа приведенных работ (Zijlmans J.C. et al., 1994; Bowen B.C. et al., 1995; Ellis S.M. et al., 1997; Tedeschi G. et al., 1997; Choe B.Y. et al., 1998; Hoang T.Q. et al., 1998; Federico F. et al., 1999; Hu M.T. et al., 1999; Taylor-Robinson S.D. et al., 1999; Abe K. et al., 2000;

[ОГЛЯД]

Clarke C.E., Lowry M., 2000) следует, что содержание основных церебральных метаболитов и значения отношений NAA/Cr, NAA/Cho и Cho/Cr существенно отличаются не только для разных исследований, но и для одного пациента. Точность определяемых величин зависит от множества параметров: локализациииобъемаобластиинтереса,параметровимпульсной последовательности, метода обработки данных и других факторов. Для сравнения спектров, получаемых для разных субъектов, необходимо нормализовать измеряемые экспериментально величины — интенсивности сигналов метаболитов.

Как упоминалось ранее, в большинстве работ

вкачестве внутреннего стандарта для расчета концентрации метаболитов используют сигнал Cr. Поскольку вклад цереброспинальной жидкости в область интереса невелик, по сравнению с концентрацией основных метаболитов, наблюдаемых

вспектрах in vivo, нахождение отношений к интенсивности сигнала Cr учитывает одновременно и поправку на содержание ликвора. Изменение значения отношения, например NAA/Cr, означает либо изменение концентрации NAA, либо Cr в выбранном участке ткани головного мозга. В работах C.A. Davie и соавторов (1995), T.Q. Hoang и соавторов (1998), C.E. Clarke и M. Lowry (2000), C. Lucetti и соавторов (2001) для расчета абсолютных концентраций NAA, Cr и Cho в качестве стандарта использовали содержание воды в ткани головного мозга. Сравнение результатов, полученных при этих двух методических подходах, не выявило различий в концентрации основных церебральных метаболитов при БП и у здоровых людей пожилого возраста. Таким образом, использование интенсивности сигнала Cr, как и сигнала воды, для расчета абсолютных концентраций не позволяет сопоставлять данные различных исследований и, более того, по величинам отношений NAA/Cr, NAA/Cho и Cho/Cr невозможно получить представление о различиях в распределении метаболитов, характерных для БП, ПС и здоровых людей пожилого возраста.

Для сравнения результатов различных исследований необходимо учитывать эффекты релаксации и проводить коррекцию измеряемых интенсивностей

сигналов на величины Т1 и Т2. Согласно M.J. Firbank и соавторам (2002) существенные отличия между

значениями Т1 и Т2 в БВГМ у здоровых людей пожилого возраста и при БП отсутствуют. У пациентов с БП в СВГМ C. Lucetti (2001) обнаружено возрастание

Т1 Cr (до 17%) и mIns (до 35%). Для уменьшения эффектов влияния Т1 и Т2, по-видимому, для коррекции экспериментально определяемой интенсивности

сигналов метаболитов с большим Т1 (порядка 1200 мс) необходимо использовать импульсную последова-

тельность с ТЕ=2000 мс и выше, а для метаболитов с коротким Т2 (порядка 400 мс) — с ТЕ=150 мс и меньше. Исследования с измерением времен релаксации требуют длительного времени и достаточно трудоем-

ки, поскольку точность определения Т1 и Т2 во многом зависит от параметров выбранной импульсной последовательности, что особенно важно для метаболитов с малыми Т2. Сигналы этих метаболитов отмечают

только в спектрах с короткими ТЕ. В спектрах, полученных без подавления сигнала воды, базовая линия искажена, форма линий, в особенности уширенных линий белковых молекул, требует дополнительной коррекции с использованием специальных математических операций, что вместо уточнения значений интегральных интенсивностей приводит к дополнительным погрешностям.

Из анализа представленных исследований (Zij l- mans J.C. et al., 1994; Bowen B.C. et al., 1995; Davie C.A. et al., 1995; Ellis S.M. et al., 1997; Tedeschi G. et al., 1997; Choe B.Y. et al., 1998; Federico F. et al., 1999; Hoang T.Q. et al., 1998; Hu M.T. et al., 1999; Taylor-Robinson S.D. et al., 1999; Abe K. et al., 2000; Clarke C.E., Lowry M., 2000; Lucetti C. et al., 2001) можно заключить, что при БП концентрация NAA в области скорлупы и височнотеменных участках коры ниже, чем у здоровых людей пожилого возраста, а при ПНП содержание NAA еще ниже в лобных долях и скорлупе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Клинические in vivo МРС-исследования, проводимые в многочисленных группах пациентов, позволяют находить принципиальные отличия между идиопатической формой БП, ПНП, МСА и разнообразными нейродегенеративными заболеваниями иной природы, сходными по клиническим признакам с БП. Возможность нахождения в одном in vivo исследовании информации о связи между структурой органа и его функциями стимулировало появление некоторых новых направлений в исследовании головного мозга с использованием in vivo ядерно-маг- нитно-резонансной спектроскопии. Одним из них является количественное описание метаболического состояния отдельных структур головного мозга на основе данных о содержании церебральных метаболитов.

Для сравнения результатов исследований, проводимых в разных центрах, были разработаны методы определения абсолютных (в единицах моль/л) концентраций церебральных метаболитов. Все эти методы (внутреннего и внешнего стандартов, учета релаксационного вклада и заполнения объема измерительной катушки, учета объема цереброспинальной жидкости, учета клеточных компартментов) основываются на применении разных калибровочных коэффициентов к экспериментально измеряемым величинам — амплитудам и интегральным интенсивностям сигналов. При таком способе представления данных выявляется большой разброс в значениях содержания церебральных метаболитов не только для разных экспериментов, а и полученных в одном исследовании. Это связано с отсутствием регулярного способа (теории) введения калибровочных коэффициентов, а главное с тем, что введение каждого такого коэффициента обусловливает дополнительный разброс в значениях оцениваемых величин. В результате в перечисленных количественных исследованиях ценность имеют только данные об относительных изменениях содержания метаболитов в рамках одного исследования. Что касается величины этих изменений, то она остается фактически произвольной, не-

смотря на то что выражается в стандартных единицах (моль/л). Другими словами, отличие, например, концентраций метаболитов в разных исследованиях в 2–3 раза (при сохранении определенных пропорций между концентрациями) не приводит к каким-либо количественным выводам, и данные просто усредняются по группе субъектов. Несмотря на большое количество результатов, полученных при исследовании метаболизма головного мозга методом МРС, разработка методов квантификации спектральных данных требует нового подхода, который следует рассматривать как квантификацию состояния индивидуального мозга (Карабань Н.В., Рожкова З.З., 2006).

ЛИТЕРАТУРА

Карабань Н.В., Рожкова З.З. (2006) Использование магнитнорезонансной спектроскопии (in vivo 1Н МРС) в дифференциальной диагностике болезни Паркинсона и синдромов паркинсонизма. Укр. неврол. журн., 1: 39–46.

Крыжановский Г.Н., Карабань И.Н., Магаева С.В., Кучеряну В.Г., Карабань Н.В. (2002) Болезнь Паркинсона (этиология, патогенез, лечение, профилактика). Медицина, М., 336 с.

Рогожин В.О., Рожкова З.З. (2002) Класифікація пухлин головного мозку із застосуванням in vivo магнітнорезонансної спектроскопії на ядрах 1Н. Укр. радіол. журн., 10(1): 61–68.

Abe K., Terakawa H., Takanashi M. et al. (2000) Proton magnetic resonance spectroscopy of patients with parkinsonism. Brain Res. Bull., 52(6): 589–595.

Antonini A., Leenders K.L., Meier D. et al. (1993) T2 relaxation time in patients with Parkinson’s disease. Neurology, 43(4): 697–700.

Bitsch A., Bruhn H., Vougioukas V. et al. (1999) Inflammatory CNS demyelination: histopathologic correlation with in vivo quantitative proton MR spectroscopy. AJNR Am. J. Neuroradiol., 20(9): 1619–1627.

Bitto E., Bingman C.A., Wesenberg G.E. et al. (2007) Structure of aspartoacylase, the brain enzyme impaired in Canavane disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 104(2): 456–461.

Bowen B.C., Block R.E., Sanchez-Ramos J. et al. (1995) Proton MR spectroscopy of the brain in 14 patients with Parkinson disease. AJNR Am. J. Neuroradiol., 16(1): 61–68.

Bra man B.H., Grossman R.I., Goldberg H.I. et al. (1989) MR imaging of Parkinson disease with spin-echo and gradient-echo sequences. AJR Am. J. Roentgenol., 152(1): 159–165.

Brand A., Richter-Landsberg C., Leibfritz D. (1993) Multinuclear NMR studies on the energy metabolism of glial and neuronal cells. Dev. Neurosci., 15(3–5): 289–298.

Burtscher I.M., Holtas S. (2001) Proton MR spectroscopy in clinical routine. J. Magn. Reson. Imaging, 13(4): 560–567.

ChenJ.G.,CharlesH.C.,BarboriakD.P.,DoraiswamyP.M. (2000) Magnetic resonance spectroscopy in Alzheimer’s disease: focus on N-acetylaspartate. Acta Neurol. Scand. Suppl., 176: 20–26.

Choe B.Y., Park J.W., Lee K.S. et al. (1998) Neuronal laterality inParkinson’sdiseasewithunilateralsymptombyinvivo1Hmagnetic resonance spectroscopy. Invest. Radiol., 33(8): 450–455.

Clarke C.E., Lowry M. (2000) Basal ganglia metabolite concentrations in idiopathic Parkinson’s disease and multiple system atrophy measured by proton magnetic resonance spectroscopy. Eur. J. Neurol., 7(6): 661–665.

Davie C.A., Wenning G.K., Barker G.J. et al. (1995) Differentiation of multiple system atrophy from idiopathic Parkinson’s disease using proton magnetic resonance spectroscopy. Ann. Neurol., 37(2): 204–210.

Ellis S.M., Lemmens G., Williams S.C. et al. (1997) Changes in putamen N-acetylaspartate and choline ratios in untreated and

[ОГЛЯД]

levodopa-treated Parkinson’s disease: a proton magnetic resonance spectroscopy study. Neurology, 49(2): 438–444.

Federico F., Simone I.L., Lucivero V. et al. (1999) Usefulness of proton magnetic resonance spectroscopy in differentiating parkinsonian syndromes. Ital. J. Neurol. Sci., 20(4): 223–229.

Firbank M.J., Harrison R.M., O’Brien J.T. (2002) A comprehensive review of proton magnetic resonance spectroscopy studies in dementia and Parkinson’s disease. Dement. Geriatr. Cogn. Disord., 14(2): 64–76.

Frey R., Metzler D., Fischer P. et al. (1998) Myo-inositol indepressiveandhealthysubjectsdeterminedbyfrontal1H-magnetic resonance spectroscopy at 1.5 tesla. J. Psychiatr. Res., 32(6): 411–420.

Gorell J.M., Ordidge R.J., Brown G.G. et al. (1995) Increased iron-related MRI contrast in the substantia nigra in Parkinson’s disease. Neurology, 45(6): 1138–1143.

Hoang T.Q., Bluml S., Dubowitz D.J. et al. (1998) Quantitative proton-decoupled 31P MRS and 1H MRS in the evaluation of Huntington’s and Parkinson’s diseases. Neurology, 50(4): 1033–1040.

Hornykiewicz O. (1988) Neurochemical pathology and the etiology of Parkinson’s disease: basic facts and hypothetical possibilities. Mt. Sinai J. Med., 55(1): 11–20.

Hu M.T., Taylor-Robinson S.D., Chaudhuri K.R. et al. (1999) Evidence for cortical dysfunction in clinically non-demented patients with Parkinson’s disease: a proton MR spectroscopy study. J. Neurol. Neurosurg. Psyhiatry, 67(1): 20–26.

Hughes A.J., Daniel S.E., Kilford L., Lees A.J. (1992) Accuracy of clinical diagnosis of idiopathic Parkinson’s disease: a clinico-pathological study of 100 cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry, 55(3): 181–184.

Hutchinson M., Ra U. (1999) Parkinson’s disease: a novel MRI method for determining structural changes in the substantia nigra. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry, 67(6): 815–818.

Hutchinson M., Raff U. (2000) Structural changes of the substantia nigra in Parkinson’s disease as revealed by MR imaging. AJNR Am. J. Neuroradiol., 21(4): 697–701.

Hutchinson M., Ra U., Lebedev S. (2003) MRI correlates of pathology in parkinsonism: segmented inversion recovery ratio imaging (SIRRIM). Neuroimage, 20(3): 1899–1902.

Jankovic J. (1993) Theories on the etiology and pathogenesis of Parkinson’s disease. Neurology, 43(2): 21–23.

Kemp P.M. (2005) Imaging the dopaminergic system in suspected parkinsonism, drug induced movement disorders, and Lewy body dementia. Nucl. Med. Commun., 26(2): 87–96.

Kreis R., Ross B.D. (1992) Cerebral metabolic disturbances in patients with subacute and chronic diabetes mellitus: detection with proton MR spectroscopy. Radiology, 184(1): 123–130.

Lien Y.H., Shapiro J.I., Chan L. (1990)E ectsofhypernatremia on organic brain osmoles. J. Clin. Invest., 85(5): 1427–1435.

Lucetti C., del Dotto P., Gambaccini G. et al. (2001) Proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) of motor cortex and basal ganglia in de novo Parkinson’s disease patients. Neurol. Sci., 22(1): 69–70.

Mauricio J.C., Coelho H., Sa J., Martins A. (1990) Importance of magnetic resonance in Parkinson disease. An analytic study of the pars compacta. Acta Med. Port., 3(2): 85–88.

McQueen J.B. (1967) Some methods for classification and analysis of multivariate observations. Proceedings of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability. University of California Press, Berkeley, p. 281–297.

MoriwakaF.,TashiroK.,ItohK.etal. (1992)Magneticresonance imaging in Parkinson’s disease — the evaluation of the width of pars compacta on T2 weighted image. Rinsho Shinkeigaku, 32(1): 8–12.

Ordidge R.J., Gorell J.M., Deniau J.C., Knight R.A., Helpern J.A. (1994) Assessment of relative brain iron concentrations using T2-weighted and T2*-weighted MRI at 3 Tesla. Magn. Reson. Med., 32(3): 335–341.

[ОГЛЯД]

Rajput A.H., Rozdilsky B., Rajput A. (1991) Accuracy of clinical diagnosis in parkinsonism — a prospective study. Can. J. Neurol. Sci., 18(3): 275–278.

Rao J. (2003) Neurochemistry of Nigral degeneration. In: R. Rahwa, K. Lyons, W. Koller (Eds.) Handbook of Parkinson’s disease. Marcell Dekker Inc., N-Y, Basel, p. 221–248.

Rogozhyn V., Rozhkova Z. (2002) MRS data for the quantitative description of the brain metabolism in patients with brain tumors. Eur. Radiol., 12: 183.

Rogozhyn V., Rozhkova Z., Kirillova L. (2003) Early detection of hypoxic injury of the fetal human brain using MRI and 1H MRS. Rivista di Neuroradiologia, 16(5): 893–896.

Rogozhyn V.A., Rozhkova Z.Z., Shmeleva A.A., Glavatskii A.Ya. (2005)Invivo 1HMRSandHistologic Classification of the Brain Tumors. Abstracts Book of the RSNA-2005: 406.

Rozhkova Z.Z., Rogozhyn V.A., Shcheglov V.I., Shcheglov D.V., Barkanov A.V., Kuznetsova S.M., Kuznetsov V.V. (2006) 1H MRS study of cerebral metabolism in patients with stenosis or occlusion of the internal carotid artery. Eur. J. Neurol., 13(Suppl. 2): 59.

Sager T.N., Topp S., Torup L. et al. (2001) Evaluation of CA1 damage using single-voxel 1H-MRS and un-biased stereology: Can non-invasive measures of N-acetyl-asparate following global ischemia be used as a reliable measure of neuronal damage? Brain Res., 892(1): 166–175.

Saunders D.E., Howe F.A., van den Boogaart A. et al. (1999) Aging of the adult human brain: in vivo quantitation of metabolite content with proton magnetic resonance spectroscopy. J. Magn. Reson. Imaging, 9(5): 711–716.

Schulz J.B., Skalej M., Wedekind D. et al. (1999) Magnetic resonance imaging-based volumetry di erentiates idiopathic Parkinson’s syndrome from multiple system atrophy and progressive supranuclear palsy. Ann. Neurol., 45(1): 65–74.

Stern M.B., Braffman B.H., Skolnick B.E. et al. (1989) Magnetic resonance imaging in Parkinson’s disease and parkinsonian syndromes. Neurology, 39(11): 1524–1526.

Strange K. (1992) Regulation of solute and water balance and cell volume in the central nervous system. J. Am. Soc. Nephrol., 3(1): 12–27.

Taylor-Robinson S.D., Turjanski N., Bhattacharya S. et al. (1999) A proton magnetic resonance spectroscopy study of the striatum and cerebral cortex in Parkinson’s disease. Metab. Brain. Disease, 14(1): 45–55.

Tedeschi G., Litvan I., Bonavita S. et al. (1997) Proton magnetic resonance spectroscopic imaging in progressive supranuclear palsy, Parkinson’s disease and corticobasal degeneration. Brain, 120(Pt 9): 1541–1552.

TurjanskiN.,BhattacharyaS.,SeeryJ.P.etal. (1997)Subclinical cortical dysfunction in Parkinson’s disease: a proton magnetic resonance spectroscopy study. Mov. Disord., 12(1): 60–67.

Urenjak J., Williams S.R., Gadian D.G., Noble M. (1993) Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy unambiguously identifies di erent neural cell types. J. Neurosci., 13(3): 981– 989.

Videen J.S., Michaelis T., Pinto P., Ross B.D. (1995) Human cerebral osmolytes during chronic hyponatremia. A proton magnetic resonance spectroscopy study. J. Clin. Invest., 95(2): 788–793.

Viola R.E. (2007) The impact of structural biology on neurobiology. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 104(2): 399–400.

Wolters E.C., Francot C., Bergmans P., Winogrodzka A., Booij J., Berendse H.W., Stoof J.C. (2000) Preclinical (premotor) Parkinson’s disease. J. Neurol., 247(Suppl. 2): II/103–II/109.

Zijlmans J.C., de Koster A., van’t Hof M.A. et al. (1994) Proton magnetic resonance spectroscopy in suspected vascular ischemic parkinsonism. Acta Neurol. Scand., 90(6): 405–411.

Zozulya Yu.A., Rogozhyn V.A., Rozhkova Z.Z., Chuvasheva O.Yu. (2000) In vivo 1H MR spectroscopy for classifying human brain tumors. Eur. Radiol., 10: 230.

СТРУКТУРНІ ТА МЕТАБОЛІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ГОЛОВНОГО МОЗКУ ПРИ ХВОРОБІ ПАРКІНСОНА ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ МАГНІТНОРЕЗОНАНСНОЇ ТОМОГРАФІЇ ТА МАГНІТНО-РЕЗОНАНСНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ IN VIVO

Н.В. Карабань, З.З. Рожкова

Резюме. Обговорюються можливості використання даних методів магнітно-резонансної томографії та магнітно-резонансноїспектроскопіїякмаркерів,чутли- вих до структурних та метаболічних змін при хворобі Паркінсона(ХП).Описанометодимагнітно-резонансної томографії і 1H ядерно-магнітно-резонансної спектроскопії, що дозволяють оцінювати морфологічні і метаболічні зміни в чорній субстанції, що пов’язані з ХП, та порівнювати радіологічні показники з клінічними ознаками захворювання. Показано, що метод магнітно-ре- зонансної спектроскопії чутливий до метаболічних змін навіть на ранній доклінічній стадії захворювання, а дані магнітно-резонансної томографії та in vivo магнітнорезонансної спектроскопії є біологічними маркерами, які об’єктивно характеризують стадію ХП.

Ключові слова: хвороба Паркінсона, магнітно-резонанс- на томографія, in vivo магнітно-резонансна спектроскопія, метаболізм, чорна субстанція.

STRUCTURAL AND METABOLIC BRAIN CHANGES IN PARKINSON’S DISEASE ON MAGNETIC RESONANCE

IMAGING AND MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY IN VIVO

N.V. Karaban, Z.Z. Rozhkova

Summary. The possibilities of using magnetic resonance imaging and in vivo magnetic resonance spectroscopy data as sensitive markers of structural and metabolic changes in Parkinson’s disease are discussed. We describe the methods for magnetic resonance imaging and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy and qualifying the morphologic and metabolic changes of the substantia nigra in Parkinson’s disease and compare radiologic findings with clinical evaluation. This study suggests that in vivo magnetic resonance spectroscopy is sensitive to metabolic changes in the earliest cases of Parkinson’s disease, therebyindicatingthepotentialfordetectingpresymptomatic disease. Magnetic resonance imaging and in vivo magnetic resonance spectroscopy data are the sensitive biological markers for objective staging of Parkinson’s disease.

Key words: Parkinson’s disease, magnetic resonance imaging, in vivo magnetic resonance spectroscopy, metabolism, substantia nigra.

Адрес для переписки:

Рожкова Зинаида Залмановна 03150, Киев, ул. Б. Васильковская, 55а Клиника «Борис»

E-mail: invivo@ukr.net