1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА»
  4. T. 4, № 3, 2023

Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА», 2023, T. 4, № 3, стр. 314-316

Связь МР-диффузии головного мозга пациентов с иммунологическими маркерами у пациентов с шизофренией

Д. А. Ковалишина 1, *, С. И. Карташов 1, В. А. Орлов 1

1 Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Москва, Россия

* E-mail: Kovalishina_DA@nrcki.ru

Поступила в редакцию 13.09.2023
После доработки 24.10.2023
Принята к публикации 24.10.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведено комплексное исследование, включающее в себя МРТ-сканирование, детальное клиническое и иммунологическое обследование, больных шизофренией с галлюцинаторно-бредовым синдромом и условно здоровых добровольцев. С целью определения структурных изменений вещества головного мозга, предположительно связанных с заболеванием, проведен корреляционный анализ параметра радиальной диффузии (по данным диффузионной МРТ) с результатами иммунологического обследования. В результате анализа выявлены сочетанные изменения в трактах белого вещества мозга в областях, связанных со зрительным восприятием, болевыми ощущениями, а также взаимодействием с гиппокампальными структурами, отвечающими за процесс формирования долговременной памяти. Полученные результаты указывают на возможность создания классификаторов и выявления ключевых структурных отличий в головном мозге пациентов по сравнению со здоровыми добровольцами.

ВВЕДЕНИЕ

Диффузионная МРТ (дМРТ) – достаточно распространенный метод нейровизуализации, который позволяет выявлять особенности микроструктуры белого вещества головного мозга, а также уровень связи между его различными отделами [1]. Еще в конце XX–начале XXI веков на патологоанатомических образцах мозговой ткани больных были показаны микроструктурные нарушения нейрональных связей, синаптических контактов и плотности олигодендроглии в префронтальных областях, мозолистом теле и хвостатом ядре [2]. В [3] было обнаружено, что основные нарушения при шизофрении наблюдаются в нейрональной сети, связывающей лобную область, таламус, полосатое тело и мозжечок (“фронтоталамо-стриато-мозжечковый” тракт).

Ранее проведенные исследования молекулярно-генетических основ шизофрении показали, что важную роль в развитии и прогрессировании заболевания играют нарушения системных иммунных реакций и иммунных процессов в центральной нервной системе, а именно, хроническое нейровоспаление. Об этом свидетельствуют не только исследования всего генома, но и посмертные исследования головного мозга, а также клинические обследования пациентов [4–8]. Метаанализ в [7] показал, что обострение заболевания связано с уровнем в крови воспалительных цитокинов, IL-8 и TNF-α, и С-реактивного белка острой фазы (СРБ). Данные [6, 7] указывают на то, что высокие уровни СРБ связаны с более тяжелым течением шизофрении и последующим снижением когнитивных функций. Роль иммунных нарушений в патогенезе шизофрении в настоящее время интенсивно исследуется.

МЕТОДЫ

Проанализированы данные 72 человек, среди которых 36 пациентов (20 мужчин, 16 женщин, средний возраст 28.9 ± 7.3 года) с шизофренией (F20 по МКБ-10) из числа госпитализированных в острые отделения “ГБУЗ ПКБ № 1 ДЗМ” и 36 условно здоровых добровольцев (19 мужчин, 17 женщин, средний возраст 28.9 ± 6.2 года) без выявленных психических и неврологических патологий.

Получение данных проводили на базе ресурсного центра ядерно-физических методов исследований НИЦ “Курчатовский институт” на магнитно-резонансном томографе Magnetom Verio (Сименс, Германия) напряженностью магнитного поля в 3 Тл и с использованием 32-канальной головной катушки. Перед сканированием все участники исследования заполнили опросный лист на наличие противопоказаний, лист добровольного информированного согласия и согласие на обработку персональных данных. Методика проведения исследования была одобрена локальным этическим комитетом НИЦ “Курчатовский институт”.

Данные дМРТ были записаны со следующими параметрами: TE = 101 мс и TR = 13 700 мс, 64 направления диффузионно-кодирующих градиентов, b-фактор составлял 1500 с/мм2, размер вокселя 2 × × 2 × 2 мм3. Обработку проводили в программе DSI-Studio (https://dsi-studio.labsolver.org/). Данные реконструировали в пространстве MNI152 с использованием диффеоморфной реконструкции q‑пространства [9] для получения функции распределения спина [10]. Для дальнейшего корреляционного анализа для каждого набора данных был рассчитан параметр радиальной диффузии (RD). RD – это показатель скорости диффузии молекул воды в ткани перпендикулярно основному направлению диффузии. Он отражает степень неограниченности диффузии в ткани и может быть использован для анализа структурных свойств. Например, высокий коэффициент RD может свидетельствовать об отсутствии структурной организации или однородности, в то время как низкий коэффициент RD может указывать на высокую степень организации или плотную упаковку пучков белого вещества. Радиальная диффузия часто используется в сочетании с другими диффузионными индексами или индексами, полученными на основе дМРТ, для изучения микроструктуры и функционирования различных тканей организма, включая головной мозг.

Сканирование на МРТ и иммунологические анализы проводили во время установления ремиссии со значительным уменьшением положительных симптомов.

Всего было получено 160 иммунологических параметров. Основные параметры естественного и адаптивного иммунитета, системные уровни ключевых провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, других маркеров воспаления (СРБ, кортизол, циркулирующие иммунные комплексы (ЦИК)), а также фактор роста эндотелия сосудов А (VEGF-A) измеряли методом иммуноферментного анализа с наборами реагентов компаний Cytokine, Санкт-Петербург, Россия (IL-6), Vector Best, Новосибирск, Россия (IL-8), R&D Systems, Миннесота, США (VEGF-A) и Х-ЕМА, Россия (кортизол, ЦИК, IgA, IgM, IgG).

Корреляционный анализ методом МРТ-коннектометрии [11] был проведен для параметра RD с каждым из иммунологических параметров. Использована непараметрическая корреляция Спирмена. Пороговое значение t-критерия Стьюдента равнялось 2.5 и отслеживалось с использованием детерминированного алгоритма отслеживания волокон [12] для получения корреляционной трактографии. Выявленные тракты отфильтрованы методом обрезки с учетом топологии [13] с 16 итерациями. Пороговое значение для параметра p с поправкой на число ложных обнаружений равнялось 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенного анализа между каждым из иммунологических параметров и значениями RD были обнаружены волокна белого вещества головного мозга, в которых выявлена положительная или отрицательная корреляция с изменением иммунологического параметра при заданных пороговых значениях. В табл. 1, 2 перечислены волокна белого вещества, в которых обнаружена положительная и отрицательная корреляция. Здесь частота встречаемости есть то количество иммунологических параметров, с которыми коррелировали воксели данной области.

Таблица 1.

Волокна белого вещества, в которых выявлена отрицательная корреляция между параметром RD и результатами иммунологического исследования

Наименование области по Атласу трактографии HCP Частота встречаемости
Cerebellum_L 97
Cerebellum_R 92
Fornix_L 69
Fornix_R 67
Optic_Radiation_L 54
Middle_Cerebellar_Peduncle 49
Vermis 47
Inferior_Longitudinal_Fasciculus_L 42
Anterior_Commissure 41
Таблица 2.

Волокна белого вещества, в которых выявлена положительная корреляция между параметром RD и результатами иммунологического исследования

Наименование области по Атласу трактографии HCP Частота встречаемости
Cerebellum_L 131
Fornix_L 115
Cerebellum_R 113
Fornix_R 106
Optic_Radiation_L 93
Optic_Radiation_R 81
Anterior_Commissure 66
Inferior_Longitudinal_Fasciculus_L 65
Inferior_Fronto_Occipital_Fasciculus_L 62

ВЫВОДЫ

Полученные в ходе комплексного исследования результаты хорошо согласуются с данными зарубежных коллег.

В исследованиях по данным дФМРТ [14] в группе пациентов с шизофренией характерные для нее структурные связи находятся преимущественно в левом полушарии, а межполушарные связи незначительны. Возможность диссоциации полушарий головного мозга у больных шизофренией обсуждалась в [15]. Полученные в ходе данного исследования результаты также свидетельствуют об асимметричности полушарий.

Роль мозжечка в развитии и проявлении шизофрении обсуждается давно [16]. Исследования показали существенное уменьшение объема мозжечка у пациентов с детским типом шизофрении [17], а также сокращение объема червя мозжечка [18, 19].

Существуют доказательства снижения целостности белого вещества в левом нижнем продольном пучке, особенно у пациентов со зрительными галлюцинациями в анамнезе [20].

Отметим, что дополнительное проведение морфометрического анализа по данным структурной МРТ позволило бы существенно расширить представление об изменениях структуры вещества головного мозга, связанных с шизофренией.

Работа выполнена в рамках государственного задания НИЦ “Курчатовский институт”.

Список литературы

  1. Federspiel A., Begre S., Kiefer C. et al. // Neurobiol. Dis. 2006. V. 22. № 3. P. 702.

  2. Uranova N., Orlovskaya D., Vikhreva O. et al. // Brain Res. Bull. 2001. V. 55. P. 597.

  3. Andreasen N.C., Nopoulos P., O’Leary D.S. et al. // Biol. Psych. 1999.

  4. Ripke S., Sanders A.R., Kendler K.S. et al. // Nat. Genet. 2011. V. 43. № 10. P. 969. https://doi.org/10.1038/ng.940

  5. de Witte L.D., van Mierlo H.C., Litjens M. et al. // NPJ Schizophr. 2015. V. 1. P. 15041https://doi.org/10.1038/npjschz.2015.41

  6. Johnsen E., Fathian F., Kroken R.A. et al. // BMC Psychiatry. 2016. V. 16. P. 60. https://doi.org/10.1186/s12888-016-0769-x

  7. Goldsmith D.R., Rapaport M.H., Miller B.J. // Mol. Psychiatry. 2016. V. 21. № 12. P. 1696. https://doi.org/10.1038/mp.2016.3

  8. Malashenkova I.K., Krynskiy S.A., Ogurtsov D.P. et al. // Zh. Nevrol. Psikhiatr. 2018. V. 118. № 12. P. 72. https://doi.org/10.17116/ jnevro201811812172

  9. Yeh F.C., Tseng W.Y. // Neuroimage. 2011. V. 58. № 1. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.06.021

  10. Yeh F.C., Wedeen V.J., Tseng W.Y. // IEEE Trans. Med. Imaging. 2010. V. 29. № 9. P. 1626. https://doi.org/10.1109/TMI.2010.2045126

  11. Yeh F.C., Badre D., Verstynen T. // Neuroimage. 2016. V. 125. P. 162. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.10.053

  12. Yeh F.C., Verstynen T.D., Wang Y. et al. // PLOS One. 2013. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0080713

  13. Yeh F.C., Panesar S., Barrios J. et al. // Neurotherapeutics. 2019. V. 16. № 1. P. 52. https://doi.org/10.1007/s13311-018-0663-y

  14. Kartashov S.I., Vartanov A.V., Zakharova N.V. et al. // Procedia Comp. Sci. 2021. V. 190. P. 434.

  15. Kubicki M., Park H., Westin C.F. et al. // Neuroimage. 2005. V. 26. № 4. P. 1109. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2005.03.026

  16. Heath R.G., Franklin D.E., Shraberg D. // J. Nerv. Ment. Dis. 1979. V. 167. № 10. P. 585. https://doi.org/10.1097/00005053-197910000-00001

  17. Jacobsen L.K., Giedd J.N., Berquin P.C. et al.// Am. J. Psychiatry. 1997. V. 154. № 12. P. 1663. https://doi.org/10.1176/ajp.154.12.1663

  18. Loeber R.T., Cintron C.M., Yurgelun-Todd D.A. // Am. J. Psychiatry. 2001. V. 158. № 6. P. 952. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.158.6.952

  19. Nopoulos P.C., Ceilley J.W., Gailis E.A., Andreasen N.C. // Biol. Psychiatry. 1999. V. 46. № 5. P. 703. https://doi.org/10.1016/s0006-3223(99)00093-1

  20. Ashtari M., Cottone J., Ardekani B.A. et al.// Arch. Gen. Psychiatry. 2007. V. 64. № 11. P. 1270. https://doi.org/10.1001/archpsyc.64.11.1270

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА»

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал