Динамика церебральных метаболитов в условиях нагрузки

Декабрь 8, 2015 / Комментарии 0

Поскольку интенсивность сигнала NAA отражает активность митохондрий нейронов, важно выяснить, как изменяется уровень NAA в динамике нагрузки.

Выполнение какой-либо задачи вызывает в специфических локусах головного мозга активацию кровотока, лишь частично соответствующую увеличению потребления кислорода. Это приводит к росту концентрации окси-гемоглобина (Hb) относительно концентрации дезоксигемоглобина (dHb). Последний является MPT-контрастом, снижающим Т2* протонов тканевой воды. Таким образом, изменение (Hb)/(dHb) создает контраст, зависящий от степени насыщения крови кислородом (blood oxygenation level, BOLD — контраст) и опосредованно характеризующий активность нейронов.

BOLD-сигнал визуализируется в MPT-изображениях как локальные изменения контрастности в течение 2-16 с после предъявления стимула.

Основанная на регистрации BOLD-сигнала функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) широко используется для выявления зон активности в мозге в норме, получила она широкое применение и для исследования патогенеза различных психических расстройств, в том числе такого, как шизофрения.

В рамках фМРТ-исследований часто используют задачу на избирательное внимание — парадигму oddball, которая заключается в предъявлении двух видов стимулов с инструкцией реагировать только на один из них (такой тип стимулов называется целевыми) и игнорировать другой тип стимулов, называемых нецелевыми.

р9

Предъявление чередующихся целевых и нецелевых стимулов позволяет выявить области мозга, активация которых соотносится по времени с предъявлением каждого вида стимулов. Появляется возможность определить локусы, активирующиеся при правильных ответах, отделить их от областей, связанных с ошибками, и установить связи между активацией мозга и работой. Исследуя больных в начальной стадии шизофрении и соответствующих им по возрасту и полу продромов и нормальных испытуемых, мы предъявили следующее задание: нажимать на кнопку большим пальцем правой руки, когда в наушниках появляется звук (целевой стимул), при отсутствии звука на кнопку не нажимать. На рис. 9 представлена аксиальная проекция типичных данных объемного гемоди-намического ответа (ГО) на предъявление звуковых стимулов. Можно видеть, что наиболее выраженными зонами активации ГО являются зоны слуховой и моторной коры, область префронтальной коры активирована значительно слабее. Анализ BOLD-сигнала позволил выявить временную зависимость относительной концентрации dHb в условиях предъявления нагрузки в наиболее активированной зоне — премоторной коре.

График функции ГО в зоне, ответственной за активацию движений большого пальца правой руки, представлен на рис. 10.

р10

Вид функции ГО для групп больных шизофренией, продромов и нормы одинаков: максимум наблюдается на 6-ой секунде, к 10 секундам значения возвращаются к исходным. Временной задержки ГО у больных по сравнению с нормой не наблюдается, но амплитуда BOLD-сигнала на 4-8-й секундах в группе больных шизофренией достоверно ниже, чем у нормы. Группа продромов лежит между нормой и группой шизофрении с максимумом ФГО, достоверно не отличающимся ни от нормы, ни от больных шизофренией. Можно ожидать, что увеличение размеров выборок позволит достоверно различить величину максимума ФГО для продромов, нормы и больных на ранней стадии шизофрении.

На основании исследования функции ГО на целевые стимулы можно заключить, что в зоне моторной коры у больных в состоянии ремиссии на ранней стадии шизофрении достоверно снижена амплитуда BOLD-сигнала при неизменных временных характеристиках и виде функции ГО.

Как правило, флуктуации BOLD-сигнала рассматривают как отражение изменения активности соответствующих нейрональных сетей, и с этой точки зрения результаты свидетельствуют о снижении данной активности вследствие, возможно, ее десинхронизации в моторной коре при шизофрении.

В основе функциональных нарушений лежат сдвиги в метаболизме. Поэтому полученные данные важно рассмотреть именно с точки зрения изменений обменных процессов при совершении мозгом работы. Характеристикой ответа на эту работу является функция ГО. Известно, что в норме ГО пропорционален уровню потребляемой мозгом глюкозы. По данным, скорость потребления глюкозы коррелирует с ГО на одиночные слуховые стимулы в парадигме oddball у пациентов после первого приступа шизофрении в лобной и височной коре. Учитывая эти данные, можно полагать, что обнаруженное в нашем исследовании изменение амплитуды функции ГО на целевые стимулы указывает на изменение скорости потребления глюкозы в моторной коре больных при предъявлении целевого стимула.

Итак, с помощью фМРТ мы локализовали зону моторной коры, в которой при нагрузке изменяется (Hb)/(dHb). Измеряя интенсивность сигнала NAA в зоне активации в динамике после предъявления целевого стимула, можно оценить, как меняется активность митохондрий нейронов в этом периоде. Мы разработали методику, которая позволяет получать спектры и измерять амплитуду функции ГО при нагрузке в одних и тех же временных точках. Для нормы расчет концентраций метаболитов в динамике показал, что в пределах ошибок для всех соединений, за исключением NAA, концентрации постоянны. Динамика спектральных показателей у тех же пациентов в тех же временных точках без предъявления нагрузки, т.е. в состоянии покоя, отсутствует: концентрации всех метаболитов постоянны.

р11

На рис. 11 представлена динамика NAA для нормы и у больных на ранней стадии шизофрении. В норме NAA в пределах ошибки измерений представляет собой плато вплоть до 9-й секунды, на 12-й секунде NAA достоверно снижается. В отличие от нормы в группе больных NAA имеет постоянные значения в течение всего периода наблюдения. Отсутствие у больных динамики показателя активности митохондрий нейронов NAA и сниженное по сравнению с нормой потребление глюкозы при нагрузке, о чем свидетельствует сниженная амплитуда ФГО, указывают на неэффективность энергетического обмена коры в динамике нагрузки при шизофрении.

Отсутствие изменений (NAA) у больных в динамике нагрузки может быть следствием сниженной активности аспартоацилазы (ASPA). Фермент гидролизует NAA до ацетилкоэнзима A (AcCoA) и аспартата и, согласно последним данным, экспрессируется не только в олигодендроцитах, но и в аксонах. Следовательно, обнаруженное нами в норме обратимое снижение NAA при нагрузке может указывать на функцию NAA как соединение, депонирующее Ac-CoA и высвобождающее его для пополнения энергозатрат при нагрузке. У больных шизофренией постоянство (NAA) в динамике нагрузки указывает на потерю этой функции NAA. Следствием может быть нарушение энергетического обмена коры при нагрузке.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также