Modele de alterare structurală a creierului în BPOC cu diferite niveluri ale funcției pulmonare
Abstract
fundal
Să exploreze modelele de alterare structurală a creierului la pacienții cu boală pulmonară obstructivă cronică (BPOC) cu niveluri diferite de afectare a funcției pulmonare și asocierile acestor modele cu deficite funcționale cognitive folosind morfometrie bazată pe voxel (VBM) și statistici spațiale bazate pe tract (TBSS) analize bazate pe RMN structural de înaltă rezoluție și imagistică tensorică de difuzie (DTI).
Metode
Un total de 115 participanți cu mâna dreaptă (26 pacienți cu BPOC severă, 29 moderată și 29 ușoară și un grup de comparație de 31 de persoane fără BPOC) au finalizat testele funcției cognitive (Montreal Cognitive Assessment [MoCA]) și a funcției pulmonare (volum expirator forțat în 1 s [FEV1]) și a fost supus scanării RMN. Analizele VBM și TBSS au fost utilizate pentru a identifica modificările densității substanței gri (GMD) și integrității substanței albe (WM) la pacienții cu BPOC. În plus, s-au efectuat analize de corelație între aceste modificări ale parametrilor imagistici și deficiențele funcționale cognitive și pulmonare.
Rezultate
Nu a existat nicio diferență semnificativă în structura creierului între grupurile de comparație și pacienții cu BPOC ușoară. Pacienții cu BPOC moderată au avut atrofie a girusului frontal mediu stâng și a părții operculare drepte/a părții triunghiulare a girusului frontal inferior, iar modificările WM au fost prezente în principal în coroana radiată superioară și posterioară, corpul calos și cingulul. Pacienții cu BPOC severă au prezentat cele mai extinse modificări ale GMD și WM. Unele modificări ale substanței cenușii (GM) și WM au fost corelate cu scorurile MoCA și FEV1.
Concluzii
Aceste descoperiri sugerează că pacienții cu BPOC prezintă afectări structurale progresive atât în GM, cât și în WM, împreună cu niveluri afectate ale funcției pulmonare, subliniind importanța intervențiilor clinice timpurii.
fundal
Boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC) este un sindrom de restricție cronică progresivă a fluxului de aer care este adesea însoțit de o varietate de complicații extrapulmonare. Disfuncția sistemului nervos central este o astfel de complicație extrapulmonară [1]. Dag și colab. [2] și López-Torres și colab. [3] au arătat că funcția cognitivă este redusă la pacienții cu BPOC; Yin și colab. [4] a constatat că afectarea cognitivă la pacienții cu BPOC nu diferă semnificativ în funcție de sex, regiune, nivel educațional, starea de fumat sau consumul de alcool. Mecanismul afectării cognitive legate de BPOC poate fi asociat cu afectarea neurologică indusă de hipoxie [5], obstrucția căilor respiratorii (măsurată prin volumul expirator forțat în 1 s [FEV1]) [6] și mediatori inflamatori [7, 8]. Cu toate acestea, studiile pe această temă au sugerat doar o asociere, mai degrabă decât o legătură cauzală [9]; mecanismele patologiei creierului și ale afectării cognitive sunt susceptibile de a fi complexe și multifactoriale [10] și nu sunt bine înțelese.
Până în prezent, studiile de neuroimagistică au descoperit modificări ale structurii creierului, metabolismului și funcției la pacienții cu BPOC. Ortapamuk și colab. [11] a constatat că perfuzia fluxului sanguin în lobii frontali și parietali ai pacienților cu BPOC a fost semnificativ redusă la SPECT. Studiile anterioare au arătat că sarcina și stările de repaus ale rețelelor prefrontale ale pacienților cu BPOC pot fi determinate prin studii de rezonanță magnetică funcțională (RMN) și s-a constatat activarea anormală a mai multor regiuni cerebrale [12, 13]. Zhang și colab. a constatat că substanța cenușie (GM) a pacienților cu BPOC variază în multe regiuni ale creierului, cum ar fi sistemul limbic și cel paralimbic [14]. În plus, leziunea difuză a fost găsită la substanța albă (WM) la pacienții cu BPOC stabilă [15].
Studiile neuroanatomice anterioare la pacienții cu BPOC s-au bazat în principal pe clasificarea saturației de oxigen [16]. Severitatea bolii a fost stratificată prin saturația de oxigen, dimensiunea eșantionului a fost relativ mică, iar gama de daune în WM a fost reflectată doar de valoarea anizotropiei fracționate (FA), care nu este suficient de cuprinzătoare [15], introducând astfel o prejudecată în rezultatele. Ghidurile inițiativei globale pentru boli pulmonare obstructive cronice (GOLD) recomandă clasificarea severității BPOC pe baza funcției pulmonare (măsurată prin FEV1) [17], mai degrabă decât a saturației de oxigen. În studiul de față, am folosit o dimensiune a eșantionului mai mare decât studiile anterioare și am împărțit pacienții în mai multe subgrupuri pe baza funcției pulmonare. Scopul acestui studiu a fost explorarea tiparelor de alterare structurală a creierului la pacienții cu BPOC cu niveluri diferite de afectare a funcției pulmonare și asocierile acestor tipare cu deficite de funcție cognitivă. Am emis ipoteza că pacienții cu BPOC ar prezenta diferite grade de deficiențe structurale atât în GM, cât și în WM în funcție de nivelurile funcției pulmonare și că aceste deficiențe structurale ar fi corelate cu deficite funcționale cognitive.
Metode
Subiecte
Un total de 115 persoane cu mâna dreaptă (26 pacienți cu BPOC severă, 29 moderată și 29 ușoară și un grup de comparație de 31 de persoane fără BPOC) au participat la studiu. Grupul de comparație a fost alcătuit în totalitate din voluntari din comunitate, iar pacienții cu BPOC au fost recrutați din Clinica pulmonară și din secția de internare a primului spital afiliat din Anhui Medical University din martie 2013 până în decembrie 2016. BPOC a fost diagnosticată și clasificată în funcție de GOLD 2013 liniile directoare [17]. Criteriile de excludere au fost următoarele: (1) alte boli pulmonare; (2) comorbidități, cum ar fi complicații vasculare ale diabetului, insuficiență hepatică, boli cardiovasculare, boli neurologice, tumori maligne, apnee obstructivă în somn sau alte boli cunoscute că afectează cunoașterea; (3) 80 mmHg; hipoxia ușoară a fost definită ca 60 mmHg
94%; hipoxia ușoară a fost definită ca 90% ≤ SaO2 ≤ 94% [19].
Pacienții au fost supuși unui test standardizat al funcției pulmonare utilizând un dispozitiv spirometru uscat în decurs de 24 de ore înainte de scanarea RM (Erich Jaeger GmbH, Hoechberg, Germania), la 15 minute după inhalarea a 400 μg de salbutamol (Ventolin; GlaxoSmithKline; Londra, Marea Britanie); au fost înregistrate capacitatea vitală forțată (FVC), FEV1 și raportul FEV1/FVC. Pentru pacienții cu raporturi FEV1/FVC Tabelul 1 Caracteristicile demografice și clinice ale participanților
Analiza VBM
Atrofia GM a fost evaluată cu VBM modulat folosind Maparea Parametrică Statistică 12 (SPM12, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12) [25]. Datele structurale 3D au fost segmentate în GM, WM și lichid cefalorahidian folosind software-ul VBM12, iar imaginile GM aliniate la Procrustes au fost generate de o transformare rigidă. Aceste componente au fost normalizate în spațiul standard al Institutului Neurologic din Montreal prin înregistrări afine și neliniare și înregistrarea anatomică difeomorfă utilizând algoritmul algebrei Lie exponențiat. SPM12 a fost folosit pentru a netezi imaginile cu un nucleu gaussian de 8 mm. Un test F a fost utilizat pentru a identifica inițial zonele modificate genetic care diferă între cele patru grupuri și s-au efectuat analize post hoc pentru a căuta diferențele perechi între grupuri (severă vs comparație, moderată vs comparație, ușoară vs comparație, severă vs moderată, etc.). Nivelul de semnificație a fost stabilit la 30 de voxeli [26], iar corecția erorii familiale (FWE) a fost aplicată pentru comparații multiple. Analizele au fost ajustate în funcție de vârstă, sex, nivel de educație, indicele de masă corporală (IMC), starea fumatului, indicele fumatului și scorurile WMH.