Диффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография в диагностике нейродегенеративных изменений зрительного пути при глаукоме

Глаукома — одна из наиболее важных медико-социальных проблем офтальмологии. В России доля глаукомы в нозологической структуре слепоты и слабовидения возросла за 5 лет с 14 до 29% [1]. Столь угрожающая статистика свидетельствует о серьезных трудностях, связанных с пониманием природы глаукомы, а следовательно с диагностикой и лечением этого заболевания.

Ключевым моментом развития глаукомной оптической нейропатии является гибель ганглиозных клеток сетчатки (ГКС) и их аксонов под действием повышенного внутриглазного давления [2]. Около 70% волокон зрительного тракта, формируя ретиногеникулярные пути, заканчиваются в наружном коленчатом теле (НКТ). Таким образом, можно предположить, что НКТ и первичная зрительная кора также вовлечены в патологический процесс. По данным литературы и результатам наших собственных исследований, при глаукоме маркеры нейродегенерации обнаруживаются в центральных отделах зрительного анализатора [3—6].

In vivo атрофию зрительных путей можно диагностировать с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). В литературе приводятся данные об уменьшении диаметра ретробульбарной части зрительного нерва у пациентов с глаукомой [7—8]. Также описаны атрофические изменения НКТ [9], уменьшение плотности серого вещества мозга в затылочной области, коррелирующее с результатами статической периметрии [10].

Оценить состояние ретробульбарной части зрительного нерва, зрительной лучистости, НКТ и зрительной коры у пациентов с глаукомой стало возможным с появлением методики диффузионно-тензорной магнитно-резонансной томографии (ДТ МРТ). Этот метод нашел широкое применение в диагностике рассеянного склероза [11, 12], инсультов различной локализации [13], болезни Альцгеймера [14]. Основан он на измерении величины и направления диффузии молекул воды в веществе мозга. ДТ МРТ позволяет провести количественную оценку состояния проводящих путей головного мозга, а также создать их трехмерную реконструкцию, обнаружить и определить повреждение волокон белого вещества. Основным параметром, получаемым при ДТ МРТ, является фракционная анизотропия (ФА) — величина, отражающая «направленную» организацию структур головного мозга и их целостность [12].

Исследуя зрительный нерв методом ДТ МРТ в эксперименте на крысах в 2007 г., Е. Hui показал уменьшение ФА в случае с глаукомой [15]. Примечательно, что гистологическое исследование подтвердило уменьшение количества аксонов ГКС в зрительном нерве в препаратах пораженного глаза. По данным современной литературы, при проведении ДТ МРТ у пациентов с глаукомой по сравнению с результатами в группе контроля отмечено уменьшение параметра ФА в области зрительного нерва, НКТ и зрительной лучистости [16—20]. В работе F. Garaci [18] была установлена обратная корреляция параметра ФА и стадии глаукомы. В исследовании G. Michelson [19] доказана достоверная корреляция толщины перипапиллярных нервных волокон и Ф.А. Таким образом, изменение индексов ДТ МРТ у пациентов с глаукомой может свидетельствовать об аксональной дегенерации на уровне центральной нервной системы (ЦНС) и атрофии проводящих путей зрительного анализатора.

Однако на настоящий момент нет убедительных данных о соответствии изменений в ЦНС, определяемых с помощью МРТ, структурным и функциональным изменениям сетчатки и зрительного нерва у больных с глаукомой.

Цель настоящей работы — изучение нейродегенеративных изменений НКТ и зрительной лучистости при глаукоме с помощью метода ДТ МРТ.

В клиническое исследование вошли 16 пациентов в возрасте от 61 до 78 лет (средний возраст 72 года), которые были разделены на 2 группы по нозологическому принципу. В основную группу включены 12 пациентов с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ) различных стадий, в группу контроля — 4 пациента без офтальмологической патологии. Клинико-демографическая характеристика пациентов представлена в табл. 1. МРТ выполняли на магнитно-резонансном томографе Magnetom Avanto («Siemens», Германия) с величиной индукции магнитного поля 1,5 Тл.

Все стандартные исследования проводили в аксиальной и сагиттальной плоскостях с толщиной срезов 5 мм и межсрезовым интервалом 1,5 мм. Обследование головного мозга включало в себя как стандартные (T1, T2, MPR), так и специальные режимы (диффузионно-взвешенные изображения с построением карт дифузионно-тензорной трактографии). Полученные данные переносили на рабочую станцию Syngo Siemens, где на сгенерированных картах фракционной анизотропии у каждого больного вручную были выделены симметричные области интереса, соответствующие расположению НКТ и зрительной лучистости. Полученные таким методом значения ФА при трехкратном выделении у одного пациента имели сильный разброс. Учитывая небольшую группу исследования и недостоверность получаемых данных, перед нами встала задача разработки метода объективной оценки ФА у пациентов с ПОУГ.

В НИИ глазных болезней была разработана собственная программа по обработке данных ДТ МРТ «Анализатор фракционной анизотропии». Программа автоматически по характеру вокселей в аксиальной проекции распознает зону, имеющую преимущественно дорсовентральную направленность. Исследователь грубо задает границы протяженности исследуемого объекта. После этого программа выделяет ряд профилей, поперечных к исследуемой структуре (X1, X2, X3 … Xn), и находит в каждом профиле воксель с максимальным значением абсолютной анизотропии. Совокупность выявленных в каждом профиле вокселей используется для статистического описания ФА всего объекта.

В конечном итоге значения ФА и ΔФA, определяемые в трех срезах (12, 13 и 14) для НКТ и зрительной лучистости каждого из полушарий, заносили в таблицу Microsoft Exel 2010 и проводили статистическую обработку.

Всем пациентам выполняли статическую автоматическую периметрию (САП) на анализаторе полей зрения Humphrey Visual Field Analyzer II (HFA II) 750 i («Carl Zeiss», Германия) по пороговым программам 30−2 и 60−4. Морфометрические параметры зрительного нерва вычисляли с помощью лазерной сканирующей ретинотомографии на аппарате HRT III. Также выполняли оптическую когерентную томографию (ОКТ) сетчатки и зрительного нерва на аппарате RTVue — 100 («Optovue», США), используя протоколы MM5, GCC, ONH и RNFL.

Статистический анализ и оценку получаемых результатов проводили с помощью программы Statistica 8.0. При сравнении двух независимых групп по количественному признаку использовали U-критерий Манна—Уитни. Взаимосвязи между показателями оценивали с помощью рангового анализа корреляции двух признаков по Спирмену.

С использованием разработанной нами программы «Анализатор фракционной анизотропии» были вычислены 2 параметра: ФА и изменчивость ФА (ΔФA) для правого и левого НКТ и зрительной лучистости в трех срезах (12, 13 и 14). Уменьшение Ф.А. и увеличение ΔФA расценивали как критерии нарушения целостности проводящих путей вследствие нарушения аксонального транспорта.

При статистической обработке полученных данных было выявлено достоверное снижение ФА в нижнем срезе (ФA 14) у пациентов с глаукомой по сравнению с аналогичным показателем в группе контроля (медианы значений 0,74 и 0,77 соответственно, р<0,01, критерий Манна—Уитни) (см. рисунок).

Был произведен попарный корреляционный анализ во всех срезах раздельно для каждого глаза. В качестве весового параметра, показывающего среднюю значимость связей, были взяты средние абсолютные значения корреляции по Пирсону для структур мозга со всеми морфометрическими параметрами. При сопоставлении результатов ДТ МРТ и данных офтальмологического обследования (статическая периметрия, HRT, ОКТ) нами была выявлена следующая закономерность: ФA и ΔФA, измеренные в среднем срезе каждого из полушарий (ФА 13 и ΔФA 13), коррелировали с показателями ипсилатерального глаза; ФA и ΔФA, измеренные в нижнем срезе каждого из полушарий (ФA 14 и ΔФA 14), коррелировали с показателями контралатерального глаза. Обнаруженные закономерности позволили нам говорить о топографии перекрещенных и неперекрещенных волокон зрительного тракта в НКТ и зрительной лучистости по результатам ДТ МРТ и ожидать соответствующей взаимосвязи морфофункциональных, морфометрических параметров сетчатки и зрительного нерва и параметров ДТ МРТ.

При проведении корреляционного анализа Спирмена была установлена средняя и сильная значимая корреляция ΔФA 14 и стадии глаукомы, средней толщины комплекса ГКС (GCC Average), индексов FLV и GLV, толщины перипапиллярных нервных волокон (RNFL Average) (по данным ОКТ), площади НРП (по данным HRT), индексов MD и PSD (по данным САП). Результаты приведены в табл. 2 и 3 для правого и левого глаза соответственно.

Таким образом, можно говорить о статистически достоверной связи параметра ΔФА, определяемого с помощью ДТ МРТ, и морфометрических, морфофункциональных параметров, определяемых с помощью HRT, ОКТ и САП при глаукоме. Высокая корреляция между параметром ΔФA и стадией глаукомы свидетельствует о распространении нейродегенеративного процесса на зрительные центры при прогрессировании заболевания.

Снижение ФА наружного коленчатого тела и зрительной лучистости у пациентов с глаукомой можно расценивать как показатель аксональной дегенерации на уровне зрительных центров. Полученные нами высокая и средняя корреляции продольной изменчивости ФА и морфометрических, морфофункциональных параметров сетчатки и зрительного нерва служат подтверждением взаимосвязи изменений, происходящих на уровне глаза, и изменений, регистрируемых в зрительных центрах. Таким образом, с помощью ДТ МРТ in vivo можно определить распространение нейродегенеративного процесса на структуры ЦНС при прогрессировании глаукомы.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: В.Е., Л.П., И.Н.

Сбор и обработка материала: Л.П., В.Б.

Статистическая обработка: И.Н.

Написание текста: Л.П., И.Н.

Редактирование: В.Е.

Конфликт интересов отсутствует.