Использование современных методов нейровизуализации, в том числе функциональной магнитно-резонансной (фМРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), для изучения патогенеза рассеянного склероза (РС) способствовало трансформации представлений о природе заболевания: показано развитие атрофии, диффузных процессов, проявляющихся независимо от очагового демиелинизирующего процесса [1], описаны функционально значимые изменения серого вещества, биохимические изменения.

Принцип ПЭТ основан на дифференциальной способности патологических и здоровых тканей поглощать энергию, что дает возможность визуализировать ход биологических процессов in vivo. Визуализация реализуется путем интеграции двух методик: анализа кинетики метки и компьютерной томографии. Анализ кинетики метки включает применение меченных радиоактивными изотопами биологически активных веществ и математических моделей, описывающих кинетику метки при ее вовлечении в биологический процесс. Измерение концентрации метки в ткани, необходимое для математической модели, производится ПЭТ-сканером. Результатом является трехмерное изображение анатомического распределения исследуемого биологического процесса. Меченные радиоизотопами метки и метод анализа кинетики метки используются для количественной оценки таких процессов, как кровоток, мембранный транспорт, метаболизм, синтез, лиганд-рецепторные взаимодействия, для картирования аксональных зон проецирования антероградной и ретроградной диффузии, регистрации моментов клеточного деления, маркерного анализа с использованием метода рекомбинантной ДНК, радиоиммунного анализа, исследования взаимодействия препаратов с химическими системами организма. Методика использования меток продолжает оставаться одной из самых чувствительных и широко используемых для анализа состояния биологических систем. ПЭТ с применением различных трейсеров связывает воедино точные и клинические науки благодаря общности методов и решаемых задач. Например, применение в качестве трейсера кобальта (Со-55) позволяет оценивать состояние гематоэнцефалического барьера, а уровень мозгового кровотока исследуется при применении меченой воды. Одним из основных источников энергии для жизнедеятельности клеток мозга является глюкоза, поэтому измерение регионарной церебральной скорости метаболизма глюкозы (рСМГ) имеет важное значение для определения функциональной активности мозговой ткани [2]. Благодаря малому периоду полураспада, метод ПЭТ обладает высокой чувствительностью и позволяет детектировать исключительно малое количество радиотрейсера [3].

С помощью ПЭТ возможно оценить изменение функциональной активности корковых и подкорковых структур у больных РС на ранних этапах развития заболевания. Изучены компенсаторные перестройки функциональной активности в некоторых областях коры. Компенсаторное расширение коркового представительства обеспечения функции описано как при использовании ПЭТ, так и фМРТ [4].

Полученные данные могут быть применены для создания новых методик двигательной и психологической реабилитации.

Главной задачей исследования механизмов развития диффузных изменений и атрофии с помощью ПЭТ является создание новых трейсеров, способных на молекулярном (цитокины) и клеточном (глиальные и нейрональные клетки) уровнях дать топическое — привязанное к конкретным структурам и тканям — представление об иммунопатологическом процессе.

В 2013—2015 гг. на конгрессах Европейского комитета по исследованиям и лечению РС было представлено несколько докладов, посвященных применению ПЭТ. Весьма актуальным был доклад L. Airas и соавт. [5], подготовленный в Оксфорде (Великобритания), «Уменьшение активации микроглии после лечения FTY720 (по данным ПЭТ)». Моделируя очаговое поражение мозга крыс, изучили c помощью ПЭТ степень активации микроглии, связанной с демиелинизацией.

Известно, что нормально выглядящее белое и серое вещества являются важными звеньями повреждения нейронов и активации микроглии при прогрессировании Р.С. Применение ПЭТ позволяет прижизненно визуализировать активированные клетки микроглии при демиелинизирующих поражениях, а также в областях мозга, выглядящих нормальными при проведении обычной МРТ. L. Airas и соавт. использовали модель экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита для оценки степени активации микроглии при хроническом воспалении и в ответ на противовоспалительное лечение. Для моделирования экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита выполнялась интрастриатально инъекция убитых нагреванием BCG (бацилла Кальметта—Герена), что вызывало реакцию гиперчувствительности замедленного типа в одном полушарии. Животным вводили финголимод (0,3 мг/кг/р/день, 0,5 мл) и воду (0,5 мл) перорально через желудочный зонд. В первом эксперименте (n=3 в группе) животные подвергались лечению в течение 14—60 дней после повреждения. В дальнейшем исследовании (n=7 в группе) период лечения составлял от 21 до 127 дней после индукции поражения. Животные были обследованы в естественных условиях до и после лечения. В дополнение к этому была выполнена ауторадиография после умерщвления животных. Иммуноокрашивание проводили для того, чтобы оценить масштабы нейровоспаления, присутствующего в ЦНС. Важно отметить, что лечение финголимодом приводит к уменьшенной активации микроглии, которая может быть продемонстрирована с использованием ПЭТ.

B. Bodini и соавт. совместно с M. Veronese и соавт. [6] проводили ПЭТ с [11C]-PIB (тиофламина дериват 2-(4’-метиламинофенил)-6-гидроксибензотиазол [11C]). Целью исследования было дать количественную оценку содержания миелина белого вещества у больных активным РС с помощью ПЭТ и МРТ 3,0 Тл. Были обследованы 12 больных РС и 9 здоровых из контрольной группы, идентичных по возрасту и полу. Результаты исследования подтверждают, что [11C]-PIB имеет высокий потенциал для количественного определения и мониторинга потери восстановления миелина при РС.

Воспалительные миелиты представляют 54,4% острой и подострой некомпрессивной миелопатии. J. Orgeval и соавт. [7] проводили сравнение ПЭТ и МРТ при острых и подострых миелитах. Многоцентровое проспективное исследование было проведено в период с октября 2012 г. по май 2013 г. Критерии включения: клинический диагноз миелит, согласно ранее опубликованным критериям с появлением симптомов менее чем 3 мес. Критериями исключения были беременность, недавнее лечение кортикостероидами (ложный отрицательный ФДГ—ПЭТ), текущая инфекция и предыдущие радиотерапии/химиотерапии. Все пациенты прошли ПЭТ с ФДГ и МРТ спинного мозга с гадолинием. В исследование были включены 13 пациентов, 6 женщин и 7 мужчин, в возрасте 21—61 года (средний — 36,8 года). Дебют заболевания с чувствительных нарушений был у 61,5%, двигательных — 76,9%, дисфункция сфинктера встречалась у 15,4% больных. Причиной миелита был РС у 38,5% пациентов, нейросаркоидоз у 1 (7,7%) и не установлен в 7 (53,8%) случаях. Ни у одного пациента не было выявлено нормы при проведении МРТ спинного мозга (1,5—3 Тл) (n=13/13). Те или иные нарушения встречались у 84,6% пациентов на шейном уровне, у 69,2% — на грудном или поясничном. Гадолиний накапливался у 76,9% пациентов. Изменения ПЭТ были выявлены в 100% (n=13/13). Результаты исследования показывают, что ПЭТ обладает большей по сравнению с МРТ чувствительностью для определения миелитов.

Исследования с флумазенилом были представлены в нескольких работах. Флумазенил (FMZ) — конкурентный антагонист бензодиазепинов, может быть использован в ПЭТ для прижизненной оценки повреждения нейронов. В клинике флумазенил используется для устранения центральных эффектов бензодиазепинов, в том числе при выведении из наркоза, дифференциальной диагностике при потере сознания неизвестной этиологии.

В исследовании T. Soulier и соавт. [8] проверили гипотезу, что ПЭТ с [11C]-FMZ может выявить увеличение повреждения нейронов среди корковых очагов, видимых на DIR-последовательности МРТ, по сравнению с нормально выглядящим серым веществом. Были обследованы 7 пациентов с ремиттирующим РС с короткой длительностью заболевания (в среднем 23 мес). Они прошли обследование ПЭТ с [11С]-FMZ, а также 3,0 Тл МРТ, которая включала 3D-, T1- и DIR-последовательности. Это исследование показало, что значительный уровень повреждения нейронов, отраженный снижением [11C]-FMZ, происходит в DIR-видимых корковых зонах на ранних стадиях болезни.

Для определения локализации повреждения нейронов в корковом сером веществе, L. Freeman и соавт. [9] обследовали больных РС при помощи ПЭТ с использованием [11С]-FMZ. Данные, полученные при обследовании 8 здоровых, были сопоставлены с данными 18 пациентов с РС (9 пациентов с прогрессирующим и 9 с рецидивирующим типом течения). Всем исследуемым проводили ПЭТ с помощью [11C]-FMZ и МРТ головного мозга на томографе мощностью 1,5 Tл. Существенные изменения были обнаружены уже на ранней стадии болезни. Исследования толщины коры головного мозга показали утончение в правой средней височной области и отсутствие атрофии в верхней височной коре. Таким образом, повреждение нейронов коры головного мозга является широкораспространенным явлением при РС, начинается на ранних стадиях заболевания, до обнаружения атрофии. Использование ПЭТ с [11С]-FMZ оказывается перспективным и чувствительным количественным показателем для оценки и локализации нейронального субстрата патологии серого вещества при РС.

Нейропатологические исследования при РС доказывают диффузное поражение коры, глубокого серого вещества и нормально выглядящего белого вещества, которое может быть ассоциировано с нейродегенерацией и прогрессированием заболевания. Для визуализации этих изменений E. Herranz и соавт. [10] использовали радиотрейсер 11C-PBR28. В сравнении с контролем было выявлено повышение уровня радиофармпрепарата в таламусах (p=0,003), гиппокампе (p=0,04), нормально выглядящем белом веществе (p=0,04), кортикальных очагах (~51%, p=0,01) и глубоком сером веществе (таламусы: ~56%, p=0,005; гиппокамп: ~35%, p=0,001; скорлупа: ~29%, p=0,004; хвостатое ядро: ~22%, p=0,01). Высокое накопление трейсера было также выявлено в нормально выглядящем белом веществе, в то время как повышение накопления трейсера в очагах в белом веществе было умеренным. У больных РС было выявлено снижение толщины коры головного мозга и объема таламусов в сравнении с контролем [10]. Таким образом, 11C-PBR28 ПЭТ in vivo показывает, что диффузная активация при РС наиболее тесно связана с нейродегенерацией.

Активация микроглии считается ключевым шагом в ответ на повреждение в ЦНС. При Р.С. активированная микроглия обнаруживается не только в очагах демиелинизации, но также и в нормально выглядящем белом веществе, особенно при прогрессировании заболевания. E. Rissanen и соавт. [11] для измерения активации микроглии in vivo использовали ПЭТ и радиолиганды — [11C]PK11195. Были обследованы 10 пациентов с вторично-прогрессирующим РС, 10 — с РРРС и 8 из группы контроля. Для оценки структурных повреждений нормально выглядящего белого вещества и трактов была проведена диффузионно-тензорная МРТ. Уровень [11C]PK11195 был значительно повышен в периочаговом белом веществе при прогрессирующем типе течения РС, в сравнении с ремиттирующим типом течения Р.С. Повышение уровня трейсера в периочаговом белом веществе и нормально выглядящем белом веществе коррелировало с клинической симптоматикой (повышение балла по шкале EDSS). Таким образом, по мнению авторов, ПЭТ-радиотрейсер может быть использован как биомаркер диффузно нейровоспалительных изменений, связанных с прогрессированием РС [11].

В Институте мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН был проведен сравнительный анализ результатов изменений когнитивных нарушений (КН), скорости метаболизма глюкозы (СМГ) у пациентов, разделенных по типу течения РС с одинаковой степенью инвалидизации.

ПЭТ-обследование головного мозга проводили в лаборатории нейровизуализации на томографе PC2048−15B («Scanditronix», Швеция), позволяющем одновременно получать 15 аксиальных изображений объекта с пространственным разрешением 6,5 мм во всех трех плоскостях, с применением в качестве трейсера 18F-фтордезоксиглюкозы (ФДГ), синтезированной в лаборатории радиохимии Института мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН.

Оценку полученных изображений осуществляли по срезам толщиной 5 мм (шаг томографа 5 мм) в трех проекциях (аксиальная, фронтальная и сагиттальная) визуальным и полуколичественным методами. Все ПЭТ-исследования осуществляли в состоянии спокойного бодрствования при минимальном уровне шума и приглушенном свете. Сканирование, длительность которого составляла 20 мин, начиналось через 30—40 мин после внутривенного введения радиофармпрепарата (18F-фтордезоксиглюкоза).

Относительной оценкой СМГ служили региональные значения накопленной активности ФДГ, нормализованные на среднее значение активности, накопленной во всем мозге [12]. Измерения абсолютных значений СМГ, выраженных в ммоль на 100 г ткани в 1 мин, не проводились, поскольку требуют дополнительного измерения активности ФДГ в плазме артериализованной венозной крови и значительно осложняют исследование [13]. Относительные значения СМГ рассчитывались в 64 стандартных областях, следующих анатомо-функциональному строению мозга согласно стереотаксическому атласу [14].

Одним из наиболее часто встречающихся симптомов поражения ЦНС у больных РС являются К.Н. При этом сами пациенты либо никаких жалоб не предъявляют, либо отмечают в ряде случаев «умственную утомляемость». В последние годы изучение патогенеза РС, особенно механизмов развития КН с помощью современных методов нейровизуализации, в том числе фМРТ и ПЭТ, способствовало изменению представлений о заболевании: получены данные о связи КН как с очаговыми, так и с диффузными атрофическими повреждениями головного мозга [15]. Однако до сих пор не выявлено, какие повреждения головного мозга являются первичными в развитии когнитивного дефицита при РС, что диктует необходимость исследований ультраструктурных повреждений и изменений функциональной активности различных зон белого и серого вещества мозга.

Для оценки выраженности КН в структуре неврологических симптомов и выявления связи с изменениями СМГ в сером веществе головного мозга были обследованы 73 пациента с РРС и ВПРС.

В ряде случаев отмечалось быстрое прогрессирование КН при относительно невысоком балле по шкале EDSS. При сравнительном анализе выраженности КН (по результатам различных тестов) в группах пациентов с разными и степенью инвалидизации, и типами течения выявлено, что даже на ранней стадии инвалидизации более чем у половины пациентов наблюдаются КН, что говорит о независимости процессов возникновения неврологических и КН у больных РС.

При одинаковом умеренном уровне инвалидизации (от 3 до 6 баллов по шкале EDSS) в группе больных с прогрессирующими типами течения РС уровень СМГ значимо (p<0,05) ниже, чем у больных с РРС, в верхних отделах теменной доли, парагиппокампальной извилине и выше в области латеральной части пре- и постцентральной извилины слева. Выявленное нами относительное повышение СМГ в области латеральной части пре- и постцентральной извилины слева, развивающееся по мере прогрессирования заболевания, вероятнее всего носит компенсаторный характер.

При сравнительном анализе изменений КН в группах больных с умеренной инвалидизацией выявлены более значимые нарушения у больных с прогрессирующими типами течения заболевания. На поздних этапах заболевания характерно отсутствие значимых корреляций между СМГ, КН и неврологическими нарушениями, а также значимой разницы между уровнями СМГ для пациентов с РРС и ПРС. При достижении EDSS>6 баллов наблюдаются срыв компенсаторных механизмов и нивелирование отличий, связанных с типом течения РС.

Таким образом, ПЭТ может быть использована для дифференциальной диагностики сложных форм заболевания, на ранних стадиях РС, для оценки эффективности лечения, в том числе при К.Н. Клинически значимо использование ПЭТ и фМРТ для дифференциальной диагностики РС с псевдотуморозным типом течения.

В отличие от фМРТ ПЭТ позволяет проводить обследование у больных в состоянии оперативного покоя, что дает возможность включать в исследование глубоко инвалидизированных больных, больных с кардиостимулятором, кровоостанавливающими клипсами сосудов ГМ.

ПЭТ обеспечивает возможность исследований ультраструктурных повреждений и изменений функциональной активности различных зон серого вещества мозга, активно используется в эксперименте и клинике для нейровизуализации патогенетических процессов в ЦНС при РС и его моделях.

Особое преимущество ПЭТ заключается в ее способности оценивать состояние нейрохимических систем (нейро- и иммунотрансмиттеры), что может использоваться для дальнейшего изучения механизмов развития РС.