Воксель-ориентированная морфометрия при боковом амиотрофическом склерозе

Цель исследования – изучить изменения объема серого вещества (СВ) головного мозга с помощью воксель-ориентированной морфометрии (ВОМ) у пациентов с классическим боковым амиотрофическим склерозом (БАС) и пациентов с синдромом изолированного поражения нижнего мотонейрона (СИПНМ).

Материал и методы. В исследование были включены 30 пациентов с классическим БАС, 22 пациента с СИПНМ и23 сопоставимых по полу и возрасту здоровых добровольца. Всем участникам исследования проводилась МРТ головного мозга в режиме Т1-MPR (multiplanar reconstruction) с последующей обработкой (пространственная нормализация, сегментация и сглаживание). ВОМ использовалась для выявления различий в объеме СВ между группами.

Результаты. У пациентов с классическим БАС при сравнении с группой контроля выявлено статистически значимое уменьшение объема СВ в средней части левых пре- и постцентральных извилин, средней части правой прецентральной извилины, правой и левой затылочной долях. У пациентов с СИПНМ при сравнении с группой контроля статистически значимых изменений объема серого вещества выявлено не было. При сравнении с пациентами с СИПНМ у пациентов с классическим БАС обнаружено статистически значимое уменьшение объема СВ в средней части левых пре- и постцентральных извилин, верхней части левой прецентральной извилины, средней и верхней частях правой прецентральной извилины, правой и левой затылочной долях. Статистически значимой корреляционной связи между объемом СВ и клиническими данными у пациентов с классическим БАС и СИПНМ отмечено не было.

Заключение. Воксель-ориентированная морфометрия позволяет выявить уменьшение объема СВ в моторных и немоторных регионах головного мозга у пациентов с классическим БАС, но не у пациентов с СИПНМ.

боковой амиотрофический склероз, болезнь двигательного нейрона, магнитно-резонансная томография, нейровизуализация, воксель-ориентированная морфометрия, биомаркеры

1. Van Es M.A., Hardiman O., Chio A., Al-Chalabi A., Pasterkamp R.J., Veldink J.H. et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 2017; 390 (10107): 2084–98. DOI: 10.1016/S0140-6736(17)31287-4

2. Brooks B.R., Miller R.G., Swash M., Munsat T.L. World Federation of Neurology Research Group on Motor Neuron Diseases. El Escorial revisited: revised criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. Amyotroph. Lateral. Scler. Other. Motor. Neuron. Disord. 2000; 1 (5); 293–9.

3. Huynh W., Simon N.G., Grosskreutz J., Turner M.R., Vucic S., Kiernan M.C. Assessment of the upper motor neuron in amyotrophic lateral sclerosis. Clin. Neurophysiol. 2016; 127 (7): 2643–60. DOI: 10.1016/j.clinph.2016.04.025

4. Бакулин И.С., Червяков А.В., Кремнева Е.И., Коновалов Р.Н., Захарова М.Н. Структурная и функциональная нейровизуализация при боковом амиотрофическом склерозе. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2017; 11 (2): 72–82. DOI: 10.18454/ACEN.2017.2.11

5. Chio` A., Calvo A., Moglia C., Mazzini L., Mora G., PARALS study group. Phenotypic heterogeneity of amyotrophic lateral sclerosis: a population based study. J. Neurol.Neurosurg. Psychiatry. 2011; 82 (7): 740–6. DOI: 10.1136/jnnp.2010.235952

6. Swinnen B., Robberecht W. The phenotypic variability of amyotrophic lateral sclerosis. Nat. Rev. Neurol. 2014; 10 (11): 661–70. DOI: 10.1038/nrneurol.2014.184

7. Бакулин И.С., Закройщикова И.В., Супонева Н.А., Захарова М.Н. Боковой амиотрофический склероз: клиническая гетерогенность и подходы к классификации. Нервно-мышечные болезни. 2017; 7 (3): 10–20. DOI: 10.17650/22228721-2017-7-3-10-20

8. Turner M.R., Swash M. The expanding syndrome of amyotrophic lateral sclerosis: a clinical and molecular odyssey. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2015; 86 (6): 667–73. DOI: 10.1136/jnnp-2014308946

9. Chio` A., Pagani M., Agosta F., Calvo A., Cistaro A., Filippi M. Neuroimaging in amyotrophic lateral sclerosis: insights into structural and functional changes. Lancet Neurol. 2014; 13 (12): 1228–40. DOI: 10.1016/S14744422(14)70167-X

10. Pradat P.F., El Mendili M.M. Neuroimaging to investigate multisystem involvement and provide biomarkers in amyotrophic lateral sclerosis. Biomed. Res. Int. 2014; 2014: 467560. DOI: 10.1155/2014/467560

11. Пирадов М.А., Танашян М.М., Кротенкова М.В., Брюхов В.В., Кремнева Е.И., Коновалов Р.Н. Передовые технологии нейровизуализации. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2015; 9 (4): 11–8.

12. Whitwell J.L. Voxel-based morphometry: an automated technique for assessing structural changes in the brain. J. Neurosci. 2009; 29 (31): 9661–4. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2160-09.2009

13. Chen Z., Ma L. Grey matter volume changes over the whole brain in amyotrophic lateral sclerosis: a voxel-wise meta-analysis of voxel based morphometry studies. Amyotroph. Lateral. Scler. 2010; 11 (6): 549–54. DOI: 10.3109/17482968.2010.516265

14. Sheng L., Ma H., Zhong J., Shang H., Shi H., Pan P. Motor and extramotor gray matter atrophy in amyotrophic lateral sclerosis: quantitative meta-analyses of voxel-based morphometry studies. Neurobiol. Aging. 2015; 36 (12): 3288–99. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2015.08.018

15. Shen D., Cui L., Fang J., Cui B., Li D., Tai H. Voxel-Wise Meta-Analysis of Gray Matter Changes in Amyotrophic Lateral Sclerosis. Front. Aging. Neurosci. 2016; 8: 64. DOI: 10.3389/fnagi.2016.00064

16. Schuster C., Kasper E., Machts J., Bittner D., Kaufmann J., BeneckeR. et al. Focal thinning of the motor cortex mirrors clinical features of amyotrophic lateral sclerosis and their phenotypes: a neuroimaging study. J. Neurol. 2013; 260 (11): 2856–64. DOI: 10.1007/s00415-013-7083-z

17. Walhout R., Westeneng H.J., Verstraete E., Hendrikse J., Veldink J.H., van den Heuvel M.P. et al. Cortical thickness in ALS: towards a marker for upper motor neuron involvement. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2015; 86 (3): 288–94. DOI: 10.1136/jnnp-2013-306839

18. Spinelli E.G., Agosta F., Ferraro P.M., Riva N., Lunetta C., Falzone Y.M. et al. Brain MR imaging in patients with lower motor neuron-predominant disease. Radiology. 2016; 280 (2): 545–56. DOI: 10.1148/radiol.2016151846

19. Cedarbaum J.M., Stambler N., Malta E., Fuller C., Hilt D., Thurmond B., Nakanishi A. The ALSFRS-R: a revised ALS functional rating scale that incorporates assessments of respiratory function. BDNF ALS Study Group (Phase III). J. Neurol. Sci. 1999; 169 (1–2): 13–21.

20. Filippini N., Douaud G., MackayC.E., Knight S., Talbot K., Turner M.R. Corpus callosum involvement is a consistent feature of amyotrophic lateral sclerosis. Neurology. 2010; 75 (18): 1645–52. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181fb84d1

21. Cosottini M., Pesaresi I., Piazza S., Diciotti S., Cecchi P., Fabbri S. et al. Structural and functional evaluation of cortical motor areas in Amyotrophic Lateral Sclerosis. Exp. Neurol. 2012; 234 (1): 169–80. DOI: 10.1016/j.expneurol.2011

22. Kwan J.Y., Meoded A., Danielian L.E., Wu T., Floeter M.K. Structural imaging differences and longitudinal changes in primary lateral sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis. Neuroimage Clin. 2012; 2: 151–60. DOI: 10.1016/j.nicl.2012.12.003

23. Grosskreutz J., Kaufmann J., Frädrich J., Dengler R., Heinze H.J., Peschel T. Widespread sensorimotor and frontal cortical atrophy in amyotrophic lateral sclerosis. BMC Neurol. 2006; 25: 6–17. DOI: 10.1186/1471-2377-6-17

24. Xiong J., Parsons L.M., Gao J.H., Fox P.T. Interregional connectivity to primary motor cortex revealed using MRI resting states images. Hum. Brain. Mapp. 1999; 8 (2–3): 151–6.

25. Zhou F., Xu R., Dowd E., Zang Y., Gong H., Wang Z. Alterations in regional functional coherence within the sensory-motor network in amyotrophic lateral sclerosis. Neurosci Lett. 2014; 558: 192–6. DOI: 10.1016/j.neulet.2013.11.022

26. Schieber M.H. Comparative anatomy and physiology of the corticospinal system. Handb. Clin. Neurol. 2007; 82: 15–37. DOI: 10.1016/S0072-9752(07)80005-4

27. Menon P., Geevasinga N., van den Bos M., Yiannikas C., Kiernan M.C., Vucic S. Cortical hyperexcitability and disease spread in amyotrophic lateral sclerosis. Eur. J. Neurol. 2017; 24 (6): 816–24. DOI: 10.1111/ene.13295

28. Ravits J., Paul P., Jorg C. Focality of upper and lower motor neuron degeneration at the clinical onset of ALS. Neurology. 2007; 68 (19): 1571–5.

29. Riku Y., Atsuta N., Yoshida M., Tatsumi S., Iwasaki Y., Mimuro M. et al. Differential motor neuron involvement in progressive muscular atrophy: a comparative study with amyotrophic lateral sclerosis. BMJ Open. 2014; 4 (5): e005213. DOI: 10.1136/bmjopen-2014-005213

30. Menon P., Kiernan M.C., Vucic S. Cortical hyperexcitability precedes lower motor neuron dysfunction in ALS. Clin. Neurophysiol. 2015; 126 (4): 803–9. DOI: 10.1016/j.clinph.2014.04.023

31. Bede P., Bokde A., Elamin M., Byrne S., McLaughlin R.L., Jordan N. et al. Grey matter correlates of clinical variables in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a neuroimaging study of ALS motor phenotype heterogeneity and cortical focality. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2013; 84 (7): 766–73. DOI: 10.1136/jnnp-2012302674

32. Agosta F., ValsasinaP., Riva N., Copetti M.,Messina M.J., Prelle A. et al. The cortical signature of amyotrophic lateral sclerosis. PLoS One. 2012; 7 (8): e42816. DOI: 10.1371/journal.pone.0042816

33. Pagani M., Chio A., Valentini M.C., Oberg J., Nobili F., Calvo A. et al. Functional pattern of brain FDGPET in amyotrophic lateral sclerosis. Neurology. 2014; 83 (12): 1067–74. DOI: 10.1212/WNL.0000000000000792

34. Lule D., Diekmann V., Muller H.P., Kassubek J., Ludolph A.C., Birbaumer N. Neuroimaging of multimodal sensory stimulation in amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2010; 81 (8): 899–906. DOI: 10.1136/jnnp.2009.192260

35. Münte T.F., Tröger M.C., Nusser I., Wieringa B.M., Johannes S., Matzke M. et al. Alteration of early components of the visual evoked potential in amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. 1998; 245 (4): 206–10.

36. Loewe K., Machts J., Kaufmann J., Petri S., Heinze H.J., Borgelt C. etal. Widespread temporo-occipital lobe dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis. Sci Rep. 2017; 7: 40252. DOI: 10.1038/srep40252

37. Kushner P.D., Stephenson D.T., Wright S. Reactive astrogliosis is widespread in the subcortical white matter of amyotrophic lateral sclerosis brain. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 1991; 50 (3): 263–77.