r-n-jРоссийский неврологический журналRussian neurological journal2658-79472686-7192МИА10.30629/2658-7947-2020-25-1-29-37r-n-j-52Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И НАБЛЮДЕНИЯCLINICAL RESEARCH AND SURVEILLANCEВлияние накопления железа в базальных ганглиях на дисфункцию экстрапирамидной системы при болезни ПаркинсонаThe Effect of Iron Accumulation in the Basal Ganglia on the Dysfunction of the Extrapyramidal System in Parkinson’s Diseasehttps://orcid.org/0000-0001-7099-1311БурякА. Б.BuriakA. B.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

buriak.md@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2905-9287ТруфановА. Г.TrufanovA. G.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

trufanovart@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3758-9747ЮринА. А.YurinA. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

yurinant@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5006-8394ДынинП. С.DyninP. S.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

pavdynin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7314-7711ОдинакМ. М.OdinakM. M.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

odinak@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8988-3011ЛитвиненкоИ. В.LitvinenkoI. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

litvinenkoiv@rambler.ruФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» Министерства обороны РФРоссияMilitary Medical Academy of S.M. KirovRussian Federation2020160420202512937Copyright © Буряк А.Б., Труфанов А.Г., Юрин А.А., Дынин П.С., Одинак М.М., Литвиненко И.В., 20202020Буряк А.Б., Труфанов А.Г., Юрин А.А., Дынин П.С., Одинак М.М., Литвиненко И.В.Buriak A.B., Trufanov A.G., Yurin A.A., Dynin P.S., Odinak M.M., Litvinenko I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.r-n-j.com/jour/article/view/52

Болезнь Паркинсона (БП) — хроническое неуклонно прогрессирующее заболевание центральной нервной системы (ЦНС), относящееся к группе синуклеинопатий, наносит существенный ущерб здоровью населения пожилого возраста и в процессе прогрессирования приводит к инвалидизации. Диффузионно-тензорная МРТ и протокол susceptibility-weightedimaging (SWI) — современные неинвазивные нейровизуализационные методики, которые при совместном применении у пациентов с БП позволяют не только оценить распределение и патологическое отложение железа в базальных ганглиях, но и его вероятное влияние на дисфункцию структур экстрапирамидной системы.

Цель исследования — определить количественное содержание железа в базальных ганглиях у пациентов с II и III стадией болезни Паркинсона и оценить его влияние на дисфункцию компонентов экстрапирамидной системы.

Материал и методы

Материал и методы. Обследовано 67 пациентов со БП с II (32 больных) и III (35 больных) стадиями по Хен/ Яру. Всем пациентам выполнялось сканирование головного мозга на высокопольном МР-томографе SiemensTrioTim (3Т) с применением импульсной последовательности SWI и диффузионно-тензорной МРТ. Количественная оценка степени депонирования железа проводилась при помощи программного обеспечения SPINsoftware в областях интереса с обеих сторон: зубчатое ядро мозжечка (ЗЯ), черная субстанция (ЧС), красное ядро (КЯ), скорлупа, бледный шар (БШ), головка хвостатого ядра (ХЯ). Также в проекции исследуемых зон проводился расчет уровня фракционной анизотропии (ФА).

Результаты

Результаты. Обнаружены статистически достоверные более низкие показатели ФА в левом БШ и правом КЯ у пациентов с III стадией БП в сравнении с пациентами со II стадией по Хен/Яру. У больных со II стадией были выявлены положительные корреляции между уровнем ФА в левой скорлупе и степенью гипоинтенсивности сигнала от ЧС, БШ, КЯ (все с обеих сторон) и правого ХЯ. Уровень ФА в правой скорлупе коррелировал с степенью гипоинтенсивности сигнала от левой ЧС. Значение ФА в левом КЯ имело корреляции с гипоинтенсивностью сигнала от ЧС, БШ (все с обеих сторон), правого КЯ, левой скорлупы, правого ХЯ. У пациентов с III стадией по Хен/Яру обнаружены единственные достоверные положительные корреляционные связи между уровнем ФА и гипоинтенсивностью сигнала от исследуемых зон: левое ХЯ и левая скорлупа, правая скорлупа и левое ХЯ, левая ЧС и правое ХЯ соответственно. Значения гипоинтенсивности сигнала от левого КЯ, правой скорлупы, левого ХЯ и правого БШ положительно коррелировали с показателем ФА в правой ЧС. Снижение ФА в внутреннем сегменте левого БШ коррелировало с уровнем гипоинтенсивности сигнала от правого ЗЯ и правого КЯ.

Заключение

Заключение. Депонирование железа в базальных ганглиях при БП вносит значительный вклад в прогрессирование заболевания и оказывает влияние на формирование большинства двигательных проявлений пациентов. Динамическая неинвазивная оценка степени накопления исследуемого металла в компонентах экстрапирамидной системы позволит более тщательно отслеживать ход течения нейродегенеративного процесса и формировать группы наблюдения по риску возникновения осложнений БП.

Parkinson’s disease (PD) is a chronic, steadily progressing disease of the central nervous system (CNS) that belongs to the group of synucleinopathies, which causes significant damage to the health of the elderly and leads to disability in the process of progression. Diffusion-tensor MRI and the susceptibility-weighted imaging (SWI) protocol are modern non-invasive neuroimaging techniques that, when used together with patients with PD, can not only assess the distribution and pathological deposition of iron in the basal ganglia, but also its likely effect on the dysfunction of extrapyramidal system structures.

Goal

Goal. To determine the quantitative content of iron in the basal ganglia in patients with stage II and III (H/Y) Parkinson ’s disease and evaluate its effect on the dysfunction of the components of the extrapyramidal system.

Material and methods

Material and methods. We examined 67patients with PD with II (n = 32) andIII (n = 35) Hoehn/Yahr (H/Y) stages. To everyone was performed a brain scan on a Siemens TrioTim high-field MRI scanner (3T) using the pulse sequence SWI and diffusion-tensor MRI. A quantitative assessment of the degree of iron deposition was carried out using SPIN software in regions of interest (ROIs) on both sides: the dentate nucleus (DN), the substantia nigra (SN), the red nucleus (RN), the putamen (PUT), the globus pallidusm (GP), the head of the caudate nucleus (CN). Also, in the projection of ROIs, the fractional anisotropy (FA) values was calculated.

Results

Results. Significant (p <0,05) lower FA values were found in left GP and right RN in patients with stage III (H/Y) in comparison with patients with stage II (H/Y). In patients with stage II (H/Y), significant positive correlations were found between the FA values in the left PUT and the hypointensity of SN, GP, RN (all on both sides) and right CN. The FA value in the right PUT correlated with hypointensity of the left SN. The FA value in the left RN had correlations with the hypointensity of the SN, GP (all on both sides), the right RN, the left PUT, and the right CN. In patients with stage III (H/Y), the only reliable positive correlations were found between the FA values and the hypointensity of the ROIs: left CN and left PUT, right PUT and left CN, left SN and right CN, respectively. SWI hypointensity of the left RN, the right PUT, the left CN, and the right GP correlated positively with the FA value in the right SN. The decrease FA value in the left internal GP correlated with the hypointensity of the right DN and right RN.

Conclusion

Conclusion. The deposition of iron in the basal ganglia in PD makes a significant contribution to the progression of the disease and affects the formation of most motor manifestations in this category of patients. A dynamic non-invasive assessment of the degree of iron accumulation in the components of the extrapyramidal system will more closely monitor the course of the neurodegenerative process and form observation groups for the risk of PD complications.

болезнь Паркинсонаизображениявзвешенные по магнитной восприимчивостидепонирование железабиомаркермагнитно-резонансная томографиядиффузионно-тензорные изображенияParkinson’s diseasesusceptibility-weighted imaging (SWI)iron depositionbiomarkermagnetic resonance imagingdiffusion-tensor imaging (DTI)ReferencesЛевин О.С., Федорова Н.В. Болезнь Паркинсона. Москва: МЕДпресс-информ; 2015:384.Levin O.S., Fedorova N.V Parkinson’s disease. Moscow: MEDpress-inform; 2015:384. (In Russian).Tanner C.M., Goldman S.M. Epidemiology of Parkinson’s disease. Neurol. Clin. 1996;14(2):317-335.Tanner C.M., Goldman S.M. Epidemiology of Parkinson’s disease. Neurol. Clin. 1996;14(2):317-335.Kanasi E., Ayilavarapu S., Jones J. The aging population: demographics and the biology of aging. Periodontol. 2000. 2016;72(1):13-18. https://doi.org/10.im/prd.12126.Kanasi E., Ayilavarapu S., Jones J. The aging population: demographics and the biology of aging. Periodontol. 2000. 2016;72(1):13-18. https://doi.org/10.im/prd.12126.Литвиненко И.В. Болезнь Паркинсона. М.: Миклош; 2006:217.Litvinenko I.V Parkinson’s disease. M.: Miklosh; 2006:217. (In Russian).Литвиненко И.В., Одинак М.М., Труфанов А.Г Болезнь Паркинсона и синдромы паркинсонизма: Учебное пособие. СПб.: ЭЛБИ-СПб; 2012:80.Litvinenko I.V., Odinak M.M., Trufanov A.G. Parkinson’s disease and parkinsonian syndromes. SPb.: ELBI-SPb; 2012:80. (In Russian).Haacke E.M., Xu Y, Cheng YC. Reichenbach J.R. Susceptibility weighted imaging (SWI). Magn. Reson. Med. 2004;52(3):612-618. https://doi.org/10.1002/mrm.20198.Haacke E.M., Xu Y, Cheng YC. Reichenbach J.R. Susceptibility weighted imaging (SWI). Magn. Reson. Med. 2004;52(3):612-618. https://doi.org/10.1002/mrm.20198.Пронин И.Н., Туркин А.М., Долгушин М.Б., Подоприго-ра А.Е., Пяшина Д.В., Родионов П.В. и др. Тканевая контрастность, обусловленная магнитной восприимчивостью: применение в нейрорентгенологии. Медицинская визуализация. 2011;3:75-84.Pronin I.N., Turkin A.M., Dolgushin M.B., Podoprigora A.E., Pyashina D.V., Rodionov P.V. et al. Tissue Contrast Based on Magnetic Susceptibility: Application in Neuroradiology. Medical Visualization. 2011;3:75-84. (In Russian).Lhermitte J., Kraus W.M., McAlpine D. On the occurrence of abnormal deposits of iron in the brain in parkinsonism with special reference to its localization. J. Neurol. Psychopathol. 1924;5(19):195-208. https://doi.org/10.1136/jnnp.s1-5.19.195.Lhermitte J., Kraus W.M., McAlpine D. On the occurrence of abnormal deposits of iron in the brain in parkinsonism with special reference to its localization. J. Neurol. Psychopathol. 1924;5(19):195-208. https://doi.org/10.1136/jnnp.s1-5.19.195.Ramos P, Santos A., Pinto N.R., Mendes R., Magalhaes T., Almeida A. Iron levels in the human brain: a post-mortem study of anatomical region differences and age-related changes. J. Trace. Elern. Med. Biol. 2014;28(1):13-17. https://doi.org/10.1016/).jtemb.2013.08.001.Ramos P, Santos A., Pinto N.R., Mendes R., Magalhaes T., Almeida A. Iron levels in the human brain: a post-mortem study of anatomical region differences and age-related changes. J. Trace. Elern. Med. Biol. 2014;28(1):13-17. https://doi.org/10.1016/).jtemb.2013.08.001.Wang Z., Luo X.G., Gao C. Utility of susceptibility-weighted imaging in Parkinson’s disease and atypical Parkinsonian disorders. Transl. Neurodegener. 20167;5:17. https://doi.org/10.1186/s40035-016-0064-2.Wang Z., Luo X.G., Gao C. Utility of susceptibility-weighted imaging in Parkinson’s disease and atypical Parkinsonian disorders. Transl. Neurodegener. 20167;5:17. https://doi.org/10.1186/s40035-016-0064-2.Zhang J., Zhang Y, Wang J., Cai P, Luo C., Qian Z. et al. Characterizing iron deposition in Parkinson’s disease using susceptibility-weighted imaging: an in vivo MR study. Brain Res. 2010;1330:124-130. https://doi.org/10.1016/).brainres.2010.03.036.Zhang J., Zhang Y, Wang J., Cai P, Luo C., Qian Z. et al. Characterizing iron deposition in Parkinson’s disease using susceptibility-weighted imaging: an in vivo MR study. Brain Res. 2010;1330:124-130. https://doi.org/10.1016/).brainres.2010.03.036.Zhang W., Sun S.G., Jiang Y.H., Qiao X., Sun X., Wu Y Determination of brain iron content in patients with Parkinson’s disease using magnetic susceptibility imaging. Neurosci. Bull. 2009;25(6):353-360. https://doi.org/10.1007/s12264-009-0225-8.Zhang W., Sun S.G., Jiang Y.H., Qiao X., Sun X., Wu Y Determination of brain iron content in patients with Parkinson’s disease using magnetic susceptibility imaging. Neurosci. Bull. 2009;25(6):353-360. https://doi.org/10.1007/s12264-009-0225-8.Wu S.F., Zhu Z.F., Kong Y, Zhang H.P., Zhou G.Q., Jiang Q.T. et al. Assessment of cerebral iron content in patients with Parkinson’s disease by the susceptibility-weighted MRI. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2014;18(18):2605-2608.Wu S.F., Zhu Z.F., Kong Y, Zhang H.P., Zhou G.Q., Jiang Q.T. et al. Assessment of cerebral iron content in patients with Parkinson’s disease by the susceptibility-weighted MRI. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2014;18(18):2605-2608.Dashtipour K., Liu M., Kani C., Dalaie P, Obenaus A., Simmons D. et al. Iron Accumulation Is Not Homogenous among Patients with Parkinson’s Disease. Parkinsons Dis. 2015;2015:8. https://doi.org/10.1155/2015/324843.Dashtipour K., Liu M., Kani C., Dalaie P, Obenaus A., Simmons D. et al. Iron Accumulation Is Not Homogenous among Patients with Parkinson’s Disease. Parkinsons Dis. 2015;2015:8. https://doi.org/10.1155/2015/324843.Qiao P.F., Shi F., Jiang M.F., Gao Y, Niu G.M. Application of high-field magnetic resonance imaging in Parkinson’s disease. Exp. Ther. Med. 2017;13(5):1665-1670. https://doi.org/10.3892/etm.2016.3551.Qiao P.F., Shi F., Jiang M.F., Gao Y, Niu G.M. Application of high-field magnetic resonance imaging in Parkinson’s disease. Exp. Ther. Med. 2017;13(5):1665-1670. https://doi.org/10.3892/etm.2016.3551.Haacke E.M., Tang J., Neelavalli J., Cheng Y.C.N. Susceptibility mapping as a means to visualize veins and quantify oxygen saturation. J. Magn. Reson. Imaging. 2010;32(3):663-676. https://doi.org/10.1002/jmri.22276.Haacke E.M., Tang J., Neelavalli J., Cheng Y.C.N. Susceptibility mapping as a means to visualize veins and quantify oxygen saturation. J. Magn. Reson. Imaging. 2010;32(3):663-676. https://doi.org/10.1002/jmri.22276.Tang J., Liu S., Neelavalli J., Cheng Y.C.N., Buch S., Haacke E.M. Improving susceptibility mapping using a threshold-based K-space/image domain iterative reconstruction approach. Magn. Reson. Med. 2013;69(5):1396-1407. https://doi.org/10.1002/mrm.24384.Tang J., Liu S., Neelavalli J., Cheng Y.C.N., Buch S., Haacke E.M. Improving susceptibility mapping using a threshold-based K-space/image domain iterative reconstruction approach. Magn. Reson. Med. 2013;69(5):1396-1407. https://doi.org/10.1002/mrm.24384.Tzourio-Mazoyer N., Landeau B., Papathanassiou D., Crivel-lo F., Etard O., Delcroix N. et al. Automated anatomical abel-ing of activations in SPM using a macroscopic anatomical par-cellation of the MNI MRI single-subject brain. Neuroimage. 2002;15(1):273-289. https://doi.org/10.1006/nimg.2001.0978.Tzourio-Mazoyer N., Landeau B., Papathanassiou D., Crivel-lo F., Etard O., Delcroix N. et al. Automated anatomical abel-ing of activations in SPM using a macroscopic anatomical par-cellation of the MNI MRI single-subject brain. Neuroimage. 2002;15(1):273-289. https://doi.org/10.1006/nimg.2001.0978.Rolls E.T., Joliot M., Tzourio-Mazoyer N. Implementation of a new parcellation of the orbitofrontal cortex in the automated anatomical labeling atlas. Neuroimage. 2015;122:1-5. https:// doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.07.075.Rolls E.T., Joliot M., Tzourio-Mazoyer N. Implementation of a new parcellation of the orbitofrontal cortex in the automated anatomical labeling atlas. Neuroimage. 2015;122:1-5. https:// doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.07.075.Schwarz S.T., Afzal M., Morgan P.S., Bajaj N., Gowland P.A., Auer D.P The «swallow tail» appearance of the healthy nigro-some — a new accurate test of Parkinson’s disease: a case-control and retrospective cross-sectional MRI study at 3T. PLoS One. 2014;9(4):e93814. https://doi.org/10.1371/joumal.pone.0093814.Schwarz S.T., Afzal M., Morgan P.S., Bajaj N., Gowland P.A., Auer D.P The «swallow tail» appearance of the healthy nigro-some — a new accurate test of Parkinson’s disease: a case-control and retrospective cross-sectional MRI study at 3T. PLoS One. 2014;9(4):e93814. https://doi.org/10.1371/joumal.pone.0093814.Gao P., Zhou P.Y., Li G., Zhang G.B., Wang P.Q., Liu J.Z. et al. Visualization of nigrosomes-1 in 3T MR susceptibility weighted imaging and its absence in diagnosing Parkinson’s disease. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2015;19(23):4603-4609.Gao P., Zhou P.Y., Li G., Zhang G.B., Wang P.Q., Liu J.Z. et al. Visualization of nigrosomes-1 in 3T MR susceptibility weighted imaging and its absence in diagnosing Parkinson’s disease. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2015;19(23):4603-4609.Труфанов А.Г., Юрин А.А., Буряк А.Б. Визуализация железа по данным изображений, взвешенных по неоднородности магнитного поля (SWI), в базальных ганглиях на ранних и развернутых стадиях болезни Паркинсона. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2019;11(2):30—36. https://doi.org/10.14412/2074-2711-2019-2-30-36.Trufanov A.G., Yurin A.A., Buriak A.B., Sandalov S.A., Odinak M.M., Litvinenko I.V Susceptibility-weighted MR imaging (SWI) of basal ganglia iron deposition in the early and advanced stages of Parkinson’s disease. Neurology, Neuropsychiatry, Psychosomatics. 2019;11(2):30-36. (In Russian). https://doi.org/10.14412/2074-2711-2019-2-30-36.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.