Комбинированное клинико-нейровизуализационное исследование пациентов с болезнью Паркинсона с помощью транскраниальной сонографии и нейромеланин-чувствительной магнитно-резонансной томографии

Введение. К ведущим патологическим признакам болезни Паркинсона (БП) относятся дегенерация содержащих нейромеланин (НМ) дофаминергических нейронов и отложение железа в черной субстанции (ЧС) среднего мозга. Показана определенная патогенетическая связь между повышенным отложением железа и снижением уровня НМ в ЧС у пациентов с БП. Логично предположить, что различные методы нейровизуализации, чувствительные к НМ и железу, могут иметь большое клиническое значение для диагностики и мониторинга прогрессирования заболевания. К таким методам нейровизуализации относятся в первую очередь транскраниальная сонография (ТКС) и нейромеланин-чувствительная магнитно-резонансная томография (НМ-МРТ).

Цель исследования. Сравнение диагностической значимости и эффективности ТКС и НМ-МРТ в дифференцировании пациентов с БП от нормы, а также уточнение патофизиологии феномена гиперэхогенности ЧС (ГЧС) посредством косвенного изучения концентрации НМ при НМ-МРТ.

Материал и методы. В основную группу были включены 40 пациентов с БП, в группу контроля — 20 здоровых добровольцев, сопоставимых по полу и возрасту с основной группой. В случае обнаружения ГЧС при проведении ТКС гиперэхогенную область обводили курсором вручную с последующим автоматическим расчетом площади. При НМ-МРТ полученные изображения предварительно обрабатывались с помощью общедоступной программы для обработки изображений Image-J (NIH, США) с последующим автоматическим расчетом площади ЧС. На основании полученных данных рассчитывались клинико-демографические показатели и клинико-нейровизуализационные корреляции.

Результаты. Чувствительность и специфичность ТКС в дифференцировании БП от нормы составили 70 и 100% соответственно, чувствительность и специфичность НМ-МРТ — 90,0 и 92,5% соответственно. Анализ взаимосвязи площади ГЧС с площадью ЧС по данным НМ-МРТ на ипсилатеральной стороне показал заметную обратную корреляционную зависимость (для правой стороны: ρ = –0,606, р < 0,001; для левой стороны: ρ = –0,550; р < 0,001). Таким образом, в случае увеличения площади ГЧС ожидается уменьшение площади ЧС, измеренной с помощью НМ-МРТ.

Заключение. ТКС и НМ-МРТ являются надежными биомаркерами, позволяющими высокоэффективно дифференцировать БП от нормы. Патофизиологические и нейровизуализационные корреляты изменений ЧС при нейродегенеративном процессе остаются не до конца ясными и требуют дальнейшего уточнения в многоцентровых проспективных исследованиях.

1. Dorsey E.R., Sherer T., Okun M.S., Bloem B.R. The Emerging Evidence of the Parkinson Pandemic. J Parkinsons Dis. 2018;8(s1):S3–S8. https://doi.org/10.3233/JPD-181474. PMID: 30584159; PMCID: PMC6311367.

2. Kouli A., Torsney K.M., Kuan W.L. Parkinson’s Disease: Etiology, Neuropathology, and Pathogenesis. In: Stoker TB, Greenland JC, editors. Parkinson’s Disease: Pathogenesis and Clinical Aspects [Internet]. Brisbane (AU): Codon Publications; 2018; Dec 21. Chapter 1. https://doi.org/10.15586/codonpublications.parkinsonsdisease.2018.ch1

3. Levin J., Högen T., Hillmer A.S., Bader B., Schmidt F., Kamp F. et al.Generation of ferric iron links oxidative stress to α-synuclein oligomer formation. J Parkinsons Dis. 2011;1(2):205–16. https://doi.org/10.3233/JPD-2011-11040. PMID: 23934922

4. Berardelli A., Wenning G.K., Antonini A., Berg D., Bloem B.R., Bonifati V. et al.EFNS/MDS-ES/ENS [corrected] recommendations for the diagnosis of Parkinson’s disease. Eur J Neurol. 2013;20(1):16–34. https://doi.org/10.1111/ene.12022. Erratum in: Eur J Neurol. 2013;20(2):406. PMID: 23279440.

5. Monaco D., Berg D., Thomas A., Di Stefano V., Barbone F., Vitale M. et al.The predictive power of transcranial sonography in movement disorders: a longitudinal cohort study. Neurol Sci. 2018;39(11):1887–1894. https://doi.org/10.1007/s10072-018-3514-z. Epub 2018 Aug 7. PMID: 30088164.

6. Berg D., Grote C., Rausch W.D., Mäurer M., Wesemann W., Riederer P., Becker G. Iron accumulation in the substantia nigra in rats visualized by ultrasound. Ultrasound Med Biol. 1999;25(6):901–4. https://doi.org/10.1016/s0301-5629(99)00046-0. PMID: 10461717.

7. Berg D., Roggendorf W., Schröder U., Klein R., Tatschner T., Benz P. et al. Echogenicity of the substantia nigra: association with increased iron content and marker for susceptibility to nigrostriatal injury. Arch Neurol. 2002;59(6):999–1005. https://doi.org/10.1001/archneur.59.6.999. PMID: 12056937.

8. Zecca L., Berg D., Arzberger T., Ruprecht P., Rausch W.D., Musicco M. et al. In vivo detection of iron and neuromelanin by transcranial sonography: a new approach for early detection of substantia nigra damage. Mov Disord. 2005;20(10):1278–85. https://doi.org/10.1002/mds.20550. PMID: 15986424.

9. Friedman A., Arosio P., Finazzi D., Koziorowski D., GalazkaFriedman J. Ferritin as an important player in neurodegeneration. Parkinsonism Relat Disord. 2011;17(6):423–30. https://doi.org/10.1016/j.parkreldis.2011.03.016. Epub 2011 May 7. PMID: 21550835.

10. Berg D., Godau J., Riederer P., Gerlach M., Arzberger T. Microglia activation is related to substantia nigra echogenicity. J Neural Transm (Vienna). 2010;117(11):1287–92. https://doi.org/10.1007/s00702-010-0504-6. Epub 2010 Nov 6. PMID: 21057966.

11. Mei Y.L., Yang J., Wu Z.R., Yang Y., Xu Y.M. Transcranial Sonography of the Substantia Nigra for the Diff erential Diagnosis of Parkinson’s Disease and Other Movement Disorders: A Meta-Analysis. Parkinsons Dis. 2021;2021:8891874. https://doi.org/10.1155/2021/8891874. PMID: 34007439; PMCID: PMC8110416.

12. Pavese N. Is neuromelanin the imaging biomarker for the early diagnosis of Parkinson’s disease that we were looking for? Parkinsonism Relat Disord. 2019;58:1–2. https://doi.org/10.1016/j.parkreldis.2018.12.013. Epub 2018 Dec 13. PMID: 30578009.

13. Zucca F.A., Vanna R., Cupaioli F.A., Bellei C., De Palma A., Di Silvestre D. et al. Neuromelanin organelles are specialized autolysosomes that accumulate undegraded proteins and lipids in aging human brain and are likely involved in Parkinson’s disease. NPJ Parkinsons Dis. 2018;4:17. https://doi.org/10.1038/s41531-018-0050-8. PMID: 29900402; PMCID: PMC5988730.

14. Zecca L., Fariello R., Riederer P., Sulzer D., Gatti A., Tampellini D. The absolute concentration of nigral neuromelanin, assayed by a new sensitive method, increases throughout the life and is dramatically decreased in Parkinson’s disease. FEBS Lett. 2002;510(3):216–20. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(01)03269-0. PMID: 11801257.

15. Sasaki M., Shibata E., Tohyama K., Takahashi J., Otsuka K., Tsuchiya K. et al. Neuromelanin magnetic resonance imaging of locus ceruleus and substantia nigra in Parkinson’s disease. Neuroreport. 2006;17(11):1215–8. https://doi.org/10.1097/01.wnr.0000227984.84927.a7. PMID: 16837857.

16. Kitao S., Matsusue E., Fujii S., Miyoshi F., Kaminou T., Kato S. et al. Correlation between pathology and neuromelanin MR imaging in Parkinson’s disease and dementia with Lewy bodies. Neuroradiology. 2013;55(8):947–953. https://doi.org/10.1007/s00234-013-1199-9. Epub 2013 May 15. Erratum in: Neuroradiology. 2017 Jun;59(6):637-638. PMID: 23673875.

17. Cho S.J., Bae Y.J., Kim J.M., Kim D., Baik S.H., Sunwoo L. et al. Diagnostic performance of neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging for patients with Parkinson’s disease and factor analysis for its heterogeneity: a systematic review and meta-analysis. Eur Radiol. 2021;31(3):1268–1280. https://doi.org/10.1007/s00330-020-07240-7. Epub 2020 Sep 4. PMID: 32886201.

18. Postuma R.B., Berg D., Stern M., Poewe W., Olanow C.W., Oertel W. et al. MDS clinical diagnostic criteria for Parkinson’s disease. Mov Disord. 2015;30(12):1591–601. https://doi.org/10.1002/mds.26424. PMID: 26474316.

19. Федотова Е.Ю., Чечеткин А.О., Шадрина М.И., Сломинский П.А., Иванова-Смоленская И.А., Иллариошкин С.Н. Транскраниальная сонография при болезни Паркинсона. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2011;1:49–55.

20. Matsuura K., Maeda M., Tabei K.I., Umino M., Kajikawa H., Satoh M. et al. A longitudinal study of neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging in Parkinson’s disease. Neurosci Lett. 2016;633:112–117. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2016.09.011. Epub 2016 Sep 9. PMID: 27619539.

21. Jesus-Ribeiro J., Sargento-Freitas J., Sousa M., Silva F., Freire A., Januário C. Substantia nigra hyperechogenicity does not correlate with motor features in Parkinson’s disease. J Neurol Sci. 2016;364:9–11. https://doi.org/10.1016/j.jns.2016.03.002. Epub 2016 Mar 2. PMID: 27084206.

22. Lobsien E., Schreiner S., Plotkin M., Kupsch A., Schreiber S.J., Doepp F. No correlation of substantia nigra echogenicity and nigrostriatal degradation in Parkinson’s disease. Mov Disord. 2012;27(3):450–3. https://doi.org/10.1002/mds.24070. Epub 2012 Jan 11. PMID: 22237792.

23. Berg D., Merz B., Reiners K., Naumann M., Becker G. Five-year follow-up study of hyperechogenicity of the substantia nigra in Parkinson’s disease. Mov Disord. 2005;20(3):383–5. https://doi.org/10.1002/mds.20311. PMID: 15486999.

24. Berg D., Behnke S., Walter U. Application of transcranial sonography in extrapyramidal disorders: updated recommendations. Ultraschall Med. 2006;27(1):12–9. https://doi.org/10.1055/s-2005-858962. PMID: 16470475.

25. Biondetti E., Gaurav R., Yahia-Cherif L., Mangone G., Pyatigorskaya N., Valabrègue R. et al. Spatiotemporal changes in substantia nigra neuromelanin content in Parkinson’s disease. Brain. 2020;143(9):2757–2770. https://doi.org/10.1093/brain/awaa216. Erratum in: Brain. 2021;144(2):e24. PMID: 32856056.

26. Gaurav R., Yahia-Cherif L., Pyatigorskaya N., Mangone G., Biondetti E., Valabrègue R. et al. Longitudinal Changes in Neuromelanin MRI Signal in Parkinson’s Disease: A Progression Marker. Mov Disord. 2021;36(7):1592–1602. https://doi.org/10.1002/mds.28531. Epub 2021 Mar 10. PMID: 33751655; PMCID: PMC8359265.

27. Prasuhn J., Strautz R., Lemmer F., Dreischmeier S., Kasten M., Hanssen H. et al. Neuroimaging Correlates of Substantia Nigra Hyperechogenicity in Parkinson’s Disease. J Parkinsons Dis. 2022;Feb 16. https://doi.org/10.3233/JPD-213000. Epub ahead of print. PMID: 35180131.