Диффузионно-тензорная визуализация в исследовании дегенерации спинномозговых путей после травмы спинного мозга: проспективное исследование

ВВЕДЕНИЕ: Травмы спинного мозга у детей составляют до 10% всех повреждений у детей, однако остаются значимой проблемой, так как часто приводят к серьезным последствиям, вплоть до инвалидности. Традиционная МРТ не позволяет обнаружить различия в неповрежденных отделах спинного мозга ни в острый, ни в хронический период. Введение метода диффузионно-тензорной визуализации (ДТВ) в  протокол исследования поврежденного спинного мозга позволяет выявить даже минимальные, но значимые микроструктурные нарушения

ЦЕЛЬ: Оценить с помощью метода ДТВ микроструктурные изменения в восходящих и нисходящих волокнах шейного отдела спинного мозга выше уровня повреждения у пациентов с травмой спинного мозга в различные сроки после травмы.

МАТЕРИАЛЫ И  МЕТОДЫ: В  исследовании было включено 39 детей в  возрасте от  12 до  18  лет (средний возраст 14,3±1,8 года) с травмой спинного мозга ниже уровня позвонка Th_III, из них: 21 человек с полным повреждением спинного мозга — степень А по классификации ASIA (группа А), 18 детей с неполным повреждением спинного мозга — степень BD по классификации ASIA (группа B). Исследование проводилось на аппарате МРТ с напряженностью магнитного поля 3,0 Т Philips Achieva dStream. В расчет принимались следующие параметры ДТВ: FA, AD, MD, RD.

РЕЗУЛЬТАТЫ: В области латерального кортикоспинального тракта выявлено понижение значений FA и увеличение значений RD для пациентов группы A по сравнению с группой контроля в период восстановления. В области дорсальных канатиков понижение значений FA для пациентов группы А наблюдается уже в подострый период после травмы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ДТВ является удобным инструментом для анализа посттравматического спинного мозга, поскольку позволяет не только обнаружить изменения, не видимые при других методах исследования, но и  получить количественные характеристики, что позволяет на их основе сформировать объективные критерии оценки состояния спинного мозга, которые в дальнейшем могут быть использованы для контроля лечения и реабилитации детей со спинномозговой травмой.

1. Kim C., Vassilyadi M., Forbes J.K., Moroz N.W., Camacho A., Moroz P.J. Traumatic spinal injuries in children at a single level 1 pediatric trauma centre: report of a 23-year experience // Can. J. Surg. 2016. Vol. 59, No. 3. P. 205–212. doi: 10.1503/cjs.014515.

2. Залетина А.В., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Кокушин Д.Н., Соловьёва К.С. Повреждения позвоночника и спинного мозга у детского населения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017. T. 12, № 1. С. 69–73. doi: 10.17513/mjpfi.11965.

3. Понина И.В., Новосёлова И.Н., Валиуллина С.А., Ахадов Т.А., Божко О.В., Лукьянов В.И., Попова О.В. Особенности нутритивного статуса детей с позвоночно-спинномозговой травмой на ранних этапах восстановления // Российский педиатрический журнал. 2022. Т. 25, № 5. C. 333–336. doi: 10.46563/1560-9561-2022-25-5-333-336.

4. Beirowski B., Adalbert R., Wagner D., Grumme D.S., Addicks K., Ribchester R.R. et al. The progressive nature of Wallerian degeneration in wild-type and slow Wallerian degeneration (WldS) nerves // BMC Neurosci. 2005. Vol. 6. P. 6. doi: 10.1186/1471-2202-6-6.

5. Buss A., Brook G.A., Kakulas B., Martin D., Franzen R., Schoenen J. et al. Gradual loss of myelin and formation of an astrocytic scar during Wallerian degeneration in the human spinal cord // Brain. 2004. Vol. 127, No. 1. P. 34–44. doi: 10.1093/brain/awh001.

6. Божко О.В., Ублинский М.В., Ахадов T.A., Воронкова Е.В., Кобзева А.А., Мельников И.А. Диффузионно-тензорная визуализация спинного мозга у здоровых детей // Российский педиатрический журнал. 2024. Т. 27, № 5. С. 350–355. doi: 10.46563/1560-9561-2024-27-5-350-355.

7. Dong Q., Welsh R.C., Chenevert T.L., Carlos R.C., Maly-Sundgren P., Gomez-Hassan D.M. et al. Clinical applications of diffusion tensor imaging // J. Magn Reson Imaging. 2004. Vol. 19, No. 1. P. 6–18. doi: 10.1002/jmri.10424.

8. Ахадов Т.А., Ублинский М.В., Каньшина Д.С., Божко О.В., Мельников И.А., Гачок И.В. и др. Диффузионная магнитно-резонансная визуализация для оценки состояния спинного мозга: физические и технические основы, клинический опыт: учебное пособие. М.: ИП Горшенева А.В., 2024. 86 с. ISBN 978-5-6044538-5-8.

9. Fiani B., Noblett C., Nanney J., Doan T., Pennington E., Jarrah R. et al. Diffusion tensor imaging of the spinal cord status post trauma // Surg. Neurol. Int. 2020. Vol. 11. P. 276. doi: 10.25259/SNI_495_2020.

10. Mulcahey M.J., Samdani A., Gaughan J., Barakat N., Faro S., Betz R.R. et al. Diffusion tensor imaging in pediatric spinal cord injury: Preliminary examination of reliability and clinical correlation // Spine (Phila Pa 1976). 2012. Vol. 37, No. 13. P. 797. doi: 10.1097/BRS.0b013e3182470a08.

11. Mulcahey M.J., Samdani A.F., Gaughan J.P., Barakat N., Faro S., Shah P. et al. Diagnostic accuracy of diffusion tensor imaging for pediatric cervical spinal cord injury // Spinal Cord. 2013. Vol. 51, No. 7. P. 532–537. doi: 10.1038/sc.2013.36.

12. Krisa L., Middleton D.M., Saksena S, Faro S.H., Leiby B.E., Mohamed F.B. et al. Clinical Utility of Diffusion Tensor Imaging as a Biomarker to Identify Microstructural Changes in Pediatric Spinal Cord Injury // Top Spinal. Cord Inj. Rehabil. 2022. Vol. 28, No. 2. P. 1–12. doi: 10.46292/sci21–00048.

13. Roberts T.T., Leonard G.R., Cepela D.J. Classifications In Brief: American Spinal Injury Association (ASIA) Impairment Scale // Clin. Orthop. Relat. Res. 2017. Vol. 475, No. 5. P. 1499–1504. doi: 10.1007/s11999-016-5133-4.

14. Wilm B.J., Gamper U., Henning A., Pruessmann K.P., Kollias S.S., Boesiger P. Diffusion-weighted imaging of the entire spinal cord // NMR Biomed. 2009. Vol. 22, No. 2. P. 174–181. doi: 10.1002/nbm.1298.

15. De Leener B., Lévy S., Dupont S.M., Fonov V.S., Stikov N., Louis Collins D. et al. SCT: Spinal Cord Toolbox, an open-source software for processing spinal cord MRI data // Neuroimage. 2017. Vol. 145. Pt A. P. 24–43. doi: 10.1016/j.neuroimage.2016.10.009.

16. David G., Pfyffer D., Vallotton K., Pfender N., Thompson A., Weiskopf N. et al. Longitudinal changes of spinal cord grey and white matter following spinal cord injury // J. Neurol Neurosurg Psychiatry. 2021. Vol. 92, No. 11. P. 1222–1230. doi: 10.1136/jnnp-2021-326337.

17. Freund P., Seif M., Weiskopf N., Friston K., Fehlings M.G., Thompson A.J. et al. MRI in traumatic spinal cord injury: from clinical assessment to neuroimaging biomarkers // Lancet Neurol. 2019. Vol. 18. № 12. P. 1123–1135. doi: 10.1016/S1474-4422(19)30138-3.

18. Seif M., Ziegler G., Freund P. Progressive Ventricles Enlargement and Cerebrospinal Fluid Volume Increases as a Marker of Neurodegeneration in Patients with Spinal Cord Injury: A Longitudinal Magnetic Resonance Imaging Study. // J. Neurotrauma. 2018. Vol. 35, No. 24. P. 2941–2946. doi: 10.1089/neu.2017.5522.

19. Fissel J.A., Farah M.H. The influence of BACE1 on macrophage recruitment and activity in the injured peripheral nerve // J. Neuroinflammation. 2021. Vol. 18, No. 1. P. 71. doi: 10.1186/s12974-021-02121-2.

20. Tian R., Zhou Y., Ren Y., Zhang Y., Tang W. Wallerian degeneration: From mechanism to disease to imaging. // Heliyon. 2024. Vol. 11, No. 1. e40729. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e40729.

21. Fischer T., Stern C., Freund P., Schubert M., Sutter R. Wallerian degeneration in cervical spinal cord tracts is commonly seen in routine T2-weighted MRI after traumatic spinal cord injury and is associated with impairment in a retrospective study // Eur. Radiol. 2021. Vol. 31, No. 5. P. 2923–2932. doi: 10.1007/s00330-020-07388-2.

22. Poulen G., Perrin F.E. Advances in spinal cord injury: insights from non-human primates // Neural Regen Res. 2024. Vol. 19, No. 11. P. 2354–2364. doi: 10.4103/NRR.NRR-D-23-01505.

23. Grumbles R.M., Thomas C.K. Motoneuron Death after Human Spinal Cord Injury // J. Neurotrauma. 2017. Vol. 34, No. 3. P. 581–590. doi: 10.1089/neu.2015.4374.

24. Hill CE. A view from the ending: Axonal dieback and regeneration following SCI // Neurosci. Lett. 2017. Vol. 652. P. 11–24. doi: 10.1016/j.neulet.2016.11.002.

25. Beirowski B., Nógrádi A., Babetto E., Garcia-Alias G., Coleman M.P. Mechanisms of axonal spheroid formation in central nervous system Wallerian degeneration // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2010. Vol. 69, No. 5. P. 455–472. doi: 10.1097/NEN.0b013e3181da84db.

26. DeFrancesco-Lisowitz A., Lindborg J.A., Niemi J.P., Zigmond R.E. The neuroimmunology of degeneration and regeneration in the peripheral nervous system // Neuroscience. 2015. Vol. 302. P. 174–203. doi: 10.1016/j.neuroscience.2014.09.027.

27. Schading S., Emmenegger T.M., Freund P. Improving Diagnostic Workup Following Traumatic Spinal Cord Injury: Advances in Biomarkers // Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2021. Vol. 21, No. 9. P. 49. doi: 10.1007/s11910-021-01134-x.

28. Guleria S., Gupta R.K., Saksena S., Chandra A., Srivastava R.N., Husain M. et al. Retrograde Wallerian degeneration of cranial corticospinal tracts in cervical spinal cord injury patients using diffusion tensor imaging // J. Neurosci Res. 2008. Vol. 86, No. 10. P. 2271–2280. doi: 10.1002/jnr.21664.

29. Koskinen E., Brander A., Hakulinen U., Luoto T., Helminen M., Ylinen A. et al. Assessing the state of chronic spinal cord injury using diffusion tensor imaging // J. Neurotrauma. 2013. Vol. 30, No. 18. P. 1587–1595. doi: 10.1089/neu.2013.2943.