تصویربرداری کاربردی از پرفیوژن مغزی (مقاله ترجمه شده)

چکیده

تصویربرداری کاربردی از پرفیوژن بررسی مشخصات آن مانند پاسخگویی به گازهای در حال گردش، تنظیم خودکار و  کوپلینگ عصبی عضلانی را ممکن می‌سازد. جریان رو به پایین تنگی شریانی در این تصویربرداری می‌تواند ذخایر عروقی و خطر کم‌خونی (ایسکمی) را در جهت تطبیق استراتژی درمانی تخمین بزند. این روش اختلالات همودینامیکی را در بیماران مبتلابه بیماری آلزایمر یا ناهنجاری‌های عروقی ناشی از صرع نشان می‌دهد. MRI کاربردی از پاسخگویی نیز به درک بهتر انجام MRI کاربردی در تحقیقات عملی و درمانی کمک می‌کند.

نکاتی در مورد پرفیوژن مغزی

مطالعه پرفیوژن مغزی برای درک کاربردی سیستم عصبی مرکزی و از بین بردن اختلالات عملکردی آن، که از دلایل اصلی مرگ‌ومیر در غرب است؛ اطلاعات مهمی ارائه می‌دهد. در مغز و اعصاب و روان‌پزشکی، تشخیص این اختلالات پاتوفیزیولوژیکی عروقی ممکن است اطلاعاتی ارائه دهد که به تشخیص بهتر چند بیماری و یا حتی بررسی آسیب‌پذیری فردی کمک می‌کند.

علاوه بر این‌ها، پرفیوژن مغزی اجازه انتقال مقدار کافی گلوکز و اکسیژن را برای نیازهای کاربردی مغز می‌دهد، درحالی‌که گرما و برخی کاتابولیت ها مانند CO_2    را حذف می‌نماید [1].  پرفیوژن یک پدیده فیزیولوژی دینامیک است که به تغییرات هموستاز (هم ایستایی) در اندام عضلانی و کل بدن پاسخ می‌دهد. مانند هر عملکرد بیولوژیکی، عوامل کلی و محلی نه‌تنها وضعیت تعادلی بلکه خواص سازگاری آن را نیز تغییر می‌دهند. این تنظیم در اثر مشخصات مکانیکی رگ‌های خونی غیرفعال و با تغییر شریانی رگ‌ها فعال می‌شود. تغییر شریانی کالیبراسیون عروق را کنترل می‌نماید، همان‌طور که ذخیره خون را در حین تغییرات در فعالیت عصبی (کوپلینگ عصبی عضلانی)، فشار پرفیوژن مغزی (تنظیم خودکار)، مقدار کربن دی‌اکسید (کپنیا)، اکسیژن و PH خون (واکنش‌پذیری شریانی) ثابت نگه می‌دارد [1].

تغییرات فیزیولوژیکی در پرفیوژن مغزی

در حالت استراحت، پرفیوژن مغزی با سن کاهش می‌یابد [16] و به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای در زنان بیشتر است[17]. پرفیوژن مغزی بسیار مرتبط با فعالیت مغز است. آن اغلب در علم مغز و اعصاب و پزشکی اندازه‌گیری می‌شود زیرا تعامل میان رگ‌ها و اعصاب را از طریق کوپلینگ عصبی عضلانی منعکس می‌نماید. به‌علاوه، پرفیوژن مغزی نسبتاً ثابت است تا به‌وسیله تنظیم خودکار با تغییرات فشارخون و فشار درون جمجمه‌ای مقابله کند. پرفیوژن مغزی به تغییرات غلظت شریانی در CO_2 و O_2 با واکنش‌پذیری شریانی نیز حساس است (شکل 1). تمام این عملکردهای فیزیولوژیکی بر اساس تغییر شریانی هستند که از طریق انبساط و انقباض رگ‌ها جهت تنظیم جریان خون مغزی ایجاد می‌شوند تا فعالیت مغزی را با مقابله با محدودیت‌های فیزیولوژیکی محلی و کلی تضمین نمایند [18].

تحریک عصبی در تشکیل عروق خونی عصبی

تحریک عصبی بیرونی

تحریک عصبی شریانی بیرونی عروق خونی از سیستم عصبی محیطی با غدد عصبی گردنی، اسپنئوپالاتین، سه‌قلو و بصری حاصل می‌شود که اطلاعات را از فشارگیر محیطی (انتهای عصب که نسبت به فشارخون واکنش نشان می‌دهد و میزان گشادی عروق را تنظیم می‌کند) می‌گیرند. تحریک عصبی بیرونی عمدتاً سکته مغزی (نورآدرنالین، سروتونین، نوروپپتید Y) و گشادی رگ پراهمسوهشی (پاراسمپاتیک، وابسته به دستگاه عصبی نباتی) (اکتیل کولین، نیتریک اکسید، VIP) است. شریان‌ها به‌طور تدریجی به سرخرگ‌هایی تقسیم می‌شوند که به بافت اصلی مغز وارد می‌شوند. آن‌ها شامل یک لایه درونی از سلول‌های آندوتلیال (درون‌پوش)، سلول‌های عضلانی صاف و یک لایه بیرونی از سلول‌های لپتومنینگیل (پوشش بیرونی مغز) هستند که پوشش خارجی را تشکیل می‌دهد. سرخرگ به‌وسیله فضای Virchow-Robin از بافت اصلی جدا می‌شود که این فضا مایع مغزی نخاعی را دربرمی گیرد و با آستروسیت ها (سلول گلیال ستاره‌ای سیستم عصبی مرکزی) روی سطح خارجی پراکنده‌شده است. ازآنجاکه سرخرگ‌ها وارد بافت اصلی می‌شوند، فضای مایع ناپدید می‌شود و سرخرگ‌ها و سپس مویرگ‌ها در تماس مستقیم با پایه آستروسیت هایی هستند که به گلیا (بافت پشتیبان سیستم عصبی) محدود می‌شوند [19-21].

کوپلینگ عصبی عضلانی

پرفیوژن مغزی ارتباط نزدیکی با فعالیت عصبی دارد. این انطباق محلی و کلی در پرفیوژن مغزی تا حد زیادی به تحریک عصبی عروقی و واحد عصبی عضلانی بستگی دارد. بنابراین، در حال حاضر پرفیوژن اندازه‌گیری شده در علم اعصاب و پزشکی، بازتاب مستقیمی از تعامل بین رگ‌ها و اعصاب است.

تنظیم خودکار فشار مغزی

تنظیم خودکار تا حد زیادی به ثابت نگه‌داشتن فشار مغزی با تنظیم انبساط شریانی بر اساس تغییر در فشار پرفیوژن (PP) کمک می‌کند، که با اختلاف فشار شریانی متوسط (MAP) و فشار درون جمجمه‌ای (ICP)، PP = MAP-ICP ، تعریف می‌شود. وقتی فشار پرفیوژن به دلیل افزایش در فشار شریانی افزایش می‌یابد، تنظیم خودکار یک انقباض شریانی ایجاد می‌کند تا از خطر پارگی حائل خون مغزی (BBB) و ادم مغزی (تجمع آب در فضای داخل سلولی یا خارج سلولی در مغز) یا حتی خونریزی جلوگیری نماید. وقتی فشار پرفیوژن در اثر کاهش فشار شریانی کاهش می‌یابد، تنظیم خودکار انبساط شریانی ایجاد می‌کند تا از خطر کم‌خونی جلوگیری نماید. وقتی فشار پرفیوژن در اثر افزایش فشار درون جمجمه‌ای کاهش می‌یابد، تنظیم خودکار انبساط شریانی ایجاد می‌کند تا از خطر کم‌خونی جلوگیری نماید.

واکنش‌پذیری شریانی به گازهای در حال گردش

واکنش‌پذیری شریانی به

تأثیر بر تشکیل عروق خونی مغز در طولانی‌مدت بررسی شد و استنشاق در کسر حجمی 5 و 10%، به ترتیب منجر به افزایش 50 و 100% CBF شد[46] . منحنی تغییرات CBF به‌صورت تابعی از به شکل حلقوی با یک بخش تقریباً خطی برای مقادیر فیزیولوژیکی CBF است. بر اساس مقدار معمول کربن دی‌اکسید ( )، مقدار بیش‌ازحد کربن دی‌اکسید باعث افزایش CBF و CBV به ترتیب به‌اندازه 6% و 2% می‌شود، درحالی‌که مقدار کم کربن دی‌اکسید باعث کاهش CBF و CBV به ترتیب به‌اندازه 3% و 1% می‌شود[7,47-49] . اندازه‌گیری دوپلر فرا جمجمه‌ای در سرعت شریانی برای محاسبه شاخص واکنش‌پذیری شریانی استفاده می‌شود، درحالی‌که شیب منحنی مربوطه سرعت شریانی متوسط را به‌صورت تابعی از فشار بازدم توصیف می‌کند. در انسان سالم، این شاخص نزدیک به است [50] . این پاسخ عروقی بر تنظیم شریانی تا حد کمی [51,52] غلبه می‌کند، اما تمام رگ‌ها ازجمله مویرگ‌ها و سیاهرگ‌ها را شامل می‌شود [51,53].

تصویربرداری عملکردی از پرفیوژن مغزی

تصویربرداری عملکردی از پرفیوژن مغزی ممکن است به‌صورت بررسی تصویربرداری از تغییرات عملکردی در پرفیوژن مغزی ایجادشده توسط محرک شریانی تعریف شود. ما مشاهده کردیم که پرفیوژن با فعالیت عصبی (کوپلینگ عصبی عضلانی)، فشار پرفیوژن درون جمجمه‌ای (تنظیم خودکار)، در خون تا مقدار کمتر سطح (واکنش‌پذیری شریانی) به‌طور فیزیولوژیکی تغییر یافت (شکل 1). بر اساس بزرگنمایی زمانی در این روش، ما اندازه‌گیری‌ها را در حالت تعادل یا در پاسخ همودینامیک به محرک شریانی در طی زمان انجام دادیم.

تصویربرداری از کوپلینگ عصبی عضلانی

تصویربرداری از کوپلینگ عصبی عضلانی یکی از روش‌های اصلی در تصویربرداری عصبی عملکردی است. در میان سایر روش‌ها، اختلاف BOLD fMRI مبتنی بر تغییرات در اکسیژن زایی مغزی است که با فعالیت سیناپسی دنبال می‌شود و علاوه بر این پرفیوژن از کوپلینگ عصبی عضلانی ناشی می‌شود (شکل 1). این رویکرد باعث کنترل فعالیت عصبی می‌شود که رگرسیون را در یک سیگنال عروقی موردبررسی تعیین می‌نماید. بنابراین تغییرات در پاسخ همودینامیک تحت عنوان نتیجه‌ای از فعالیت عصبی تفسیر می‌شوند. رابطه نزدیکی میان فعالیت سیناپسی و سیگنال BOLD است، که در حیوانات ماهیت غیرتهاجمی و تکثیری آن نشان داده‌شده است، که باعث شد fMRI طی چند سال به کاربردی‌ترین روش در تصویربرداری عصبی عملکردی تبدیل شود[88,89] .

تصویربرداری از تنظیم خودکار

تنظیم خودکار فشار پرفیوژن عامل مهمی برای کنترل فشارخون درون جمجمه‌ای به‌خصوص در حین آسیب مغزی جراحتی جدی، است. با در نظرگیری خطرات مربوط به انتقال در افراد خارج از مراقبت شدید، تنظیم خودکار ممکن است با دوپلر انتقالی موردبررسی قرار گیرد[38,41,45,149]. به‌منظور تنظیم تجربی فشار پرفیوژن، ممکن است دکمه‌فشاری روی ران‌ها به کار رود. فشارخون استاندارد با آزادسازی ناگهانی فشار به وجود می‌آید. سپس تنظیم خودکار در واکنش به افت فشار پرفیوژن، باعث انبساط شریانی می‌شود [150].

تصویربرداری از واکنش‌پذیری شریانی

تصویربرداری از واکنش‌پذیری شریانی مغز روش دیگری برای بررسی تصویربرداری عملکردی از پرفیوژن مغزی است. در نقطه مقابل تصویربرداری از کوپلینگ عصبی عضلانی که به بررسی فعالیت عصبی اختصاص داشت، تصویربرداری از واکنش‌پذیری شریانی مغز روی مطالعه محرک‌های شریانی غیرعصبی مانند یا استازولامید تمرکز دارد.

اندازه‌گیری مقدار واکنش‌پذیری شریانی مغز

مقدار کوپلینگ عصبی عضلانی در تصویربرداری عملکردی

روش‌های تصویربرداری عملکردی مختلف برای تشخیص مانند BOLD fMRI اساساً مبتنی بر کوپلینگ عصبی عضلانی هستند. بااین‌حال، علی‌رغم تغییرات مشخص در سیگنال BOLD در بیماران، تقریباً تمام مطالعات تغییرات درون و میان فردی ممکن در مکانیزم فیزیولوژیکی را در منبع اندازه‌گیری سیگنال در نظر نمی‌گیرند. بنابراین در حین تفسیر سیگنال BOLD، احتمال تشخیص اثرات خاصی از تغییرات در فعالیت عصبی ناشی از تغییرات در پاسخ همودینامیکی به تعامل ممکن بین این دو عامل وجود دارد. این حد مشخصی برای روش تعیین می‌کند تا تفسیر بهتری از نتایج fMRI حاصل شود[101,109,112,139,140] .

ارزش پیش‌بینی در بیماری انسداد رگ

در بیماران تحت نظر برای بیماری انسداد رگ در فعالیت مغزی، اندازه‌گیری ذخایر عروقی در ناحیه سرخرگ آسیب‌دیده برای بررسی خطر سکته ایسکمی (CVA) یا یک حمله ایسکمی گذرا (TIA) استفاده می‌شود. جریان پایینی از یک انسداد یا تنگی شدید، کاهش فشار پرفیوژن توسط تنظیم خودکار و انبساط شریانی جبران می‌شود که به ثابت نگه‌داشتن پرفیوژن کمک می‌کند. عدم وجود انبساط شریانی اضافی منجر به عدم وجود ذخیره عروقی جهت مقابله با افزایش پرفیوژن موردنیاز برای جبران کاهش ذخیره خون (افزایش انسداد شریانی، کاهش برون ده قلبی یا فشارخون شریانی ) می‌شود، بدین ترتیب بیمار در معرض کم‌خونی شریانی قرار می‌گیرد.[190,206-215] بنابراین، بررسی ذخیره شریانی، یک ارزیابی عملکردی از کارایی جریان پایینی شبکه عروقی در انسداد شریانی و تداخل موجود ارائه می‌دهد.[216,217]

تصویربرداری بعدی از واکنش‌پذیری شریانی برای اهداف تشخیصی

تغییرات محلی و کلی در واکنش‌پذیری شریانی مغز مشاهده‌شده در بیماران ممکن است حاکی از تغییرات پرفیوژن مغزی پایه[5,8,74]، غلظت مواد فعال شریانی در محیط برون شریانی، رابطه میان رگ‌ها، آستروسیت ها و اعصاب مجاور باشد[101]. بااین‌حال، بسیاری از ناهنجاری‌های مغزی شریانی و مغزی احتمالاً توسط تغییرات کلی و محلی واکنش‌پذیری شریانی ایجاد می‌شوند، همان‌طور که در بیماران [82,109,111,112,128,177,186,192,228]، و مدل‌های حیوانی آزمایشگاهی [27,158,180,229-233] نشان داده‌شده‌اند.

روش‌های اندازه‌گیری واکنش‌پذیری شریانی مغز

انتخاب روش تصویربرداری

در ابتدا دوپلر بازتابی فرا جمجمه‌ای موردمطالعه قرار گرفت، سپس در پزشکی هسته‌ای (PET, SPECT)، تصویربرداری از واکنش‌پذیری شریانی در چند سال اخیر در MRI، با توسعه رشته‌های اکتسابی سریع ظهور پیدا کرد. تراکم سنجی برشی پرفیوژن نیز پیشنهاد شد [250] .

انتخاب تحریک محرک شریانی

در روش درمانی، MRI در واکنش‌پذیری شریانی با تنظیم کربن دی‌اکسید خون چه با دم زنی، ایست تنفسی، استنشاق و چه با تزریق استازولامید به دست می‌آید. بررسی واکنش‌پذیری شریانی با اکسیژن کمتر توسعه‌یافته است زیرا اثرات محرک شریانی در اکسیژن خیلی کم است.

نتیجه‌گیری

به‌منظور نتیجه‌گیری، تصویربرداری عملکردی از پرفیوژن مغزی برای نقشه‌برداری از سه خاصیت اصلی تشکیل میکرو عروق شریانی مغز استفاده شد: کوپلینگ عصبی عضلانی، واکنش‌پذیری شریانی به گازهای در حال گردش و تنظیم خودکار فشار پرفیوژن. BOLD fMRI در واکنش‌پذیری شریانی به‌طور افزاینده‌ای در حال افزایش است. fMRI در واکنش‌پذیری شریانی ممکن است جهت تخمین منبع عروقی و خطر سکته در بیماری انسداد شریانی استفاده شود تا درمان را بهبود بخشد. fMRI در واکنش‌پذیری شریانی، تغییرات اولیه در بیماری آلزایمر و افراد در معرض خطر را تعیین می‌کند. fMRI در واکنش‌پذیری شریانی، ممکن است برای درک بهتر نتایج فعال‌سازی fMRI به‌خصوص قبل از جراحی عصبی به کار رود.

بنابراین، تنها مسئله زمان، دسترسی و گسترش روش‌ها است. به‌احتمال‌زیاد، دهه آینده توسعه کاربردهای درمانی در تصویربرداری عملکردی پرفیوژن را در بیماری‌های مغزی و قلبی و همچنین سایر اندام‌ها را تصدیق می‌کند.

این مقاله ISI در سال 2013 در نشریه الزویر و در مجله تصویربرداری تشخیصی و مداخله ای ، توسط کلینیک دانشگاه نورورادیولوژی منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله تصویربرداری کاربردی از پرفیوژن مغزی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.