Efekt dekomprese krční míchy při spondylogenní myelopatii na korové funkce mozku

Overview

Úvod:
Hlavním cílem práce bylo zhodnocení kortikálních senzorimotorických adaptací na fMRI (functional magnetic resonance imaging) mozku u pacientů před a po přední dekompresi míchy při CSM (cervikální spondylogenní myelopatie). Materiál a metodika: Do studie byli zařazeni pacienti s průkazem myelopatických změn a přední komprese míchy při stenóze nebo hernii disku na MRI krční páteře. Byla zhodnocena míra stenózy páteřního kanálu před a 3 měsíce po operaci. Operace krční páteře byly provedeny na jednom až dvou segmentech z předního přístupu s aplikací radiolucentního implantátu, bez fixace dlahou. Každý pacient podstoupil dvě sezení fMRI mozku na 1,5 Tesla přístroji, jedno před chirurgickou intervencí a druhé 6 měsíců po intervenci. V průběhu funkčního vyšetření pacienti prováděli v rámci blokové úlohy akustickými signály řízenou flexi a extenzi zápěstí zvlášť na obou končetinách. Statistické vyhodnocení získaných dat jsme provedli pomocí obecného lineárního modelu implementovaného v nástroji FEAT 6.00 (FMRI Expert Analysis Tool) ze softwarového balíku FSL 5.0 (FMRIB Software library). Rozdíly před a po chirurgické intervenci jsme hodnotili pomocí párového t-testu a výsledné statistické mapy zobrazující Z skóre (standardizovanou hodnotu t-testu) jsme prahovali na korigované hladině významnosti p <0,05. Soubor tvořilo 7 pacientů, z toho bylo 5 žen a 2 muži, s průměrným věkem 55,7 roku. Jako kontrolní soubor byli vyšetřeni pacienti s cervikální spondylogenní radikulopatií. Výsledky: Analýza průměrné skupinové aktivace na fMRI mozku při pohybu oběma končetinami před i po intervenci odhalila významnou aktivaci v dorzálním primárním motorickém kortexu kontralaterálně k aktivní končetině a v přilehlých sekundárních motorických a senzorických oblastech, bilaterálně v oblasti suplementární motorické arey, předního cingula, primárního sluchového kortexu a v oblasti bazálních ganglií, thalamu a mozečku. Po terapii došlo vizuálně ke zmenšení rozsahu aktivací i maximálního Z skóre ve většině uvedených oblastí. Analýza rozdílů mezi oběma vyšetřeními prokázala statisticky významný pokles aktivace při pohybu oběma končetinami v pravostranném parietálním operkulu a v zadní části temporálního laloku. Při pohybu levým zápěstím došlo navíc k poklesu aktivace v pravostranném lobulus parietalis superior, gyrus supramarginalis, inzulárním kortexu a centrálním operkulu. Naproti tomu při pohybu pravým zápěstím došlo k významnému poklesu v levostranném gyrus temporalis medius. Závěr: Průměrný rozdíl předozadního rozměru páteřního kanálu před a po přední operaci stenózy byl 2,67 mm a představoval zvětšení o 40 %, plocha páteřního kanálu se operací zvýšila o 37 % a plocha míchy o 36 %. Funkční MRI mozku u pacientů s CSM prokázala významnou aktivaci zejména v primárním a sekundárním motorickém kortexu a senzorických oblastech. Po chirurgické dekompresi míchy došlo vizuálně ke zmenšení rozsahu aktivací i maximálního Z skóre ve většině oblastí. Prokázali jsme, že pacienti s MRI projevy myelopatie, přitom v klinicky dosud nezávažném stadiu onemocnění, reagovali podle fMRI mozku na operační zákrok poklesem korové aktivace. Klíčová slova: cervikální spondylotická myelopatie − funkční magnetická rezonance − dekomprese míchy − kortikální reorganizace

Úvod

Výsledkem degenerace krční páteře může být tvorba osteofytů a hypertrofie ligamentum flavum. Vzniklá stenóza páteřního kanálu může být asymptomatická, ale u části nemocných dochází ke kompresi míchy a pak hovoříme o cervikální spondylogenní myelopatii (CSM). Chirurgická léčba CSM spočívá v dekompresi a stabilizaci dotčených segmentů a tento proces umožní prevenci klinického zhoršení, popřípadě zlepší neurologické funkce. Přesto sledujeme, že chirurgická dekomprese nevede vždy ke zlepšení stavu, a naopak jen konzervativní léčba může být efektivní [1−6].

Celý proces je tedy složitý a dosud mu nerozumíme kompletně. Podíl na tom jistě má i schopnost částečné reorganizace na úrovni mozkových kortikálních a subkortikálních motorických center a míšních drah spojujících tato centra. Tato schopnost chování mozku a jeho plasticita tedy hraje důležitou roli jednak v tom, že maskuje počáteční klinické příznaky CSM a naopak i v tom, že po dekompresi míchy umožní zlepšení funkcí.

Hlavním cílem práce bylo zhodnocení kortikálních senzorimotorických adaptací na fMRI (functional magnetic resonance imaging) mozku u pacientů před a po přední dekompresi míchy při CSM.

Materiál a metodika

Do studie byli zařazeni všichni pacienti, kteří byli v období od května do července 2013 indikováni k operaci pro CSM v jeho časné, presymptomatické fázi. Podmínkou byl průkaz myelopatických změn na krčním MRI, tedy jasných změn signálu na míše (T2 – vážené obrazy byly hypersignální) a pouze přední komprese míchy při stenóze nebo hernii disku, v maximálním rozsahu dvou etáží. Na MRI byla zhodnocena míra stenózy páteřního kanálu a komprese míchy změřením předozadního rozměru páteřního kanálu, plochy páteřního kanálu a míchy. Současně byli nemocní vyšetřeni klinicky a elektrofyziologicky za účelem prokázání myelopatie a radikulopatie. Součástí klinického vyšetření bylo neurologické vyšetření a hodnocení NDI (Neck Disability Index) a JOA (Japanese Orthopaedic Association) skóre.

V rámci elektrofyziologického vyšetření bylo prováděno vyšetření motorických evokovaných potenciálů (MEP) pomocí transkraniální magnetické stimulace (Medtronic MagPro Compact®) se stimulací magnetickou cívkou v oblasti skalpu, v oblasti cervikální a bederní intumescence. Latence a velikost svalové odpovědi byla registrována oboustranně z m. abduktor digiti minimi na horních končetinách, na dolních končetinách z m. abduktor hallucis. Byla zaznamenávána data hodnot kortikálních latencí a centrální kondukční časy do horních a dolních končetin. Získaná data byla rozdělena do 3 podkategorií: normální parametry, lehké prodloužení kortikálních latencí a centrálního kondukčního motorického času (do 10 % nad hranici normy) a podkategorie patologického nálezu (nad 10 % nad hranici normy). Doplňujícím vyšetřením byl somatosenzorický evokovaný potenciál (SEP) stimulací n. tibialis za vnitřním kotníkem, s registrací skalpových odpovědí Cz-Fz a hodnocením parametrů latencí trojvrcholového komplexu PNP.

Exkluzivním kritériem pro studii byl věk pod 40 let nebo nad 70 let, anamnéza předchozího poranění mozku nebo páteře, historie cévní mozkové příhody, roztroušená skleróza, diabetická neuropatie, klaustrofobie, implantovaný pacemaker nebo kovové implantáty. Studie byla koncipována jako prospektivní, a proto pacienti podepsali informovaný souhlas. Následovalo vyšetření fMRI mozku.

Operace v jedné nebo dvou etážích byla provedena z předního operačního přístupu s implantací netitanové náhrady disku (materiál PEEK: poly-ether-ether-keton), bez fixace dlahou.

Po operaci během 3 měsíců byla ověřena dekomprese míchy pomocí krčního MRI a změřen opět předozadní rozměr a plocha páteřního kanálu a míchy. V 6. měsíci po operaci následovalo fMRI mozku a kontrola kompletním klinickým a elektrofyziologickým vyšetřením.

fMRI mozku

Úloha a akvizice

Každé vyšetření fMRI mozku bylo provedeno na přístroji Siemens Avanto nebo Symphony 1,5 Tesla a sestávalo z akvizice morfologických dat a dvou šestiminutových sad funkčních skenů. V průběhu funkčního vyšetření pacienti prováděli blokovou úlohu, při níž se aktivní bloky střídaly s klidem v pravidelných 15s intervalech. V rámci aktivního bloku pacienti vykonávali flexi a extenzi zápěstí, přičemž trvání bloku a frekvence pohybu byly signalizovány přerušovaným vysokým tónem pomocí MRI kompatibilních sluchátek. Takto byly samostatně vyšetřeny obě horní končetiny. BOLD (blood-oxygen-level-dependent) signál byl snímán pomocí sekvence echo planar imaging (EPI) z celého mozku ve 30 axiálních vrstvách o tloušťce 5 mm s planárním rozlišením 64x64 voxlů s následujícími akvizičními parametry: TR = 2500 ms, TE = 40°, FA = 80° a FOV = 220 mm. Jako anatomickou referenci jsme snímali T1-vážené obrazy ve vysokém rozlišení.

Statistická analýza

Cílem statistické analýzy bylo detekovat oblasti signifikantně aktivované při provádění motorické úlohy. Statistické vyhodnocení BOLD dat jsme provedli pomocí obecného lineárního modelu (general linear model, GLM) implementovaného v nástroji FEAT 6.00 (FMRI Expert Analysis Tool) ze softwarového balíku FSL 5.0 (FMRIB Software library) [7–9]. V rámci skupinové analýzy jsme pomocí jednovýběrového t-testu hodnotili průměrnou aktivaci před a po chirurgické intervenci a pomocí párového t-testu skupinový rozdíl aktivace mezi oběma vyšetřeními. Výsledné statistické mapy zobrazující Z skóre (standardizovanou hodnotu t-testu) byly prahovány pomocí klastrů na korigované hladině významnosti p<0,05 [10].

Soubor

Soubor tvořilo 7 pacientů, z toho bylo 5 žen a 2 muži, ve věku 46–69 let (průměrný věk 55,7 roku). U šesti pacientů byla operována stenóza na jedné etáži a u jednoho na dvou etážích. Prostor C4/5 byl indikován ve dvou případech, prostor C5/6 v pěti a prostor C6/7 v jednom případě.

Kontrolní skupina

Kontrolní skupina byla vytvořena za účelem vyloučení vnějších vlivů při vyšetření fMRI mozku. Byla vytvořena z 5 pacientů (4 ženy, 1 muž) ve věku 42−55 let s klinicky vyjádřenou cervikální spondylogenní radikulopatií. MRI krční páteře vyloučilo kompresi míchy a myelopatické projevy, myelopatie byla vyloučena také elektrofyziologickým vyšetřením. Nemocní byli operováni stejnou metodikou jako pacienti s CSM. Funkční MRI mozku bylo provedeno před operací a 6 měsíců po operaci s následnou statistickou analýzou.

Výsledky

fMRI mozku

Analýza průměrné skupinové aktivace na fMRI mozku při pohybu oběma končetinami před i po intervenci odhalila významnou aktivaci v dorzálním primárním motorickém kortexu (M1, BA 4) kontralaterálně k aktivní končetině a v přilehlých sekundárních motorických (M2, BA 6) a senzorických oblastech (S1, BA 1, 2, 3). Další významné aktivace byly lokalizovány bilaterálně do oblasti suplementární motorické arey (SMA, BA 6) a předního cingula (ACC, BA 24) a do oblasti bazálních ganglií, thalamu a mozečku. Kromě výše uvedeného pacienti významně aktivovali bilaterálně primární sluchový kortex (BA 41 a 42).

Po terapii došlo vizuálně ke zmenšení rozsahu aktivací i maximálního Z skóre ve většině oblastí. Analýza rozdílů mezi oběma vyšetřeními prokázala statisticky významný pokles aktivace při pohybu oběma končetinami v zadní části temporálního laloku napříč gyrus temporalis superior, medius a inferior a v parietálním operkulu vpravo. Při pohybu levým zápěstím došlo navíc k poklesu aktivace dorzálně v pravostranném parietálním kortexu v lobulus parietalis superior a gyrus supramarginalis, a v pravostranném inzulárním kortexu a centrálním operkulu. Naproti tomu při pohybu pravým zápěstím došlo k významnému poklesu v levostranném gyrus temporalis medius. Výsledné Z mapy jsou na Obr. 1 a 2.

Výsledky MRI krční páteře, klinického a elektrofyziologického vyšetření před a po operaci jsou uvedeny v Tab. 1.

MRI krční páteře

Dekomprese krční míchy nastala ve všech osmi etážích (Obr. 3 a 4). Průměrný předozadní rozměr páteřního kanálu v operovaných etážích byl před operací 6,7 mm (rozsah 5,6–9,0 mm), po operaci se rozšířil na 9,4 mm (rozsah 8,0−11,3 mm). Průměrný rozdíl 2,7 mm představoval zvětšení předozadního rozměru kanálu operací o 40 %.

Průměrná plocha páteřního kanálu v operovaných etážích byla před operací 136 mm² (rozsah 106−164 mm²), po operaci se rozšířila na 186 mm² (rozsah 134−233 mm²). Průměrný rozdíl 50 mm² představoval zvětšení plochy kanálu operací o 37 %.

Průměrná plocha míchy v operovaných etážích byla před operací 70 mm² (rozsah 60−80 mm²), po operaci se rozšířila na 95 mm² (rozsah 65−145 mm²). Průměrný rozdíl 25 mm² představoval zvětšení plochy míchy operací o 36 %.

Klinické vyšetření a MEP/SEP

Ze čtyř pacientů s předoperačními neurologickými projevy CSM se klinický stav upravil u všech, u ostatních tří nemocných nenastalo zhoršení neurologického stavu. JOA skóre před operací dosáhlo 17−18 bodů, 6 měsíců po operaci dosáhlo u všech pacientů normálních hodnot 18 bodů.

NDI dosáhlo před operací v průměru 40,6 % (rozsah 22−58 %), za 6 měsíců po operaci se zlepšilo v průměru na 24,3 % (rozsah 0–42 %).

V hodnoceném souboru došlo ke zlepšení nálezu alespoň jednoho parametru MEP v případě předoperačního patologického nálezu, v jednom případě se zlepšil SEP.

Kontrolní skupina

Výsledkem byly nesignifikantní změny na fMRI mozku, tedy naše analýza neprokázala signifikantní rozdíl aktivovaného objemu v oblasti zájmu, tedy v primárních a sekundárních senzorimotorických korových oblastech (Studentův t-test, p <0,05).

Diskuze

CSM je obvykle poddiagnostikována a nedostatečně intenzivně nebo nedostatečně včas léčena. Špatnými prognostickými faktory a již absolutní indikací k chirurgické terapii jsou: progrese známek myelopatie, známky myelopatie po dobu více než 6 měsíců, kompresní poměr míchy pod 0,4 a plocha míchy na axiálním skenu pod 40 mm². Je doporučena přední dekomprese, pokud je přední komprese míchy na jedné nebo dvou etážích. Při kompresi na více než dvou etážích, při vrozeně úzkém kanálu, zadní kompresi míchy a osifikaci ZPV (zadní podélný vaz) je doporučena dekomprese zadní. Při kyfotizaci je doporučen přední výkon, pokud je ale kombinace kyfózy s úzkým páteřním kanálem nebo zadní kompresí, pak je indikace pro kombinovaný přístup přední i zadní [11]. Bapat a spol. prokázali statisticky významně lepší výsledky po přední než zadní dekompresi v prospektivně sledovaném souboru 129 pacientů i v případech multietážové CSM [12]. Kontroverzní z pohledu operační indikace zůstávají zejména pacienti v iniciálním stadiu CSM, někdy označovaném jako presymptomatické. Proto se hledají prediktivní faktory hlavně u této skupiny nemocných. Bednařík a spol. prokázali, že elektrofyziologické abnormality dysfunkce míchy společně s klinickými známkami cervikální radikulopatie a hyperintenzitou míchy (v T2 – vážených sekvencích) předznamenávají časnou progresi do symptomatické fáze CSM [1].

Změny aktivace korových a podkorových struktur identifikované pomocí fMRI jsou projevem plasticity neboli reorganizace nervových struktur na mikroskopické úrovni. Je-li přítomna léze centrální nervové soustavy, dochází pomocí těchto mechanismů k zapojení intaktních oblastí, což je doprovázeno částečnou nebo kompletní úpravou deficitu. Studií využívajících k průkazu myelopatie fMRI mozku zatím není mnoho [13–16]. Duggal a spol. sledovali fMRI u pacientů s CSM v již pokročilém stadiu, JOA se zlepšilo z předoperačních 11,8 bodu na pooperačních 14,3 bodu ze stupnice dosahující maxima 18 bodů. Podle JOA tedy nedošlo ke kompletní úpravě funkcí, nabízí se otázka, zda operace nebyly indikovány pozdě. Výsledky fMRI nebyly statisticky významné [13]. Tam a spol. prezentovali kazuistiku fMRI mozku u pacienta s klinicky manifestní CSM před operací z předního přístupu a 6 měsíců po operaci a prokázali zvýšenou kortikální aktivaci v primárním motorickém kortexu během pohybu prstů. Současně došlo i ke klinickému zlepšení motorické funkce, vč. zlepšení JOA skóre o 40 %, resp. 43 % pro horní a dolní končetiny [14]. Holly a spol. pomocí fMRI mozku prokazovali na malém souboru 4 pacientů s CSM a 5 zdravých lidí reorganizaci mozkového kortexu. Zatímco u skupiny zdravých se v průběhu času kortikální organizace neměnila, tak u pacientů s CSM před operací byla zjevná kortikální expanze pro vyšetřovanou končetinu. Po chirurgické dekompresi míchy došlo již po 6 týdnech ke zmenšení, tedy koncentraci kortikálních polí a tento nález přetrval i na vyšetřeních po 3 měsících [15]. Dong a spol. provedli obdobně koncipovanou studii a sledovali změny u 8 nemocných s CSM a 6 zdravých na fMRI mozku před operací a 3 a 6 měsíců po operaci. Před operací byla aktivace širších oblastí na ipsilaterálním kortexu a po operaci se blížila opět zdravým lidem [16].

Při průkazu dekomprese míchy operací v našem souboru se jednalo o jediný zásah na centrálním nervovém systému u všech pacientů během sledovaného období 6 měsíců, a tedy veškeré změny na fMRI mozku musíme přičítat této skutečnosti. Lze konstatovat, že námi indikovaní pacienti s MRI projevy myelopatie (na MRI krční páteře), přitom v klinicky dosud nezávažném stadiu onemocnění, reagovali podle fMRI mozku na operační zákrok poklesem korové aktivace a tím se blížili předpokládanému nálezu u zdravých lidí, v našem případě kontrolní skupině. Komprese míchy v této presymptomatické fázi tedy nezůstává na centrální úrovni bez odezvy a může být funkčně kompenzována a díky stejnému mechanismu mohou být funkce míchy po operační dekompresi ještě reverzibilní.

V českém písemnictví se touto problematikou plasticity mozkových funkcí v případech komprese míchy dosud nikdo nezabýval. Tato práce je unikátní i ve světovém kontextu, pokud je nám známo, nikdo zatím takto nesledoval odezvu dekomprese míchy v iniciálním stadiu CSM.

Většina předchozích prací hodnotí CSM a indikaci k operaci z mnoha jiných pohledů, opírají se přitom zejména o klinické zhodnocení podle JOA skóre nebo o elektrofyziologická vyšetření [1−6]. Význam těchto postupů je evidentní a tato práce je nijak nezpochybňuje, naopak nabízí další dimenzi a alespoň částečné vysvětlení některých kontroverzních zjištění.

Závěr

Průměrný rozdíl předozadního rozměru páteřního kanálu před a po přední operaci stenózy byl 2,67 mm a představoval zvětšení o 40 %, plocha páteřního kanálu se operací zvýšila o 37 % a plocha míchy o 36 %.

Funkční MRI mozku u pacientů s CSM prokázala významnou aktivaci zejména v primárním a sekundárním motorickém kortexu a senzorických oblastech. Po verifikované chirurgické dekompresi míchy došlo vizuálně ke zmenšení rozsahu aktivací i maximálního Z skóre ve většině oblastí. Prokázali jsme tedy, že pacienti s MRI projevy myelopatie, přitom v klinicky dosud nezávažném stadiu onemocnění, reagovali podle fMRI mozku na operační zákrok poklesem korové aktivace.

Doc. MUDr. Lumír Hrabálek, PhD.

Na Vinici 615/4

783 35, Horka nad Moravou

e-mail: lumir.hrabalek@seznam.cz