Kronik İnfarktlı Hastalarda Beyindeki Metabolit Değişikliklerinin Manyetik Rezonans
Spektroskopi İle Değerlendirilmesi
Determination of Metabolites Changes in Chronically Infarcted Area of the Brain with Magnetic Rezonance
Spectroscopy
Sedat SÖZMEN *, İbrahim ÖZTOPRAK**, Cesur GÜMÜŞ*, Ayşenur TAŞ***, Hulusi EĞİLMEZ**
* Uzm. Dr. C. Ü. Tıp Fakültesi Radyoloji Anabilim Dalı, 58140-Sivas ** Yrd. Doç. Dr. C. Ü. Tıp Fakültesi Radyoloji Anabilim Dalı, 58140-Sivas *** Yrd. Doç. Dr. C. Ü. Tıp Fakültesi Nöroloji Anabilim Dalı, 58140-Sivas
ÖZET
Amaç: Bu çalışmada, kronik beyin infarktı olan
hastalarda, beyinin infarktlı bölgesinde meydana gelen metabolit değişikliklerinin, Manyetik Rezonans Spektroskopi (MRS) ile değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
Gereç ve yöntem: Kronik infarkt tanısı ile takip edilen
20’si erkek 10’u kadın toplam 30 olgu hasta grubunu, nörolojik muayeneleri normal 6’sı kadın 4’ü erkek 10 kişide kontrol grubunu oluşturdu. MRS inceleme 2001 Model Toshiba-Excelart marka 1.5 Tesla cihaz ve buna ait kafa koili ile gerçekleştirildi .
Bulgular: İnfarkt alanındaki ortalama metabolit pik
sinyal intensite değerleri ppm cinsinden; N-Asetil aspartat: 0.38±0.03, Kreatin: 0.36±0.05, Kolin: 0.38±0.05 ve laktat: 0.12±0.02 olarak hesaplandı. Kontrol grubundaki ortalama metabolit pik sinyal intensite değerleri ise; N-Asetil aspartat: 2.01±0.23 ppm, Kreatin:1.23±0.08 ppm ve Kolin: 1.34±0.11 ppm olarak bulundu. Bu sonuçlara göre infarktlı bölgelerdeki en yüksek N-Asetil aspartat ,Kreatin ve Kolin değerleri, kontrol grubundaki en düşük N-Asetil aspartat, Kreatin ve Kolin değerlerinden bile düşük bulundu.
Sonuç: MRS tekniği, non invaziv bir şekilde insan
beyninde metabolitlerin ölçümünü sağlayarak incelenen hastalığın biyokimyası ve patofizyolojisinin aydınlatılmasına ışık tutmaktadır.
Anahtar Kelime: Manyetik Rezonans Spektroskopi,
Kronik infarkt
SUMMARY
Objective: To determine the metabolites changes in
patients with chronic brain infarct in the infarcted area of the brain with MR Spectroscopy.
Material and Method: 30 patients (20 male, 10
female) who had chronic brain infarct were studied. Ten adult (6 male, 4 female) who had normal neurological examination were recruited into the control group. MRS examination was performed with 2001 Toshiba-Excelart 1.5(T) and using a cranial coil.
Result: The value of peak signal intensity of metabolites
in the infarct area was calculated as for N-acetyl aspartate: 0.38±0.03 ppm, Creatinin: 0.36±0.05 ppm, Cholin: 0.38±0.05 ppm and lactate 0.12±0.02 ppm. The value of peak signal intensity metabolites of the control group was found as for; N-acetyl aspartate: 2.01±0.23 ppm, Creatinin: 1.23±0.08 ppm and Cholin: 1.34±0.11 ppm. As a result, we found the highest value of N-acetyl aspartate, Creatinin and Cholin of the infarct area even lower than the lowest value of N-acetyl aspartate, Creatinin and Cholin in the control group.
Conclusion: MRS as a non invasive technique to
determine the metabolites of human brain provides information about the biochemistry and pathophysiology of the chronic brain disease.
Keyword: Magnetic Rezonance Spectroscopy, chronic
infarct.
C. Ü. Tıp Fakültesi Dergisi 26 (4):166 – 170, 2004 GİRİŞ
Beyin damarlarının çeşitli patolojiler nedeni ile daralması, tıkanması veya yırtılarak kanın damar dışına çıkması sonucu ortaya çıkan klinik tablolara serebro-vasküler hastalıklar denir. Serebro-serebro-vasküler hastalıklar içinde en sık görülen grup serebral infarktlardır (1). Dünyada en sık görülen ölüm nedenleri arasında üçüncü
sırada yer alan serebro-vasküler hastalıklar, en çok morbidite yaratan sebeplerden de birisidir(2).
Son yıllarda büyük gelişmeler kaydeden Manyetik Rezonans görüntüleme (MRG), serebro-vasküler hastalıkların tanısında radyolojik modaliteler içinde çok sık başvurulan bir yöntem konumuna gelmiştir (3).
Manyetik rezonans Spektroskopi (MRS) rutin MR incelemesi ile beraber uygulanabilen ve insan beyninde bulunan metabolit düzeylerinin non invaziv ölçümüne dayanan bir inceleme yöntemidir. MRS ile başlıca N-asetil aspartat (NAA), kreatin (Cr), kolin (Cho), laktat, myoinositol, Glutamat-Glutamin gibi metabolitler tesbit edilmektedir. Ancak klinik durumu açıklamada başlıca NAA, Cho ve Cr bileşikleri kullanılmaktadır (4).
Bu çalışmada, kronik beyin infarktı olan hastalarda, beyinin infarktlı bölgesinde meydana gelen metabolit değişikliklerinin, MR spektroskopi ile değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
GEREÇ VE YÖNTEM
Çalışmamız Kasım 2001-Mayıs 2002 tarihleri arasında Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi Araştırma Hastanesi Radyodiagnostik Anabilim dalında yapıldı.
Hasta grubu daha önce serebral infarktı Bilgisayarlı Tomografi(BT) ve/veya MR ile saptanmış olan ve nöroloji kliniğince kronik infarkt tanısıyla takip edilen hastalardan seçildi. Hemorajik infarktlar, methemoglobinin spektral kaliteyi etkileyeceği düşünülerek incelemeye alınmadı.
Yukarıda bahsedilen infarkt özelliğine sahip 20’si erkek 10’u kadın toplam 30 olgu hasta grubunu, nörolojik muayeneleri normal 6’sı kadın 4’ü erkek 10 kişide kontrol grubunu oluşturdu.
MR inceleme 2001 Model Toshiba-Excelart marka 1.5 Tesla (T) cihaz ve buna ait kafa koili ile gerçekleştirildi.İnceleme öncesi olgulara yöntem hakkında gerekli açıklamalarda bulunuldu.
Hasta ve kontrol grubunun inceleme protokolünde önce aksiyal ve sagittal planda pilot görüntüler alındı. Daha sonra pilot görüntüler üzerinden T1 Ağırlıklı aksiyal (TR:550,TE:15,FOV:20x21,Matriks:208x256),T2 Ağırlıklı aksiyal-sagital (TR:5000,TE:94,FOV:22x22, Matriks:224x320) ve Fluid-attenuated inversion recovery (FLAİR) koronal (TR:7500,TE:94,FOV:20x21, Matriks:192x288) görüntüler elde edildi.
Hastanın masaya yatırılması ve tetkikinin yapılması ortalama 20-30 dakika sürdü.
MRS bilgileri, infarktlı bölgeye yerleştirilen 2x2x2 cm’lik tek vokselden alındı (Resim1). Korteks ve beyaz cevherin her ikisinde yer alan lezyonlarda voksel kortikal alanları da kapsayacak şekilde yerleştirildi. Diğer dokulardan kontaminasyonu en aza indirmek için normal beyin dokusunun, ventriküllerin ve kemik iliğinin ilgili alan içine girmemesine dikkat edildi. Bu bölgelere gerektiğinde filtre uygulandı.
Resim 1: Hasta grubuna ait bir olguda T2 ağırlıklı aksiyel
kesitte sol parieto-oksipital bölgede infarkt ve bölgeye yerleştirilmiş tek vokselin görünümü.
Daha sonra genel ve lokal shimm ayarları yapıldı. Su supresyon pulsunun optimize edilmesinden sonra spektral veriler elde edildi. Bu spektrum üzerinde NAA-2.00 ppm, Cr 3.05 ppm , Cho 3.20 ppm ve laktat 1.32 ppm'de pik sinyal intensiteleri ölçüldü. Hasta ve kontrol grubunda metabolitlerin pik sinyal intensite değerleri SPSS (versiyon 9.0) proğramına yüklenerek Mann-Whitney U ve ki kare testi ile karşılaştırıldı .
BULGULAR
Hasta grubunu oluşturan 30 olgunun yaşları 35-80 arasında değişmekte olup ortalama yaş 53.5± 7.3, kontrol grubunu oluşturan 10 olgunun yaşları 30-70 arasında değişmekte olup ortalama yaş 52.4±8.5 idi. Kontrol ve hasta grupları arasında yaş ortalaması açısından istatistiksel olarak fark saptanmadı.
T1 ağırlıklı görüntülerde infarkt alanı hipointens izlendi. T2 ağırlıklı görüntülerde ise bu alan hiperintens olarak izlenmekteydi. FLAİR sekansında infarkt alanı hipointens olarak izlendi. İnfarktlı bölgenin etrafında gliozisle uyumlu hiperintensite mevcuttu. Lezyon
alanlarında tüm sekanslarda parankimde atrofi saptandı. Kortikal alanları da kapsayan infarktlarda giruslarda incelme ve sulkuslarda genişleme mevcut idi.
İnfarkt alanındaki ortalama metabolit pik sinyal intensite değerleri ppm cinsinden; NAA: 0.38±0.03, Cr: 0.36±0.05, Cho: 0.38±0.05 ve laktat :0.12±0.02 olarak hesaplandı.
Kontrol grubundaki ortalama metabolit pik sinyal intensite değerleri ise ppm cinsinden; NAA: 2.01±0.23, Cr :1.23±0.08 ve Cho: 1.34±0.11 olarak bulundu.
Hasta ve kontrol grubu ortalama değerleri karşılaştırıldığında, NAA, Cr ve Cho yönünden gruplar arası fark anlamlı idi (P<0.001). Bu sonuçlara göre; NAA, Cr ve Cho seviyeleri kontrol grubuna göre belirgin derecede azalmıştı. Özellikle NAA’deki azalmanın Cr ve Cho’daki azalmadan daha belirgin olduğu görülmekte idi.
Hasta grubundaki 22 kişide (%73), infarkt bölgesinde artmış laktat izlenirken (Resim 2 ), kontrol grubundaki sağlıklı bireylerin hiçbirisinde laktat izlenmedi.
Resim 2: İnfarktlı bir olguya ait MR spektrumunda NAA, Cr
ve Cho miktarında azalma ve belirgin laktat artışı izlenmektedir.
Kontrol grubu ve hasta grubuna ait ortalama metabolit pik sinyal intensite değerlerinin karşılaştırılması tablo 1’de gösterildi.
Hasta grubunda tesbit edilen en düşük NAA değeri 0.095, en yüksek NAA değeri 0.851, Cr’nin en düşük değeri 0.013, en yüksek değeri 0.99, en düşük Cho
değeri 0.100, en yüksek Cho değeri 0.971, en yüksek laktat değeri 0.334, en düşük laktat değeri ise 0.012 ppm olarak hesaplandı.
Tablo 1: Hasta ve kontrol grubuna ait ortalama metabolit
pik sinyal intensite değerlerinin karşılaştırılması .
Gruplar NAA X ± Sd Cr X ± Sd Cho X ± Sd Laktat X ± Sd Hasta n: 30 0.32± 0.03 0.36± 0.05 0.38± 0.05 0.12± 0.02 Kontrol n: 10 2.01± 0.23 1.23 ±0.08 1.34± 0.11 Saptanmadı P<0.001 P<0.001 P<0.001
Kısaltmalar: n:olgu sayısı, x:ortalama değer, Sd:standart hata
Kontrol grubunda en düşük NAA değeri 1.03 en yüksek değeri 3.1 , en düşük Cr değeri 0.975 en yüksek 1.87, en düşük Cho değeri ise 0.974 en yüksek Cho değeri 1.92 ppm olarak hesaplandı. Kontrol grubunda laktat saptanmadı.
Bu sonuçlara göre infarktlı bölgelerdeki en yüksek NAA, Cr ve Cho değerleri, kontrol grubundaki en düşük NAA, Cr ve Cho değerlerinden bile düşük bulundu.
TARTIŞMA
Kronik serebral infarktlarda, beyin metabolizmasının detayları henüz aydınlatılamamıştır. Willis poligonu ile serebral ve sereballar arterlerin terminal dalları arasındaki anastomozların varyasyon göstermesi, infarktın yerini ve büyüklüğünü etkileyen bir faktördür (5).
NAA, nöronlara spesifik bir metabolit olup, nöron dışı başka hücrelerde rastlanmamıştır (6). Nöronlar için spesifik olan NAA’deki bu azalmanın infarkt bölgesindeki nöronal kayıpla direkt bağlantılı olduğu düşünülmektedir. Kronik süreçde infarktlı bölgede nöron sayısı azalırken bu bölgede gliozis dokusunun artması NAA değerlerinde düşüşe neden olmaktadır. Bir çok çalışmada kronik infarktlı hastalarda NAA düzeylerinde azalma olduğu gösterilmiştir (5,7-10).
Çalışmamızdaki 30 hastanın hepsinde NAA düzeyleri, kontrol grubuna göre belirgin şekilde düşük bulunmuştur (p<0.001).
Cr beyinde ATP ve ADP arasında tamponlayıcı ve yüksek enerjili fosfatlar için rezerv olarak hizmet eder.
İnfarkt alanında Cr’deki düşüşlerin, bu bölgede meydana gelen nekroz sonrası, nöron ve glial hücre miktarındaki azalma ve bu bölgedeki metabolik duruma bağlı olarak azalmış enerji depolarıyla ilişkili olduğuna inanılmaktadır. Pek çok çalışmada infarkt alanında Cr düzeylerinde azalma olduğu ileri sürülmüştür (5,9,11).
Çalışmamızda literatürle uyumlu olarak Cr’inin infarkt bölgesindeki değeri hasta grubumuzdaki olguların tamamında, kontrol grubuna göre düşük saptandı.
Çalışmamızda değerlendirdiğimiz diğer bir metabolit olan Cho ise gliserofosfokolin, fosfokolin ve sitozoldeki kolin içeren bileşiklerin kolinlerini kapsamaktadır. Gliserofosfokolin ve fosfokolin nöron plazma membran ve myelin kılıf yapısında oldukça fazla miktarda bulunan maddelerdir. Çalışmalarda nöron membranında ve miyelin kılıf yapısında bol miktarda bulunan Cho bileşiklerinin infarkta bağlı olarak yıkıldığını ve kronik süreçte ortamdan uzaklaştırıldığı gösterilmiştir. Değişik çalışmalarda kronik infarktlarda Cho miktarında azalma olduğu ileri sürülmüştür(9,11,12).
Çalışmamızda Cho düzeyini 30 hastanın tamamında düşük olarak saptadık.
Kamada ve arkadaşları (5) kronik infarktlı 16 hastanın 14’ünde Cho düzeyinde değişiklik olmadığını saptamışlardır
Vander (13) ve Szigety (14), infarkt oluşmamış iskemik lezyonlarda Cho sinyallerinin korunduğunu bildirmişlerdir.
Buna göre kronik infarktlı hastalarda ölçülen Cho miktarlarına ilişkin bazı araştırmacılar arasında görüş ayrılığı bulunmaktadır. Cho seviyesindeki bu farklılığın; infarktın volümü, lokalizasyonu, infarkt alanındaki kan akımı ve infarktın yaşı ile bağlantılı olabileceği bazı araştırmacılar tarafından öne sürülmüştür (12).
Hasta grubunda saptadığımız başka bir metabolit ise laktatdır. Laktat beyinde, laktat dehidrojenazla sitozoldeki O2 ve glikoz arasındaki denge bozulduğunda sentezlenir. Bu durum pek çok MRS çalışması ile gösterilmiş ve serebral iskeminin non-spesifik bir göstergesi olarak kabul edilmiştir (13,15).
Serebral infarktın kronik safhasındaki laktat kaynağı tartışmalıdır. Laktat, metabolik olarak dönüşmeyen bir havuz içinde depolanıyor olabilir. Başka bir açıklama ise iskemisi devam eden, ancak hala yaşayan (penumbra) dokular tarafından glikolizle laktat üretiminin devam etmesi şeklindedir. Ayrıca laktat
infarktlı alanda bulunan ve yüksek oranda anaerobik glikoliz yapan fagositik glial hücreler tarafından üretiliyor olabilir. Farklı çalışmalarda infarkt alanında laktat düzeylerinde artış tespit edilmiştir(5,9,16-20).
Kronik serebral infarktlı hastalarda Cho miktarına ilişkin araştırmacılar arasındaki görüş ayrılığı laktatın kaynağı konusunda da mevcuttur. Uzamış anaerobik glikolizin, artmış laktat kaynağının en önemli nedeni olduğunu düşünen araştırmacılar daha çok sayıdadır (5,9). Çalışmamız da 30 hastanın 22’sinde artmış laktat düzeyi tespit edilirken 8 hastada laktat izlenmedi. Kronik infakt alanında artmış laktat düzeyini, bu bölgede canlılığı hala devam eden iskemik dokunun anaerobik glikolizle laktat üretmeye devam etmesi şeklinde değerlendirdik. Laktatın izlenmediği 8 hastada ise, infarktlı alanda iskemik sürecin bittiğini ve buna bağlı olarak laktat üretiminin olmadığı şeklinde yorumladık.
Son yıllarda büyük gelişmeler kaydeden MRS tekniği, non invaziv bir şekilde insan beyninde metabolitlerin ölçümünü sağlayarak incelenen hastalığın biokimyası ve patofizyolojisi ile değerlendirilmesine olanak tanır hale gelmiştir.Gelecekteki infarktlı hastalarda yapılacak olan MRS çalışmalarının, iskemik penumbra ve reperfüzyon sağlandığı takdirde kurtarılabilecek nöronal doku üzerine yoğunlaşacağını düşünmekteyiz.
KAYNAKLAR
1- Osborn A. G..Diagnostic Neuroradiology ,Cerebral vascularite:Normal anatomy and pathology. Sn Loıs 1995; 342-343
2- Kumral E. Serebral iskemi uyarıcı semptom ve klinik bulgular. Türk Radyoloji Dergisi 1999; 34: 464-467.
3- Şener N, Alper H. Kranial manyetik rezonans görüntülemeye giriş. İzmir 1996; 27-30.
4- Haskök NS. Temporal lop epilepsilerinde manyetik rezonans spektroskopi. İstanbul 1999; 1-5.
5- Kamada K, Houkin K, Iwasaki Y. Metabolic and neurological patterns in chronic cerebral infarction a single voxel 1H MR spectroscopy study. Neuroradiology 1997; 39: 560-565.
6- Birken D, Olendorf WH. N-acetyl aspartic acid: a literature review of a compand prominent in 1 H-NMR Spectroscopic studies of the brain. Neurosci Biobehav Rev 1989; 13: 23-31
7- Gideon P, Spenling B, Arlien-Soborg P. Long term follow-up cerebral İnfarction patients wiht proton magnetic rezonans spectroscopy. Stroke 1998; 25: 967-973
8- Felber SR, Aichner FT, Sauter R. Combined magnetic resonance imaging and proton MRS of patiens acute stroke. Stroke 1992; 23: 124-125.
9- Dujin JH, Matson GB, Maudslay AA. Human Brain Infarction : a proton MR spectroscopy study. Radiology 1992; 183: 711-718.
10- Henriksen O, Gideon P, Sperling B. Cerebral laktate production and blood flow in patients with acut stroke. Magn. Reson Imaging 1998; 2: 511-517
11- Parsons MW, Barber PA, Yang Q. Combined 1H MRS and diffusion- weighted MRI improves the prediction of stroke outcome. Neurology 2000; 55: 498-505.
12- Backer PB, Gillard JH, Peter CM. Acute stroke:Evaluation with serial proton MR sperctroscopy imaging. Radiology 1994: 192: 723-732.
13- Vander Grond J, Bam R, Kenppelle LJ. Cerebral metabolism of patients wiht stenosis or oclusion of the internal carotid artery. A 1 H NMR spectroscopic Imaging study. Stroke 1998; 26: 822-828.
14- Szigety SK, Allen PS. The effect of radiation on normal human CNS as detected by NMR spectroscopy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1993; 15: 695-701.
15- Felber S, Levf G.1 H localized magnetic rezonance spectroscopy. Preliminary observations in transient ischemic attacks. S Neurol Sci 1997; 108: 35-38.
16- Berkelbach Vander Sprenkel JW, Luyten PL,Van Rijen PC. Cerebral Laktate detected by regional Proton MRS in a Patient with cerebral infaction. Stroke 1998; 19: 1556-1560.
17- Fenstermacher MJ, Narayana PA. Serial proton magnetic resonance spectroscopy of ischemic brain injury in humans. Invest Radiol 1990; 25: 1034-1039.
18- Ford CC, Griffey RH, Matwiyoff NA. Multi voksel 1H MRS of stroke. Neurology 1992; 42: 1408-1412.
19- Graham GD, Blamire AM, Howseman AM, et al. Proton magnetic resonance spectroscopy of cerebral laktate and other metabolites in stroke patients. Stroke 1997; 23: 333-340.
20- Sappey-Marinier D, Calabrese G ,et al. Proton MRS of human brain: aplications to normal white matter chronic infarction and MRI white matter signal hyperintensities. Magn Reson Med 1992; 26: 313-327.
Yazışma Adresi
Dr. Cesur Gümüş
Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi Radyoloji Anabilim Dalı, 58140-Sivas e-mail: cgumus@cumhuriyet.edu.tr
