דילדול מוחי אזורי בשלב התחלתי של טרשת נפוצה Regional Brain Atrophy in Early Multiple Sclerosis

1. חן שנהר Chen Shenhar המרכז לטרשת נפוצה MULTIPLE SCLEROSIS CENTER דילדול מוחי אזורי בשלב התחלתי של טרשת נפוצהRegional Brain Atrophy in Early Multiple Sclerosis בהנחיית: פרופ' ענת אחירון דר' שמואל מירון חן שנהר דר' סיגל טל דר' חן הופמן

2. רקע: טרשת נפוצה Multiple Sclerosis • טרשת נפוצה - מחלה אוטואימונית, נוירודגנרטיבית מתקדמת • מופיעה במבוגרים צעירים, נשים פי 2 מגברים • גורמת לנכות מצטברת משמעותית • מהלך התקפי-הפוגתי ו/או מתקדם • אבחנה: סימנים וסימפטומים מפוזרים בחלל ובזמן ו/או מוקדים דה-מיילינטיביים אופייניים בחומר הלבן ב-MRI מח ועמ"ש. • מדד נכות מקובל - EDSSextended disability status scale

3. רקע: אטרופיה מוחית • אטרופיה מוחית- אובדן מתקדם של רקמת מח • מנגנונים: ירידה בנפח התאים, אובדן אקסונים (הגורם העיקרי לפי מחקרים היסטופתולוגיים, במשך מחלה ארוך), אובדן מיילין, מוות של תאי גליה/נוירונים. • ירידת נפח מח מסויימת גם בהזדקנות נורמלית - כ-3%-7% לעשור במבנים תת-קורטיקלים. תלויית-גיל ומין ומשתקפת באופן שונה במבני מח שונים. בצעירים בריאים < 0.1% בשנה. בחולי ט"נ - 0.52-0.7% לשנה. • אטרופיה מוחית נמצאה קשורה לירידה קוגניטיבית; מנבאת טוב יותר נכות פיזית ופגיעה קוגניטיבית עתידית מאשר מדדי עומס הנגעים הדה-מיילינטיביים (lesion-load) Robert A Bermel, Rohit Bakshi The measurement and clinical relevance of brain atrophy in multiple sclerosis Lancet Neurol 2006; 5: 158–70

4. רקע: על מדידת אטרופיה מוחית היסטורית: אטרופיה מוחית תוארה כבר לפני 100 שנה בPM MRI - מדידה יותר מדויקת ובנבדקים חיים. כניסת מדדי אטרופיה כמדדי תוצא (outcome) במחקרים קליניים על שיטת מדידה טובה להיות הדירה (reproducible), מדויקת וקרובה לאנטומיה ככל הניתן, עמידה בפני ארטפקטים של סריקת התהודה המגנטית (כגון partial volume effect), פשוטה ליישום, וניתנת לנירמול לפי מאפייני אוכלוסיית המחקר או לפי הנפח התוך-גולגלתי. Real tissue PVE • מדידה ליניארית בחתכים שהוגדרו מראש, נרמול לרוחב הגולגולת. פשטות,מהירות - אולם תלויית-בודק וזויות הסריקה, ושיקוף חלקי של האטרופיה. • שטח: CC בחתך מידסגיטלי ועוד. • מדידת נפח ידנית: שרטוט גבולות המבנה הנמדד בכל החתכים בהם הוא מופיע, חישוב שטח המבנה בכל חתך והכפלת השטחים בעובי החתך לקבלת נפח המבנה. עבודה ממושכת (time-consuming)במספר גדול של חתכים, כיום כמעט שלא נעשה בה שימוש • מדידות נפח חצי-אוטומטיות, כגון מדידה המתבצעת בתוכנת Itk-SNAP - ממשק משתמש ידני בשילוב אלגוריתמים של מציאת גבולות. מקצר את משך העבודה בפילוח (סגמנטציה) ידני של מבני מח, אולם עדיין נדרשת עבודה ידנית רבה - הגבלה על מס' מבנים ונבדקים במחקר.

5. מדידות נפח חצי-אוטומטיות - דוגמא Patient A: Age 30 years, disease duration 1.3 years. Patient B: Age 33 years, disease duration 8.7 years. b c d a d a b c

6. רקע: על מדידת אטרופיה מוחית מדידות נפח אוטומטיות: Voxel based morphometry (VBM) - משווה מדידות בין מוחות של קבוצות שונות או בין נבדקים לתבנית (template) שנוצרה לפי מדידות של נבדקים בריאים בשיטת Statistical Pararmetric Mapping (SPM). בגישה זו, נערכת רגיסטרציה (רישום) של כל מח לתבנית, ולאחר מיצוע של ווקסלים סמוכים על מנת להיפטר מ"רעש" מיותר, נפח התמונה מושווה בין מוחות ווקסל-לווקסל, כך שהשינוי יכול להתבטא בקואורדינטות של מיקומו, או במידת "התקת גבול המח" (brain edge displacement). בשילוב עם סגמנטציה (פילוח) לסיווגי רקמה ומבנים ניתן למקם את השינוי אנטומית. • פילוח (סגמנטציה) - גישה זו מתייגת אזורי מח שונים לפי סוג הרקמה (חומר אפור / חומר לבן / CSF) או לפי מבנים - אזורים ספציפיים בקורטקס ובתת-קורטקס, תוך התחשבות בעוצמת הסיגנל ומיקום המבנה בהשוואה לאטלסים. FSL, FreeSurfer. • FreeSurfer היא חבילת תוכנה חדשנית, העושה שימוש ב- MRI בפרוטוקולים מתקדמים וברזולוציה גבוהה. תהליך המדידה אוטומטי ודורש התערבות ידנית רק בתחילתו ובסופו; התוכנה נבדקה על מספר גדול של נבדקים בריאים וחולים, כולל חולי ט"נ, וכן תוקפה בהשוואה למדידות ידניות ובהשוואה למחקרים היסטופתולוגיים ונמצאה הדירה (reproducible) ואמינה בבדיקות חוזרות.

7. רקע: המשמעות של משך מחלה קצר השנים הראשונות למחלה הינן משמעותיות מבחינת האבחון, ניבוי קצב התקדמות המחלה והצורך בהתחלה מוקדמת בטיפולים משני-מהלך-מחלה. למידת האטרופיה המוחית בתחילת המחלה משמעות פרוגנוסטית למשל, במחקרם של Dalton et al., מתוך 58 חולים שהתייצגו עם התקף בודד נמצא, כי בחולים שפיתחו ט"נ קלינית במשך תקופת מעקב של 3 שנים, כבר בשלב ההתקף הבודד נמצאה ירידה של 3.3% בנפח החומר האפור, בהשוואה לנבדקים עם התקף בודד דומה שהיו בריאים כעבור 3 שנים. במחקרם של Popescu et al. בו השתתפו 106 חולי ט"נ, נמצא, כי קצב ההתקדמות של אטרופיה מוחית מרכזית (כלומר, הרחבת חדרים) יכול לנבא את מידת הנכות הקלינית לפי EDSS, 10 שנים לאחר סריקת ה-MRI, בחולים שנכותם התחלתית קלה (EDSS<3.5). המחקר הנוכחי יתמקד בתיאור הדלדול המוחי האזורי בשלבים המוקדמים של מחלת הטרשת הנפוצה. Dalton CM, Chard DT, Davies GR, Miszkiel KA, Altmann DR, Fernando K, et al. Early development of multiple sclerosis is associated with progressive grey matter atrophy in patients V. Popescu FA, H.E. Hulst, I.C. Sluimer, D. Knol, C. Enzinger, S. Ropele, J. Alonso, J. Sastre-Garriga, A. Rovira, X. Montalbán, B. Bodini, O. Ciccarelli, Z. Khaleeli, D. Chard, L.A. Matthews, J. Palace, A. Giorgio, N. De Stefano, P. Eisele, A. Gass, C. Polman, B. Uitdehaag, M.J. Messina, G. Comi, M. Filippi, F. Barkhof, H. Vrenken on behalf of the MAGNIMS consortium. Brain atrophy in MS: long-term prognostic value. ECTRIMS/ACTRIMS. Amsterdam; 2011

8. רקע: אטרופיה במחלה מוקדמת האטרופיה מתקדמת בקצב שונה במבנים שונים לאורך המחלה ובסוגי המחלה השונים, שונות גבוהה בין חולים להלן אתייחס למאמרים הרלוונטיים לקבוצת חולי RRMS בשלבי המחלה המוקדמים (עד 5 שנים מהופעתה). מיקום האטרופיה: החומר האפור נפגע יותר מהחומר הלבןבתחילת המחלה - הסבר אפשרי לכך הוא שבחומר הלבן תהליכי הדלקת יותר פעילים, ועל כן תהליכי האטרופיה מוסתרים בשלבים המוקדמים של המחלה. דלדול החומר האפור נמצא במתאם הדוק עם נכות קלינית וירידה קוגניטיבית (Chard et al., Jasperse et al.).חללי CSF: הממצא של הרחבת חדרי מח, הן בהשוואה לנבדקים בריאים והן במעקב אחר חולים לאורך זמן, חוזר על עצמו במרבית המחקרים ובמיוחד באוכלוסיות חולי ט"נ עם משך מחלה קצר יחסית.

9. רקע: אטרופיה במחלה מוקדמת מבנים תת-קורטיקליים: הגרעין הזנבי (caudate nucleus) תלמוס - מחקרי עבר: לאחר כ-10-14 שנות מחלה ניכרת ירידה של כ-17-22% בנפח התלמוס בהשוואה לנבדקים בריאים; פגיעה תלמית קשורה לירידה בתפקודים קוגניטיביים. פוטמן גלובוס פלידוס אקומבנס (מימין) היפוקמפוס כפיס המח (corpus callosum) - Simon et al. מצאו ירידה שנתית ממוצעת של 4.9% בשטחו

10. מטרת המחקר מטרת העבודה: לתאר את היארעות האטרופיה המוחית בחולי טרשת נפוצה מוקדמת (פחות מ-2 שנות מחלה) בחלוקה למבנים אנטומיים בהשוואה לנבדקים בריאים ובתלות במשך המחלה בחולים עצמם. לחקור את השינויים המרחביים באזורי מח שונים בשלבים המוקדמים של טרשת נפוצה בהשוואה לנבדקים בריאים ולהעריך שינויי נפח מוחי אזוריים בחולים לאורך זמן.

11. השערת המחקר הנחת היסוד: אטרופיה מוחית ניתנת למדידה כבר בשלבים המוקדמים של טרשת נפוצה. השערות: צפויה אטרופיה מוחית בחולי ט"נ בהשוואה לנבדקים בריאים ועם הזמן. במחקר הנוכחי, שיישם שימוש בהדמיה מוחית בעלת רזולוציה גבוהה ובשיטות אחיזת תמונה ממוחשבת מתקדמת, אנו מצפים לאפיין כבר מוקדם במהלך המחלה את מבני המוח שיראו דילדול מוחי. מיקום: מצפים לראות הגדלה של החדרים הלטרליים, ירידה בנפח חומר אפור, יותר מאשר חומר לבן, וספציפית - התלמוס, הגרעינים הבזליים והקורטקס. כמו כן אנו משערים שהאטרופיה המוחית תמצא במתאם להתקדמות מהירה יותר של מדדי המחלה כגון הנכות הנוירולוגית והפגיעה הקוגניטיבית.

12. שיטות סוג: מחקר פרוספקטיבי היסטורי, עם זרוע מבוקרת וזרוע לונגיטודינלית משתנים עיקריים ואופן מדידתם אוכ' המחקר + קריטריוני הכללה חישוב גודל המדגם שלבי העבודה כלי המחקר - תהודה מגנטית ו-FreeSurfer שיטות סטטיסטיות (מבחן t)

13. נבדקים:

14. השוואה בין הקבוצות - האם דומות? • גיל: מבחן student’s t:p=0.1109 • מין: מבחן χ2(חי בריבוע):p=0.0627

15. תוצאות - מחקר לונגיטודינלי

16. תוצאות... אחרי תיקון להשוואות מרובות

17. תוצאות - בהשוואה לבריאים

18. קורטקס מול חומר לבן לפי הספרות, החומר האפור נפגע יותר מהחומר הלבן בתחילת המחלה. הממצא שלי - הגדלה של החומר הלבן בכ-1% תוך שנה - מעלה סימני שאלה יותר מחלה? מבוגרים/צעירים? נשים/גברים? אין הבדל במדדים: EDSS לפני/אחרי, פרופורציית נשים/גברים, גיל, מס' ההתקפים בשנה. דגימה של נגעים? השערות נוספות? הקורטקס - ללא שינוי משמעותי סטטיסטית

19. חדרי המח הרחבת חדרי מח, הן בהשוואה לנבדקים בריאים והן במעקב אחר חולים לאורך זמן - ממצא החוזר על עצמו במרבית המחקרים ובמיוחד באוכלוסיות חולי ט"נ עם משך מחלה קצר יחסית. למשל,במחקרם של Luks et al., נמדד קצב גבוה באופן חריג של עליה בנפח החדרים הלטרליים, בהשוואה למחקרים אחרים על נפח החדרים - כ-20% לשנה. קבוצת 15 הנבדקים במחקר זה היתה ייחודית במשך המחלה הקצר שלה, שהיה כחצי שנה (טווח 0.17-1.5 שנים), וכן במעקב הלונגיטודינלי החודשי שנערך אחר החולים, שאיפשר זיהוי שינויים ברזולוציית זמן גבוהה מהמקובל במחקרים מסוג זה. לפי המחקר שלי, במהלך 1.2 שנה בממוצע, נפח החדרים הלטרליים עלה ב-0.8 סמ"ק, שהם כ-5% מנפח החדרים. לעומת נבדקים בריאים, עליה של כ-28%. המשמעות - אטרופיה מרכזית.

20. מבנים תת קורטיקליים Bermel et al. מצאו ירידה של 19% בנפח הגרעין הזנבי (caudate nucleus) בקרב 24 חולי ט"נ (בממוצע 11.5±9.1 שנות מחלה, מהם 16 חולי RRMS ו-8 חולי SPMS) לעומת הנפח הביקאודטי של 10 נבדקים בריאים מותאמי-גיל. במחקר של Ramasamy et al. הושוו נפחי מבני מח שונים בין קבוצות של 17 חולי CIS, 71 חולי טרשת בשלבי מחלה שונים (רובם בשלב אמצעי-מתקדם של המחלה - משך המחלה הממוצע היה 11.3±8.6 שנים), ו-38 נבדקים בריאים. בהשוואה מרובת-משתנים מתוקנת, נרשמה אטרופיה במבנים רבים בחומר האפור התת-קורטיקלי לעומת הנבדקים הבריאים. בין המבנים המושפעים היו גרעיני התלמוס, הפוטמן, הגלובוס פלידוס (בילטרלית), וכן האקומבנס מימין. פגיעה במבנים אלה יכולה להעיד על פיזור נרחב של הפגיעה ודורשת מתאם קליני.

21. גרעיני הבסיס Caudate, תלמוס, פוטמן, גלובוס פלידוס,אקומבנס. תיאום תנועה, למידה, זכרון, רגש וקוגניציה.

22. תלמוס התלמוס נבדק בקבוצות חולים שונות במספר מחקרים. ניתן לסכם, כי לאחר כ-10-14 שנות מחלה ניכרת ירידה של כ-17-22% בנפח התלמוס בהשוואה לנבדקים בריאים, וכי פגיעה תלמית קשורה לירידה בתפקודים קוגניטיביים. במחקר שלAudoin et al. ב-21 חולי ט"נ מוקדמת (גיל ממוצע 36 [טווח 27-55] שנים), משך מחלה ממוצע 2.15 [טווח 1.2-3.8] שנים, וציון EDSS ממוצע של 1 [טווח 0-3]), הושוו מפות של כלל המח בין החולים למפות מח של 10 נבדקים בריאים, לאורך תקופת מעקב של שנתיים. החוקרים מצאו כי בתחילת המעקב לא היה הבדל מובהק סטטיסטית בין החולים לבריאים, אולם בסוף תקופת המעקב (משך מחלה ממוצע כ-4 שנים) ניכרה ירידה דו-צדדית בנפח התלמי, הן בהשוואה לבריאים והן בהשוואה לאותם חולים בתחילת המעקב.

23. כפיס המח (corpus callosum) Simon et al. מצאו ירידה שנתית ממוצעת של 4.9% בשטח הקורפוס קלוזום לאורך תקופת מעקב של של שנה (124 חולים, גיל ממוצע 36.7±7.4, משך מחלה ממוצע 6.4±5.96) או שנתיים (85 חולים, גיל ממוצע 35.6±6.81, משך מחלה ממוצע 6.2±5.59). Liu et al.הראו נטיה לירידה של 17.4% בנפח הקורפוס קלוזום, ב-20 חולי ט"נ עם מהלך התקפי (RRMS) בעלי גיל חציוני של 32 שנים, משך מחלה חציוני 4 שנים) לעומת 10 נבדקים בריאים, אולם הגיעו להבדל בעל מובהקות סטטיסטית רק בקבוצה יותר גדולה של חולי ט"נ שכללה גם חולי SPMS, ככל הנראה בגלל הגדלת מס' הנבדקים בקבוצה או בגלל התרומה הגדולה יותר של הפגיעה בקבוצת החולים עם מהלך שניוני.

24. Nucleus accumbens קשור למערכת ה-reward, נקשר גם להפרעות התמכרות בהקשר של ט"נ, תואר רק במחקרם של Ramasamy et al.- מימין [קבוצות של 17 חולי CIS, 71 חולי טרשת בשלבי מחלה שונים (רובם בשלב אמצעי-מתקדם של המחלה - משך המחלה הממוצע היה 11.3±8.6 שנים), ו-38 נבדקים בריאים. ]

25. שאלות, הצעות, רעיונות? שימוש בנתוני MRI בתחילת המחלה לחיזוי התקדמות קלינית. שימוש בנתוני MRI ספציפיים למעקב אחר שיקום. ...

26. חשיבות העבודה קבוצה ייחודיות של חולים עם משך מחלה קצר (עד שנתיים) ומעקב לונגיטודינלי תוך שימוש בשיטות הדמיה מתקדמות. תחילת המחלה היא חלון ההזדמנויות לחיזוי מהלך המחלה ולהחלטה לגבי מתן טיפול מונע-הידרדרות. כימות תהליכים של אובדן רקמה ואטרופיה מוחית עשויים להשפיע על תכנון הטיפול ותכנון של ניסויים בתרופות בהמשך, וכן להקל על אבחון ועל זיהוי של פנוטיפים יותר ופחות אגרסיביים של המחלה בחולים שונים, עוד לפני התבטאותה המלאה. כמו-כן, בחינה מדוקדקת של חולים בתחילת מחלתם עשויה להשיב על שאלות בנוגע לפתופיזיולוגיה של המחלה ולהבחין יותר טוב בין גורמים אימונולוגיים לבין גורמים נוירודגנרטיביים. עבודה זו תנסה לתאר את מהלך המחלה הטבעי והיא יכולה להיות בסיס להשערות בכל השאלות שהעליתי לעיל.

27. תודה על ההקשבה! חן שנהר Chen Shenhar המרכז לטרשת נפוצה MULTIPLE SCLEROSIS CENTER