Кислород в мозге предскажет болезнь Гентингтона
Ученые из Великобритании и Словении нашли новый подход, который поможет отслеживать развитие болезни Гентингтона – нейродегенеративного заболевания, связанного с расстройством двигательных и когнитивных функций – на ранних стадиях, до появления основных симптомов. Метод основан на неинвазивном наблюдении за активностью нейронов и снабжением мозга кислородом. Результатами своей работы исследователи поделились в Brain Communications.
Графический абстракт статьи
Список тяжелых нейродегенеративных заболеваний, до сих пор никак не поддающихся лечению, к сожалению, не ограничивается болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона. Хорея Гентингтона, она же болезнь Гентингтона (БГ), считается не менее тяжелым хроническим состоянием, развитие которого мы пока что не в силах предотвратить или замедлить. Встретить его можно нечасто, поскольку БГ относится к списку орфанных – редких – заболеваний, и в России по некоторым оценкам насчитывается 14000 случаев.
В первую очередь БГ связана с прогрессирующей гибелью клеток головного мозга и развивается преимущественно в возрасте от 30 до 50 лет. К характерным симптомам относят непроизвольные движения, называемые «хореей»: походка человека становится более медленной и «танцующей», а со временем двигательные нарушения затрагивают способность поддерживать устойчивое положение в пространстве, влияют на речь и даже вызывают трудности с глотанием. БГ – генетическое аутосомно-доминантное заболевание, передающееся по наследству и связанное с мутацией белка гентингтина. В гене этого белка возникают дополнительные CAG повторы, и как только их число превысит 36-40, неизбежно развивается БГ. Причем чем больше повторов, тем более ранний дебют будет у болезни.
Несмотря на то что мы довольно много знаем о структурных и функциональных перестройках, происходящих у больных данных заболеванием, мы имеем сравнительно небольшие представления о роли в развитии БГ тех же нейроваскулярных единиц (НВЕ), регулирующих снабжение мозга кислородом. При этом исследования посмертных тканей показали, что гентингтин обнаруживается в их основных компонентах. Например, сосудистые изменения в мозге включали увеличение количества мелких сосудов, увеличение их плотности и повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ).
Группа ученых из Великобритании и Словении занялась этим вопросом и изучила функциональные изменения НВЕ с помощью неинвазивных подходов и методов частотно-временного анализа. Согласно гипотезе исследования, вследствие развития БГ ожидаются закономерные изменения нейронной активности и гемодинамики, и также снижение эффективности работы НВЕ в целом, что могло бы стать маркером прогрессирования болезни Гентингтона до того, как возникнут выраженные симптомы.
Для того, чтобы проверить поставленную гипотезу, в исследование пригласили 28 пациентов болезнью Гентингтона, а также здоровых добровольцев, которые вошли в контрольную группу. Пациентов разделили на 2 группы, в одну из которых попали 13 участников с пресимптомной стадией болезни, а в другую — 15 участников с выраженной симптоматикой.
Сперва ученые с помощью различных математических методов изучили ритмы функционирования мозга и сердечно-сосудистой системы. К ним относились ритмы, связанные с ЧСС и частотой дыхания, с транспортом питательных веществ и кислорода, а также характеризующие локальный контроль кровотока. При этом эффективность работы мозга зависит от качества координации этих ритмов между собой. А для итоговой оценки функционирования НВЕ определили показатель интенсивности и координации ритмов: мощность и фазовая когерентность.
Измерив осцилляции сердца и легких, ученые установили, что ЧСС и частота дыхания у пациентов с симптомами была выше контрольной группы. Ученые также исследовали колебания оксигенации мозга при помощи функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS) и обнаружили, что частота сокращений в миогенном и нейрогенном диапазоне сильно различалась между группами с симптомами и без них, демонстрируя разницу в регуляции НВЕ на разных стадиях развития болезни.
Другим этапом работы стал анализ ЭЭГ и фазовой когерентности всплесков — вейвлетов (wavelet phase coherence, WPC), определяющей наличие или отсутствие координации между различными колебаниями. В результате и у пациентов с выраженными симптомами, и у бессимптомных WPC была снижена в альфа- и гамма-диапазонах.
Чтобы проанализировать координацию электрических и оксигенационных колебаний, авторы рассчитали фазовую когерентность всплесков между временными рядами fNIRS и ЭЭГ. Ученые использовали специализированные зонды, излучающие инфракрасный свет – их разместили на головах участников, что позволило свету проникать через череп и сделало возможным измерение оксигенации крови в мозге. Выяснилось, что фазовая когерентность НВЕ в интервале около 0,1 Гц значительно снижена в обеих группах с болезнью Гентингтона по сравнению с контролем.
Предстоит провести еще много исследований, прежде чем удастся приблизиться к возможности безошибочно диагностировать развитие БГ на самых ранних этапах. Однако последняя работа продемонстрировала роль сниженной эффективности НВЕ как маркера заболевания: поскольку функционирование сосудистой системы снижается до появления симптомов, что неизбежно приводит к снижению контроля кровотока в мозге и снижению мозговой активности. Эти изменения помогут в будущем разработать способ эффективного неинвазивного мониторинга течения болезни Гентингтона.
Текст: Анастасия Буглинина
The phase coherence of the neurovascular unit is reduced in Huntington’s disease by Juliane Bjerkan et al. in Brain Communications 2024. https://doi.org/10.1093/braincomms/fcae166