文摘
背景和目的:高血压可能与改变glymphatic系统,浪费大脑中代谢物排水系统。我们旨在调查分析沿着血管周的空间指数变化与高血压的老年人。
材料与方法:Diffusion-weighted从126例获得的图像,包括与高血压63例(25个男性和38岁女性;平均年龄72.45岁)和63 -和sex-matched控制(25个男性和38岁女性;平均年龄72.16岁)。我们沿着血管周的空间分析计算指数的比率的均值投影轴扩散系数和协会地区平均投影面积和z轴轴扩散系数的扩散系数在协会地区。左,右,沿着血管周的空间意味着分析指标的两个半球之间的比较使用Mann-Whitney高血压和对照组U测试。斯皮尔曼相关系数是用来评估的相关性,对的,意思是阿尔卑斯山指数和血压和脉压。
结果:左边(P= .011)和平均(P= .024)沿着血管周的空间分析指标的高血压组明显低于对照组。左,右,沿着血管周的空间意味着分析指标的受试者与血压值(显著负相关r0.200 =−−0.278,P= .002 - 0.046)和脉压值(r0.221 =−−0.245,P= .006 - 0.013)。
结论:我们的研究结果是一致的模型中,高血压引起glymphatic功能障碍。
缩写:
- 阿尔卑斯山脉
- 沿着血管周的空间分析
- HT
- 高血压
- 安全部队
- 组织液
glymphatic系统是浪费大脑中代谢物排水系统。1⇓- - - - - -3它包括四个顺序的解剖段。首先,脑脊液(CSF)沿着血管周的流动空间穿透动脉周围。第二,CSF分散进入间隙空间和转移废物代谢产物进入组织液(安全部队)通过aquaporin-4水通道,形成的外壁血管周的空间。第三,ISF-containing废物代谢产物流出的大口径排水静脉。2最后,间质溶质退出大脑通过脑膜淋巴管,静脉窦。4Glymphatic功能障碍导致有毒废物的沉积,如淀粉样β和τ蛋白,这导致阿尔茨海默病的发病机制。5⇓- - - - - -7有毒的溶质积累由于排水障碍已经证明在正常老化,8创伤性脑损伤,9和中风。10
高血压(HT)是阿尔茨海默病的危险因素在老年人中。11,12HT涉及脑小血管和毛细血管的病理改变。13,14城区等13发现血管周的泵效率较低导致高血压小鼠血管壁的动态变化。此外,莫滕森et al14了抑制glymphatic活动的自发性高血压大鼠,这实质减少垃圾运输。
基于这些发现,我们假设HT患者glymphatic系统的损伤。改变glymphatic函数将在人类的大脑HT迄今尚未公布,因为体内示踪研究中遇到的挑战。Taoka等15介绍了沿血管周的空间(阿尔卑斯山脉)方法,分析计算使用作为非侵入性工具来评估glymphatic醉酒驾车系统人类的生活。这种方法假定扩散中扮演着重要的角色在流体传输大脑实质。我们评估老年人阿尔卑斯山指数差异有或没有HT和评估之间的联系阿尔卑斯山指数和血压和脉压。
材料和方法
本研究经伦理委员会批准的顺天堂大学2015年11月,是根据中概述的原则进行的《赫尔辛基宣言》。
研究参与者
Bunkyo健康研究是前瞻性群组研究,已经运行了> 10年。16我们招募了65 - 84岁的老年人生活在Bunkyo-ku,在东京市区。我们组由1629老年人。其中,160名参与者进行了天赋成像和醉酒驾车。所有受试者右手和没有糖尿病史(糖化血红蛋白< 6.5%),高脂血症(总胆固醇< 240 mg / dL,低密度脂蛋白< 140 mg / dL,高密度脂蛋白> 40 mg / dL,和甘油三酸酯< 150 mg / dL),或者肥胖(体重指数< 25公斤/米2;表1)。受试者≥135/85毫米汞柱的收缩压/舒张压在他们第一次访问或那些有使用抗高血压药物包括在HT组。我们包括126名老年参与者,包括63例HT(25个男性和38岁女性;(SD, 5.26),平均年龄72.45岁)和63 -和sex-matched科目没有HT(控制;25男人和38岁的女人;(SD, 5.11),平均年龄72.16岁)在这项研究中。提出了研究对象的人口学特征表1。
先生成像采集
我们才能进行成像(TR = 11000毫秒;TE = 100毫秒;TI = 2000毫秒;截面厚度= 5毫米)3 t MR成像扫描仪(Airis Vento;日立)在所有参与者。深白色hyperintensity评估使用法泽卡斯规模基于轴向天赋成像是由一位有经验的neuroradiologist。酒后驾驶数据获得3 t MR成像扫描仪(Magnetom棱镜;西门子)与64 -通道线圈。Echo-planar成像是使用1000年代的b值/毫米2在64年前后各向同性扩散梯度相位编码方向用以下参数:TR = 3300毫秒;TE = 70毫秒;FOV = 229×229毫米;矩阵大小= 130×130;分辨率= 1.8×1.8毫米;截面厚度= 1.8毫米;收集时间= 7分29秒。每个驾车收购完成了b= 0的形象。我们也收购了标准和反向phase-encoded毫无变化的图像没有扩散加权(显示和blip-down)对磁susceptibility-induced扭曲echo-planar成像相关的收购。
醉酒驾车处理
使用FMRIB软件库酒后驾驶数据处理,176.0版本(目前;www.fmrib.ox.ac.uk目前)。Diffusion-weighted数据修正为susceptibility-induced几何扭曲,涡流失真,intervolume运动使用涡流和topup工具箱。扩散系数的地图每个主题是方向的x -(左边/右边,Dxx),y -(前后,Dyy)和z轴(inferior-superior,Dzz)。18Dxx对应的方向深白质船只在室周的白质。考虑到glymphatic沿着这些深层白质船只,系统运行Dxx被认为在一定程度上反映水扩散系数沿glymphatic系统。分数各向异性的地图生成和注册所有参与者也FMRIB58_FA标准空间(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FMRIB58_FA)使用目前的线性图像配准工具(调情;http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FLIRT)和非线性注册工具(FNIRT;http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FNIRT)。
ROI位置
ROI位置,1主题(68岁女性控制参与者)以最少的头部动作(即最小平方差异之和)被选中。使用这个主题的彩色部分各向异性地图,我们手动放置5-mm-diameter广场roi投影和协会地区层面的左右半球的心室体(图1)。纤维投射区,主要运行在z轴方向上,垂直于x - y轴,而在联合区,占主导地位的纤维在y轴方向,垂直于x轴和z轴。由此产生的roi然后注册相同的分数各向异性模板。最后,我们手动检查roi的位置在每个参与者的分数各向异性形象。手动修正并没有执行,因为所有的roi是正确放置。
ROI阿尔卑斯山指数计算的位置。广场roi5×5毫米2被放置在投影(粉红色)和协会(黄色)地区。
阿尔卑斯山指数计算
的扩散系数值x, y,和z轴在每个参与者均获得roi。阿尔卑斯山指数的比率计算轴扩散系数的均值投影面积(Dxxproj在联合区)和轴扩散系数(Dxxassoc)轴扩散系数的均值投影区域(Dyyproj在联合区)和z轴扩散系数(Dzzassoc)如下:
。
阿尔卑斯山指数接近1.0反映最小沿着血管周的空间扩散,而值越大表示更大的扩散系数。左派和右派阿尔卑斯山指数和平均阿尔卑斯山左右半球指数计算。
统计分析
使用SPSS统计分析进行统计,版本27.0 (IBM)。左,右,阿尔卑斯山和平均指标的控制和使用非参数Mann-Whitney HT组比较U测试。之间的关联的左,右,意思是阿尔卑斯山指数的主题和收缩压的价值观,舒张压,平均血压和脉压用斯皮尔曼相关系数进行评估。一个P值<。05年被认为是具有统计学意义。
结果
控制和HT组的特点进行了总结表1。控制和HT组年龄之间没有显著性差异,性别、糖化血红蛋白、总胆固醇、高密度脂蛋白、甘油三酯值。正如所料,HT组显著提高(P<措施)收缩压、舒张压和平均血压和脉搏压力比对照组。此外,HT组明显高于身体质量指数(P<措施)和法泽卡斯量表分数(P< .013)比对照组。相比之下,低密度脂蛋白的对照组明显高于HT组(P< .043)。然而,所有受试者没有肥胖或hyper-low-density脂蛋白胆醇血症。此外,我们确认没有白质hyperintensities roi。
左边(P= .011),意思是阿尔卑斯山脉(P= .024)指数的HT组明显低于对照组。然而,正确的阿尔卑斯山指数HT和对照组之间没有显著差异(P= .094)。表2显示了左、右,意思是阿尔卑斯山HT和控制组织的索引值。图2显示了箱形图的左,右,阿尔卑斯山和平均指数HT和对照组之间。此外,左,右,意思是阿尔卑斯山指数的受试者与收缩压值显著负相关(r0.202 =−−0.263,P= .003 0),舒张压值(r0.200 =−−0.218,P= .014 -.046),平均血压值(r0.231 =−−0.278,P= .002 -.009)和脉压值(r0.221 =−−0.245,P= .006 -.013)。的散点图图3显示左之间的相关性,意思是阿尔卑斯山指数和收缩压,舒张压,平均血压和脉压值。
箱线图的左,右,意思是阿尔卑斯山指数在HT和对照组。
散点图。得了之间的相关性,左,右,意思是阿尔卑斯山指数和收缩压值。D-F之间的相关性,左,右,意思是阿尔卑斯山指数和舒张压值。胃肠道之间的相关性,左,右,意思是阿尔卑斯山指数和平均血压值。J-L之间的相关性,左,右,意思是阿尔卑斯山指数和脉压值在所有科目。
讨论
我们评估老年人使用阿尔卑斯山与HT指数,这是一个潜在的生物标志物评估glymphatic活动的人类大脑。我们的研究结果表明,左,意思是阿尔卑斯山指数与HT受试者显著降低相对于控制,尽管没有显著差异观察HT和对照组之间的阿尔卑斯山指数。左边,之间我们的研究还发现负相关性,阿尔卑斯山和平均指数和血压,左,右,和平均阿尔卑斯山指数和脉冲压力,表明glymphatic障碍HT有关。
HT认知障碍的风险增加,老年人血管性痴呆和阿尔茨海默病。11,12,19,20.有毒的溶质的积累如淀粉样β和τ蛋白在大脑中被证明是一个重要的neuropathologic用HT老年人认知功能障碍的机制。5⇓- - - - - -7先前的研究已经表明,废物代谢产物的积累会导致glymphatic功能障碍,从而导致进一步的沉积。1⇓- - - - - -3HT和动脉硬化已被证明导致病理变化在脑小血管和毛细血管。13,14这种异常有助于减少脑血流量和体积,导致脑白质低灌注。此外,内皮细胞异常和血脑屏障功能障碍可能导致白质损伤。在目前的研究中,虽然我们并没有发现任何白质hyperintensities roi, HT组比对照组更高级的白质损伤。阿德勒等21表明,血脑屏障破坏血管壁的通透性增加和动员炎症因素如巨噬细胞、淋巴细胞,和互补的组件,这可能导致髓鞘损伤。山本等22也报道了扩张的血管周的空间,伴随着髓鞘变性和安全部队在脑排水常染色体显性遗传缺陷动脉病,与皮层下梗死和脑白质病与广泛的小血管疾病有关。此外,Kamagata et al23报道动脉硬化与白质脱髓鞘使用磁化饱和转移成像。值得注意的是,myelin-rich组织,如白色物质,已被证明是更敏感的安全部队流阻塞。24因此,小血管疾病可能与变更有关的白质微结构和排水功能。此外,在小血管疾病,因为不同的解剖分岔的左和右颈动脉,左侧颈动脉被认为是更容易直接从主动脉弓强大的脉冲压力,从而增加斑块的形成和内膜损伤的可能性变得越来越严重。25因此,微血管病由于HT在左侧大脑半球可能更明显比右大脑半球。这种可能性也许可以解释为什么左半球的阿尔卑斯山指数显示HT和对照组之间的显著差异,并没有观察到在右半球。
我们所知,这是第一个研究说明水扩散系数的变化,沿血管周的空间生活HT患者。以前,glymphatic功能的抑制已经观察到在自发性高血压大鼠使用动态对比度增强MR成像,14这表明,高血压应减少动脉脉动的有效性的司机CSF-ISF交换和损害glymphatic活动。使用体外荧光成像、城区等13也证明了血管周的泵效率较低导致高血压老鼠血管壁动态的变化。血管周的泵由动脉脉动流体运输是一种强大的机制在大脑。26因此,减少血管周的泵的功能可能会导致减少glymphatic活动。与以往的研究高血压动物,我们的发现证明人类glymphatic HT功能障碍的影响。我们的研究观察到弱阿尔卑斯山指数之间的相关性和血压和脉压指数和阿尔卑斯山。比尤伊克等27报道称,与较低的弱相关R价值可以显著在大样本的大小。我们使用一个相对较大的样本量;因此,弱相关性仍被视为临床相关。高脉冲压力反映了估计刚度的大型中央动脉,动脉硬化和高血压结果在周边动脉。28这些动脉损伤可能导致glymphatic障碍由于动脉脉动和血管周的泵的变化。1,29日,30.
废物的清除代谢产物是必不可少的组织内稳态是由血脑屏障和CSF-ISF交流通路。31日glymphatic系统是一种间隙机制与CSF和安全部队相关动态,观察到许多跟踪研究。Iliff等1显示脑脊液进入大脑的皮质软膜的动脉通过标签CSF通过荧光示踪剂注射到小鼠小脑延髓池脑脊液。脑脊液动力学也被观察到使用鞘内或静脉注射提醒造影剂作为示踪剂。3,32⇓⇓⇓⇓⇓⇓- - - - - -39然而,提醒的侵入性注射造影剂会带来风险。鞘内大剂量管理局提醒造影剂可能会导致钆沉积在苍白球和齿状核40,41或严重脑病钆,包括恶心、呼吸困难、主观发冷、谵妄、构音障碍、下肢痉挛性疼痛,肢体共济失调,gaze-evoked眼球震颤。42⇓- - - - - -44此外,跟踪方法需要几个小时追踪大脑中的示踪剂的分布,实时监控glymphatic活动是具有挑战性的。
相比之下,阿尔卑斯山指数是一个非侵入性的工具来评估glymphatic系统使用醉酒驾车,一个采集时间短。如前所述,阿尔卑斯山的方法是基于假设扩散起着重要的作用在流体传输的实质。液体运输被认为是主要由心脏使用造成的。13,29日然而,史密斯et al45反对这个理论和建议扩散运输neurofluids发挥了重要作用。一些报告使用数学建模进一步扩散的参与和实质平流在流体运输。46,47Martinac和Bilston26表明,扩散是最有可能驱动流体运输的主要机制为间隙空间。综上所述,扩散系数沿血管周的空间,至少部分是glymphatic活动的基础。改变glymphatic系统的阿尔茨海默病,15,48特发性正常压力脑积水,18糖尿病,49和帕金森病50已经成为人类生活中所示使用阿尔卑斯山方法,这是符合发现使用提醒造影剂作为示踪剂的研究。3,39,51此外,Zhang et al52最近报道,阿尔卑斯山指数显著相关glymphatic间隙函数计算glymphatic先生成像,后囊内的小血管疾病患者钆管理局(r0.772 =−−0.844,P<措施)。这份报告强烈支持的临床使用阿尔卑斯山glymphatic生物标志物指数。
本研究也有一些局限性。首先,它由一个相对大量的参与者与先前的研究相比使用阿尔卑斯山指数;然而,我们获得的醉酒驾车的数据只有一个机构。未来的研究应该包括阿尔卑斯山的多点数据来评估临床效用指数。此外,鉴于略有不同主题的头位置可以影响阿尔卑斯山指数,我们鼓励调查评估头运动的影响在阿尔卑斯山指数的计算。第二,我们没有考虑其他生理状态如灌注或脉动的大脑的运动。最后,横田et al18表明,ROI的大小可能会影响计算阿尔卑斯山指数的ROI是更有效的比小的ROI。因此,进一步的研究评估不同大小和形状的roi计算阿尔卑斯山指数是必要的。
结论
我们的研究结果是一致的HT引起glymphatic障碍的一个模型。
确认
我们承认Masahiro安倍他的帮助在数据处理和图形的帮助。此外,作者要感谢Enago (www.enago.jp)英语复习。
脚注
披露:Junko Kikuta -相关的:格兰特:日本促进社会科学科学批准号20 k16737补助金。* Toshiaki Taoka -不相关的:津贴/补助等待:佳能医疗系统。* Akihiko和田-不相关的:就业:顺天堂大学。有利于田村-不相关的:就业:顺天堂大学。Hirotaka Watada -不相关的:津贴/补助等待:诺和诺德制药公司、三菱田边制药、LifesScan日本,日本住友制药,Kyowa麒麟,默克公司大幅& Dohme;支付课程包括扬声器部门服务:三菱田边制药公司、日本住友制药三和Kagaku,武田,赛诺菲,Kowa制药、默克公司大幅& Dohme勃林格殷格翰的发言,礼来,诺和诺德制药公司。Shigeki青木-不相关的:董事会成员:佳能;专家证词:小野制药有限公司;津贴/补助等待:Medi-Physics Daiich制药、通用电气医疗卫材,富士胶片富山化学有限公司,格尔伯特,评论从Medi-Physics:格兰特诊断放射学,Daiich制药,通用电气医疗集团,卫材,富士胶片富山化学有限公司,格尔伯特;支付课程包括扬声器部门服务:拜耳、佳能、富士胶片富山化学有限公司、卫材、格尔伯特,通用电气医疗集团,Medi-Physics,西门子,第一三共制药,评论:支付讲座/椅子从拜耳,佳能、富士胶片富山化学有限公司、卫材、格尔伯特,通用电气医疗集团,Medi-Physics,西门子,第一三共制药。*资金支付给机构。
这项工作是支持的,在某种程度上,日本促进社会科学科研补助金,格兰特。18 h02772和20 k16737,和特殊的研究补助金补贴普通私立学校的费用顺天堂研究品牌项目。
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引用
- 收到了2021年4月6日。
- 接受修订后2021年9月6日。
- ©2022年由美国神经放射学杂志》上
