Daugiau nei septyni milijonai amerikiečių gyvena su Alzheimerio liga (AD), o širdį skaudanti kasdienė kova su kognityvinio nuosmukio padariniais. Anot Alzheimerio asociacijos, smegenų pokyčiai, sukeliantys ligą, iš tikrųjų prasideda 20 ar daugiau metų prieš prasidedant simptomams, pabrėžiant kritinį ankstyvos ir tikslios diagnozės poreikį. Tačiau dabartinės diagnostikos priemonės apima skausmingus stuburo čiaupus, brangius nuskaitymus ir kognityvinius testus, kurie jų tikslumu gali būti riboti.
Nauji tyrimai, kuriems vadovavo USC Viterbi inžinerijos mokyklos biomedicinos inžinieriai, atskleidė pagrindinį vaidmenį, kurį smegenų kraujotakos dinamika vaidina AD, ir siūlo paprastesnę, neinvazinę diagnostikos įrankį, kuris galėtų pakeisti dešimtmečius įprastą mąstymą apie tai, kaip ši sekinanti liga suprantama ir gydoma.
Vasilis Marmarelis, Deano profesoriaus Alfredo E. Manno biomedicinos inžinerijos departamento profesorius, darbas pasirodo žurnale Alzheimerio liga ir demencija: diagnozė, įvertinimas ir ligos stebėjimas.
Ilgus metus vyraujanti sutarimas Alzheimerio tyrimuose ir klinikinėje priežiūroje buvo „Amiloido kaskados hipotezė“. Ši teorija rodo, kad baltymų fragmentas, vadinamas amiloido beta, yra pagrindinis kaltininkas Alzheimerio liga. Kai smegenyse kaupiasi per daug amiloido beta, ji sukelia kito baltymo, tau, kaupimąsi, sudaro susuktus gumulėlius, žinomus kaip „Tau Tangles“ smegenų ląstelėse. Tuomet manoma, kad šie susivėlimai sukelia smegenų ląsteles gedimą ir galiausiai miršta, todėl Alzheimerio liga pastebimas pažintinis nuosmukis.
Dabartiniai diagnostikos metodai daugiausia sukasi apie šių amiloidų ir tau patologijų aptikimą. Tam dažnai reikia nepatogių ir rizikingų stuburo čiaupų, kad būtų galima analizuoti smegenų smegenų skystį. Visai neseniai atsirado pozitronų emisijos tomografijos (PET) vaizdavimas, arba „amiloidas ar tau PET“, kur įšvirkščiamas radioaktyvusis žymeklis, kad būtų galima vizualizuoti amiloidų plokšteles ar tau rainelius smegenyse, testas, kuris paprastai yra toks brangus, paprastai apsiriboja akademinių tyrimų nustatymais. Visai neseniai kraujo biomarkeriai, tarnaujantys tuo pačiu tikslu, rodo žadą ateičiai.
„Gydytojai iš to augintinio radioaktyvaus atsekamojo atstovo išmetamų teršalų vartoja kaip apytikslį, kiek amiloidas ar tau žmogus turi savo smegenyse“, – teigė Marmarelis. „Kalbėdamas iš patirties, pamačiusi duomenis savo tyrime, galiu pasakyti, kad tai labai nepakankama. Tačiau tai yra aukso standartas, nors dauguma gydytojų to nedaro, nes tai labai brangu.”
Be šių brangių ir invazinių biologinių testų daugelis neurologų kreipiasi į kognityvinio vertinimo testus, tokius kaip Mini-Ental State egzaminas (MMSE) ir Monrealio kognityvinis vertinimas (MOCA), elgesio interviu paremtos klausimynai, skirti išbandyti kognityvinę funkciją.
„MOCA suteikia jums idėją apie žmogaus pažintinius sugebėjimus“, – sakė Marmarelis. „Tačiau tai nėra biologiniai ar fiziologiniai testai. Tai tik elgesio testai, kuriems taikomi visų rūšių šališkumas, trūkumai ir klaidos.”
Scenarijaus apvertimas: naujas dėmesys mūsų smegenų „vandentiekiui“
Užuot pažvelgę į smegenų amiloido plokšteles, Marmarelis ir jo bendradarbiai sutelkė dėmesį į tai, kaip kraujotaka per smegenis yra autoreguojama, kad deguonies deguonies smegenų audinys ir ar įmanoma disreguliacija gali sukelti pažinimo sutrikimą. Pagalvokite apie tai kaip kruopščią patikrinimą, kaip veikia jūsų namų vandentiekio sistema, o ne tik žiūrint į vamzdžių rūdis.
Tyrimo komandos tyrimas panaudojo 200 dalyvių per penkerius metus duomenis, tiriant sudėtingą dinaminį ryšį tarp natūralių arterinio kraujospūdžio pokyčių, anglies dioksido (CO₂) lygio kraujyje ir dėl to atsirandančių smegenų kraujotakos ir žievės audinių deguonies svyravimų.
„Kai dedame kognityvines pastangas, mes sukuriame CO₂ iš metabolizmo savo smegenų ląstelėse, kurias akivaizdžiai turi atimti mūsų kraujas, kad būtų išvengta acidozės“, – teigė Marmarelis. „Mūsų kūnui suteiktas šis reguliavimo mechanizmas, vadinamas vasomotoriniu reaktyvumu, kuris išsiplečia (išplečia) mūsų smegenų indus, kai CO₂ kyla į kraują, kad galėtų praeiti daugiau kraujo, o perteklinį CO₂ perteklių galima išplauti.”
Prieš penkiolika metų „Marmarelis“ atliko serendipitą stebėjimą: Alzheimerio liga sergantiems pacientams sumažėjo vazomotorinis reaktyvumas.
„Jie negali išsiplėsti smegenų kraujagyslių, kad galėtų atnešti daugiau kraujo ir užtikrinti tinkamą kraujo perfuziją smegenims. Tai reiškia, kad jie negauna deguonies, maistinių medžiagų ir gliukozės, kurių mums reikia pažinimui laiku”, – sakė jis.
Naujajame tyrime Marmarelis komanda išbandė šį pastebėjimą, sukurdama naują „fiziologinio žymeklio“, vadinamą smegenų kraujagyslių dinamikos indeksu (CDI). Šis neinvazinis testas naudoja neinvazinį Doplerio ultragarsą, kad būtų galima išmatuoti kraujo tėkmės greitį kai kuriose pagrindinėse smegenų arterijose, ir beveik infraraudonųjų spindulių spektroskopiją, kad būtų galima išmatuoti deguonį priekinėje smegenų žievės dalyje. Šis „įvesties ir išvesties konceptualizacijos tipas“ naudoja sudėtingus „dinaminio modeliavimo“ metodus, sukurtus mūsų laboratorijoje, kad būtų galima įvertinti, kaip greitai ir efektyviai smegenų kraujo tiekimas reaguoja į subtilius slėgio ir CO₂ pokyčius.
Precedento neturintis tikslumas ir naujoji viltis gydymui
Tyrimo komanda gavo keletą vilčių teikiančių rezultatų. CDI parodė puikų diagnostinį našumą, diferencijuodami asmenis, turinčius lengvą pažinimo sutrikimą (MCI) arba Alzheimerio liga nuo pažintinio normalių kontrolinių asmenų, kurių plotas po kreive (AUC) yra 0,96.
AUC yra dažnas statistinis diagnostinio veikimo matas; 1,0 vertė yra tobula, o 0,5 yra atsitiktinė tikimybė. Kontekstui amiloido PET testas pasiekė tik 0,78 AUC, o MOCA ir MMSE kognityviniai testai buvo atitinkamai 0,92 ir 0,91.
Marmarelis pabrėžė, kad skirtumas tarp 0,78 iki 0,96 išvertė „labai reikšmingą testo gebėjimo teisingai nustatyti tuos, kurie turi būklę ir be jos.
„Tai, ko mes turime anksčiau, buvo metodika, skirta įvertinti šiuos dinaminius santykius, kurie yra labai tvirti ir tikslūs“, – teigė Marmarelis.
„Dabar galime atskirti pacientus, sergančius lengvu pažinimo sutrikimu, ir Alzheimerio liga nuo pažintinio normalaus kontrolės yra daug geriau nei PET matavimas ir net geriau nei MOCA neurokognityvinis testas. Tai rodo, kad konkretus smegenų perfuzijos reguliavimo disreguliacijos aspektas gali būti kritinis aspektas šios ligos patogenezėje, įskaitant kitus veiksnius, įskaitant amiloidų kaupimąsi.”
Šis gilus Alzheimerio ligos supratimo pokytis galėtų paruošti kelią naujoms gydymo ir prevencijos strategijoms, orientuotos į smegenų kraujotakos ir deguonies reguliavimo gerinimą. Marmarelis teigė, kad tai gali apimti keletą perspektyvių būdų, kurie vis dar vertinami dėl galimo jų veiksmingumo:
- Gyvenimo būdo pokyčiai: Marmarelis teigė, kad geras požiūris apima reguliarų aerobinių pratimą, tokį paprastą kaip 20–30 minučių dienos pėsčiomis, kad suaktyvintų mechanizmus, atkuriančius sveiką kraujo tėkmės reguliavimą. Tai taip pat būtų palaikoma sveika mityba, vengiant per didelių kraujo riebalų ir cukraus, taip pat mažinant stresą. Marmarelis pažymėjo, kad neseniai atliktas Alzheimerio asociacijos tyrimas tvirtai patvirtina šį terapinį požiūrį, o rezultatai rodo didelę pažintinę naudą dalyviams, dalyvavusiems dvejų metų aerobinio pratimų programoje ir laikantis proto dietos, kuri pabrėžia cukraus, ir nejudančius riebalus.
- Sukelta protarpinė hipoksija ir hiperkapnija: tai apima kontroliuojamą šiek tiek sumažėjusio deguonies įkvėpimą ir padidėjusį CO2 Naudojant kaukę. Panašiai kaip treniruočių metodai, kurie sportininkai naudoja siekdami padidinti našumą, preliminarūs duomenys rodo, kad tai gali pagerinti smegenų kraujotakos reguliavimą.
- Transkutaninė aurikuliarinė vagalinė neurostimuliacija (TAVNS): Ši saugi, neinvazinė technika stimuliuoja akumetrų nervo (pagrindinio kūno nervo, kuris padeda reguliuoti daugelį kūno funkcijų) aurikuliarinę šaką per ausinę. Preliminarūs rezultatai rodo, kad tai taip pat gali teigiamai paveikti smegenų kraujotakos reguliavimą.
Kitos naudingos intervencijos gali būti kuriamos ir išbandomos ateityje. Marmarelis teigė, kad, be Alzheimerio liga, šie rezultatai turi didesnį poveikį kitų demencijos gydymui ir diagnozei.
Kiti šio dokumento bendraautoriai buvo Helena C. Chui, Alzheimerio ligos tyrimų centro, esančio USC KECK medicinos mokykloje, direktorė ir Kanzaso universiteto medicinos centro neurologijos profesorius Sandy Billingeris, taip pat Teksaso Pietvakarių medicinos centro universiteto Neurologijos katedros bendradarbiai.