Водная Т2 как биомаркёр воспалительных изменений скелетных мышц у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Введение. Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) - Х-сцепленное нервно-мышечное заболевание, характеризующееся нарушением выработки белка дистрофина [1], приводящего к прогрессирующей слабости и атрофии мышц с преимущественным поражением тазового пояса и бёдер. [2,3] Одним из первичных звеньев патогенеза при МДД является воспаление мышц [4], в дальнейшем ведущее к их жировой и фиброзной дегенерации. [5].

В настоящий момент существует необходимость в эффективных биомаркёрах, позволяющих оценить тяжесть воспалительных изменений в скелетных мышцах, которые в дальнейшем могут быть использованы в качестве методов оценки эффективности проводимой противовоспалительной терапии.

Одним из таких маркёров может являться магниторезонансная томография (МРТ) с селективным возбуждением сигнала водной Т2. [6,7,8].

Цель работы: определить значения водной Т2 в скелетных мышцах пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна, не принимающих глюкокортикостероидную терапию и у здоровых добровольцев.

Материалы и методы: Исследование проводилось на базе Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета. Было обследовано 7 пациентов с генетически подтверждённой мышечной дистрофией Дюшенна, не принимающих глюкокортикостероидную (ГКС) терапию (средний возраст 7,4 ± 0,9 лет). Так же была обследована контрольная группа, которая состояла из 6 здоровых добровольцев мужского пола (средний возраст 11,9 ± 1,7 лет).

Всем испытуемым была проведена МРТ мышц тазового пояса, бёдер и голеней. Перед исследованием, все испытуемые были предупреждены о необходимости избегать повышенных физических нагрузок минимум за 3 дня до проведения МРТ. Исследование проводилось на магниторезонансном томографе Philips Ingenia 1.5T с использованием наружной нательной катушки. Были выполнены Multi-Slice-Multi-Echo (MSME) последовательности со следующими параметрами: Echo Time (TE) = 10-200 ms, Repetition Time (TR) = 3500 ms, flip angle = 90o, refocusing control angle 180o, slices = 7, slice gap = 15 mm, slice thickness = 10 mm. В дальнейшем были рассчитаны значения водной Т2 каждой мышцы на 7 срезах с использованием методики трехэкспоненциального расчёта [9].

Статистический анализ полученных резульатов проводился при помощи программного обеспечения IBM SPSS Statistics v.23. Были рассчитаны средние значения, доверительный интервал и t-критерий Стьюдента при сравнении средних величин (p=0.05).

Результаты. Группа пациентов, не принимающих ГКС терапию характеризовалась повышением интенсивности сигнала водной Т2 во всех скелетных мышцах тазового пояса, средние значения составляли 39,5±1 мс (p=0,05). Интенсивность сигнала в мышцах тазового пояса здоровых добровольцев в среднем составляла 32,6 ± 0,7 мс (p=0,05) (рис. 1).

Рис 1. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах тазового пояса у пациентов с МДД принимающих, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

Рис 1. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах тазового пояса у пациентов с МДД принимающих, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

Пациенты, не принимающие ГКС терапию характеризовалась повышением сигнала водной Т2 во всех скелетных мышцах бёдер, средние значения составляли 37,5±1,2 мс (p=0,05). Интенсивность сигнала в мышцах бёдер здоровых добровольцев в среднем составляла 32,8 ± 0,6 мс (p=0,05). (рис. 2)

Рис 2. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах бёдер у пациентов с МДД, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

Рис 2. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах бёдер у пациентов с МДД, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

При оценке значений водной Т2 в мышцах голеней группа пациентов, не принимающих ГКС терапию продемонстрировала средние значения 38,3±1 мс (p=0,05). В контрольной группе средние значения водной Т2 составляли 32,5 ±0,6 мс (p=0,05) (рис. 3).

Рис 3. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах голеней у пациентов с МДД, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

Рис 3. Средние значения водной Т2 (миллисекунды) в скелетных мышцах голеней у пациентов с МДД, не принимающих ГКС терапию и здоровых добровольцев.

Обсуждение. В ходе исследования было выявлено, что группа пациентов с МДД не получавших ГКС терапию, характеризовалась повышенными значениями водной Т2 во всех скелетных мышцах, по сравнению с контрольной группой. Тем не менее, исключение составляли в m. gracilis и m. extensor digitorum longus, в которых была выявлена низкая воспалительная активность, что обусловлено наименьшей вовлечённостью вышеуказанных мышц в патологический процесс при МДД.

Ранее эффективность селективного возбуждения водной Т2 была так же продемонстрирована Mankodi и соавт. при обследовании пациентов с МДД в возрасте 8,9±0,7 лет, получавших ГКС терапию. Проводилось исследование мышц голеней, в ходе чего были выявлены повышенные показатели водной Т2, по сравнению со здоровыми добровольцами (p<0.001). Так же в данном исследовании была продемонстрирована эффективность данной методики при оценке влияния физических нагрузок. [10]

Существуют альтернативные способы оценки воспалительных изменений в скелетных мышцах. Так, Janiczek и соавт. в 2011 г. была предложена методика Iterative Decomposition of water and fat with Echo Asymmetry and Least-squares estimation - Carr-Purcell-Meiboom-Gill (IDEAL-CPMG).. Данная импульсная последовательность основана на определении химического сдвига воды. [11] Однако, в исследовании Mankodi, Bishop и соавт. при обследовании мышц бёдер у пациентов с МДД данная методика позволила выявить повышенную воспалительную активность лишь в m. biceps femoris и m. vastus lateralis (p<0,05). [12] Ещё одним недостатком IDEAL последовательностей является длительное время выполнения исследования [13], что затрудняет применение данной методики у пациентов с МДД, в связи с частым наличием у них поведенческих и когнитивных нарушений [14]

Ещё одним альтернативным методом является 1H-спектроскопия. По литературным данным, была доказана высокая чувствительность данной методики при оценке активности заболевания в скелетных мышцах, а так же при оценке эффективности противовоспалительной терапии при МДД. [15,16,17]. Тем не менее, данный метод имеет своих недостатки. Главным является возможность применения лишь одновоксельной спектроскопии, что позволяет оценивать лишь одну мышцу и значительно ограничивает применение данной методики. МРТ с использованием MSME последовательностей лишено данных недостатков и позволяет оценивать все мышцы одновременно.

Выводы: таким образом, определение значений водной Т2 с помощью трёхэкспоненциальной методики расчёта может служить биомаркёром активности заболевания у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна.

Благодарности. Авторы статьи выражают признательность Институту Миологии (Париж, Франция), сотрудникам отделения экспериментальных визуализационных и клинических исследований Института Миологии и лично профессору Пьеру Карлие (Pierre Carlier) за оказанную методическую помощь в проведении исследования.

Список использованных источников:

  1. Muntoni F, Torelli S, Ferlini A. "Dystrophin and mutations: one gene, several proteins, multiple phenotypes". Lancet Neurol. 2003 Dec; 2(12):731-40.
  2. Emery AE. "The muscular dystrophies". Lancet. 2002; 359(9307): p. 687–695. doi: 10.1016/S0140-6736(02)07815-7
  3. Sussman M. "Duchenne muscular dystrophy". J. Am. Acad. Orthop. Surg. 2002; 10: 138–151.
  4. Cruz-Guzman Oriana del Rocío, Maricela Rodríguez-Cruz, and Rosa Elena Escobar Cedillo. Systemic Inflammation in Duchenne Muscular Dystrophy: Association with Muscle Function and Nutritional Status. Biomed. Res. Int. 2015; 891972. doi: 10.1155/2015/891972.
  5. Deconinck N., Dan B. Pathophysiology of duchenne muscular dystrophy: current hypotheses. Pediatr. Neurol. 2007 Jan; 36(1):1-7.
  6. Carlier PG, Azzabou N, Loureiro de Sousa P et al. Skeletal muscle quantitative nuclear magnetic resonance imaging follow-up of adult Pompe patients. J. Inherit. Metab. Dis. 2015; 38: 565–572.
  7. Hollingsworth KG, Loureiro De Sousa P., Straub V et al. Towards harmonization of protocols for MRI outcome measures in skeletal muscle studies: consensus recommendations from two TREAT-NMD NMR workshops, 2 May 2010, Stockholm, Sweden, 1–2 October 2009, Paris, France. Neuromusc. Disord. 2012; 22 (Suppl. 2): S54–S67.
  8. Carlier P. G. Global T2 versus water T2 in NMR imaging of fatty infiltrated muscles: Different methodology, different information and different implications. Neuromuscul Disord 2014;24:390–2.
  9. Azzabou N., Sousa P., Caldas E et al. Validation of a Generic Approach to Muscle Water T2 Determination at 3T in Fat-Infiltrated Skeletal Muscle. Journal Of Magnetic Resonance Imaging. 41:645–653 (2015)
  10. Mankodi A., Azzabou N., Bulea T. Skeletal muscle water T2 as a biomarker of disease status and exercise effects in patients with Duchenne muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 2017 Aug;27(8):705-714. doi: 10.1016/j.nmd.2017.04.008.
  11. Janiczek RL, Gambarota G, Sinclair CD, et al. Simultaneous T2 and lipid quantitation using IDEAL-CPMG. Magn Reson Med 2011;66:1293–302.
  12. Mankodi A, Bishop CA, Auh S et al. Quantifying disease activity in fatty-infiltrated skeletal muscle by IDEAL-CPMG in Duchenne muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 2016 Oct; 26(10):650-658.
  13. Carlier P.G., Marty B., Scheidegger O., Loureiro de Sousa P., Baudin P., Snezhko E., Vlodavets D. Роль количественной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии скелетных мышц в оценке результатов клинических исследований (часть I). Нервно-мышечные болезни. 2016;6:10-20.
  14. Domingos I.C., Dias T., Sanches T.C., Melani J.Z., Godoy A.J. Possible cognitive dysfunction in patients with duchenne muscular dystrophy. Journal of the neurological science Volume 357, Supplement 1, Pages e332–e333. October 15, 2015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jns.2015.08.1185
  15. Torriani M., Townsend E., Bredella M.A. et al. Lower leg muscle involvement in Duchenne muscular dystrophy: an MR imaging and spectroscopy study. Skeletal Radiol. 2012 Apr; 41(4): 437–445. doi:10.1007/s00256-011-1240-1
  16. Triplett WT, Baligand C, Forbes SC et al. Chemical shift-based MRI to measure fat fractions in dystrophic skeletal muscle. Magn Reson Med 72: 8–19. 2014.
  17. Forbes S.C., Willcocks R.J., Triplett W.T. et .al. Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy Assessment of Lower Extremity Skeletal Muscles in Boys with Duchenne Muscular Dystrophy: A Multicenter Cross Sectional Study. PLoS One. 2014; 9(9): e106435. doi: 10.1371/journal.pone.0106435