Plok krve mozku by mohl změnit, jak rozumíme a léčíme Alzheimerovu chorobu

Více než sedm milionů Američanů žije s Alzheimerovou chorobou (AD) a srdcervoucí každodenní bitvou s dopady kognitivního poklesu. Podle Asociace Alzheimerovy choroby se změny mozku, které způsobují, že onemocnění skutečně začíná 20 nebo více let, než se příznaky začnou začnou, což zdůrazňuje kritickou potřebu včasné a přesné diagnózy. Současné diagnostické nástroje však zahrnují bolestivé páteřní kohoutky, drahé skenování a kognitivní testy, které mohou být omezeny jejich přesností.

Nový výzkum vedený biomedicínskými inženýry na USC Viterbi School of Engineering odhalil klíčovou roli, kterou hraje dynamika krevního toku mozku v AD, a nabízí jednodušší, neinvazivní diagnostický nástroj, který by mohl přetvořit desetiletí konvenčního myšlení o tom, jak je tato oslabující onemocnění chápána a léčena.

Vedení Vasilis Marmarelis, děkanův profesor v oddělení biomedicínského inženýrství Alfred E. Mann, práce, práce se objeví v časopise Alzheimerova a demence: Diagnóza, hodnocení a sledování nemocí.

Po celá léta byla převládajícím konsensem ve výzkumu Alzheimerovy choroby a klinické péče „hypotéza amyloidní kaskády“. Tato teorie naznačuje, že se volal proteinový fragment Amyloidní beta je hlavním viníkem v Alzheimerově chorobě. Když se v mozku hromadí příliš mnoho amyloidní beta, vyvolává akumulaci jiného proteinu Tau, který tvoří zkroucené shluky známé jako „taumové“ v mozkových buňkách. Předpokládá se, že tyto spleti způsobují mozkové buňky poruchu a nakonec zemřít, což vede k kognitivní pokles Pohled v Alzheimerově chorobě.

Současné diagnostické metody se do značné míry točí kolem detekce těchto patologií amyloidů a tau. To často vyžaduje nepříjemné a riskantní páteřní kohoutky k nakreslení mozkomíšního moku pro analýzu. Nedávno, Positronová emisní tomografie (Pet) Objevilo se zobrazování nebo „amyloid nebo tau pet“ radioaktivní stopor je injikován pro vizualizaci amyloidních plaků nebo tauových spletených v mozku, což je test, který je tak nákladný, že je obvykle omezen na akademické výzkumné prostředí. Naposledy, Biomarkery krve které slouží stejnému účelu, ukazují slib pro budoucnost.

„Lékaři berou emise z tohoto radioaktivního stopora pro domácí mazlíčky jako přibližné měřítko toho, kolik amyloidu nebo tau má osoba v jejich mozku,“ řekl Marmarelis. „Když jsem mluvil ze zkušeností, poté, co jsem viděl data ve své vlastní studii, vám mohu říci, že je to velmi nedostatečné. Ale je to zlatý standard, i když většina lékařů to nedělá, protože je to velmi drahé.“

Bez těchto nákladných a invazivních biologických testů se mnoho neurologů obrací k kognitivním hodnocení testů, jako je mini-mentální stavový vyšetření (MMSE) a montrealské kognitivní hodnocení (MOCA), dotazníky založené na behaviorálních rozhovorech zaměřených na testování kognitivní funkce.

„MOCA vám dává představu o kognitivních schopnostech člověka,“ řekl Marmarelis. „Ale nejedná se o biologické nebo fyziologické testy. Jedná se pouze o behaviorální testy, které podléhají všem druhům zkreslení, nedokonalostí a chyb.“

Převrácení skriptu: Nové zaměření na „instalatérství“ našeho mozku

Namísto pohledu na mozkové amyloidní plaky se Marmarelis a jeho spolupracovníci soustředili na způsob, jakým je to průtok krve mozkem autoregulován, aby se okysličoval mozkovou tkáň, a zda možná dysregulace může způsobit kognitivní poškození. Přemýšlejte o tom jako o pečlivé inspekci toho, jak funguje instalatérský systém vašeho domova, než jen dívat se na rzi v trubkách.

Studie výzkumného týmu využila data od 200 účastníků po dobu pěti let a zkoumala složitý dynamický vztah mezi přirozenými změnami v arteriálním krevním tlaku, hladinami oxidu uhličitého (CO₂) v krvi a výsledné fluktuace průtoku mozkové krve a oxygenací kortikální tkáně.

„Když vyvíjíme kognitivní úsilí, generujeme CO₂ z metabolismu v našich mozkových buňkách, které musí být zjevně odvezeno naší krví, aby se zabránilo acidóze,“ řekl Marmarelis. „Naše tělo je obdařeno tímto regulačním mechanismem zvaným vazomotorická reaktivita, která rozšiřuje (rozšiřuje) naše mozkové cévy, když Co₂ stoupá v krvi, aby bylo možné projít více krve a přebytek CO₂ může být vyplaveno.“

Před patnácti lety Marmarelis provedl serendipitous pozorování: Alzheimerovi pacienti vykazují narušenou vazomotorickou reaktivitu.

„Nemohou rozšířit mozkové cévy, aby přinesly více krve a poskytly do mozku dostatečnou perfuzi krve. To znamená, že nedostanou kyslík, živiny a glukózu, které potřebujeme k poznání včas,“ řekl.

Ve své nové studii Marmarelisův tým testoval toto pozorování a vyvinul nový „Physio-Marker“ nazvaný Index cerebrovaskulární dynamiky (CDI). Tento neinvazivní test používá neinvazivní Dopplerovy ultrazvuk k měření rychlosti průtoku krve v některých hlavních tepnách mozku a blízké infračervené spektroskopii k měření oxygenace v přední části mozkové kůry. Tento „typ konceptualizace vstupu-výstupy“ používá sofistikované metody „dynamického modelování“ vyvinuté v naší laboratoři k kvantifikaci toho, jak rychle a efektivně reaguje na mozkové krve na jemné změny tlaku a CO₂.

Bezprecedentní přesnost a nová naděje na léčbu

Výzkumný tým získal některé povzbudivé výsledky. CDI vykazoval vynikající diagnostický výkon, rozlišující jedince s mírným kognitivním poškozením (MCI) nebo Alzheimerovou chorobou z kognitivně normálních kontrolních subjektů s oblastí pod křivkou (AUC) 0,96.

AUC je běžné statistické měřítko diagnostické výkonnosti; Hodnota 1,0 je perfektní a 0,5 je náhodná šance. Pro kontext test amyloidního PET dosáhl AUC pouze 0,78, zatímco MOCA a MMSE Kognitivní testy byly 0,92 a 0,91.

Marmarelis zdůraznil, že rozdíl mezi 0,78 a 0,96 se promítl do „velmi podstatného zlepšení“ ve schopnosti testu správně identifikovat ty s podmínkou a bez něj.

„To, co máme, že ostatní neměli předtím, je metodologie kvantifikace těchto dynamických vztahů, které jsou extrémně robustní a přesné,“ řekl Marmarelis.

„Nyní můžeme pacienty odlišit s mírným kognitivním poškozením a Alzheimerovou chorobou od kognitivně normálních kontrol mnohem lépe než měření PET a ještě lepší než neurokognitivní test MOCA, což naznačuje, že konkrétní aspekt dysregulace regulace mozkové perfúze může být kritickým aspektem v patogenezi této onemocnění, včetně ostatních faktorů.“

Tento hluboký posun v chápání Alzheimerovy choroby by mohl připravit cestu pro nové strategie léčby a prevence zaměřené na zlepšení regulace průtoku krve mozku a oxygenaci. Marmarelis uvedl, že by to mohlo zahrnovat několik slibných cest, které jsou stále hodnoceny z hlediska jejich potenciální účinnosti:

• Změny životního stylu: Marmarelis řekl, že dobrý přístup bude zahrnovat pravidelné aerobní cvičení, stejně jednoduché jako 20–30 minut denní procházka, aby aktivovala mechanismy, které obnovují zdravou regulaci průtoku krve. To by také bylo zálohováno s a zdravá stravaVyhýbání se nadměrným krevním tukům a cukrům a také snižování stresu. Marmarelis poznamenal, že nedávná studie Alzheimerovy asociace silně potvrzuje tento terapeutický přístup, přičemž výsledky ukazují výrazné kognitivní výhody u účastníků, kteří se zúčastnili dvouletého programu aerobního cvičení a dodržování mysli a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a porážlivosti a nevýrazné tlusté a porážkové a porážkové tlumení a porážky a ponechají a ponechají a ponechají a ponechají a ponechají.

• Indukovaná přerušovaná hypoxie a hyperkapnie: To zahrnuje kontrolovanou inhalaci mírně redukovaného kyslíku a zvýšeného CO₂ pomocí masky. Podobně jako u tréninkových metod, které sportovci používají ke zvýšení výkonu, předběžné údaje ukazují, že mohou zlepšit regulaci průtoku krve mozkem.

• Transcutánní aurikulární vagální neurostimulace (TAVNS): Tato bezpečná, neinvazivní technika stimuluje aurikulární větev vagusového nervu (klíčový nerv těla, který pomáhá regulovat mnoho tělesných funkcí) prostřednictvím sluchátka. Předběžné výsledky naznačují, že to může také pozitivně ovlivnit regulaci mozkové krve.

V budoucnu lze vyvinout a testovat další prospěšné intervence. Marmarelis uvedl, že kromě Alzheimerovy choroby mají tyto výsledky širší důsledky pro léčbu a diagnózu dalších dementů.

Mezi další spoluautory v článku patřila Helena C. Chui, ředitelka výzkumného střediska Alzheimerovy choroby na Keck School v USC, a Sandy Billinger, profesor neurologie v Kansas University Medical Center, a také spolupracovníci z oddělení neurologie University of Texas Southwestern Medical Center.