Strukturelle Konnektivität nicht-motorischer Gehirnnetzwerke bei Jugendlichen nach Frühgeburtlichkeit und der Einfluss früh-postnataler Cytomegalievirus-Infektion

Abstract

Einleitung:

Durch die steigende Lebenserwartung sehr früher Frühgeborener (Gestationsalter < 32 Wochen) manifestieren sich zunehmend langfristige neurologische Folgeschäden von Frühgeburtlichkeit, die gleichzeitig kein makroskopisches Korrelat in der MRT-Bildgebung aufweisen. Zusätzlich legen bisherige Daten nahe, dass eine früh-postnatale Infektion mit Cytomegalievirus (CMV) zusätzliche neurologische Defizite auslöst, die sich durch präventive Maßnahmen verhindern ließen. Fixelbasierte Analyse (FBA) diffusionsgewichteter MRT ermöglicht eine faserspezifische Untersuchung der strukturellen Konnektivität der weißen Substanz, insbesondere auch in Regionen mit kreuzenden Fasern, in denen die Interpretierbarkeit tensorbasierter Modelle deutlich limitiert ist. Mittels FBA sollte der langfristige Effekt von Frühgeburtlichkeit auf die weiße Substanz, sowie der zusätzliche Einfluss einer frühpostnatalen CMV-Infektion untersucht werden. Insbesondere sollte dies in einer Kohorte motorisch nicht eingeschränkter ehemaliger Frühgeborener mit milden neurologischen Defiziten geschehen, um spezifisch die diesen Defiziten zugrundeliegenden Korrelate untersuchen zu können.

Material und Methoden:

36 ehemalige sehr frühe Frühgeborene (FG, 11-16 Jahre) und 18 gesunde, reifgeborene Kontrollprobanden (RG, 7-17 Jahre) wurden mittels diffusionsgewichteter Bildgebung (1.5T, b=2000s/mm², 60 Richtungen) untersucht. Klinische Charakteristika wurden mittels neurologischer und neuropsychologischer Testmethoden quantifiziert. Eine frühpostnatale Infektion mit CMV wurde bereits in der Neugeborenenperiode mittels wiederholter Screenings nachgewiesen oder ausgeschlossen (CMV+ oder CMV-). Mittels FBA wurden pro Fixel die assoziierten Metriken Fiber Density (FD), Fiber Cross-Section (FC), sowie als Produkt dieser Metriken FDC (Fiber Density and Cross-Section) bestimmt, die auf mikroskopischer Ebene das intraaxonale Volumen (FD), auf makroskopischer Ebene den Durchmesser eines Faserbündels (FC) sowie insgesamt die Fähigkeit einer Faserbahn zur Informationsweiterleitung (FDC) kodieren. Gruppenunterschiede wurden in einem Ganzgehirn-Vergleich, ohne Beschränkung auf a priori festgelegte Regions of Interest, ermittelt. Zusätzlich wurden in ausgewählten Trakten des kognitiven Netzwerkes (Cingulum, Fasciculus Arcuatus und Uncinatus, Superiorer longitudinaler Fasciculus) traktgemittelte Fixel-Metriken mittels klassischer Gruppenanalysen verglichen.

Ergebnisse:

Nach Frühgeburtlichkeit zeigte sich reduzierte FDC im Cingulum beider Hemisphären, im Genu des Corpus Callosum und in der Forceps Minor, sowie beidseits in der Capsula Extrema. Die Lokalisationen mit reduzierter FD überschnitten sich größtenteils mit denjenigen reduzierter FDC, während isolierte Reduktionen von FC überwiegend in zerebellären Strukturen auftraten. In der Analyse der traktweise gemittelten Fixel-Metriken zeigten sich zusätzlich reduzierte Fixel-Metriken beidseits im superioren longitudinalen Fasciculus sowie im Fasciculus Uncinatus. Zwischen CMV+ und CMV- bestand kein signifikanter Unterschied. Differenzen zwischen CMV+ und RG waren stärker ausgeprägt als zwischen CMV- und RG, bei insgesamt ähnlichem Verteilungsmuster wie im Vergleich von FG und RG.

Schlussfolgerung:

Die weiße Substanz weist auch in Abwesenheit makroskopischer Pathologien nach Frühgeburtlichkeit langfristige Veränderungen der strukturellen Konnektivität in Faserbahnen mit Assoziation zu kognitiven Funktionen, insbesondere dem Cingulum, auf. Motorische Faserbahnen zeigen keine Unterschiede, so dass die Veränderungen als wahrscheinliches Korrelat der kognitiven Einschränkungen angesehen werden können. Durch FBA als Analysemethode können diese Aussagen auch in Regionen mit kreuzenden Faserbahnen valide getroffen werden. Zusätzlich legen die Ergebnisse einen Einfluss einer CMV-Infektion auf die langfristige strukturelle Konnektivität nahe, der jedoch keine statistische Signifikanz erreicht. Dennoch sollten präventive Maßnahmen diskutiert werden.