1H-Magnetresonanz-Spektroskopie und Transcranielle Sonographie der Substantia nigra - Befunde bei Parkinsonpatienten mit idiopathischer und monogenetischer Erkrankung sowie deren Angehörigen im Vergleich zu einer Kontrollgruppe

Abstract

Der Morbus Parkinson zählt zu den häufigsten neurologischen Erkrankungen im fortgeschrittenen Alter. Das Absterben dopaminerger Neurone in der Substantia nigra (SN) führt zu einem Transmitterungleichgewicht und tiefgreifenden Veränderungen im Hirnstoffwechsel sowie der Ausbildung klinischer Symptome wie z. B. Muskelsteifigkeit und Zittern. Die durch Eisenablagerungen bedingten Veränderungen innerhalb der SN können durch die Transcranielle Sonographie (TCS) bei 90% der Parkinsonpatienten sichtbar gemacht werden. Erstaunlicherweise zeigen auch 40% der gesunden Angehörigen von Parkinsonpatienten diese sonographischen Auffälligkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit sollte überprüft werden, ob diese Auffälligkeiten der SN (Hyperechogenität) ein Korrelat in der Spektroskopie zeigen. Bisher war die SN bedingt durch ihre geringe Größe und dadurch sich ergebender technischer Limitierungen kaum Gegenstand magnetresonanz-spektroskopischer Untersuchungen. So sollte zunächst überprüft werden, ob bei Verwendung eines speziellen Lokalisationsverfahrens (Chemical shift imgaging; CSI) der Magnetresonanz-Spektroskopie, einem geringeren als bisher üblichen Messvolumen und speziellen Auswerteverfahren eine Messung innerhalb der SN möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass unter den genannten Bedingungen Hirnmetabolite innerhalb der SN valide bestimmbar sind. Bis auf die Metabolite Glutamat (Glu) and Glx (Glu and Glutamin) sind Metabolite wie Kreatin (Cr), N-Acetylaspartat (NAA), N-acetylaspartat-Glutamat (NAAG), Glycero-Phosphorylcholin (GPC) und myo-Inositol (mI) mit einer Standardabweichung unter 20% gut bestimmbar. Zudem wurden die Metabolitenmesswerte von Parkinsonpatienten mit idiopathischer und monogenetischer Erkrankung (n=22), deren gesunden Angehörigen (mit und ohne sonographisch auffälliger SN; n=21) und einer gesunden Kontrollgruppe (n=10) verglichen. Hierbei fand sich bei den Erkrankten eine Erhöhung der Metabolite N-Acetyl-Aspartat (NAA) und Glycerophosphorylcholin (GPC) sowie deren Verhältniswerte zu Kreatin. Die NAA-Erhöhung ist bisher nur einmalig in der Literatur beschrieben worden. Zudem zeigte sich, dass die sonographisch auffälligen Angehörigen bzgl. der NAA- und GPC-Werte ähnliche Werte wie die Erkrankten aufwiesen. Dieses Ergebnis erscheint insbesondere vor dem Hintergrund einer möglichen Neuroprotektion interessant. Ein Zusammenhang zwischen Größe der hyperechogenen Fläche der SN und Veränderungen der Metabolitenkonzentrationen und Verhältnisse zu Kreatin scheint gegeben. Sollten sich die gefundenen Verhältnisse in weiteren Studien bestätigen, könnte die Metabolitendarstellung als ein interessanter neuer in vivo Marker für die Parkinson-Erkrankung eingesetzt werden.

Parkinson´s disease (PD)is the second most common movement disorder in elderly people. The pathological hallmark of Parkinson's disease is the degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra (SN) which leads to an imbalance of neurotransmitters and alterations in brain metabolism. The cell loss is progressive and affects over time the entire nervous system, which is mainly reflected by motor symptoms like rigidity and resting tremor. Transcranial ultrasound (TCS) allows to visualize changes in the echomorphology of the SN. These changes (hyperechogenicity) which are caused by increased iron deposition can be detected in 90% of patients. Interestingly, similar abnormalities can be found in 40% of the patient´s relatives. The aim of this study was to find out, if there is a correlation between hyperechogenicity and 1H-Magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) of the SN. Until now technical challenges have so far largely prevented the successful use of nigral MRS to characterize PD. Firstly the size of the SN is very small for using conventional field strengths and secondly the high iron content inherently results in peak broadening limiting the accuracy of metabolite estimation. So we wanted to know, if it is possible to obtain good quality 1HMR spectra of the SN by using Chemical shift imaging (CSI) as a special localization technique. Therefore we minimized the so far used voxelsize and applied a special software which provides subsequently manual optimization of voxelposition. Afterwards we analyzed spectra of SN bilaterally in five cohorts consisting of patients with idiopathic and monogenetic PD (n=22), their healthy relatives with and without hyperechogenicity (n=21) and a healthy control group (n=10) to identify possible differences in metabolite patterns. The obtained spectra provide that under the mentioned terms aquisition of metabolite profiles in SN is possible. Except of the metabolites Glutamate (Glu) and Glx (Glu and Glutamine), metabolites like Creatin (Cr), N-Acetylaspartate (NAA), N-acetylaspartyl-glutamate (NAAG), Glycero-Phosphocholine (GPC), myo-Inositol (mI) are well measurable with a standard deviation below 20%. We found increased values for NAA and GPC and their ratios to Creatine in patients compared to controls. So far NAA-increase in SN has only been described once. It could also been shown, that relatives who were conspicious in TCS showed similar values for NAA and GPC like patients. This is very interesting against the background of neuroprotective medication. Furthermore there seems to be a correlation between changes in metabolite concentrations and the size of the hyperechogenic area in the SN. Further studies are needed to establish metabolite detection as a new in vivo marker for Parkinson´s disease.