ViktorijaKostadinova1,KatarinaŠurlanPopović2 Značilnosti slikanja z magnetno resonanco ob hipoksično-ishemični okvari možganovine pri odraslih Magnetic Resonance Imaging Findings in Hypoxic-Ischemic Brain Injury in Adults IZvLEČEK KLJUČNEBESEDE:hipoksijamožganov,ishemijamožganov,srčnizastoj,magnetnaresonanca,odrasli Hipoksično-ishemična okvara možganovine je sistemska presnovna motnja, ki difuzno pri- zadene možganovino. Na slikovnih preiskavah se kaže z obojestransko simetrično priza- detostjo sive in bele možganovine. Nastopi zaradi pomanjkljive oskrbe celotnih možga- nov s kisikom in/ali krvjo. Najpogostejši vzrok hipoksično-ishemične okvare pri odraslih je srčni zastoj. S slikovnimi preiskavami lahko določimo stopnjo okvare možganovine, v kom- binaciji z drugimi diagnostičnimi testi pa lahko ocenimo klinični izid bolnika. Slikanje z magnetno resonanco je močno občutljivo za spremembe v sklopu hipoksično-ishemi- čne okvare. Sekvenca magnetnoresonančne preiskave, na kateri se najprej vidijo spremembe, je difuzijsko poudarjeno slikanje, kasneje pa so vidne tudi na T2- in FLAIR-poudarjenih sekvencah. Spremembe se na morfoloških sekvencah magnetne resonance izrazijo kasneje in vztrajajo še dolgo po dogodku. Prispevek povzema glavne najdbe pri slikanju z magnet- no resonanco v sklopu hipoksično-ishemične okvare možganovine. aBSTRaCT KEYWORDS:brainhypoxia,brainischemia,cardiacarrest,magneticresonance,adult Hypoxic-ischemic brain injury is a systemic metabolic disorder, which affects the brain. It causes global, bilateral and symmetrical lesions in the brain, which are detectable with different neuroimaging modalities. These changes occur due to global hypoxia and/or ischemia of the brain. The most common cause of hypoxic-ischemic brain injury is car- diac arrest. Neuroimaging helps assess the severity of the brain injury. In combination with other diagnostic tools, it is possible to partly provide some prognostication for those patients. Magnetic resonance imaging is the most sensitive modality for hypoxic-ischemic changes. Diffuse weighted imaging is the first sequence to detect these changes and in the later phases also T2/FLAIR. This article summarizes the main magnetic resonance imaging findings of hypoxic-ischemic brain injury. 1 ViktorijaKostadinova,dr.med.;viki.kostadinova@gmail.com 2 Izr.prof.dr.KatarinaŠurlanPopović,dr.med.,Kliničniinštitutzaradiologijo,UniverzitetnikliničnicenterLjubljana, Zaloškacesta7,1000Ljubljana;Katedrazaradiologijo,Medicinskafakulteta,Univerzav Ljubljani,Zaloškacesta7, 1000Ljubljana 311MedRazgl.2020;59(3):311–17 • Pregledni članek UvOD Hipoksično-ishemična okvara možgano- vine (HIOM) je sistemska presnovna mot- nja, ki difuzno prizadene možganovino in se na slikovnih preiskavah kaže z oboje- stransko ter simetrično prizadetostjo. Na- stopi zaradi pomanjkljive oskrbe celotnih možganov s kisikom (hipoksija) in/ali krvjo (ishemija). Difuzna možganska hipoksija je lahko posledica zmanjšane oksiformne kapaci- tete krvi (anemija), motenj dihanja (zadu- šitev), nizkega zračnega tlaka, okvare celičnega dihanja (zastrupitev s cianidi) ali ishemije. Difuzno možgansko ishemi- jo najdemo v sklopu hude sistemske hipo- tenzije, šokovnega stanja in srčnega zasto- ja (1, 2). Najpogostejši vzrok HIOM pri odraslih je srčni zastoj z ishemijo in sekundarno hipoksijo (3). Ko se pretok krvi skozi možgane zadostno zmanjša ali prekine, nastopita nenadna izguba zavesti in tele- sna slabost. Kakšna bo končna stopnja možganske okvare, je odvisno od števil- nih dejavnikov. Pogosto se izkaže, da je ta po vzpostavitvi spontanega krvnega obtoka huda – tudi do stopnje možganske smrti. S slikovnimi preiskavami lahko določimo stopnjo okvare možganovine. V kombinaciji z drugimi diagnostičnimi testi (klinični pregled, elektroencefalo- grafija, vidni evocirani potenciali) lahko predvidimo klinični izhod bolnika. Napo- vedovanje kliničnega izhoda igra zelo po- membno vlogo pri odrejanju nadaljnjega zdravljenja in sporočanju novic svojcem (4). Slikanje z magnetno resonanco je močno občutljivo za spremembe v sklopu hipok- sično-ishemične okvare (5). PaTOFIZIOLOšKI MEHaNIZMI Ishemija in hipoksija povzročata različne patološke in klinične vzorce okvare možga- novine. Možganske celice so zelo občutljive na zmanjšan pretok krvi. Večina bolnikov, ki doživi nenaden srčni zastoj, izgubi zavest po nekaj sekundah ali minutah zaradi neza- dostnega pretoka krvi skozi možgane. Po 15 minutah srčnega zastoja je prisotna nepovratna škoda v 95 % vseh možganskih celic (6). Pri HIOM ne odmrejo vse celice takoj, ampak proces poteka v dveh stopnjah, kar pomeni, da del celic odmre takoj, drugi pa šele nekaj časa po sprožilnem dogodku (7). Raziskava je pokazala, da se popolna slika HIOM razvija več dni ali celo tednov (8). Na obseg HIOM najbolj vpliva trajanje ishemije oz. pri odraslih trajanje srčnega zastoja (6). Ishemija Znižan pretok krvi skozi možganovino povzroči manjšo oskrbo živčnih celic s kisikom in glukozo ter manjši iznos tok- sičnih presnovkov, kot so laktat, protoni in prosti radikali. Pri ishemiji se najprej porabijo zaloge energije v celicah. Temu sledi anoksična depolarizacija celic s poru- šenim elektrolitskim ravnovesjem in pove- čanim izločanjem ekscitatornih nevro- transmiterjev, ki skupaj sprožijo lipolizo, nastanek prostih kisikovih radikalov in okvaro mitohondrijev (9). Nastane cito- toksični edem, zaradi katerega možgansko tkivo oteče (5). Če možganske ishemije ne prekinemo, možgani nimajo ustreznih pogojev za tvorbo celične energije, zato začnejo nekrotično propadati (10). Z vzpo- stavitvijo ponovnega kroženja krvi in tvorbe celične energije procesa celične smrti z apoptozo ne prekinemo. Nevroni v ranljivih področjih možganovine odmre- jo s časovnim zamikom (11). Ob uspešni vzpostavitvi spontanega krvnega obtoka se namreč z določenim časovnim zami- kom izrazijo tudi reperfuzijske poškodbe. Te nastanejo zaradi okvare s prostimi kisikovimi spojinami, ki nastajajo ob še vedno moteni prekrvavljenosti možga- nov. Prekrvljenost se spet vzpostavi šele po 6–24 urah (6, 12). 312 ViktorijaKostadinova,KatarinaŠurlanPopović Značilnosti slikanja z magnetno resonanco … Hipoksija V primeru okvare zaradi hipoksije je pre- tok krvi ohranjen, kar še omogoča dostop celicam do hranilnih snovi. Hkrati je zara- di ohranjenega izplavljanja toksičnih pres- novkov okvara možganovine blažja. Ohra- njena je tudi avtoregulacija pretoka krvi, ki kompenzira škodljive učinke hiperkapnije in acidoze (6). Velja tudi, da kombinirana poškodba z ishemijo in hipoksijo vodi v slabši potek in tako slabšo prognozo kot le izolirana hipoksična poškodba (6). PODROČJa OKvaRE Med srčnim zastojem pretok krvi skozi možganovino enakomerno upada. Priza- detost možganovine je navadno obojestran- ska in simetrična (13). Kljub temu so neka- tera področja bolj občutljiva na ishemijo in so zato bolj verjetno poškodovana kot druga. Primarno je prizadeta le siva možgano- vina skorje in bazalnih ganglijev (5). Čeprav so v literaturi pogosteje opisane spre- membe v sivi možganovini, je tudi bela možganovina občutljiva na ishemične in hipoksične spremembe (14). V skorji sive možganovine so 3., 5. in 6. sloj najbolj občutljivi na ishemijo. Okvara je pogosteje izrazitejša v globini sulkusov skorje kot na njihovi površini (13). Prav tako je znano, da vsa siva možganovina ni enako občutljiva na HIOM. Področja, ki so filo- genetsko starejša (siva jedra možganskega debla), so odpornejša na hipoksijo in ishe- mijo kot novejši predeli možganov (bazal- ni gangliji) (15). Pojavi se tudi značilna razporeditev poškodb glede na stopnjo okvare. Blage do zmerne ishemične poškodbe možganovine se običajno izrazijo kot infarkt v mejnih področjih med povirji velikih možganskih arterij. Hude oblike ishemične poškodbe pri- zadenejo predvsem perirolandično področ- je, okcipitalno skorjo, medialno prefrontalno skorjo, bazalne ganglije, hipotalamus in male možgane (5, 16, 17). 313MedRazgl.2020;59(3): RaDIOLOšKE ZNaČILNOSTI HIPOKSIČNO-ISHEMIČNE OKvaRE PRI ODRaSLIH MRI je najbolj občutljiva slikovna pre- iskava za spremembe v možganovini pri HIOM, vendar tudi CT in perfuzijska sli- kanja omogočajo postavitev diagnoze. Računalniška tomografija Preiskava prvega reda pri bolnikih s sumom na prizadetost možganovine je CT (16). V primerjavi z MRI je dostopnejša, hitrej- ša in cenovno ugodnejša. V področju možga- novine jo uporabljamo za oceno krvavitev in prekrvavljenosti možganovine, zato je tudi v okviru HIOM bolj primerna za izklju- čitev drugih verjetnih diferencialnih dia- gnoz (možganske krvavitve in kapi) kot za hitro oceno HIOM (18). Spremembe HIOM so na CT različno izra- žene. Akutno so vidni difuzni možganski citotoksični in/ali vazogeni edemi s stisnje- nimi likvorskimi prostori, hipodenzne spre- membe sive možganovine skorje in bazal- nih ganglijev ter oslabljena ločljivost med sivo in belo možganovino (slika 1) (5, 16). Slika 1. CT-posnetekmožganovinebolnikaz akut- nodifuznohipoksično-ishemičnookvaromožgano- vine.Prisotenjedifuzenedems popolnomazabrisano ločljivostjomedsivoinbelomožganovino. V pozni subakutni fazi je lahko (sicer redko) prisotna hipodenznost bele možga- novine zaradi pozne anoksične levkoence- falopatije (14). Po uporabi kontrastnega sredstva se področja, kjer je zaradi HIOM povečana prepustnost krvno-možganske pregrade, obarvajo in so zato hiperdenzna. (14, 16). V kronični fazi HIOM je izražena atro- fija možganovine (21). Magnetna resonanca MRI predstavlja preiskavo izbora pri sumu na HIOM, saj omogoča oceno stopnje okva- re in lahko napove klinični izhod bolnika. Spremembe, ki jih MRI zazna, so v časov- nem razmerju s hipoksično-ishemičnim dogodkom (17). Najbolj primerno okno za izvedbo MRI, s katerim kvalitativno oce- nimo prizadetost možganovine v sklopu HIOM, se giblje med 25 urami in 8 dnevi po dogodku (22). Akutna faza (manj kot 24 ur od dogodka) Sekvenca MRI, na kateri se najprej vidijo spremembe HIOM, je difuzijsko poudarjeno slikanje (angl. diffusion weighted imaging, DWI). Že v prvi uri po hipoksično-ishemi- čnem dogodku na difuzijskih sekvencah 314 ViktorijaKostadinova,KatarinaŠurlanPopović Značilnosti slikanja z magnetno resonanco … Pri hujši obliki HIOM je lahko na CT siva možganovina bolj hipodenzna od bele možganovine (znak obrnjene gostote možga- novine) (slika 2) ali pa so zaradi izrazite okvare hipodenzni celotni veliki možgani, in so zato normalni mali možgani videti hiperdenzno (znak belih malih možganov). Oba znaka nakazujeta slab klinični izhod teh bolnikov (19, 20). Slika 2. CT-posnetekmožganovinebolnikas hudo oblikoakutneoblikehipoksično-ishemičneokvare možganovine,kjerjesivamožganovinaboljhipo- denznaodbelemožganovine –znakobrnjenegosto- te možganovine(označenos puščicami). A B Slika 3. DWI-sekvenca(angl.diffusion weighted imaging)MRImožganovinepribolnikuz akutno hipoksi- čno-ishemičnookvaromožganovinepokažev področjubazalnihjeder(A)inmožganskeskorjefrontalno (B)hiperintenzivensignal,kijeposledicacitotoksičnegaedema(označens puščicami). v področju sive možganovine vidimo hipe- rintenziven signal, ki je posledica citotoksi- čnega edema. Spremembo signala vidimo tudi v mejnih področjih med povirji velikih možganskih arterij, v parietookcipitalni skor- ji, bazalnih ganglijih, striatumu, kavdatnem jedru in hipokampusu (slika 3) (5, 15, 23). Citotoksični edem omejuje prehajanje vode z difuzijo, zato se zniža tudi navide- zni difuzijski koeficient (angl. apparent dif- fusion coefficient, ADC), s katerim kvanti- tativno ocenimo prehajanje vode na mikroskopski ravni (23). Morfološke MRI- sekvence v tem času še ne pokažejo zna- kov akutne HIOM. Izjema so mlajši bolniki, pri katerih na T2- in FLAIR- (angl. fluid- attenuated inversion recovery) poudarjenih sekvencah lahko opazimo zvišan signal možganske skorje (4, 5, 13, 24). Zgodnja subakutna faza (1. do 13. dan od dogodka) V prvih šestih dneh po hipoksično-ishe- mičnem dogodku signal v sivi možganovini na DWI še narašča. Hkrati postajajo izra- zitejše tudi hiperintenzivne spremembe skorje na T2- in FLAIR-poudarjenih sekven- cah (24). Pojavlja se subkortikalna prizade- tost bele možganovine, ki je na T2-poudar- jeni sekvenci hiperintenzivna (13). Po šestih dneh se difuzija vode v sivi možganovini bazalnih ganglijev popravi, zato jakost signala v tem področju na DWI začne padati. Kljub normalizaciji signala na DWI-sekvenci je pomembno upoštevati verjetnost, da okvara možganskega tkiva v tem področju vztraja. Hiperintenziven signal skorje možganov na T2- in FLAIR- -sekvenci vztraja vse do 20. dneva od dogod- ka (slika 4) (5, 22). Glede na trenutna priporočila Evrop- skega reanimacijskega sveta in Evropskega združenja za intenzivno medicino velja, da je merilo za napovedovanje slabega klini- čnega izhoda pri bolnikih, ki so dlje časa v komi, zmanjšanje difuzije na MR-sekven- cah med 2. in 5. dnevom po hipoksično-ishe- mičnem dogodku (25). 315MedRazgl.2020;59(3): A B Slika 4. V subakutnifazijakostsignalanaDWI-sekvenci(angl.diffusion weighted imaging)MRImožganov začnepadati(A).Kljubnormalizacijisignalaprislikanjuz DWI-sekvencookvaramožganskegatkivav tem področjuvztraja,karsekažekothiperintenzivensignalmožganovinenaT2-inFLAIR-sekvencah(angl.fluid- attenuated inversion recovery)(B). Kronična faza (meseci, leta po dogodku) Kronične spremembe možganovine so ne- povratne. Kažejo se kot atrofija s hiperin- tenzivnim signalom možganovine, ki lahko vztraja še leto in pol po dogodku (26). Klinična slika in slikanje z magnetno resonanco Bolniki, ki preživijo srčni zastoj, imajo pogosto izražene znake nevrološke priza- detosti, ki lahko zajemajo motnje zavesti, epileptične napade, mioklonuse, različne kognitivne primanjkljaje (od motenj spo- mina do vegetativnega stanja), sekundarni parkinsonizem in možgansko smrt (27). Ko določimo obseg in razporeditev priza- detosti možganovine, lahko sklepamo na verjetno klinično sliko, saj posamezni deli možganov nadzirajo določene funkcije. Normalen MRI-izvid ali izoliran hiperin- tenziven signal na T2- ali FLAIR-sekvencah in restrikcija difuzije v področju globoke sive možganovine brez prizadetosti skorje se lahko klinično kaže z minimalno nevro- loško prizadetostjo. V nasprotnem prime- ru, ko spremembe zajemajo celotno sivo možganovino ali pa le skorjo, je verjetnej- ši izid smrt ali huda nevrološka okvara (24). ZaKLJUČEK MRI predstavlja metodo izbora pri postavitvi diagnoze HIOM. Zaradi časovne dinamike difuznih sprememb v možganovini je treba poznati možne spremembe možganovine na MRI-posnetku, ki jih lahko najdemo v sklo- pu HIOM. Akutno nastopi restrikcija difu- zije, ki povzroči hiperintenziven signal na slikanju z DWI. Subakutno se okvara v sklo- pu HIOM izrazi tudi na drugih sekvencah, kot sta T2 ali FLAIR, pozneje tudi na T1. Kronično so v ospredju atrofične nepopra- vljive spremembe v možganovini. 316 ViktorijaKostadinova,KatarinaŠurlanPopović Značilnosti slikanja z magnetno resonanco … Pozna subakutna faza (14. do 20.–30. dan od dogodka) V tem obdobju se začne propad možgano- vine. Posledično se razširijo likvorski prostori girusnih brazd in ventrikularnega sistema. Možganovina na mestu atrofije ima nor- malne ali povišane vrednosti difuzije vode, kar se kaže kot normalen ali znižan signal na DWI-sekvencah (4). V subakutni fazi lahko opazimo lami- narno nekrozo skorje, ki ima značilen hiperintenziven signal na T1-poudarjeni sekvenci. Nastane zaradi celične smrti le v določenih plasteh možganske skorje (slika 5) (5, 13). V kasnejši subakutni fazi se pri manj- šem deležu bolnikov lahko pojavi propad bele možganovine. V literaturi je pojav opisan kot pozna postanoksična encefalo- patija in se kaže z difuzno hiperintenziv- nostjo bele možganovine na T2- ali FLAIR- -sekvencah in s pospešeno difuzijo vode na DWI-sekvenci (4, 5). Slika 5.NaT1-poudarjenisekvencipribolnikuv pozni subakutnifazihipoksično-ishemičneokvaremožga- novine vidimo kortikalno laminarno nekrozo, ki imaznačilenhiperintenzivensignal. LITERaTURa 1. SamuelJ,FranklinC.Hypoxemiaandhypoxia.In:MyersJA,MillikanKW,SaclaridesTJ,eds.Commonsurgical diseases:Analgorithmicapproachtoproblemsolving.NewYork,NY:SpringerNewYork;2008.p.391–4. 2. HegdeAN,MohanS,LathN,etal.Differentialdiagnosisforbilateralabnormalitiesofthebasalgangliaand thalamus.Radiographics.2011;31(1):5–30. 3. BiagasK.Hypoxic-ischemicbraininjury:Advancementsintheunderstandingofmechanismsandpotential avenuesfortherapy.CurrOpinPediatr.1999;11(3):223–8. 4. WijdicksEF,CampeauNG,MillerGM.Mrimagingincomatosesurvivorsofcardiacresuscitation.AJNRAmJ Neuroradiol.2001;22(8):1561–5. 5. ArbelaezA,CastilloM,MukherjiSK.Diffusion-weightedmrimagingofglobalcerebralanoxia.AJNRAmJ Neuroradiol.1999;20(6):999–1007. 6. Busl KM, Greer DM. Hypoxic-ischemic brain injury: Pathophysiology, neuropathology andmechanisms. NeuroRehabilitation.2010;26(1):5–13. 7. GluckmanPD,WilliamsCE.Whenandwhydobraincellsdie?DevMedChildNeurol.1992;34(11):1010–4. 8. McKinstryRC,MillerJH,SnyderAZ,etal.A prospective,longitudinaldiffusiontensorimagingstudyofbrain injuryinnewborns.Neurology.2002;59(6):824–33. 9. XieY,ZachariasE,HoffP,etal.Ionchannelinvolvementinanoxicdepolarizationinducedbycardiacarrest inratbrain.JCerebBloodFlowMetab.1995;15(4):587–94. 10. KalimoH,GarciaJH,KamijyoY,etal.Theultrastructureof»braindeath«.II.Electronmicroscopyoffeline cortexaftercompleteischemia.VirchowsArchBCellPathol.1977;25(3):207–20. 11 LiptonP.Ischemiccelldeathinbrainneurons.PhysiolRev.1999;79(4):1431–568. 12. BroughtonBR,ReutensDC,SobeyCG.Apoptoticmechanismsaftercerebralischemia.Stroke.2009;40(5):e331–e9. 13. TakahashiS,HiganoS,IshiiK,etal.Hypoxicbraindamage:Corticallaminarnecrosisanddelayedchangesin whitematteratsequentialmrimaging.Radiology.1993;189(2):449–56. 14. ThackerAK,AsthanaAB,SarkariNB.Delayedpost-anoxicencephalopathy.Postgraduatemedicaljournal.1995; 71(836):373–4. 15. FaliniA,BarkovichAJ,CalabreseG,etal.Progressivebrainfailureafterdiffusehypoxicischemicbraininjury: A serialMRandprotonMRspectroscopicstudy.AJNRAmJNeuroradiol.1998;19(4):648–52. 16. KjosBO,Brant-ZawadzkiM,YoungRG.EarlyCTfindingsofglobalcentralnervoussystemhypoperfusion.AJR AmJRoentgenol.1983;141(6):1227–32. 17. NortonL,HutchisonRM,YoungGB,etal.Disruptionsoffunctionalconnectivityinthedefaultmodenetwork ofcomatosepatients.Neurology.2012;78(3):175–81. 18. NaplesR,EllisonE,BradyWJ.Cranialcomputedtomographyintheresuscitatedpatientwithcardiacarrest. AmJEmergMed.2009;27(1):63–7. 19. VergoteG,VandeperreH,DeManR.Thereversalsign.Neuroradiology.1992;34(3):215–6. 20. BirdCR,DrayerBP,GillesFH.Pathophysiologyof»reverse«edemainglobalcerebralischemia.AJNRAmJ Neuroradiol.1989;10(1):95–8. 21. ManishM,VeenuS.Persistentvegetativestate.Neurology.2007;68(19):1635. 22. HirschKG,MlynashM,JansenS,etal.Prognosticvalueofa qualitativebrainMRIscoringsystemaftercardiac arrest.JNeuroimaging.2015;25(3):430–7. 23. MoritaniT,SmokerWR,SatoY,etal.Diffusion-weightedimagingofacuteexcitotoxicbraininjury.AJNRAm JNeuroradiol.2005;26(2):216–28. 24. HowardRS,HolmesPA,SiddiquiA,etal.Hypoxic-ischaemicbraininjury:Imagingandneurophysiologyabnormalities relatedtooutcome.Qjm.2012;105(6):551–61. 25. SandroniC,CariouA,CavallaroF,etal.Prognosticationincomatosesurvivorsofcardiacarrest:Anadvisory statementfromtheeuropeanresuscitationcouncilandtheEuropeansocietyofintensivecaremedicine.Intensive CareMed.2014;40(12):1816–31. 26. SiskasN,LefkopoulosA,IoannidisI,etal.Corticallaminarnecrosisinbraininfarcts:SerialMRI.Neuroradiology. 2003;45(5):283–8. 27. NeumarRW,NolanJP,AdrieC,etal.Post-cardiacarrestsyndrome:epidemiology,pathophysiology,treatment, andprognostication.A consensusstatementfromtheInternationalLiaisonCommitteeonResuscitation(American HeartAssociation,AustralianandNewZealandCouncilonResuscitation,EuropeanResuscitationCouncil,Heart andStrokeFoundationofCanada,InterAmericanHeartFoundation,ResuscitationCouncilofAsia,andthe ResuscitationCouncil ofSouthernAfrica); theAmericanHeartAssociationEmergencyCardiovascularCare Committee;theCouncilonCardiovascularSurgeryandAnesthesia;theCouncilonCardiopulmonary,Perioperative, andCriticalCare;theCouncilonClinicalCardiology;andtheStrokeCouncil.Circulation.2008;118(23):2452–83. Prispelo17. 12. 2019 317MedRazgl.2020;59(3):