Neurovaskuläre Kopplung und intrakranieller Druck: Aufklärung der Ursachen des BOLD Post-Stimulus-Undershoot
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die funktionelle Magnetresonanztomographie mit BOLD (BOLD-fMRT) hat sich als Standardmethode für das sogenannte „brain mapping" etabliert: Sie stellt aktivierte Gehirnareale dar, indem sie Konzentrationsabfälle des deoxygenierten Hämoglobins (deoxy-Hb) misst, die durch die neurovaskuläre Kopplung verursacht werden. Bis heute ist nicht klar, welchen Effekt die pathophysiologischen und klinisch relevanten Zustände einer Hypothermie oder einer Erhöhung des intrakraniellen Druckes (ICP) auf das deoxy-Hb-Signal der BOLD-fMRT haben. Eine ICP-Erhöhung kann zudem Aufschluss geben über den Beitrag der venösen Compliance zur Dynamik des deoxy-Hb-Signals, die für die Entstehung des sogenannten BOLD-Post-Stimulus-Undershoots verantwortlich gemacht wird. Das vorliegende Projekt hat den Einfluß einer Hypothermie und einer ICP-Erhöhung auf die neurovaskuläre Kopplung untersucht. Hierbei wurde im somatosensorischen Kortex mittels eines kombinierten optischen Verfahrens simultan deoxy-Hb, der zerebrale Blutfluss und das zerebrale Blutvolumen im somatosensorischen Kortex der Ratte gemessen. Unter Hypothermie mit Abkühlung der Gehirntemperatur um 10°C zeigte sich eine erhaltene neurovaskuläre Kopplung. Weiterhin konnte im Rahmen dieser Studie eine Methode zur Bestimmung des relativen Sauerstoffverbrauchs (CMRO2) validiert werden. Indem die quantitative Beziehung zur Temperaturabnahme (Q10) reproduziert wurde. Die CMRO2 zeigte sich nach dem Stimulationsende nicht erhöht. Eine ICP-Erhöhung verminderte die Amplitude des deoxy-Hb-Signals nach dem Stimulationsende was für einen Compliance-Effekt als Ursache für den BOLD-Post-Stimulus-Undershoot spricht. Unerwartetenweise nahm das deoxy-Hb-Signal unter Stimulation mit zunehmendem ICP ab. Es erreichte unter einem ICP von 14 mmHg die Nullinie. Bei einem ICP von 28 mmHg kehrte sich das Signal um. Die Messung dieser ICP-induzierten Veränderungen eröffnen die prinzipielle Perspektive einer nichtinvasiven ICP-Messung, die sich mittels BOLD-fMRT oder Nahinfrarotspektroskopie am Patienten durchführen ließe. Hierfür sind weitere Untersuchungen am Patienten geplant. Weiterhin zeigen diese Befunde, dass das deoxy-Hb-Signal durch eine pathophysiologische ICP-Erhöhung signifikant und qualitativ verändert werden kann. Die BOLD-fMRT, die auf dem deoxy-Hb-Signal beruht, ist somit möglicherweise nicht valide unter einem Zustand eines erhöhten ICP, zum Beispiel bei Patienten mit einem Hirntumor. Um diese wichtige und klinisch relevante Frage zu klären, soll in einem Folgeprojekt der Effekt des ICP auf die BOLD-fMRT beim Patienten untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Functional imaging with laser speckle contrast analysis: vascular compartment analysis and correlation with laser Doppler flowmetry and somatosensory evoked potentials. Brain Res 1121: 95-10
Royl G, Leithner C, Sellien H, Müller JP, Megow D, Offenhauser N, Steinbrink J, Kohl-Bareis M, Dirnagl U, Lindauer U
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(2007) Improved reperfusion and neuroprotection by creatine in a mouse model of stroke. J Cereb Blood Flow Metab 27: 452-459
Prass K, Royl G, Lindauer U, Freyer D, Megow D, Dirnagl U, Stockier Ipsiroglu G, Wallimann T, Priller J
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(2008) A flow sensitive alternating inversion recovery (FAIR)-MRI protocol to measure hemispheric cerebral blood flow in a mouse stroke model. Exp Neurol 210:118-27
Leithner C, Gertz K, Schröck H, Priller J, Prass K, Steinbrink J, Villringer A, Endres M, Lindauer U, Dirnagl U, Royl G
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(2008) Hypothermia effects on neurovascular coupling and cerebral metabolic rate of oxygen. Neuroimage 40, 1523-1532.4
Royl G, Füchtemeier M, Leithner C, Megow D, Offenhauser N, Steinbrink J, Kohl-Bareis M, Dirnagl U, Lindauer U
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(2008) Inducible nitric oxide synthase does not mediate brain damage after transient focal cerebral ischemia in mice. J.Cereb.Blood Flow Metab 28, 526- 539
Prüss H, Prass K, Ghaeni L, Milosevic M, Muselmann C, Freyer D, Royl G, Reuter U, Baeva N, Dirnagl U, Meisel A, Priller J
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(2009) Effects of the PDE5-inhibitor vardenafil in a mouse stroke model. Brain Res. 1265, 148-157
Royl G, Balkaya M, Lehmann S, Lehnardt S, Stohlmann K, Lindauer U, Endres M, Dirnagl U, Meisel A
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(2010) Elevating intracranial pressure reverses the decrease in deoxygenated hemoglobin and abolishes the post-stimulus overshoot upon somatosensory activation in rats. Neuroimage 52, 445-454
Füchtemeier M, Leithner C, Offenhauser N, Foddis M, Kohl-Bareis M, Dirnagl U, Lindauer U, Royl G
