INBH'da pia-araknoid kompleksinin patofizyolojik mekanizmaya olan etkisinin volumetrik incelenmesi
A volumetric examination of pia-arachnoid complex' role in İNPH pathophysiology
Yazar: ŞİYAR BAHADIR
Danışman: DOÇ. DR. AHMET İLKAY IŞIKAY
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Nöroşirürji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery

Özet:
Giriş ve Amaç: Normal basınçlı hidrosefali (NBH) büyümüş ventriküller ve yürüme, kognisyon ve miksiyon bozukluğu triadı ile karakterize önemli bir hastalıktır. Ilk olarak Solomon Hakim tarafından ortaya atılan bu hastalıkla ilgili geliştirilen ilk hipotez, Pascal yasasına dayanılarak, ventrikül yüzeyindeki büyümenin su cenderesi etkisiyle efektif ekspansil kuvveti arttırdığı, buna bağlı beyaz maddenin gerilerek semptomları ortaya çıkardığıdır. Epidemiyolojik araştırmalarda 65 yaş üstü popülasyonda %3 lere varan prevalans raporlanmasıyla,  son yıllarda önemi daha iyi anlaşılmıştır. Cerrahi'nin tedavisinde önemli bir rolünün olduğu NBH hastalığında, V/P şant komplikasyon oranları %38'lere kadar raporlandığından, doğru klinik kararın verilebilmesi için, patofizyolojinin doğru anlaşılması elzemdir. 

Hastalık patofizyolojisiyle ilgili çalışmaların pek çoğu, ventrikül içine uygulanan efektif ekspansil kuvveti göz önüne alarak, artmış ICP, Periventriküler BOS kaçağı ve Serebral perfüzyonun bozulmasını, NBH kliniğinin gelişiminde en önemli mekanizmalar arasında saymaktadır. Ancak, Gri Madde hasarının patofizyolojik mekanizmaya katkısını araştıran çalışmaların daha az olduğu ve araknoid trabeküla ve pial sağlamlığın ise bu bağlamda hiç araştırılmadığı dikkati çekmektedir. Ayrıca, NBH'da cisternlerde, valleculada ve sylviyan cisternin proksimalinde jet akımın varlığı gösterilmiş olsa da, bu jet akımın patofizyolojiye tam olarak nasıl katkı yaptığının anlaşılmadığı dikkati çekmektedir. Bu çalışmada amacımız, iNBH'de kortikal gri madde hasarının ana mekanizmalarından bir tanesi olabileceğini iddia ettiğimiz Araknoid traksiyon ve pial dehisans hipotezinin (kısaca Pial-Araknoid Dehisans hipotezi), MRG volumetrisi yöntemleriyle test edilmesidir. 

 

Materyal ve Metot: 

Hasta grubu Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Beyin ve Sinir Cerrahisinde 01.06.2019-01.12.2022 tarihleri arasında, tanısı multidisipliner bir ekip tarafından konulmuş ve opere edilmiş 72 iNBH hastasından, ince kesitli (kesit sayısı>50) olmayan 8 hasta çıkarıldı, geriye kalan hastalardan 64'ünün MRG görüntüsü, MRIcroGL yazılımı ile nifti formatına çevirildikten sonra, görüntüler volbrain yazılımına yüklenmiştir. Görüntüsü volbrain yazılımı tarafından işlenemeyen 8 hasta ve volumetrinin hatalı olduğu tespit edilen 7 hasta çalışmadan çıkarılmıştır. Hasta grubu 49 hastadan oluşmuştur. Kontrol grubu ise, 01/3/2021 ile 01/03/2023 tarihleri arasında Hacettepe Üniversitesi tıp fakültesi polikliniğinde değerlendirilmiş olan hastalardan, baş dönmesi, baş ağrısı, senkop şikayetleriyle başvuran hastalar seçilmiş, bu hastalardan 55 yaştan büyük 85 yaştan küçük olan ve yüksek çözünürlüklü MRG'si olan 26 hasta seçilerek oluşturulmuştur. Bu hastalardan erkek/kadın oranına sadık kalınacak şekilde 16 hasta seçilmiştir. Hastaların MRG görüntülerine Hacettepe Üniversitesi Hastaneleri PACS sisteminden, Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Radyoloji bölümüne ait GE firmasına ait SIGNA Architect cihazında elde edilmiş 3D Aksiyal T1 MPRAGE görüntüleri kullanılmıştır.  

Tüm görüntüler denoising, kaba inhomojenite düzeltilmesi, MNI uzayına kayıt, ince inhomojenite düzeltmesi ve intensite normalizasyonu işlemlerinden sonra intrakraniyal kavitenin ayırt edilmesi, gri beyaz madde ve bosun ayırt edilmesi ve son olarak Neuromorphometrics atlasına göre gri maddenin (ve derin çekirdeklerin) bölümlenmesi ile işlenerek, volümetrik veriler elde edilmiştir. 

 

Sonuçlar: Sonuçlarımız iNBH'de sıvı kompartmanlarında en yüksek değişimin %317.37 artışla lateral ventriküllerde olduğunu, onu da %102.99 artışla 3. Ventrikül boyutunun takip ettiğini göstermiştir. Hasta grubunda kortikal gri madde hacim azalması %10,51 seviyesinde, subkortikal gri madde hacim azalması ise %16.15 seviyesinde kaydedilmiştir. Beyaz madde hacimleri arasında istatistiksel olarak anlamlı fark saptanmamıştır. Kortikal gri madde lobları arasından en yüksek hacim azalması temporal lob ve oksipital loblarda gerçekleşmiştir (sırasıyla -11,24, -10,31, p<0.05). Hasta grubunda perisylviyan bölgede yoğun kortikal hacim azalması saptanmış, özellikle frontal operculumda %27,22'lik ve Heschl Girusundaki %19.68'lik azalma dikkati çekmiştir. Ayrıca, özellikle vallecula çevresindeki alanda oldukça yoğun ve istatistiksel olarak anlamlı  hacim azalması mevcut olduğu da gözlenmiştir. 

Tartışma ve Sonuç:  

Bizim çalışmamızda, özellikle perisylviyan bölgedeki hacim kaybının literatürle uyumlu olduğu gösterilmiştir. Ayrıca,  perisylviyan bölgede kortikal hacim kaybının bölgenin anatomik özellikleri ile incelenmesi, ventrikülden çıkan sıvının jet akımının ve ona bağlı gelişen barotravmanın, gerçekten de iNBH'da kortikal hacim kaybını açıklayıcı bir faktör olabileceğini göstermiştir. Ancak, pial dehisans'ın direkt bulguları, çalışmamızla ortaya konamamıştır. Sonuç olarak, Araknoid Trabeküler Traksiyon ve Pial Dehisans hipotezinin doğruluğu hususunda kesin bir yargıya varmak mümkün olmamıştır, ancak bulgularımız bu hipotezin ve tarif ettiği sonuçların iNBH patofizyolojisinde önemli rolü olduğu inancını oluşturmuştur. Bu konuda, özellikle subaraknoid BOS sisteminin ve araknoid trabekül özelliklerinin daha ileri çalışmalarla incelenmesinin iNBH patofizyolojisinin daha iyi anlaşılması için gerektiği kanısına varılmışıtır.

Abstract:
Introduction and Objective: Normal pressure hydrocephalus (NPH) is a significant disease characterized by enlarged ventricles and a triad of walking, cognition, and micturition disorders. The first hypothesis developed for this disease, first proposed by Solomon Hakim, is based on Pascal's law, suggesting that the growth on the ventricular surface increases the effective expansive force due to the water hammer effect, resulting in tension in the white matter and the emergence of symptoms. In recent years, its importance has been better understood with epidemiological studies reporting a prevalence of up to 3% in the population over 65 years of age. In NPH, where surgery plays a significant role in treatment, the complication rates of V/P shunt have been reported up to 38%, making it essential to understand the pathophysiology correctly to make the right clinical decision. 

 

Most studies on the pathophysiology of the disease consider increased ICP, periventricular CSF leakage, and impaired cerebral perfusion as the most critical mechanisms in the development of NPH, based on the effective expansive force applied to the ventricles. However, there are fewer studies investigating the contribution of gray matter damage to the pathophysiological mechanism, and the arachnoid trabecula and pial integrity have not been studied in this context. Moreover, although the presence of jet flow in the cisterns, vallecula, and proximal sylvian cistern in NPH has been demonstrated, it is unclear how this jet flow contributes to the pathophysiology. The aim of this study is to test the Arachnoid Traction and Pial Dehiscence hypothesis (briefly Pial-Arachnoid Dehiscence hypothesis), which we claim could be one of the main mechanisms of cortical gray matter damage in iNPH, using MRI volumetry methods. 

 

Material and Method: 

The patient group consisted of 72 iNPH patients diagnosed and operated by a multidisciplinary team at Hacettepe University Faculty of Medicine, Department of Brain and Nerve Surgery between 01.06.2019-01.12.2022. Eight patients with thin sections (number of sections >50) were excluded, and the MRI images of the remaining 64 patients were converted to nifti format using MRIcroGL software and uploaded to the volbrain software. Eight patients whose images could not be processed by the volbrain software and seven patients with incorrect volumetry were excluded from the study. The patient group consisted of 49 patients. The control group was formed by selecting patients over 55 and under 85 years old with high-resolution MRIs who presented with complaints of dizziness, headache, and syncope at Hacettepe University Faculty of Medicine outpatient clinic between 01/3/2021 and 01/03/2023. Sixteen patients were selected, maintaining the male/female ratio. 3D Axial T1 MPRAGE images obtained from GE's SIGNA Architect device belonging to Hacettepe University Faculty of Medicine, Department of Radiology, were used for the patients' MRI images. 

 

All images were processed by denoising, coarse inhomogeneity correction, MNI space registration, fine inhomogeneity correction, intensity normalization, intracranial cavity discrimination, gray-white matter and CSF discrimination, and finally, gray matter (and deep nuclei) segmentation according to the Neuromorphometrics atlas, obtaining volumetric data. 

 

Results: Our results showed that the highest change in fluid compartments in iNPH was a 317.37% increase in lateral ventricles, followed by a 102.99% increase in the size of the 3rd ventricle. Cortical gray matter volume reduction in the patient group was recorded at 10.51%, while subcortical gray matter volume reduction was 16.15%. No statistically significant difference was found between white matter volumes. The highest volume reduction among cortical gray matter lobes occurred in the temporal and occipital lobes (respectively -11.24, -10.31, p<0.05). In the patient group, a significant cortical volume reduction was observed in the perisylvian region, particularly a 27.22% reduction in the frontal operculum and a 19.68% reduction in the Heschl Gyrus. Additionally, a statistically significant volume reduction was observed in the area surrounding the vallecula. 

 

Discussion and Conclusion: 

In our study, the volume loss in the perisylvian region was shown to be consistent with the literature . Furthermore, examining the cortical volume loss in the perisylvian region with its anatomical features showed that the jet flow of fluid exiting the ventricles and the resulting barotrauma could indeed be a contributing factor to cortical volume loss in iNPH. However, direct evidence of pial dehiscence was not demonstrated in our study. In conclusion, it was not possible to reach a definitive judgment on the accuracy of the Arachnoid Trabecular Traction and Pial Dehiscence hypothesis, but our findings have formed the belief that the hypothesis and the outcomes it describes play a significant role in iNPH pathophysiology. It has been concluded that further studies on the subarachnoid CSF system and arachnoid trabecular features are needed for a better understanding of iNPH pathophysiology.