일시적 뇌허혈 및 재관류 시 시간적 변화에 따른 자기공명영상과 조직병리 소견 비교

Abstract

[한글]

자기공명영상은 급성기 뇌허혈의 진단에 없어서는 안될 중요한 수기로서 최근 소개된 관류 및 확산강조 영상 기법은 뇌허혈 초기 국소 혈류량의 감소와 세포독성 부종을 감지하여 영상으로 표현하는 방법으로 그 이용도가 증가되고 있다. 현재 급성기 뇌경색의 표준 치료는 조기 재관류 요법이며 재관류 후 뇌의 변화된 혈역학을 알아내는 데는 관류 및 확산강조 영상이 이용되고 있다.재관류 후 뇌조직은 항상 정상으로 회복되는 것만은 아니며 다양한 기전에 의해 지연기 뇌조직 및 뇌세포의 손상이 오게 된다. 특히 재관류 자체에 의한 지연기 손상도 올 수 있는데 급성기 경색에서 조기 재관류 요법을 시행했을 때 변화되는 뇌혈역학의 양상과 조직 내 세포 손상의 양상을 규명하는 것은 매우 중요하며 임상적으로 진단과 치료의 방향을 정하는데 큰 의미를 가질 수 있다.본 연구는 고양이를 사용하여 1시간 동안의 일시적 뇌허혈을 유도한 뒤 재관류를 시키고 재관류 당일, 1일 및 2일째 자기공명영상을 시행하여 재관류 후 변화되는 혈역학을 알아보고 해당 부위의 조직 병리 소견을 TUNEL 염색을 통하여 알아보고자 하였다.10마리의 고양이에서 경안와 방법을 이용하여 클립을 이용한 직접 결찰에 의한 중뇌동맥 폐쇄 모델을 만들었다. 재관류가 이루어진 뒤 1시간, 24시간 및 48시간이 되는 시점에서 관류 자기공명영상을 시행하였고 상대적 뇌혈류량(rCBV) 영상을 얻어 국소 뇌혈류의 변화를 알아보았다. 동시에 확산강조 자기공명영상을 시행하였고 겉보기 확산계수를 측정하였다. 뇌를 해부학적 부위에 따라 5개의 구역으로 분류하여 (상/하 전두엽, 상/하 측두엽, 기저핵), 각각의 자기공명영상 변화 양상을 측정하였고 3일간의 영상 관찰이 끝난 뒤 고양이 뇌를 꺼내어 TUNEL 염색을 시행하였고 200배 광학현미경 상 보이는 TUNEL 양성 세포 수를 측정하였다.재관류 후 관류 자기공명영상에서 보이는 소견은 크게 4가지 양상으로 나누어질 수 있는데 정상 관류, 지속적 과관류나 초기 과관류 및 후기 정상 관류를 보이는 I형, 후기 저관류를 보이는 II형, 지속적인 저관류를 보이는 III형 등으로 나눌 수 있었다. 중뇌동맥이 관장하는 부위에서 다양한 양상의 재관류가 보였는데 전두엽은 주로 정상 또는 I형을, 측두엽과 기저핵에서는 II, III형을 보였다. 정상 또는 I형의 과관류를 보인 부위는 겉보기 확산계수가 정상에 비해 10% 이내의 변화를 보였으며 II형은 점차 감소하는 양상을, III형은 오히려 증가하는 소견을 보였다.정상 관류를 보인 부위에서도 TUNEL 양성 세포가 일부 검출되기는 하였으나 I형 및 II형 과관류가 관찰된 구역에서 유의하게 증가되는 소견을 보였고 III형의 경우 오히려 적은 TUNEL 양성 세포를 보였다 (one way ANOVA, p<.01).재관류 후 과관류는 후기에 경색으로 이행된 부위, 정상 부위 모두에서 관찰되었으며 따라서 rCBV 영상은 이미 경색이 온 부위를 판별함과 동시에 향후 회복 또는 경색 이행부 모두를 포함하는 것으로 여겨진다. 재관류 후 겉보기 확산계수의 변화는 경색, 회복부에서 모두 관찰할 수 있었으며 이는 실제로 허혈에 빠졌다가 회복되는 변화와 경색이 된 뒤 부종이 진행되면서 위정상화 되는 과정이 혼재 되어 있었다. 재관류 후 과관류는 초기 정상으로 보이는 부위 또는 회복 부위에서 후기 경색을 유도할 수 있으며 T2 강조영상에서 정상으로 보이는 부위에서도 부분적인 신경 세포 손상을 가져왔다.따라서 경색 초기만의 자기공명영상만으로는 재관류 후 달라진 혈역학을 예측할 수 없고 개체마다, 경우마다 다르게 나타나고 그 양상도 다양하여 주의 깊은 추적 관찰이 요구된다. 본 연구 결과를 통하여 임상적으로 조기 재관류 요법을 시행할 경우 항-재관류 손상 치료의 필요성에 대한 이론적 근거를 얻을 수 있었다.

[영문]

Magnetic resonance imaging (MRI) is an important tool in the diagnosis of acute cerebral ischemia and recently introduced perfusion and diffusion weighted MRI technique has been widely used for the evaluation and imaging of early reduction of local cerebral blood volume and cytotoxic edema. Standard treatment of acute cerebral infarct is early reperfusion therapy and perfusion diffusion weighted MRI is applied to detect changed hemodynamic status after reperfusion.Brain tissue does not always show complete recovery after reperfusion and various mechanisms are involved in delayed tissue and cellular injury. Reperfusion itself may be harmful and induces delayed injury, therefore, it is very important to assess changed hemodynamic status after early recanalization therapy for acute infarct and evaluate cellular injury mechanism in brain tissue.This study was aimed to evaluate changing hemodynamics of reperfused brain after transient ischemia of 1-hour duration and reperfusion by serial MRI and correlate their findings with histopathologic features using TUNEL assay.Middle cerebral artery occlusion model was made by transorbital approach followed by direct clipping of the artery in 10 cats. Perfusion MRI was performed at 1, 24 and 48 hours after reperfusion and relative cerebral blood volume (rCBV) maps were generated and local blood flow changes were investigated. Diffusion weighted MRI was done simultaneously and apparent diffusion coefficient (ADC) values were calculated. Five different anatomic areas (superior/inferior frontal lobe, superior/inferior temporal lobe and striatum) were selected and their rCBV and ADC values were investigated. After 3-days-imaging, cat brains were extracted and TUNEL assay was performed. TUNEL positive cells were counted on x200 light microscopy.Reperfusion was classified into 4 different patterns: normal perfusion, I: persistent hyperperfusion or early hyperperfusion/late normal perfusion, II: late hypoperfusion, III: persistent hypoperfusion. Frontal lobe showed normal or pattern I hyperperfusion, while temporal lobe and striatum showed pattern II or III. Normal or pattern I hyperperfusion area showed ADC changes less than 10% to normal, pattern II showed serial decrease of ADC and III demonstrated paradoxical increase of ADC on serial imaging.Normal perfusion area partly showed TUNEL positive cells, however, I and II reperfusion showed significant increase of TUNEL positivity. Pattern III reperfusion showed lower TUNEL positivity than I or II, although it was significantly higher than normal (one way ANOVA, p<.01).Reperfusion hyperperfusion was observed in the areas of either final infarct or normal, therefore, rCBV map not only depicts irreversible infarcts but also future recovery areas and delayed infarct regions. ADC recovery after reperfusion was demonstrated in the area of infarct and reversible zone, which means ADC changes can be resulted from real tissue recovery or pseudo-normalization by progression of edema after complete infarct. Reperfusion hyperperfusion induced delayed infarct in the area that was initially normal on T2 weighted images, and neuronal injury was observed.In conclusion, initial MR findings cannot completely assess hemodynamic status of cerebral infarct and various reperfusion pattern is seen in case by case, therefore, careful serial follow up imaging is important in the evaluation of acute stroke. The results of this study provide the rationale of anti-reperfusion injury therapy in the treatment of acute stroke by early recanalization.