과산소-유도 ΔR1

Abstract

Non-invasive imaging of tissue oxygenation provides important information about stroke-induced cerebral damage. Here, we introduce a MRI parameter, hyperoxia-induced ΔR1, which quantifies oxygen-derived R1 change during hyperoxic respiration. In transient stroke rats, the ischemic brain demonstrated a significant elevation of hyperoxia-induced ΔR1 depending on the ischemic severity (defined by apparent diffusion coefficient), which indicated stroke-driven excessive oxygen accumulation. One possible cause of the ΔR1 increase was uncontrolled plasma-to-tissue oxygen flux due to neurovascular disruption, presented by a significant correlation between ΔR1 and vasogenic edema (R2 value) and by a different hyperoxia-driven ΔPtO2 pattern (fiberoptic oxymetry) between ischemic (non-plateaued increase) and non-ischemic brain (rapid arrival at plateau). Reduced oxygen consumption was also suggested to increase ΔR1 according to a significant inverse correlation between ΔR1 and glucose metabolism activity (18F-FDG uptake). The image parameters of ischemic damage including apparent diffusion coefficient, vasogenic edema (R2), capillary volume (ΔR2 driven by superparamagnetic iron oxide agent) and glucose metabolism (18F-FDG uptake) showed a dichotomized distribution according to the ΔR1. Therefore, the hyperoxia-induced ΔR1 can classify the status of ischemic brain as “exacerbating” and “devastated” stage. Conclusively, the hyperoxia-induced ΔR1 can be a relevant MRI biomarker to assess stroke-induced cerebral damage.|조직 산소포화의 비-침습영상은 뇌졸중으로 인한 대뇌 손상의 중요한 정보를 제공한다. 여기에 우리는 과 산소 호흡 시 산소로 인한 R1변화를 정량화 하는 MRI 매개변수인 과 산소-유도 ΔR1을 소개한다. 허혈성 심각도(겉보기 확산 계수로 정의됨)는 뇌졸중으로 인한 과도한 산소 축적을 나타내는데, 일시적 뇌졸중 쥐 모델에서 허혈성 뇌는 허혈성 심각도와 같이 과 산소-유도 ΔR1의 유의한 증가를 보여주었다. ΔR1이 증가하는 원인 중 하나는 신경혈관의 파열에 의하여 혈장-조직 간 산소 이동이 조절되지 않았기 때문이다. 신경혈관의 파열은 ΔR1과 혈관성 부종(R2)간의 유의한 상관 관계로 알 수 있고, 허혈성 뇌(비-평형 증가)와 비-허혈성 뇌(빠른 평형 도달) 간의 과 산소로 인해 나타나는 ΔPtO2 패턴 차이에 의해 나타내어 진다. 또한, 감소된 산소 소모가 ΔR1과 포도당 대사 활동(18F-FDG 섭취) 사이의 유의한 역 상관관계에 따라 ΔR1을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 허혈성 손상의 영상 매개변수들인 겉보기 확산 계수(ADC), 혈관성 부종(R2), 모세혈관 체적(초전도 산화철 제제에 의한 ΔR2) 그리고 포도당 대사(18F-FDG 섭취)는 ΔR1에 따른 이분화 된 분포를 보였다. 그러므로, 과 산소-유도 ΔR1은 “악화중인 상태”와 “괴사된 상태”같이 허혈성 뇌의 상태를 분류할 수 있다. 결론적으로, 과 산소-유도 ΔR1은 뇌졸중으로 인한 대뇌 손상을 평가하기 위한 유의미한 MRI 바이오마커가 될 수 있다.