medvisМедицинская визуализацияMedical Visualization1607-07632408-9516RDS-Media Ltd.10.24835/1607-0763-1481medvis-1481Research ArticleГОЛОВАHEADСнижение миелинизации белого вещества у пациентов с аффективными расстройствами по данным быстрого картирования макромолекулярной протонной фракцииReduced myelination of white matter in patients with affective disorders according to fast macromolecular proton fraction mappinghttps://orcid.org/0000-0002-2020-3927БородинаС. О.BorodinaS. O.

Бородина Софья Олеговна – врач-ординатор кафедры неврологии и нейрохирургии ФГБОУ ВО “Сибирский государственный медицинский университет” Минздрава России, Томск.https://orcid.org/0000-0002-2020-3927E-mail: borsofya@gmail.com

Sofia O. Borodina – resident of the Department of Neurology and Neurosurgery of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Siberian State Medical University” of the Ministry of Health of the Russian Federation, Tomsk. https://orcid.org/0000-0002-2020-3927E-mail: borsofya@gmail.com

borsofya@gmail.comБуренковаМ. Г.BurenkovaM. G.

Буренкова Мария Геннадьевна – врач-психиатр НИИ психического здоровья Томского НИМЦ РАН, Томск.https://orcid.org/0009-0006-3971-1821

Maria G. Burenkova – psychiatrist, Research Institute of Mental Health, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences, Tomsk.https://orcid.org/0009-0006-3971-1821

https://orcid.org/0000-0002-5031-1355БородинО. Ю.BorodinO. Y.

Бородин Олег Юрьевич – доктор мед. наук, заведующий отделением рентгенодиагностики ОГАУЗ “Томский областной онкологический диспансер”; профессор кафедры биофизики и функциональной диагностики ФГБОУ ВО “Сибирский государственный медицинский университет” Минздрава России, Томск.https://orcid.org/0000-0002-5031-1355

Oleg Yu. Borodin – Doct. of Sci. (Med.), Head of the X-ray diagnostics department, Tomsk Regional Oncology Dispensary; Professor of the Department of Biophysics and Functional Diagnostics, Siberian State Medical University, Tomsk. https://orcid.org/0000-0002-5031-1355

https://orcid.org/0000-0003-0083-9124СмирноваЛ. П.SmirnovaL. P.

Смирнова Людмила Павловна – канд. мед. наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и биохимии НИИ психического здоровья Томского НИМЦ РАН, Томск.https://orcid.org/0000-0003-0083-9124

Lyudmila P. Smirnova – Cand. of Sci. (Med.), senior researcher at the laboratory of molecular genetics and biochemistry of the Research Institute of Mental Health of the Tomsk National Research Medical Center, Tomsk.https://orcid.org/0000-0003-0083-9124

https://orcid.org/0000-0002-9304-4496ЕпимаховаЕ. В.EpimahovaE. V.

Епимахова Елена Викторовна – канд. биол. наук, научный сотрудник отделения аддиктивных состояний НИИ психического здоровья Томского НИМЦ РАН, Томск.https://orcid.org/0000-0002-9304-4496

Elena V. Epimakhova – Cand. of Sci. (Biol.), research fellow of the department of addictive states of the Research Institute of Mental Health of the Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences, Tomsk.https://orcid.org/0000-0002-9304-4496

https://orcid.org/0000-0002-1583-8979ЯрныхВ. Л.YarnykhV. L.

Ярных Василий Леонидович – канд. хим. наук,  профессор НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета, Томск.https://orcid.org/0000-0002-1583-8979

Vasily L. Yarnykh – Cand. of Sci. (Chem.), professor of the Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk. https://orcid.org/0000-0002-1583-8979

ФГБОУ ВО “Сибирский государственный медицинский университет” Минздрава РоссииРоссияSiberian State Medical UniversityRussian FederationНИИ психического здоровья Томского НИМЦ РАНРоссияMental Health Research Institute, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of SciencesRussian FederationОГАУЗ “Томский областной онкологический диспансер”; ФГБОУ ВО “Сибирский государственный медицинский университет” Минздрава РоссииРоссияTomsk Regional Oncology Dispensary; Siberian State Medical UniversityRussian FederationФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»РоссияTomsk State UniversityRussian Federation2025210120252912432Copyright © Бородина С.О., Буренкова М.Г., Бородин О.Ю., Смирнова Л.П., Епимахова Е.В., Ярных В.Л., 20252025Бородина С.О., Буренкова М.Г., Бородин О.Ю., Смирнова Л.П., Епимахова Е.В., Ярных В.Л.Borodina S.O., Burenkova M.G., Borodin O.Y., Smirnova L.P., Epimahova E.V., Yarnykh V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://medvis.rdsmedia.ru/jour/article/view/1481Цель исследования

Цель исследования: тестирование метода быстрого картирования макромолекулярной протонной фракции (МПФ) в качестве инструмента количественной оценки дефицита миелина при аффективных расстройствах на уровне как общих, так и локальных измерений в семи выделенных регионах интереса обоих полушарий в сравнении с контрольной группой с определением чувствительности и специфичности метода в каждой изучаемой области.

Материал и методы

Материал и методы. В исследование были включены 24 пациента с аффективными расстройствами, из них у 13 диагностирован текущий депрессивный эпизод в рамках рекуррентного депрессивного расстройства, у 11 человек – биполярное аффективное расстройство. Всем пациентам проводилось бесконтрастное магнитно-резонансное исследование головного мозга с использованием стандартного протокола сканирования и МР-протокола быстрого картирования МПФ. Сравнение показателей МПФ контрольной и экспериментальной группы проводилось с помощью U-критерия Манна–Уитни. Для оценки прогностической ценности изученных параметров был использован ROC-анализ.

Результаты

Результаты. Усредненные показатели МПФ всех выделенных регионов интереса группы контроля и пациентов с аффективными расстройствами (АР) значимо различались (р < 0,0001). При попарном сравнении каждой выделенной области у больных АР наблюдалось достоверное снижение МПФ во всех выделенных участках белого вещества по сравнению с контрольной группой (p < 0,05). При анализе ROC-кривых наибольшие площади под ROC-кривыми (AUC) составили 0,892 ± 0,061 (83,3%; 88,89%) и 0,888 ± 0,054 (70,83%; 83,3%) у перивентрикулярной зоны и таламуса соответственно, что свидетельствует о “высокой” информативности данных моделей для детекции процесса гипомиелинизации у пациентов с АР.

Заключение

Заключение. Аффективные расстройства характеризуются значимым снижением МПФ белого вещества головного мозга в сравнении с группой контроля (p<0,05), что свидетельствует о снижении концентрации миелина в исследуемых областях. Процесс гипомиелинизации является диффузным, так как был значимо выражен во всех выделенных регионах интереса у пациентов с аффективными расстройствами, включая перивентрикулярную область и область таламуса и базальных ядер в сравнении с контролем (p < 0,05). Наибольшей диагностической ценностью для детекции гипомиелинизации при АР обладают изменения МПФ в перивентрикулярной зоне (PPV = 91%, NPV = 80%).

Abstract

Abstract. This study aimed to test the method of fast molecular proton fraction mapping as a tool for quantitative assessment of myelin deficiency in affective disorders between general and local measurements in seven selected regions of interest of both hemispheres in comparison with the control group, determining the sensitivity and specificity of the method.

Materials and methods

Materials and methods. The study included 24 patients with affective disorders, 13 were diagnosed with a current depressive episode as part of recurrent depressive disorder, and 11 were diagnosed with bipolar affective disorder. All patients underwent non-contrast magnetic resonance imaging of the brain using a fast MPF mapping protocol. Comparison of the MPF levels for the control and experimental groups were calculated using the Mann-Whitney U-test. ROC analysis was used to assess the prognostic value of the investigating parameters.

Results

Results. The average MPF indices of all selected regions of interest for the control group and group of patients with affective disorders (AD) were significantly different (p < 0.0001). In a pairwise comparison of each selected area, patients with AD showed a significant decrease in MPF in all selected areas of white matter compared to the control group (p < 0.05). Analyzing the ROC curves, the largest areas under the ROC curves (AUC) were 0.892 ± 0.061 (83.3%; 88.89%) and 0.888 ± 0.054 (70.83%; 83.3%) in the periventricular zone and thalamic area respectively. which indicates the “high” information content of these models for detecting the process of hypomyelination in patients with AR.

Conclusion

Conclusion. Affective disorders are characterized by a significant decrease in the MPF of the white matter of the brain in comparison with the control group (p < 0.05), which indicates a decrease in the concentration of myelin in the observed areas. The process of hypomyelination is diffuse as it was significantly expressed in all selected regions of interest in patients with affective disorders, including the periventricular zone and the area of thalamus and basal ganglia in comparison with controls (p < 0.05). MPF changes in the periventricular zone have the greatest diagnostic value for detecting hypomyelination in AD (PPV = 91%, NPV = 80%).

биполярное аффективное расстройствогипомиелинизациямиелинмолекулярная протонная фракциярекуррентное депрессивное расстройствоbipolar affective disorderhypomyelinationmyelinmolecular proton fractionrecurrent depressive disorderРабота поддержана грантом РНФ № 23-75-00023 «Поиск новых молекулярных механизмов аффективных расстройств с целью разработки методов диагностики и прогноза с использованием протеомных подходов и нейровизуализации».ReferencesMalhi G.S., Das P., Outhred T. et al. Default mode dysfunction underpins suicidal activity in mood disorders. Psychol. Med. 2020; 50: 1214–1223. https://doi.org/10.1017/S0033291719001132Malhi G.S., Das P., Outhred T. et al. Default mode dysfunction underpins suicidal activity in mood disorders. Psychol. Med. 2020; 50: 1214–1223. https://doi.org/10.1017/S0033291719001132Wu G., Mei B., Hou X. et al. White matter microstructure changes in adults with major depressive disorder: evidence from diffusion magnetic resonance imaging. BJPsych Open. 2023; 9 (3): e101. https://doi.org/10.1192/bjo.2023.30Wu G., Mei B., Hou X. et al. White matter microstructure changes in adults with major depressive disorder: evidence from diffusion magnetic resonance imaging. BJPsych Open. 2023; 9 (3): e101. https://doi.org/10.1192/bjo.2023.30Linke J.O., Adleman N.E., Sarlls J. et al. White Matter Microstructure in Pediatric Bipolar Disorder and Disruptive Mood Dysregulation Disorder. J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry. 2020; 59 (10): 1135–1145. https://doi.org/10.1016/j.jaac.2019.05.035Linke J.O., Adleman N.E., Sarlls J. et al. White Matter Microstructure in Pediatric Bipolar Disorder and Disruptive Mood Dysregulation Disorder. J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry. 2020; 59 (10): 1135–1145. https://doi.org/10.1016/j.jaac.2019.05.035Winklewski P.J., Sabisz A., Naumczyk P. et al. Understanding the Physiopathology Behind Axial and Radial Diffusivity Changes – What Do We Know? Front. Neurol. 2018; 9. https://doi.org/10.3389/fneur.2018.00092Winklewski P.J., Sabisz A., Naumczyk P. et al. Understanding the Physiopathology Behind Axial and Radial Diffusivity Changes – What Do We Know? Front. Neurol. 2018; 9. https://doi.org/10.3389/fneur.2018.00092Kisel A.A., Naumova A.V., Yarnykh V.L. Macromolecular Proton Fraction as a Myelin Biomarker: Principles, Validation, and Applications. Front. Neurosci. 2022; 16: 819–912. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.819912Kisel A.A., Naumova A.V., Yarnykh V.L. Macromolecular Proton Fraction as a Myelin Biomarker: Principles, Validation, and Applications. Front. Neurosci. 2022; 16: 819–912. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.819912Smirnova L.P., Yarnykh V.L., Parshukova D.A. et al. Global hypomyelination of the brain white and gray matter in schizophrenia: quantitative imaging using macromolecular proton fraction. Transl. Psychiatr. 2021; 11 (1): 365. https://doi.org/10.1038/s41398-021-01475-8Smirnova L.P., Yarnykh V.L., Parshukova D.A. et al. Global hypomyelination of the brain white and gray matter in schizophrenia: quantitative imaging using macromolecular proton fraction. Transl. Psychiatr. 2021; 11 (1): 365. https://doi.org/10.1038/s41398-021-01475-8Kamaeva D.A., Smirnova L.P., Vasilieva S.N. et al. Catalytic Antibodies in Bipolar Disorder: Serum IgGs Hydrolyze Myelin Basic Protein. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23 (13): 7397. https://doi.org/10.3390/ijms23137397Kamaeva D.A., Smirnova L.P., Vasilieva S.N. et al. Catalytic Antibodies in Bipolar Disorder: Serum IgGs Hydrolyze Myelin Basic Protein. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23 (13): 7397. https://doi.org/10.3390/ijms23137397Rantala M.J., Luoto S., Borráz-León J.I., Krams I. Bipolar disorder: An evolutionary psychoneuroimmunological approach. Neurosci. Biobehav. Rev. 2021; 122: 28–37. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2020.12.031Rantala M.J., Luoto S., Borráz-León J.I., Krams I. Bipolar disorder: An evolutionary psychoneuroimmunological approach. Neurosci. Biobehav. Rev. 2021; 122: 28–37. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2020.12.031Valdés-Tovar M., Rodríguez-Ramírez A.M., Rodríguez-Cárdenas L. et al. Insights into myelin dysfunction in schizophrenia and bipolar disorder. Wld J. Psychiatr. 2022; 12 (2): 264–285. https://doi.org/10.5498/wjp.v12.i2.264Valdés-Tovar M., Rodríguez-Ramírez A.M., Rodríguez-Cárdenas L. et al. Insights into myelin dysfunction in schizophrenia and bipolar disorder. Wld J. Psychiatr. 2022; 12 (2): 264–285. https://doi.org/10.5498/wjp.v12.i2.264Fries G.R., Saldana V.A., Finnstein J., Rein T. Molecular pathways of major depressive disorder converge on the synapse. Mol. Psychiatr. 2023; 28 (1): 284–297. https://doi.org/10.1038/s41380-022-01806-1Fries G.R., Saldana V.A., Finnstein J., Rein T. Molecular pathways of major depressive disorder converge on the synapse. Mol. Psychiatr. 2023; 28 (1): 284–297. https://doi.org/10.1038/s41380-022-01806-1Kieseppä T., Mäntylä R., Luoma K. et al. White Matter Hyperintensities after Five-Year Follow-Up and a Cross-Sectional FA Decrease in Bipolar I and Major Depressive Patients. Neuropsychobiology. 2022; 81 (1): 39–50. https://doi.org/ 10.1159/000516234Kieseppä T., Mäntylä R., Luoma K. et al. White Matter Hyperintensities after Five-Year Follow-Up and a Cross-Sectional FA Decrease in Bipolar I and Major Depressive Patients. Neuropsychobiology. 2022; 81 (1): 39–50. https://doi.org/ 10.1159/000516234Oudega M.L., Siddiqui A., Wattjes M.P. et al. Are Apathy and Depressive Symptoms Related to Vascular White Matter Hyperintensities in Severe Late Life Depression? J. Geriatr. Psychiatr. Neurol. 2021; 34 (1): 21–28. https://doi.org/10.1177/0891988720901783Oudega M.L., Siddiqui A., Wattjes M.P. et al. Are Apathy and Depressive Symptoms Related to Vascular White Matter Hyperintensities in Severe Late Life Depression? J. Geriatr. Psychiatr. Neurol. 2021; 34 (1): 21–28. https://doi.org/10.1177/0891988720901783Saccaro L.F., Schilliger Z., Dayer A. et al. Inflammation, anxiety, and stress in bipolar disorder and borderline personality disorder: A narrative review. Neurosci. Biobehav. Rev. 2021; 127: 184–192. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2021.04.017Saccaro L.F., Schilliger Z., Dayer A. et al. Inflammation, anxiety, and stress in bipolar disorder and borderline personality disorder: A narrative review. Neurosci. Biobehav. Rev. 2021; 127: 184–192. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2021.04.017Юсупова Э.Ф., Гайнетдинова Д.Д. Перивентрикулярная лейкомаляция: этиология, патогенез, клиника, исходы. Вопросы современной педиатрии. 2010; 9 (4): 68–72.Yusupova E.F., Gaynetdinova DD. Periventricular leucomalacia: etiology, pathogenesis, clinical signs, outcomes. Voprosy sovremennoj pediatrii= Issues of modern pediatrics. 2010; 9 (4): 68–72. (In Russian)Brown J.A., Jackson B.S., Burton C.R. et al. Reduced white matter microstructure in bipolar disorder with and without psychosis. Bipolar Disord. 2021; 23 (8): 801–809. https://doi.org/10.1111/bdi.13055Brown J.A., Jackson B.S., Burton C.R. et al. Reduced white matter microstructure in bipolar disorder with and without psychosis. Bipolar Disord. 2021; 23 (8): 801–809. https://doi.org/10.1111/bdi.13055Zhou L., Wang L., Wang M. et al. Alterations in white matter microarchitecture in adolescents and young adults with major depressive disorder: A voxel-based meta-analysis of diffusion tensor imaging. Psychiatr. Res. Neuroimaging. 2022; 323: 111482. https://doi.org/10.1016/j.pscychresns.2022.111482Zhou L., Wang L., Wang M. et al. Alterations in white matter microarchitecture in adolescents and young adults with major depressive disorder: A voxel-based meta-analysis of diffusion tensor imaging. Psychiatr. Res. Neuroimaging. 2022; 323: 111482. https://doi.org/10.1016/j.pscychresns.2022.111482Zhang Y., Roy D.S., Zhu Y. et al. Targeting thalamic circuits rescues motor and mood deficits in PD mice. Nature. 2022; 607 (7918): 321–329. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04806-xZhang Y., Roy D.S., Zhu Y. et al. Targeting thalamic circuits rescues motor and mood deficits in PD mice. Nature. 2022; 607 (7918): 321–329. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04806-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.