ESTUDIOS DE I+D+I. Número 22

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ESTUDIOS DE I+D+I

Número 22

Marcadores precoces neuropsicológicos y de

Resonancia Magnética estructural, funcional y

espectroscopia en la enfermedad de Alzheimer:

Estudio de ampliación de muestra y

confirmación de resultados del estudio piloto

Autor: Avila Rivera, César; Antonia Parcet, María; Martínez-Lozano, María Dolores,

García Rico, Carina

Filiación: Universitat Jaume I, Castellón Contacto:

Convocatoria: 2002 y 2003

Para citar este documento:

ÁVILA RIVERA, César; ANTONIA PARCET, María; MARTÍNEZ-LOZANO, María Dolores, GARCÍA

RICO, Carina (2003) “Marcadores precoces neuropsicológicos y de Resonancia Magnética estructural, funcional y espectroscopia en la enfermedad de Alzheimer: Estudio de ampliación de muestra y confirmación de resultados del estudio piloto”. Madrid, IMSERSO, Estudios I+D+I, nº 22. [Fecha de publicación: 23/06/2003].

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Resumen

Elaboración de un protocolo para la detección precoz de pacientes con riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer, basado en técnicas de RM funcional, estructural y espectroscopia.

Se utilizó una metodología experimental clínica, con una muestra de 42 participantes mayores de 65 años que pasaron a formar tres grupos: grupo 1, integrado por personas con Deterioro Cognitivo Ligero; grupo 2, personas con Enfermedad de Alzheimer probable en estadio inicial; y grupo tres o de control, participantes sin alteración cognitiva.

Los resultados neuropsicológicos muestran que el deterioro cognitivo previo a la enfermedad de Alzheimer es básicamente de memoria verbal.

Los resultados de Resonancia Magnética muestran un aumento de la ratio mI/Cr específica para el cingulado posterior en los grupos de deterioro cognitivo leve y enfermedad de Alzheimer.

La Resonancia Magnética Funcional indica una menor activación en el parahipocampal bilateral en tareas de codificación y denominación en los grupos DCL y Enfermedad de Alzheimer.

El grupo con deterioro cognitivo ligero se diferencia del grupo con enfermedad de Alzheimer en la activación parahipocampal en el hemisferio izquierdo, especialmente en la tarea de codificación de imágenes. Por tanto, el deterioro cognitivo leve parece ser un estadio previo a la enfermedad de Alzheimer.

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Memoria del Proyecto

1. La designación del investigador o de las entidades que han formado parte del grupo.

Grupo UJI

César Avila Rivera, Departamento de Psicología Básica, Clínica y Psicobiología, Universitat Jaume I (UJI)

Maria Antònia Parcet, Departamento de Psicología Básica, Clínica y Psicobiología, Universitat Jaume I (UJI)

Dra. Maria Dolores Martínez-Lozano, Unidad de Neurología, Hospital General de Castellón (HGC)

Carina Garcia Rico, Departamento de Psicología Básica, Clínica y Psicobiología, Universitat Jaume I (UJI) y Asociación de familiares de enfermos de Alzheimer (AFAC).

2. La denominación del proyecto.

Marcadores precoces neuropsicológicos y de Resonancia Magnética estructural, funcional y espectroscopia en la enfermedad de Alzheimer: Estudio de ampliación de muestra y confirmación de resultados del estudio piloto.

3. El período de ejecución.

Octubre, Noviembre y Diciembre de 2003

4. Un resumen económico (importe subvencionado; estado de liquidación desglosado por origen de la financiación y por conceptos de gasto.)

TOTAL DISPONIBLE: 13197€ 1. Inventariable

a. Ordenador portátil: 2903€ 2. Fungibles

a. Resonancias Magnéticas Funcionales y espectroscopias por RM 7596 €

b. Evaluaciones neuropsicológicas para obtención de la muestra 2404€ c. Otros 294 €

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MÉTODO

1. La metodología o instrumentos utilizados.

Este estudio se plantea como una continuación del proyecto de investigación llevado a cabo en el año 2002, y tiene la finalidad básica de, sin modificar la realizados.

Participantes.

42 participantes con edad superior a 65 años que básicamente serán pacientes atendidos en la Sección de Neurología del Hospital General de Castellón y de la Universidad de la experiencia de Castellón. Todos los participantes (o sus familiares) dieron su consentimiento por escrito para participar en el estudio una vez conocida su naturaleza.

Se han seleccionado participantes para formar tres grupos de 14 participantes:

GRUPO 1. Catorce participantes que cumplían criterios de Deterioro Cognitivo Ligero que cumplan los siguientes criterios de inclusión y exclusión.

Criterios inclusión:

1. Quejas subjetivas de perdida de memoria comunicadas por el propio paciente o por su familia.

2. Normalidad en las actividades de la vida diaria.

3. Función cognitiva normal. Todos los sujetos deberán tener preservadas las funciones intelectuales generales, lingüísticas, de razonamiento verbal, habilidades constructivas y de reconocimiento perceptivo, exigiéndose que la puntuación en los tests correspondientes no se aleje una desviación estándar de la media de la edad del sujeto. Las pruebas que se utilizarán para evaluar esas funciones serán, respectivamente: Vocabulario, Semejanzas y Cubos (WAIS-III), Denominación por confrontación visual (Boston Naming Test) y Gnosis visuales complejas (INL)

4. Alteración objetiva de la memoria evidenciada por puntuaciones inferiores en 1'5 DE a la media en alguna de las siguientes pruebas de memoria episódica: el Test de aprendizaje verbal TAVEC (Benedet y Alejandre, 1998) y el test de la figura compleja de Rey. Estas dos pruebas evalúan memoria de fijación (capacidad de realizar nuevos aprendizajes) verbal y no verbal,

respectivamente, y han sido seleccionadas por estar normalizadas en muestras españolas y en edades superiores a los 65 años.

5. Clinical Dementia Rating Score (CDR, Berg 1988) de 0,5

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GRUPO 2. Catorce pacientes con cumplimiento de criterios de EA probable evaluados a partir de los criterios NINCDS-ADRDA, en estadio inicial (GDS de Reisberg igual a 3). Este grupo completará la misma batería neuropsicológica que el grupo 1. Siguiendo las recomendaciones del grupo de demencias de la SEN, sólo se incluirá en el estudio pacientes que tengan: a) Instauración insidiosa (meses o años); b) Evolución lentamente progresiva (años); y c) Alteración precoz de

memoria/aprendizaje (ver punto 4 del grupo 1). Uno de esos pacientes ha sido eliminado del estudio por excesivo movimiento durante las pruebas.

GRUPO 3. Catorce participantes que cumplan los criterios 2, 3 y 6 del grupo DCL, pero que cuyas puntuaciones en las pruebas de memoria episódica citadas en el criterio 4 no se alejen más de una desviación estándar de la media de la edad del sujeto. Es decir, sin alteración cognitiva alguna.

Los tres grupos no deberán diferenciarse significativamente en edad, años de escolarización, y sexo.

Equipamiento

1. Hemos utilizado un equipo de Resonancia Magnética de Alto Campo (equipo General Electric MRI Echospeed LX2 1’5T) para llevar a cabo el registro de la actividad cerebral. El escáner está equipado con una bobina volumétrica de cabeza de 28 cm. de diámetro y en cuadratura transmisión-recepción con sistema óptico anti-claustrofobia.

2. Para controlar la administración de estímulos, hemos usado el sistema de presentación de VisuaStim XGA (Ressonance Technologies, Inc) compatible con equipos de RM. Este complejo sistema que incluye unas gafas para la presentación de los estímulos.

3. Software Presentation para control de la presentación de estímulos y registro de las respuestas.

4. Estación de trabajo Sun SPARC 60 para el post-procesado de imágenes. 5. Software Analyze v4.0 para el análisis de imágenes estructurales

6. Software Brain Voyager v4.9 para el análisis de imágenes funcionales.

Variables

1. Batería neuropsicológica.

Además las pruebas arriba citadas, se administrará una batería neuropsicológica para evaluar diversas funciones cognitivas que incluirán: Orientación en tiempo, lugar y persona mediante un protocolo diseñado para este fin; Subtests de Dígitos e Información (WAIS-III) y Fluidez verbal con consigna fonética y semántica.

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6 2. Espectroscopia por Resonancia Magnética.

Hemos utilizado la espectroscopia multivoxel para análisis cuantitativo con

secuencia Press. Las zonas en las que se localizará el voxel de adquisición son: 1) corteza cingulada posterior; y 2) hipocampo. Se realizará secuencia Press con TE de 35 y 90 ms en sustancia gris midiéndose los metabolitos N-Acetil-Aspartato (NAA), colina (Cho), creatina (Cr) y mioinositol (mI).

3. Resonancia Magnética Funcional.

En las dos tareas propuestas hemos utilizado la metodología de bloques típicamente utilizada en protocolos de RMf.

Codificación y recuerdo implícito de imágenes (Bellgowan y cols., en prensa). Se prepararán 96 imágenes digitalizadas complejas que se presentarán en 6 bloques de 40 segundos con una frecuencia de 16 imágenes por bloque. Cada imagen se

presentará durante 2 segundos tras los que habrá un periodo de 500 ms. con la pantalla negra. Como tarea control se presentarán de patrones sin significado alguno.

Posteriormente, se realizará la prueba de reconocimiento mediante la presentación de una serie de 32 imágenes (8 de la fase de codificación y 24 distractoras), y los participantes deberán decidir si se habían presentado.

Denominación silente de dibujos. Se diseñarán 6 bloques experimentales y 6 bloques control de 30 segundos cada uno. En los cada bloque experimental, se presentarán 20 dibujos (uno cada 1500 ms) de la versión española de la batería estandarizada de Snodgrass y Vanderwart (Sanfeliu y Fernández, A set of 254

Snodgrass-Vanderwart pictures standarized for Spanish: norms for name agreement, image agreement, familiarity, and visual complexity. Behavior, Research, Methods, Instruments, & Computers, 28, 537-555, 1996). La tarea del sujeto consistirá en denominarlos subvocalmente. La tarea control consistirá en observar 20 dibujos sin sentido.

Registro de neuroimagen funcional. Presentación de los estímulos.

Los programas de presentación de estímulos y registro de respuestas han sido realizados con el lenguaje Presentation, y las imágenes presentadas utilizando el equipo VisuaStim que incorpora unas gafas de alta resolución. La presentación de los estímulos se ha sincronizado con el inicio del registro de actividad cerebral.

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7 Protocolo de escaneo.

Inicialmente hemos obtenido una imagen estructural para poder posteriormente localizar neuroanatómicamente las diversas áreas cerebrales con activación

funcional. Se utilizará la secuencia GRASS de alta resolución Para el registro de la actividad funcional, se han obtenido 12 cortes corónales de 5 mm. de espesor que recojan las zonas de interés utilizando una secuencia de pulso ecoplanar (TE=60 mseg; TR=3000 mseg.; FOV=24 cm; matriz 64 x 64 pixels; Flip=90◦). Para cada uno de los 12 bloques de 30 0 40 segundos que tiene cada tarea que se obtendrán 10 o 13 volúmenes, respectivamente. Una vez obtenido el registro funcional, se

obtendrán los 12 cortes coronales en T1 y una única adquisición 3D. Procesamiento de imágenes.

El procesamiento de imágenes se llevará a cabo en una estación de trabajo Sun Sparc 60. El análisis de cada sujeto se llevará a cabo mediante software Brain Voyager v4.9 (Brain Innovation, Inc). Inicialmente, las imágenes serán corregidas en función de los posibles movimientos de la cabeza, y normalizadas. Los pixels

obtenidos serán espacialmente suavizados a través de un filtro gaussiano para poder incrementar la razón señal-ruido. Aquellos pixels que estén contaminados por el movimiento (aquellos que modifiquen la activación más de un 8% en 3 segundos) serán eliminados. Las imágenes serán transformadas y representadas en el mapa estereotáxico Tailarach. El análisis estadístico de estos datos se basará en el análisis de las Regiones De Interés (RDI) del estudio (áreas hipocámpicas y

parahipocámpicas) determinadas por los neuroradiólogos. Se estudiará por tanto las diferencias de activación de las RDI dependientes de la tarea para cada una de las cinco secuencias utilizando pruebas t para esas zonas del interés y un nivel de significación del 0'001.

Recogida y análisis de datos

El estudio se ha llevado a cabo en los centros involucrados Servicio de Neurología del Hospital General de Castellón y empresa ERESA con sede en Hospital General de Castellón. Los participantes que acepten por escrito su participación en el

estudio, y que adquieran el compromiso de seguirlo, han sido evaluados a nivel neurológico y neuropsicológico para comprobar si cumplen los criterios de inclusión en alguno de los tres grupos. Todas las pruebas de RM duraban entre 50 -55 minutos, mientras que la evaluación neuropsicológica durará 90-120 minutos.

Aunque fuera de los objetivos del presente proyecto, se llevará a cabo un control de la evolución a los 18 meses en el que se volverá a administrar toda la batería

neuropsicológica, el examen neurológico de control y se estudiará el posible cumplimiento de los criterios de EA en pacientes y controles.

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7. Los objetivos previstos, cuantificados en lo posible.

Elaborar un protocolo para la detección de forma precoz de pacientes que con riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer (EA), basado en técnicas de RM

funcional (RMf), estructural y espectroscopia, y en pruebas neuropsicológicas. Nuestro interés se centrará en utilizar pruebas que sean sensibles y específicas en la activación de las zonas cerebrales de interés en la EA: hipocampo, circunvolución parahipocampal y confluencia temporo-parieto-occipital.

El objetivo principal es la aplicación de las pruebas de RMf, y espectroscopia a tres grupos de participantes con edades superiores a 65 años: un grupo de pacientes con EA leve, un grupo con Deterioro Cognitivo Ligero (DCL) y un grupo control sin alteración neurológica. Los subobjetivos son:

• Estudiar las diferencias en activación cerebral de cada prueba de RMf a nivel grupo.

• Estudiar la especificidad de la activación cerebral de cada prueba de RMf a nivel individual.

• Calcular las diferencias entre grupos en los índices de metabolitos NAA/Cr, Cho/Cr y mI/Cr

8. Los resultados obtenidos del proyecto, cuantificados y valorados en lo

posible.

A. Exploración neuropsicológica

La exploración neuropsicológica ha producido los resultados esperados, ya que se han utilizado como criterio de selección para formar los grupos (ver Tabla 1). De forma importante cara a la interpretación de los resultados, los tres grupos no se diferencian en edad. Entre las variables neuropsicológicas, la más relevante es el Test de aprendizaje auditivo verbal de Rey que ha servido para clasificar a los grupos. La variable de recuerdo no es diferente entre grupo con Deterioro Cognitivo Leve (DCL) y el grupo de Enfermedad de Alzheimer (EA). A pesar de ello, el grupo DCL ha mostrado una ejecución significativamente mejor en las pruebas de praxis de Test de Relojes, Orientación en el tiempo, y Memoria Remota. En algunos casos, las diferencias se aproximaban a la significación (Cubos del WAIS, Test de

denominación de Boston, y Fluencia Semántica). Por tanto, y de acuerdo con la definición de DCL, este grupo tiene un mejor funcionamiento cognitivo general, a pesar de mostrar un recuerdo a largo plazo muy deficiente. La afectación en su rendimiento parece centrarse en la esfera del lenguaje y la memoria verbal.

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Tabla 1. Resultados de la evaluación neuropsicológica.

Control DCL Enfermedad Alzheimer t-test o Chi cuadrado Edad 70’23 74’71 72’5 1 =2=3 Test aprendizaje auditivo-verbal de Rey Ensayo 1 5’77 2’14 1’50 1 > 2,3 Ensayo 5 13’38 5’86 5 1 > 2,3 Recuerdo 30min 12’54 1’57 0 1 > 2,3 Vocabulario 15’4 10’17 9 1 > 2,3 Boston Naming Test 53’77 42’29 33’83 1 > 2,3 Dígitos WAIS 12’23 10’57 10 1 = 2 = 3 Semejanzas WAIS 15’38 10’57 8’5 1 > 2,3 Test de Relojes 4 3’71 2’17 1 =2 > 3 Test de identificación de figuras superpuestas de Poppelreuter 9’85 9’71 9’50 1 = 2 = 3 Cubos de WAIS 13’08 11’57 9 1=2 ,1 > 3, 2=3 Fluencia fonética FAS 32’77 15 12’5 1 > 2,3

Fluencia Semántica 17’92 9’71 5’67 1 > 2, 3 Test de la A Omisiones A 0’08 1’43 1’33 1 = 2 = 3 Comisiones 0’31 0’86 0’50 1 = 2 = 3 Orientación Temporal 100% 85’7% 50% 1 >2 > 3 Personal 100% 100% 100% 1 = 2 = 3 Lugar 100% 100% 100% 1 = 2 = 3 Memoria Remota 92’3% 42’9% 33’3% 1>2>3

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2. Espectroscopia por Resonancia Magnética

Problemas técnicos por el cambio de software de espectroscopia multivoxel nos han impedido juntar los resultados de este segundo estudio con los del primer año. Por ello, sólo hemos podido analizar los datos de espectroscopia single voxel del cingulado posterior (ver Tabla 2). El patrón general observado en los resultados es consistente con la literatura previa: se observa un incremento en la ratio mi/Cr en los grupos DCL y EA en comparación con el grupo control, y una tendencia a que la ratio NAA/Cr sea diferente.

Los análisis de la covarianza para cada variable dependiente se llevaron a cabo con la variable grupo como factor entre sujetos y la edad como covariante. Los análisis para la variable mI/Cr mostraron un efecto significativo para el grupo (F =3’97, p < 04). Este efecto muestra que el grupo EA tiene mayores ratios de mI/Cr que el grupo control. Aunque los resultados para los otros metabolitos iban en la dirección

adecuada, no alacanzaron las significación.

Tabla 2. Resultado de la espectroscopia por Resonancia Magnética en el Cingulado Posterior Control DCL Enfermedad Alzheimer t-test NAA/Cr 1’44 1,41 1’36 1 = 2 = 3 Mi/Cr 0’64 0,68 0’71 1 = 2 < 3 Cho/Cr 0’63 0,64 0’60 1 = 2 = 3

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3. Resonancia Magnética funcional

3.1. Tarea de codificación episódica

Una vez obtenida las imágenes para cada grupo, están fueron comparadas

utilizando el Modelo Lineal General. En la Figura 1 aparecen los resultados de este análisis que compara la activación de cada grupo. Tal como se esperaba, la tarea de codificación de imágenes ha producido una activación bilateral de la circunvolución parahipocampal en el grupo control que es mayor que en el grupo DCL y EA. En la comparación del grupo DCL con el grupo EA se observa que el grupo DCL tiene una mayor activación en la circunvolución parahipocampal especialmente en el

hemisferio izquierdo.

Figura 1. Resultados de la tarea de codificación de imágenes a nivel

parahipocampal. Comparación de la activación entre los grupos Control, Deterioro Cognitivo Leve y Enfermedad de Alzheimer (EA).

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3.2. Tarea de denominación de dibujos

En las Figuras 2 aparecen los resultados obtenidos para la tarea de denominación de dibujos en los mismos análisis. El grupo con Enfermedad de Alzheimer muestra una hipoactivación bilateral en las zonas parahipocampales y en el giro fusiforme en relación al grupo control. Esta diferencia se lateraliza en el hemisferio izquierdo para el grupo con DCL. Por último, el grupo DCL apenas se diferencia del grupo con enfermedad de Alzheimer

Figura 2. Resultados de la tarea de denominación a nivel parahipocampal y fusiforme. Comparación de la activación entre los grupos Control, Deterioro Cognitivo Leve y Enfermedad de Alzheimer (EA).

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9. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos en el presente proyecto son bastante coherentes con la literatura previa sobre el deterioro cognitivo leve y la enfermedad de Alzheimer, y abren el camino para encontrar marcadores precoces de la enfermedad de Alzheimer. Se podrían obtener las siguientes conclusiones:

1. Los resultados neuropsicológicos muestran que el deterioro cognitivo previo a la enfermedad de Alzheimer es básicamente de memoria verbal.

2. Los resultados de Resonancia Magnética han mostrado espectroscópica muestran un aumento de la ratio mI/Cr específica para el cingulado posterior en los grupos de deterioro cognitivo leve y enfermedad de Alzheimer.

3. Los resultados de la Resonancia Magnética Funcional muestran una menor activación en el parahipocampal bilateral en tareas de codificación y

denominación en los grupos DCL y Enfermedad de Alzheimer.

4. El grupo con deterioro cognitivo ligero se diferencia del grupo con enfermedad de Alzheimer en la activación parahipocampal en el hemisferio izquierdo, especialmente en la tarea de codificación de imágenes. Por tanto, el deterioro cognitivo leve parece ser un estadio previo a la enfermedad de Alzheimer.