Glx

บนบ่าด้านซ้ายของ NAA peak อาจพบ peak เล็กๆ อีกหลาย peak ได้ ซึ่งอาจเกิดจาก secondary peak ของ NAA เอง หรือเป็น peak ของ glutamate และ glutamine รวมทั้ง GABA ซึ่งโดยทั่วไปแล้วแยกออกจากกันได้ยากที่ 1.5 T จึงมักพบเป็นกลุ่มของ peak รวมเรียกเป็น Glx ในช่วง 2.05-2.5 ppm  เป็นที่ทราบกันดีว่า glutamate เป็นสารส่งผ่านประสาทชนิดกระตุ้นที่ถูกหลั่งออกมาจากเซลล์ประสาท และในปริมาณที่มากยังมีฤทธิ์เป็นสารพิษต่อเซลล์ประสาท (neurotoxin) อีกด้วย ดังนั้นถ้าสามารถวัดปริมาณ glutamate ได้น่าจะมีประโยชน์อย่างมากในกรณีที่เกี่ยวกับ neurodegeneration, stroke และการเรียนรู้ ในปัจจุบันด้วยเทคนิค phase-rotation STEAM ทำให้สามารถแยก glutamate จาก glutamine ได้โดยใช้ TE 3.7 msec

Creatine (Cr)

          เป็นสารที่ใช้บ่งชี้ถึง normal energy metabolism ภายในสมอง  โดยปกติจะพบในความเข้มข้นสูงบริเวณ gray matter มากกว่า white matter   Cr peak จะอยู่ที่ 3.02 ppm (รวม creatine และphosphocreatine) และอาจพบ peak เพิ่มเติมที่ 3.94 ppm ได้  โดยทั่วไปแล้วในโรคต่างๆ มักไม่พบการเปลี่ยนแปลงของระดับ Cr ดังนั้นจึงนิยมใช้ peak ของ Cr เป็นค่ามาตรฐานในการเปรียบเทียบกับเมแทบอไลท์ตัวอื่นๆ เช่นอัตราส่วนของ Cho:Cr และ NAA:Cr   อย่างไรก็ตามอาจมีโอกาสที่จะพบว่าความสูงของ Cr peak ลดลงได้เช่นกัน เช่นในกรณีของการเกิดเนื้องอกในสมอง เป็นต้น และจากการที่ Cr ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในสมอง ดังนั้นโรคในระบบอื่นของร่างกายที่เป็น systemic ก็อาจมีผลกระทบต่อ Cr ในสมองได้

Choline (Cho)

          Choline เป็นโมเลกุลที่มีส่วนสำคัญในเมแทบอลิซึมของสารจำพวก phospholipids ในเยื่อเซลล์ จึงเป็นสารที่สะท้อนให้ทราบถึงการหมุนเวียนของเยื่อเซลล์ (membrane turnover) หรือจัดเป็นตัวบ่งชี้ความหนาแน่น และความแข็งแรง (integrity) ของเยื่อเซลล์   ความเข้มข้นของ Cho ใน white matter จะสูงกว่าใน gray matter เล็กน้อย   การที่มีปริมาณของ Cho เพิ่มขึ้นจะบ่งชี้ว่ามีการสร้างเยื่อเซลล์เพิ่มขึ้นและมี cell proliferation  ความเข้มข้นของ Cho อาจเพิ่มขึ้นอย่างมากในกรณีที่มีกระบวนการขยายตัวของเนื้องอกในสมอง  ใน peak ของ Cho อาจมีส่วนของ phosphocholine และ glycerophosphocholine ร่วมผสมอยู่ด้วย โดย peak ของ Cho จะพบที่ 3.2 ppm

Myoinositol (Myo)

          Myoiositol สารจำพวกน้ำตาลซึ่งจัดเป็น osmolyte หลักในสมอง   โดย Myo เป็นเมแทบอไลท์ตัวแรกที่จะสูงขึ้นในกรณีที่สมองเกิดภาวะ hyperosmolar state  Myo ยังจัดเป็นตัวบ่งชี้สำหรับการทำงานของเซลล์เกลีย (glial function marker)  ดังนั้นจึงมักพบว่าความเข้มข้นของ Myo จะเพิ่มขึ้นในกรณีที่มีเนื้องอกของเซลล์เกลีย (glial tumors)  เกิดการอักเสบ และ Alzheimer’s disease    peak ของ Myo จะพบที่ 3.56 ppm

นอกจากเมแทบอไลท์หลักๆ ที่กล่าวไปแล้วยังอาจพบ peak อื่นๆ ได้อีกในกรณีที่มีความผิดปกติในสมอง ตัวอย่างเช่น

§         Lipids สารจำพวกไขมันจะพบเป็น peak ที่มีลักษณะกว้าง (broad peak) อยู่ระหว่าง 0.8-1.5 ppm  สารกลุ่มนี้จัดเป็นตัวบ่งชี้ของการเกิดการสลายของเยื่อเซลล์ ซึ่งจะพบได้ในกรณีที่เกิด เนื้องอก, abscesses หรือ radiation necrosis

§         Lactate โดยทั่วไปแล้วในสมองปกติจะพบ lactate ได้ในปริมาณที่น้อยมาก lactate เป็นเมแทบอไลท์ที่เกิดขึ้นจากกระบวนการ anaerobic respiration  ดังนั้นปริมาณของ lactate จึงมักจะเพิ่มขึ้นทำให้พบได้เด่นชัดในสภาวะที่มี anaerobic glycolysis เกิดขึ้น เช่น ภาวะ brain ischemia, hypoxia, seizure, metabolic disorders และ macrophage accumulation นอกจากนี้ lactate ยังสะสมได้ในเนื้อเยื่อที่มีการไหลเวียนของเลือดน้อย เช่นในบริเวณของ cysts, necrotic, cystic tumours และ pressure hydrocephalus เป็นต้น ใน high grade tumors เช่น glioblastomas ซึ่งเจริญจนเกินความสามารถของ blood supply ก็จะเกิด anaerobic glycolysis  ทั้งนี้ peak ของ lactate จะมีลักษณะเป็น double peak อยู่ที่ 1.33 ppm ซึ่ง peak ของ lactate จะชี้ขึ้นในกรณีที่ใช้ TE 30 msec  แต่จะกลับชี้ลงถ้าใช้ TE 144 msec

§         Alanine (Ala) Ala เป็นเมแทบอไลท์ที่ยังไม่แน่ใจนักเกี่ยวกับหน้าที่ในสมอง แต่น่าจะมีบทบาทใน citric acid cycle  พบลักษณะ peak เป็น double peak อยู่ที่ 1.48 ppm  บางครั้ง peak ของ Ala อาจถูกบดบังด้วย peak ของ lactate ซึ่งอยู่ใกล้กัน   peak ของ Ala อาจพบได้ใน meningioma บางชนิด

การนำ MRS ไปใช้ประโยชน์ทางคลินิก^1-5

          จากการที่โรคหรือภาวะผิดปกติที่แตกต่างกันสามารถพบว่ามี MR spectrum ที่แตกต่างกันได้ และจากความเข้าใจถึงความหมายของสารแต่ละตัวว่าเป็นตัวบ่งชี้ของสิ่งใด ทำให้การอ่าน MR spectrum สามารถนำมาช่วยในการวินิจฉัยหรือติดตามการดำเนินของโรคได้ ตัวอย่างเช่น

เนื้องอกในสมอง

MRS สามารถใช้ในการประเมินความรุนแรงของโรคได้ ทั้งนี้เนื่องจากเมื่อเนื้องอกเพิ่มจำนวนเซลล์มากขึ้นจะส่งผลให้เกิดการแย่งที่และทำลายเซลล์ประสาท ดังนั้นจึงมักพบว่า

·         มีการลดลงของ NAA และ Cr  เนื่องจากเซลล์มะเร็งแทนที่และทำลายเซลล์ประสาท NAA ซึ่งเป็น neuronal marker จึงลดลง นอกจากนี้การที่เซลล์มะเร็งมีอัตราเมแทบอลิซึมสูงจึงทำให้เกิดการขาดพลังงานสะสม ทำให้พบว่า Cr ลดลง

·         มีการเพิ่มขึ้นของ Cho, lactate และ lipids  การเพิ่มขึ้นของ Cho อาจใช้เป็นตัวบ่งชี้ของ recurrent tumor ได้  การที่เซลล์มะเร็งมีการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วทำให้ระดับ Cho เพิ่มสูงขึ้น  lipids จะพบในส่วนที่มีเนื้อตาย (necrotic portion) ของมะเร็ง  ส่วน lactate จะพบได้เนื่องจากการเจริญของก้อนเนื้องอกมากเกินความสามารถในการส่งเลือดและอาหารจนเกิด anaerobic glycolysis 

·         ในกรณีที่ผู้ป่วยได้รับ radiation และเกิด radiation necrosis ก็จะพบได้ทั้ง  lipids และ lactate

·         Meningiomas อาจทำให้พบว่ามี alanine ที่ 1.48 ppm

Cerebral ischemia และ infarction

          ในกรณีที่สมองเกิดการขาดเลือด เซลล์จะใช้กระบวนการ anaerobic glycolysis  ทำให้เกิดการสะสมของ lactate  ซึ่งการที่มี lactate เพิ่มขึ้นอย่างเด่นชัดจัดได้ว่าเป็นลักษณะสำคัญของภาวะ cerebral hypoxia และ ischemia  ถ้าเกิดการตายของเซลล์ (infarct) ก็จะพบ lipids ได้

Trauma

          โดยทั่วไปแล้ว MRS ไม่นิยมนำมาใช้เป็นใน acute setting ของ head injuries อย่างไรก็ตามในกรณีที่ผู้ป่วยได้รับการรักษาจนอยู่ในภาวะปลอดภัยแล้ว อาจใช้ MRS ในการประเมินความรุนแรงของอันตรายที่มีต่อเซลล์ประสาท และช่วยในการคาดการณ์ผลลัพธ์ในผู้ป่วยแต่ละรายอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรายที่มี diffuse axonal injury การทำ imaging อาจทำให้ประเมินความรุนแรงของอันตรายที่มีต่อสมองต่ำกว่าความเป็นจริงได้  การพบ lactate หรือ lipids จะบ่งชี้ว่าผู้ป่วยมี prognosis ที่ไม่ดี

Infectious disease

          Brain abscesses จะทำให้เกิดการแทนที่และทำลายเซลล์ประสาทเช่นเดียวกับ non-glial tumors  ดังนั้นจึงส่งผลให้ไม่พบ NAA

·         Bacterial abscesses จะพบเมแทบอไลท์ ทั้ง lactate, cytosolic acid, alanine และ acetate

·         Toxoplasmosis, tuberculoma และ cryptococcoma ทั้ง 3 กรณีจะมีตัวบ่งชี้ที่สำคัญคือ Cho จะลดน้อยลงหรือไม่พบ  ในกรณีของ toxoplasmosis จะพบ peak ของ lactate และ lipids อย่างเด่นชัด  ส่วนเมแทบอไลท์ปกติตัวอื่นๆ ของสมองจะลดลง   ส่วน tuberculoma และ cryptococcoma จะมี lactate ค่อนข้างน้อย

·         MRS มีประโยชน์ในการใช้ติดตามผู้ป่วย และประเมินผลการรักษาด้วยยาต้านไวรัส

·         มีผู้สนใจที่จะใช้ MRS ในการวัดและประเมินผลของ HIV infection ต่อสมอง และ neuro-cognitive function อย่างไรก็ตาม MRS ยังไม่ไวพอในการที่จะตรวจเจอ HIV encephalitis ในช่วงแรกๆ ของการติดเชื้อ  ในกรณีที่ผู้ป่วยเริ่มมี neurocognitive deficits และ AIDS dementia complex จะพบว่า MR spectrum ให้ผล positive ได้  โดยจะพบว่ามี Cho เพิ่มขึ้น และ NAA ลดลง ทั้งนี้เพราะ Cho เป็นตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดของ white matter abnormalities  ส่วนการลดลงของ NAA ก็จะสัมพันธ์โดยตรงกับความรุนแรงของการเกิด dementia

Pediatric metabolic disorders

          MRS มีบทบาทที่สำคัญในการวินิจฉัย และติดตามดูแลผู้ป่วยที่มี metabolic disorders ซึ่งผู้ป่วยกลุ่มนี้มีหลายกรณีที่มีการทำลายของ gray matter และ white matter  อย่างไรก็ตาม metabolic disorders ส่วนใหญ่จะพบในเด็กอ่อน ดังนั้นจึงควรต้องเปรียบเทียบจาก MR spectrum ของเด็กอ่อนที่ปกติ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับผู้ใหญ่จะพบว่าเด็กอ่อนมี NNA น้อย แต่มีระดับของ Cho และ myoinositol สูง

Hepatic encephalopathy

          ลักษณะของ MR spectrum ที่พบใน hepatic encephalopathy จะมีระดับของ myoinositol ที่ลดลงอย่างมาก  ระดับของ Cho ก็ลดลง แต่ระดับ glutamine เพิ่มขึ้น (การที่มีภาวะตับวายทำให้มี ammonia ในเลือดสูง ซึ่งมีคุณสมบัติเป็น neurotoxin และทำให้เร่งการเปลี่ยน glutamate ไปเป็น glutamine)

Alzheimer’s disease

          ถึงแม้ว่า MRS จะไม่มีความไวในการตรวจพบ Alzheimer’s disease โดยเฉพาะในช่วงแรกเริ่ม แต่เมื่อโรคมีความรุนแรงมากขึ้นก็จะพบความผิดปกติของ MR spectrum ได้  โดยเฉพาะในกรณีที่โรคมีความก้าวหน้าจนอยู่ในระดับ advanced ระดับของ NAA จะลดลง และระดับ myoinositol จะเพิ่มขึ้น  การเพิ่มขึ้นของ myoinositol จะพบได้ในกรณีของ Down’s syndrome เช่นกัน ซึ่งในกลุ่มนี้มี dementia ที่มีความคล้ายคลึงกับ Alzheimer’s disease  ส่วน dementia ที่เกิดจากสาเหตุอื่นๆ จะไม่พบการเพิ่มขึ้นของ myoinositol  ดังนั้นจึงสามารถใช้ myoinositol เป็นตัวบ่งชี้ที่ใช้แยก Alzheimer’s disease  ออกจากภาวะ dementia ที่เกิดจากสาเหตุอื่นๆ

สรุป

จะเห็นได้ว่าความเข้าใจเกี่ยวกับเมแทบอไลท์ที่พบได้ใน MR spectrum ของสมองนับว่ามีความสำคัญในการช่วยให้เราสามารถนำเอา MR spectrum ที่ได้จากการทำ MRS มาใช้ช่วยในการวินิจฉัยโรค และติดตามผลการรักษาได้ดียิ่งขึ้น

เอกสารอ้างอิง

1. Bradley WG. MR spectroscopy of the brain for radiologists. Biomed Imaging Interv J 2007;3:112-7.

2. Malhi GS, Valenzuela MW, Sachdev P. Magnetic resonance spectroscopy and its applications in psychiatry. Aust N Z J Psychiatry 2002;36:31–43.

3. Ramin SL, Tognola WA, Spotti AR. Proton magnetic resonance spectroscopy: clinical applications in patients with brain lesions. Sao Paulo Med J 2003;121:254-9.

4. Soares DP, Law M. Magnetic resonance spectroscopy of the brain: review of metabolites and clinical applications. Clin Radiol 2009;64:12-21.

5. Senft C, Hattingen E, Pilatus U, Franz K, Schänzer A, Lanfermann H, et al. Diagnostic value of proton magnetic resonance spectroscopy in the noninvasive grading of solid gliomas: comparison of maximum and mean choline values. Neurosurgery  2009;65:908-13.