Atrofia Ippocampale nel Disturbo Post-Traumatico da Stress e nel Disturbo Depressivo Maggiore
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GIORN ITAL PSICOPAT 2006; 12: 393-397 ARTICOLO ORIGINALE ORIGINAL ARTICLE Atrofia Ippocampale nel Disturbo Post-Traumatico da Stress e nel Disturbo Depressivo Maggiore Ippocampal Atrophy in Post-Traumatic Stress Disorder and in Major Depressive Disorder L. BOSSINI Summary M. TAVANTI S. CALOSSI A. LOMBARDELLI Objective N. POLIZZOTTO The relationship between hippocampus and the pathophysiology of Post-Traumatic G. VATTI Stress Disorder and Major Depressive Disorder is supported by substantial evidence R. GALLI from basic and clinical studies. Magnetic Resonance Imaging studies have reported F. PIERACCINI that hippocampal volumes are reduced in patients with Post-Traumatic Stress Disor- P. CASTROGIOVANNI der and Major Depressive Disorder, but other investigations have not found any re- ductions in hippocampal volumes. Sezione di Psichiatria, Sezione di In order to address the relationship between Post-Traumatic Stress Disorder, depres- Neurologia, Dipartimento di sive diseases and hippocampal morphology, we have compared the hippocampal for- Neuroscienze, Università di Siena mation in Post-Traumatic Stress Disorder, Major Depressive Disorder and healthy matched control subjects. Key words Method Post-Traumatic Stress Disorder • Ma- Among the outpatients of the Psychiatric Clinic of Siena University, 5 patients were jor Depressive Disorder • Hippocam- recruited with single diagnosis of Post-Traumatic Stress Disorder and 5 patients with pal Volume • Stress single Major Depressive Disorder diagnosis, and without any other Structured Clini- cal Interview for DSM-IV determined co-morbid psychiatric diagnoses. Also recruit- ed, for comparitive purposes, were 5 subjects in the general population of Siena. All Major Depressive Disorder subjects had a traumatic event, in anamnesis, meeting DSM-IV-TR criterion A for Post-Traumatic Stress Disorder. Correspondence: Letizia Bossini, The three groups of subjects were matched on case-by-case basis for age, sex, weight Policlinico Universitario di Siena, and height, and thereafter underwent the same protocol by means of a high resolution viale Bracci, 53100 Siena Magnetic Resonance Imaging scanner. Tel. +39 0577 586275 Hippocampal volume was calculated on T1-FFE coronal images lying on a plane per- bossini2@unisi.it pendicular to the hippocampal major axis, using a dedicated software (Analyze VW 1.16, BIR, Mayo Clinic, MN, USA) by manual delimitation of hippocampal shape on each slice where it was detected, according to Watson’s anatomical criteria. The sum of each area provided right and left hippocampal volumes. An operator blind to subjects’ diagnosis performed all hippocampal measurements. Results The analysis of variance showed a significant difference in right hippocampal vol- umes between Post-Traumatic Stress Disorder patients, Major Depressive Disorder patients and healthy subjects, but not in left hippocampal volumes (Table I) (p < 0.05). The post-hoc analysis (Sheffe’s Test) revealed that both Post-Traumatic Stress Disor- der patients and Major Depressive Disorder patients had a significantly smaller right hippocampal volume than the healthy subjects (p < 0.05), whereas there was no sig- nificant difference between Post-Traumatic Stress Disorder and Major Depressive Disorder patients (Fig. 1). Conclusions These results are consistent with the findings indicating the presence of structural ab- normalities of hippocampal formation in patients with Post-Traumatic Stress Disor- der and Major Depressive Disorder. To our knowledge, the present study is the first attempt to examine simultaneously hippocampal volumes of patients with Post-Trau- matic Stress Disorder and Major Depressive Disorder (with a traumatic event in anamnesis), with high-resolution in vivo Magnetic Resonance Imaging. 393
L. BOSSINI ET AL. Introduzione I criteri di esclusione hanno compreso: traumi crani- ci, patologie neurologiche, patologie degenerative, Molti studi di neuroimaging hanno mostrato che in patologie endocrine. diversi disturbi psichiatrici sono presenti delle altera- Ciascun paziente è stato valutato con la Structured Cli- zioni strutturali a livello cerebrale. Fra questi la Schi- nical Interview for DSM-III-R SCID-IP 9 e SCID-IIP 10 zofrenia 1, il Disturbo Bipolare 2, la Dipendenza da al fine di confermare la diagnosi ed escludere la pre- Alcool 3 ed in particolar modo il Disturbo Depressivo senza di altri disturbi psichiatrici in Asse I e in Asse II. Maggiore (DDM) 4 e il Disturbo Post-Traumatico da Anche se affetti da patologie diverse i due gruppi di Stress (DPTS) 5. L’area cerebrale maggiormente inte- soggetti sono risultati assimilabili sia per tipo di trau- ressata da queste alterazioni è l’ippocampo, struttura ma in anamnesi (eventi di vita civile: ad esempio coinvolta nei processi di apprendimento, di memo- morte di una persona cara, incidente stradale) sia per rizzazione e probabilmente nei processi che regolano durata di malattia (compreso fra 1 e 5 anni). le risposte emotive. Sono stati reclutati anche 5 volontari sani dalla popo- Il maggior numero di dati sperimentali derivano da lazione generale di Siena corrispondenti per età, ses- soggetti affetti da DPTS e da DDM. I risultati, anche so, peso e altezza al campione dei pazienti. I volonta- se numerosi, non sembrano comunque essere ancora ri sani sono stati considerati gruppo di controllo. concordi. Infatti, se alcune indagini mostrano la pre- Nessuno dei soggetti sani presentava una storia per- senza di una diminuzione del volume dell’ippocam- sonale di disturbi neurologici né psichiatrici e non ha po in pazienti con DPTS, altre non confermano que- mai utilizzato sostanze psicoattive, dato confermato sti dati 6. tramite l’utilizzo della SCID-NP 10. Anche nel DDM, le conclusioni ottenute non sono Dopo aver firmato il consenso informato, tutti i sog- uniformi; infatti Sheline 4 ha evidenziato una riduzio- getti sono stati sottoposti ad uno studio morfovolu- ne nel volume di entrambi gli ippocampi in donne metrico computerizzato cerebrale tramite RM per la con DDM, mentre altri studi non hanno rivelato nes- misurazione dell’ippocampo. sun tipo di riduzione volumetrica 7. Si aggiunga che in queste due patologie i pazienti, ol- IMMAGINI DI RISONANZA MAGNETICA CEREBRALE tre a presentare una serie di sintomi tipici della pato- Tutti i soggetti sono stati sottoposti allo stesso proto- logia, presentano anche alterazioni dei processi mne- collo di RM. sici, visto che l’ippocampo è da sempre considerato Sono state ottenute immagini RM ad alta risoluzione una struttura critica nel processo di memorizzazione. tramite un MRI scanner Philips a 1.5 tesla. Le se- Alla luce dei dati non univoci della letteratura il no- quenze utilizzate nello studio hanno compreso: stro studio sperimentale si è prefisso l’obiettivo di – 3D Fast Field Echo (FFE) T1-pesata (matrice 512 valutare le eventuali alterazioni strutturali a livello x 512, 1 mm), in assiale, 150 fette, spessore di ippocampale presenti nei pazienti affetti da DPTS e ciascuna fetta di 1 mm, orientate parallelamente nei soggetti affetti da DDM mediante un’analisi all’asse passante per la commessura anteriore e la morfologica condotta con Risonanza Magnetica commessura posteriore, su tutto l’encefalo; (RM) cerebrale. – 3D Fast Field Echo (FFE) T1-pesata, in coronale (matrice 512 x 512, 75 fette, 1 mm), compren- dente l’intero lobo temporale, orientata perpendi- Materiale e metodi colarmente all’asse maggiore del lobo stesso al fi- ne di coprire gli ippocampi per tutta la loro lun- ghezza; IL CAMPIONE – Fluid Attenuated Inversion Recovery (FLAIR) Dopo aver presentato il programma al comitato etico T2-pesata, (matrice 512 x 512, 3 mm) sia in as- e ottenuto il consenso per lo studio sono stati reclu- siale sia in coronale, orientate rispettivamente in tati due gruppi di soggetti affetti da DPTS e DDM, parallelo e in perpendicolare rispetto all’asse afferenti agli ambulatori e al servizio di Day Hospi- maggiore del lobo temporale. Queste scansioni tal della Psichiatria Universitaria di Siena. Dai due sono utilizzate per identificare eventuali lesioni; gruppi sono stati selezionati 5 soggetti con DPTS e 5 – Inversion Recovery (IR) T1-pesata in coronale, affetti da DDM con evento traumatico in anamnesi sul lobo temporale, per una valutazione morfolo- come da criterio A del DSM-IV-TR 8 accoppiati per gica degli ippocampi. sesso, età, peso e altezza (6 femmine e 4 maschi; età Le sequenze T1-FFE assiali sono state usate per la media 38,2 anni – range 15-65). valutazione volumetrica ippocampale via software I criteri di inclusione hanno compreso: età tra 15 e 65 dedicato (programma Analyze VW 1.16, BIR Mayo anni; assenza di comorbidità lifetime ed intraepisodi- Clinic, MN, USA). È stato eseguito lo studio volu- ca psichiatrica e organica; assenza di terapia psico- metrico in senso stretto tramite un sistema di demar- farmacologica in atto o in anamnesi. cazione manuale dei margini dell’ippocampo, su cia- 394
ATROFIA IPPOCAMPALE NEL DISTURBO POST-TRAUMATICO DA STRESS scuna fetta (in media 40 fette), secondo i criteri ana- Fig. 1. Media dei due ippocampi (destro e sinistro) nei tomici indicati da Watson et al. 11 ed è stato eseguito tre gruppi di soggetti. Mean hippocampal volumes (ri- il calcolo del volume totale (sommatoria delle super- ght and left) in the three groups of subjects. fici misurate). È stato anche calcolato l’HVR (Hippocampal Volume Ratio, indice di simmetria, dato dal rapporto tra l’ip- pocampo più piccolo e quello più grande di ogni sog- getto) sapendo che il valore normale è di HVR ≥ 0,90 [tale cut-off è stato calcolato dalla media dei norma- li, meno 3 Deviazioni Standard (DS)]. Sia l’esame neuroradiologico sia la demarcazione manuale degli ippocampi sono stati eseguiti in cieco. ANALISI STATISTICA I dati sono stati elaborati con il programma di anali- si statistica SPSS 11.0 per Windows (SPSS Inc., Chi- L’analisi post-hoc (test di Scheffe) ha mostrato che il cago, IL, USA). Le medie dei volumi ippocampali volume dell’ippocampo di destra sia dei pazienti con dei tre gruppi di soggetti (DPTS, DDM, SANI) sono DDM, sia dei pazienti con DPTS è significativamen- state confrontate mediante analisi della varianza te inferiore al gruppo di controllo (DDM p = 0,0037; (ANOVA) ad una via. È stato considerato significati- DPTS p = 0,038); mentre non è risultata essere pre- vo un p < 0,05. sente nessuna differenza significativa dell’ippocam- po di destra fra soggetti con DDM e soggetti con DPTS (Fig. 1). Risultati Dopo aver verificato la normalità e la omoschedasti- Conclusioni cità del campione con il test di Levene, i volumi ip- pocampali dei tre gruppi di soggetti sono stati analiz- Questo studio mostra che sia i pazienti con DDM, sia zati con ANOVA ad una via. quelli con DPTS presentano una significativa ridu- Le medie e le DS dei tre gruppi sono rappresentate in zione nell’ippocampo di destra rispetto ai controlli Tabella I. sani appaiati per sesso, età, peso e altezza. I risultati indicano che esiste una differenza signifi- Al contrario, il volume dell’ippocampo di sinistra pur cativa della media degli ippocampi fra i tre gruppi essendo più piccolo nei pazienti (DDM e DPTS) ri- (F(2,12) = 4,741, p = 0,030, Msmedia ippocampi = 35989,074); spetto ai controlli, non ha raggiunto la significatività questo dato è verosimilmente attribuibile ai valori del- statistica. l’ippocampo destro visto che l’analisi indica che per I risultati, indubbiamente preliminari perchè riferiti l’ippocampo sinistro non esiste una differenza signifi- ad un campione ridotto, sono conformi con i dati pre- cativa (F(2,12) = 3,503, p = 0,063, MSippocampo SN = senti in letteratura 12 13. 313734,582). Mentre l’ipocampo di destra presenta Il contributo originale del nostro lavoro consiste nel- una differenza volumetrica significativa (F(2,12) = l’aver paragonato soggetti affetti da entrambe le pa- 5,835, p = 0,017, MSippocampo DX = 405794,094). I va- tologie (DPTS e DDM). lori di asimmetria indicati da HVR fra i tre gruppi in- Va comunque ricordato che fino ad oggi non è stato vece non mostrano nessuna differenza significativa ancora accertato se l’atrofia ippocampale sia un fat- (F(2,12) = 5,835, p = 0,654, MSHVR = 0,001). tore permissivo lo sviluppo di patologie psichiatri- che o secondario al trauma. Comunque l’aver rinve- nuto l’atrofia in soggetti che hanno subito uno stes- so tipo di trauma, ma che hanno sviluppato due tipi Tab. I. Media dei Volumi Ippocampali e Deviazioni Standard espressi in mm3 dei soggetti con disturbo post-traumatico differenti di disturbi psichiatrici permette di ipotiz- da stress, con disturbo depressivo maggiore e soggetti sa- zare che l’atrofia sia una conseguenza del trauma ni. Mean hippocampal volumes and standard deviations subito. (mm3) of post-traumatic stress disorder subjects, of major Se realmente il trauma induce atrofia esistono due depressive disorder subjects and healthy subjects. questioni da chiarire: – attraverso quale meccanismo il trauma porta ad DPTS DDM Sani un danno anatomico; – come può uno stesso tipo di evento indurre uno Media 2956,022 2951,530 3447,194 stesso danno anatomico e far insorgere due distur- DS 134,807 153,302 270,128 bi con caratteristiche psicopatologiche diverse. 395
L. BOSSINI ET AL. La prima questione può essere chiarita tramite un’at- sono spesso concatenati fra loro. L’azione dello tenta valutazione dei dati presenti nella letteratura stress sembra coinvolgere il metabolismo e la capta- che evidenziano come, nelle due patologie psichiatri- zione del glucosio, l’incremento del glutammato e che considerate (DPTS e DDM), ci siano due diversi del Ca2+ intracellulare, il sistema della serotonina, il meccanismi che producono atrofia ippocampale. GABA, la mancata regolazione della via che control- Infatti nel Disturbo Depressivo Maggiore il fattore cau- la la morte cellulare programmata (apoptosi) e la sale dell’atrofia sembra essere indotto dall’esposizione down-regulation dei fattori neurotrofici 16 e fra questi ad alti livelli di glucocorticoidi, sostanze prodotte in il Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF). Un eccesso in caso di esposizione a eventi stressanti 14. lavoro sperimentale di Duman e Monteggia 17 ha mo- Ricerche condotte su diverse specie animali hanno strato infatti, che lo stress produce un decremento del mostrato che l’esposizione ad alti livelli di glucocor- BDNF nel lobo limbico. E sembra che la riduzione di ticoidi porta ad un decremento delle diramazioni questo fattore di crescita contribuisca in maniera ri- dendritiche nella regione CA3 dell’ippocampo, ad al- levante all’atrofia delle strutture limbiche ed in parti- terazioni nella porzione terminale delle strutture si- colar modo dell’ippocampo. naptiche alla perdita di neuroni, ad un’inibizione del- Per quanto riguarda il secondo punto, ossia come la rigenerazione ippocampale. Questo dato è confer- possa uno stesso tipo di evento portare a due patolo- mato dalle alterazioni cognitive, dai sintomi depres- gie così diverse è possibile ipotizzare che questo sia sivi e dalle riduzioni nei volumi ippocampali riscon- essenzialmente dovuto alle caratteristiche intrinseche trati in soggetti affetti da sindrome di Cushing, pato- dell’evento e al modo con cui viene esperito dai sin- logia caratterizzata da una alta produzione di ormoni goli soggetti. surrenalici (fra cui i glucocorticoidi). Nel nostro studio sia i soggetti con DPTS sia i sog- Invece nei pazienti con Disturbo Post-Traumatico da getti con DDM avevano subito un evento che corri- Stress la tossicità sembra derivare da un diverso mec- spondeva alle caratteristiche descritte nel Criterio A canismo. per il DPTS del DSM-IV, eppure non hanno svilup- Uno studio 15, infatti, ha mostrato che la quantità to- pato la stessa patologia. Ciò suggerisce che possano tale di cortisolo circolante è più basso nei pazienti esserci all’interno delle tipologie di eventi identifi- con DPTS rispetto ai soggetti depressi e ai gruppi di cata dal criterio A due tipi di eventi: uno definibile controllo. Inoltre, alcune misurazioni dei livelli di come “grave” e uno definibile come “propriamente cortisolo effettuate in prossimità dell’episodio trau- traumatico” 18. È possibile ipotizzare che i due tipi matico (campioni di sangue prelevati a 1-5 h dal trau- di evento agiscano a livello cerebrale in maniera di- ma) hanno confermato la presenza di valori bassi di stinta producendo manifestazioni psicopatologiche cortisolo. diverse. Dallo studio sopra citato si evince che il meccanismo L’evento definito “grave”, verosimilmente più spesso di atrofia ippocampale è dovuto ad un’alterazione connotato da un vissuto di perdita, agirebbe con un dell’asse Ipotalamo-Ipofisi-Surrene, indotta non da meccanismo analogo a uno stress cronico, determi- alti livelli di cortisolo ma da un aumento del feed- nando l’aumento del cortisolo da un lato e la depres- back negativo dell’asse stesso. Infatti, nei soggetti af- sione dall’altro. L’evento definito “traumatico”, ca- fetti da DPTS sono stati rivelati bassi livelli di corti- ratterizzato fondamentalmente da uno “shock” emo- solo, ma un numero aumentato di recettori ed un’ele- zionale, produrrebbe anch’esso un’azione sull’asse vata sensibilità dei recettori stessi. I bassi livelli di Ipotalamo-Ipofisi-Surrene determinando una totale cortisolo non sono altro che la conseguenza di un au- disregolazione dell’asse stessa, ma in senso opposto mento del feedback che il cortisolo esercita sulla (diminuzione del cortisolo) condizionando l’insor- ghiandola pituitaria e sull’ipotalamo. genza del Disturbo Post-Traumatico da Stress. Da ciò possiamo affermare che aumentando la sen- Infatti le alterazioni presenti nel DPTS sembrano di- sibilità dei recettori ippocampali per i glucocorti- scostarsi totalmente dalla normale risposta allo stress coidi, aumenta pure la vulnerabilità dell’ippocampo e essere invece dovute ad una riduzione dei livelli di all’atrofia anche in assenza di elevati livelli di glu- cortisolo e una totale disregolazione recettoriale. cocorticoidi. Quindi è l’attivazione dei recettori (e Questa totale diversità di alterazione presente nel non propriamente il livello di cortisolo) che porta DPTS potrebbe essere anche dovuta ad una preesi- alla cascata di eventi, il cui risultato è la degenera- stente disfunzione individuale dell’asse che precede zione neuronale. l’evento e che si rende manifesta solo dopo il trauma. Riassumendo, lo stress agisce in modo importante sui Considerando la natura speculativa di questa discus- fenomeni plastici ippocampali e questa azione è de- sione, si rendono necessarie in futuro ulteriori inda- terminata da meccanismi molecolari che stanno alla gini, condotte su soggetti con trauma in anamnesi, base di tali alterazioni. L’influenza che lo stress eser- ma privi di diagnosi psichiatrica e su soggetti con Di- cita, sull’atrofia e sulla sopravvivenza cellulare, sturbo Depressivo Maggiore senza evento traumatico coinvolge molti meccanismi e vie metaboliche, che in anamnesi. 396
ATROFIA IPPOCAMPALE NEL DISTURBO POST-TRAUMATICO DA STRESS Un tale ampliamento dell’indagine ci permetterà di dipendentemente dall’insorgenza di un disturbo psi- verificare i risultati ottenuti, di accertare la presenza chiatrico. di eventuali correlazioni fra atrofia ippocampale e ti- Questa ulteriore ricerca potrà contribuire a chiarire po di diagnosi e di vericare se il trauma è in grado di anche quale siano le specifiche caratteristiche che di- creare un danno anatomico (atrofia ippocampale) in- stinguono un evento “grave” da uno “traumatico”. Bibliografia 1 10 Bogerts B, Lieberman JA, Ashtair M, Bilder RM, Degreef Spitzer RL, Williams JBW, Gibbon M, First MB. Structured G, Lerner G, et al. Hippocampus-amygdala volumes and Clinical Interview for DSM-III-R-Personality Disorders psychopathology in chronic schizophrenia. Biol Psychiatry (SCID-II, Version 1.0). Washington, DC: American Psy- 1993;33:236-46. chiatry Press 1990. 2 11 Swayze VW 2nd, Andreasen NC, Alliger RJ, Yuh WT, Watson C, Ardmann F, Gloor P, Jones-Gotman M, Peters T, Ehrhardt JC. Subcortical and temporal structures in affecti- Evans A, et al. Anatomic basis of amygdaloid and hippo- ve disorder and schizophrenia: a magnetic resonance ima- campal volume measurement by magnetic resonance ima- ging study. Biol Psychiatry 1992;31:221-40. ging. Neurology 1992;42:1743-50. 3 12 Sullivan EV, Marsh L, Mathalon DH, Lim KO, Pfefferbaum Steffens DC, Byrum CE, McQuoid DR, Greenberg DL, A. Anterior hippocampal volume deficits in nonamnesic, Payne ME, Blitchington TF, et al. Hippocampal volume in aging chronic alcoholics. Alcohol Clin Exp Res geriatric depression. Biol Psychiatry 2000;48:301-9. 1995;19:110-22. 13 Villareal DA, Hamilton H, Petropoulos I, Driscoll LM, 4 Sheline YI. 3D MRI studies of neuroanatomic changes in Rowland JA, Griego PW, et al. Reduced hippocampal volu- unipolar major depression: the role of stress and medical me and total white matter volume in posttraumatic stress di- comorbidity. Biol Psychiatry 2000;48:791-800. sorder. Biol Psychiatry 2002;52:119-25. 5 14 Bremner JD, Vermetten E. Neuroanatomical changes asso- Sapolsky RM, Uno H, Rebert CS, Finch CE. Hippocampal ciated with pharmacotherapy in Post-traumatic Stress Di- damage associated with prolonged glucocorticoid exposure sorder. Ann NY Acad Sci 2004;1032:154-75. in primates. J Neurosci 1990;10:2897-902. 6 15 Neylan TC, Lenoci M, Rothlind J, Metzler TJ, Schuff N, Du Yehuda R. Are glucocorticoids responsible for putative hip- AT, et al. Attention, learning and memory in PTSD. J Trau- pocampal damage in PTSD? How and when to decide. Hip- ma Stress 2004;17:41-6. pocampus 2001;11:85-9. 7 16 Vakili K, Pillay SS, Lafer B, Fava M, Renshaw PF, Bonel- Sapolsky RM. Stress, glucocorticoids, and the damage to lo-Cintron CM, et al. Hippocampal volume in primary uni- the nervous system: the current state of confusion. Stress polar major depression: a magnetic resonance imaging 1996;1:1-19. study. Biol Psychiatry 2000;47:1087-90. 17 Duman RS, Monteggia LM. A neurotrophic model for 8 DSM-IV-TR. Diagnostic and Statistic Manual of Mental stress-related mood disorders. Biol Psychiatry Disorders. Text Revision 4th Edn. 2000. 2006;59:1116-27. 9 18 Spitzer RL, Williams JBW, Gibbon M, First MB. The Struc- Castrogiovanni P, Traverso S. Per una definizione della tured Clinical Interview for DSM-III-R (SCID): history, ratio- traumaticità dell’evento. Ital J Psychopathol 2003;9:125- nale, and description. Arch Gen Psychiatry 1992;49:624-9. 41. 397
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