Reorganization of language centers in patients with brain tumors located in eloquent speech areas – A pre- and postoperative preliminary fMRI study

Introduction The aim of this study was to determine in pre- and postsurgical fMRI studies the rearrangement of the Broca's and Wernicke's areas and the lateralization index for these areas in patients with brain tumors located near speech centers. Impact of the surgical treatment on the brain plasticity was evaluated. Materials and methods Pre- and postoperative fMRI examinations were performed in 10 patients with low grade glial, left-sided brain tumors located close to the Broca's (5 patients) or Wernicke's area (5 patients). BOLD signal was recorded in regions of interest: Broca's and Wernicke's areas, and their anatomic right-sided homologues. Results In the preoperative fMRI study the left Broca's area was activated in all cases. The right Broca's area was activated in all the patients with no speech disorders. In the postoperative fMRI the activation of both Broca's areas increased in two cases. In other two cases activation of one of the Broca's area increased along with the decrease in the contralateral hemisphere. In all patients with temporal lobe tumors, the right Wernicke's area was activated in the pre- and postsurgical fMRI. After the operation, in two patients with speech disorder, the activation of both Broca's areas decreased and the activation of one of the Wernicke's areas increased. Conclusions In the cases of tumors localized near the left Broca's area, a transfer of the function to the healthy hemisphere seems to take place. Resection of tumors located near Broca's or Wernicke's areas may lead to relocation of the brain language centers

Isoprostanes as potential cerebral vasospasm biomarkers

Despite enormous progress in medicine, symptomatic cerebral vasospasm (CVS), remains an unexplained clinical problem, which leaves both physicians and patients helpless and relying on chance, due to the lack of specific marker indicative of imminent danger as well as the lack of specific treatment. In our opinion CVS occurrence depends on dynamic disbalance between free radicals' formation (oxidative stress) and antioxidant activity. Isoprostanes are products of free-radical peroxidation of polyunsaturated fatty acids, and seem to mark a promising path for the research aiming to unravel its possible mechanism. Not only are they the biomarkers of oxidative stress in vivo and in vitro, but also have manifold biological effects (including vasoactive, inflammatory and mitogenic) via activation of the thromboxane A2 receptor (TBXA2R), both in physiological and pathophysiological processes. This review addresses the importance of isoprostanes in CVS in quest of appropriate biomarkers

Ciśnienie śródczaszkowe a mózgowy przepływ krwi

Ciśnienie śródczaszkowe i mózgowy przepływ krwi to jedne z podstawowych pojęć neurofizjologicznych. Znajomość związanych z nimi zagadnień jest warunkiem zrozumienia ważnych procesów patologicznych zachodzących w ośrodkowym układzie nerwowym. W pracy omówiono fizjologię i patofizjologię ciśnienia śródczaszkowego, przepływu mózgowego oraz ich wzajemne relacje, w tym koncepcję krytycznego ciśnienia zamykającego naczynia mózgowe

Spektroskopia rezonansu magnetycznego w wewnątrzczaszkowych nowotworach pochodzenia glejowego

Background and purpose To determine in vivo magnetic resonance spectroscopy (MRS) characteristics of intracranial glial tumours and to assess MRS reliability in glioma grading and discrimination between different histopathological types of tumours. Material and methods Analysis of spectra of 26 patients with glioblastomas, 6 with fibrillary astrocytomas, 4 with anaplastic astrocytomas, 2 with pilocytic astrocytoma, 3 with oligodendrogliomas, 3 with anaplastic oligodendrogliomas and 17 control spectra taken from healthy hemispheres. Results All tumours’ metabolite ratios, except for Cho/Cr in fibrillary astrocytomas (p = 0.06), were statistically signiflcantly different from the control. The tumours showed decreased Naa and Cr contents and a high Cho signal. The Lac-Lip signal was high in grade III astrocytomas and glioblastomas. Reports that Cho/Cr ratio increases with glioma's grade whereas Naa/Cr decreases were not confirmed. Anaplastic astrocytomas compared to grade II astrocytomas had a statistically significantly greater ml/Cr ratio (p = 0.02). In pilocytic astrocytomas the Naa/Cr value (2.58 ± 0.39) was greater, whilst the Cho/Naa ratio was lower (2.14 ± 0.64) than in the other astrocytomas. The specific feature of oligodendrogliomas was the presence of glutamate/glutamine peak Glx. However, this peak was absent in two out of three anaplastic oligodendrogliomas. Characteristically, the latter tumours had a high Lac-Lip signal. Conclusions MRS in vivo cannot be used as a reliable method for glioma grading. The method is useful in discrimination between WHO grade I and WHO grade II astrocytomas as well as oligodendrogliomas from other gliomas.Wstęp i cel pracy Ustalenie charakterystyki spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (magnetic resonance spectroscopy – MRS) u chorych z nowotworami wewnątrzczaszkowymi pochodzenia glejowego oraz ocena przydatności tego badania w diagnostyce różnicowej typów histologicznych glejaków. Materiał i metody Przeprowadzono analizę widm MRS nowotworów u 26 chorych z glejakami wielopostaciowymi, 6 z gwiaździakami włókienkowymi, 4 z gwiaździakami anaplastycznymi, 2 z włosowatokomórkowymi, 3 ze skąpodrzewiakami, 3 ze skąpodrzewiakami anaplastycznymi oraz 17 widm kontrolnych pochodzących ze zdrowych półkul mózgu. Wyniki Wszystkie wskaźniki metaboliczne w przypadkach nowotworów, z wyjątkiem Cho/Cr w gwiaździakach włókienkowych (p = 0,06), różniły się znamiennie od tych w grupie kontrolnej. Nowotwory wykazywały zmniejszoną zawartość Naa i Cr oraz wysoki sygnał Cho. Sygnał Lac-Lip był wysoki w gwiaździakach III stopnia wg WHO i glejakach wielopostaciowych. Nie udało się potwierdzić doniesień, że wskaźnik Cho/Cr rośnie, a wskaźnik Naa/Cr maleje wraz ze wzrostem stopnia złośliwości glejaka. Gwiaździaki anaplastyczne wykazywały znamiennie wyższy wskaźnik ml/Cr (p = 0,02) w porównaniu z gwiaździakami II stopnia wg WHO. W gwiaździakach włosowatokomórkowych wartość Naa/Cr (2,58 ± 0,39) była większa, a Cho/Naa mniejsza (2,14 ± 0,64) niż w innych gwiaździakach. Skąpodrzewiaki charakteryzowała obecność szczytu glutaminianu/glutaminy (Glx), którego jednak nie obserwowano w 2 spośród 3 przypadków skąpodrzewiaków anaplastycznych. Dla tych ostatnich symptomatyczna była obecność silnego sygnału Lac-Lip. Wnioski Badanie MRS in vivo nie jest niezawodną metodą różnicującą glejaki wewnątrzczaszkowe. Wydaje się użyteczne w diagnostyce różnicowej gwiaździaków I i II stopnia wg WHO oraz w odróżnianiu skąpodrzewiaków od pozostałych glejaków

Automated volumetric evaluation of intracranial compartments and cerebrospinal fluid distribution on emergency trauma head CT scans to quantify mass effect

BackgroundIntracranial space is divided into three compartments by the falx cerebri and tentorium cerebelli. We assessed whether cerebrospinal fluid (CSF) distribution evaluated by a specifically developed deep-learning neural network (DLNN) could assist in quantifying mass effect.MethodsHead trauma CT scans from a high-volume emergency department between 2018 and 2020 were retrospectively analyzed. Manual segmentations of intracranial compartments and CSF served as the ground truth to develop a DLNN model to automate the segmentation process. Dice Similarity Coefficient (DSC) was used to evaluate the segmentation performance. Supratentorial CSF Ratio was calculated by dividing the volume of CSF on the side with reduced CSF reserve by the volume of CSF on the opposite side.ResultsTwo hundred and seventy-four patients (mean age, 61 years ± 18.6) after traumatic brain injury (TBI) who had an emergency head CT scan were included. The average DSC for training and validation datasets were respectively: 0.782 and 0.765. Lower DSC were observed in the segmentation of CSF, respectively 0.589, 0.615, and 0.572 for the right supratentorial, left supratentorial, and infratentorial CSF regions in the training dataset, and slightly lower values in the validation dataset, respectively 0.567, 0.574, and 0.556. Twenty-two patients (8%) had midline shift exceeding 5 mm, and 24 (8.8%) presented with high/mixed density lesion exceeding >25 ml. Fifty-five patients (20.1%) exhibited mass effect requiring neurosurgical treatment. They had lower supratentorial CSF volume and lower Supratentorial CSF Ratio (both p < 0.001). A Supratentorial CSF Ratio below 60% had a sensitivity of 74.5% and specificity of 87.7% (AUC 0.88, 95%CI 0.82–0.94) in identifying patients that require neurosurgical treatment for mass effect. On the other hand, patients with CSF constituting 10–20% of the intracranial space, with 80–90% of CSF specifically in the supratentorial compartment, and whose Supratentorial CSF Ratio exceeded 80% had minimal risk.ConclusionCSF distribution may be presented as quantifiable ratios that help to predict surgery in patients after TBI. Automated segmentation of intracranial compartments using the DLNN model demonstrates a potential of artificial intelligence in quantifying mass effect. Further validation of the described method is necessary to confirm its efficacy in triaging patients and identifying those who require neurosurgical treatment

Glioblastoma-derived spheroid cultures as an experimental model for analysis of EGFR anomalies

Glioblastoma cell cultures in vitro are frequently used for investigations on the biology of tumors or new therapeutic approaches. Recent reports have emphasized the importance of cell culture type for maintenance of tumor original features. Nevertheless, the ability of GBM cells to preserve EGFR overdosage in vitro remains controversial. Our experimental approach was based on quantitative analysis of EGFR gene dosage in vitro both at DNA and mRNA level. Real-time PCR data were verified with a FISH method allowing for a distinction between EGFR amplification and polysomy 7. We demonstrated that EGFR amplification accompanied by EGFRwt overexpression was maintained in spheroids, but these phenomena were gradually lost in adherent culture. We noticed a rapid decrease of EGFR overdosage already at the initial stage of cell culture establishment. In contrast to EGFR amplification, the maintenance of polysomy 7 resulted in EGFR locus gain and stabilization even in long-term adherent culture in serum presence. Surprisingly, the EGFRwt expression pattern did not reflect the latter phenomenon and we observed no overexpression of the tested gene. Moreover, quantitative analysis demonstrated that expression of the truncated variant of receptor—EGFRvIII was preserved in GBM-derived spheroids at a level comparable to the initial tumor tissue. Our findings are especially important in the light of research using glioblastoma culture as the experimental model for testing novel EGFR-targeted therapeutics in vitro, with special emphasis on the most common mutated form of receptor—EGFRvIII

Clinical basis of entrapment neuropathies

Peripheral nerve entrapment is a condition of chronic injury of a nerve passing through a narrow, noncompliant anatomical canal. This leads to clinically apparent entrapment neuropathy with pain and paresthesias in distribution of the affected nerve, progressing to motor weakness and muscle atrophy. The most common peripheral nerve entrapment is carpal tunnel syndrome found in 0.5 to 3% of the population. In the US, patients with entrapment neuropathies make up 10 to 20% of all neurosurgical cases. Deformities resulting from bone fractures or arthritis may account for chronic nerve compression as found in the classic tardy ulnar palsy. Not unusually, nerves are compressed by atypical anatomical structures such as Struthers ligament (median nerve), arcades of Struthers (ulnar nerve) or arcade of Fröhse (radial nerve). Superficially located nerves are vulnerable to direct trauma during the routine daily activities as this is the case with the ulnar nerve at the elbow and with the superficial lateral femoral nerve in patients wearing tight jeans. Entrapment neuropathies are frequently associated with pregnancy and acromegaly, with metabolic disorders (diabetes mellitus, alcoholism, chronic hemodialyses) and with hereditary neuropathy with liability to pressure palsies (HNPP), the condition showing autosomal dominant inheritance and caused by the deletion of a segment of chromosome 17p11.2-12 which contains peripheral myelin protein-22 gene (PMP22). Following general considerations, the clinical symptoms and etiology of carpal tunnel syndrome, pronator teres syndrome, anterior interosseous nerve syndrome, entrapment of the ulnar nerve at the elbow and at the wrist and hand, posterior interosseous nerve syndrome, Wartenberg syndrome, thoracic outlet syndrome, entrapment of the suprascapular and musculocutaneous nerves, Roth syndrome, tarsal and anterior tarsal tunnel syndromes, neuropathies of peroneal nerves and saphenous nerve as well as Morton’s neuroma were reviewed in detail.Istotą zespołów cieśni jest uszkodzenie nerwu obwodowego będące następstwem ucisku w wąskim i niepodatnym na rozciąganie kanale anatomicznym. Występująca wówczas neuropatia z uwięźnięcia objawia się najpierw bólem i parestezjami w polu unerwienia danego nerwu, następnie osłabieniem czucia powierzchniowego, a w zaawansowanych przypadkach także niedowładami i zanikami mięśni. Najczęściej występującą neuropatię z uwięźnięcia - zespół cieśni nadgarstka stwierdza się u 0,5-3% populacji. W USA chorzy z zespołami cieśni stanowią 10-20% pacjentów spotykanych w praktyce neurochirurgicznej. Zespołom cieśni sprzyjają urazy kostno-stawowe, jak to ma miejsce w tzw. opóźnionym uszkodzeniu nerwu łokciowego. Niekiedy nerwy bywają uciskane przez nietypowe struktury anatomiczne, takie jak np. więzadło Struthersa (nerw pośrodkowy), arkady Struthersa (nerw łokciowy) czy arkada Frohse’a (nerw międzykostny tylny). Istotną rolę odgrywa także ucisk z zewnątrz, np. na nerw łokciowy w okolicy łokcia lub nerw skórny boczny uda przez ciasne dżinsy. Rozwojowi neuropatii z uwięźnięcia sprzyjają również zmiany hormonalne (ciąża, akromegalia), metaboliczne (cukrzyca, alkoholizm, przewlekła dializoterapia) oraz tzw. dziedziczna neuropatia ze skłonnością do uciskowych uszkodzeń nerwów, dziedziczona autosomalnie dominująco, a spowodowana delecją 17p11.2-12 wywołującą zmniejszoną ekspresję genu odpowiedzialnego za syntezę jednego z białek mieliny nerwów obwodowych (PMP22). W części szczegółowej omówiono objawy kliniczne i patogenezę zespołów: cieśni nadgarstka, mięśnia nawrotnego obłego, nerwu międzykostnego przedniego, cieśni nerwu łokciowego w okolicy łokcia, kanału Guyona, nerwu międzykostnego tylnego, Wartenberga, otworu górnego klatki piersiowej, nerwu nadłopatkowego, nerwu mięśniowo-skórnego, Rotha, kanału kostki przyśrodkowej, cieśni nerwu strzałkowego wspólnego, przedniego cieśni stępu, nerwu strzałkowego powierzchownego, nerwu udowo--goleniowego i nerwoból Mortona

Badania kliniczno-molekularne w oponiakach

Cel: Celem pracy była ocena częstości występowania delecji na chromosomach 1., 9., 10., 14., 18. i 22. w 75 łagodnych i 15 atypowych oponiakach oraz skorelowania ich z niektórymi danymi klinicznymi. Materiał i metoda: Sparowane próbki prawidłowego, pochodzącego z leukocytów krwi obwodowej DNA oraz DNA oponiaka zostały zbadane pod kątem utraty heterozygotyczności (LOH) za pomocą 24 markerów mikrosatelitarnych i techniki reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Materiał pochodził od chorych operowanych. Wyniki: Analiza statystyczna wykazała, że delecje na chromosomach 14. i 18. były w istotny sposób związane ze stopniem WHO oponiaków (odpowiednio p=0,048 i p=0,03). Co więcej, LOH na chromosomie 14. był istotnie statystycznie związany z rozmiarem oponiaka (p=0,048), jako że ryzyko wzrostu nowotworu o średnicy powyżej 4 cm było 6-krotnie większe niż ryzyko rozwoju mniejszego guza. Najczęściej występującą nieprawidłowością genetyczną w oponiakach jest LOH na chromosomie 22., co zostało potwierdzone w przedstawionym materiale, w którym zmianę tę zaobserwowano w 66% przypadków. Występował silny związek pomiędzy zmianami na chromosomie 22. a podtypem histologicznym nowotworu. Utrata heterozygotyczności na chromosomie 22. była częstsza w oponiakach włóknistych niż w meningotelialnych (p=0,001). Ponadto obserwowano związek pomiędzy obecnością LOH na 22. chromosomie a umiejscowieniem oponiaka: częstość LOH w guzach podstawy czaszki była znacząco mniejsza w porównaniu z oponiakami przystrzałkowymi (p=0,0004). Wnioski: Powyższe wyniki wskazują, że utrata heterozygotyczności na chromosomach 9., 10., 14., 18. i 22. może mieć związek z patogenezą i progresją oponiaka

Rola odbarczenia kostnego czaszki w udarze niedokrwiennym

Tak zwany złośliwy udar niedokrwienny – przebiegający z nasilonym obrzękiem, powodującym ciasnotę wewnątrzczaszkową – obarczony jest znaczną śmiertelnością i ryzykiem trwałych ubytków neurologicznych. W artykule omówiono historię kraniektomii odbarczającej i zebrano aktualne poglądy na jej zastosowanie w leczeniu takiego typu udaru – zarówno nadnamiotowego, jak i dotyczącego móżdżku. Przedstawiono technikę wykonania odpowiednich zabiegów i omówiono ich powikłania. Szczególną uwagę poświęcono przeglądowi wyników prospektywnych badań randomizowanych: DECIMAL, HAMLET oraz DESTINY I i II. Ugruntowały one rolę leczenia chirurgicznego chorych z udarem z dorzecza tętnicy środkowej mózgu. W przypadkach, w których stan neurologiczny pogarsza się mimo terapii zachowawczej, operacja odbarczająca – zwłaszcza przeprowadzona w ciągu pierwszych 48 godzin trwania choroby, przed załamaniem się stanu chorego – znacznie poprawia rokowanie. Niemniej szereg kwestii wymaga dalszych badań. Chodzi zwłaszcza o ustalenie granicy wieku chorych kwalifikujących się do zabiegu, określenie ścisłych wskazań klinicznych i radiologicznych do jego przeprowadzenia, również w przypadkach wcześniejszych prób trombolizy lub mechanicznego udrożnienia tętnicy, a także o wypracowanie standardów związanych z uzyskiwaniem zgody na operację. Do tej pory nie przeprowadzono prospektywnych badań randomizowanych oceniających skuteczność leczenia operacyjnego udarów podnamiotowych. Mimo to zaleca się wykonywanie odbarczenia w przypadkach nieskutecznego leczenia zachowawczego, zwłaszcza w razie wystąpienia zaburzeń przytomności. Wyniki wydają się tym lepsze, im lepszy był stan pacjenta w momencie operacji. Drenaż komorowy jako jedyna metoda odbarczenia nie wydaje się wskazany, a zasadność jego zastosowania jako wstępu do kraniektomii podpotylicznej pozostaje przedmiotem dyskusji

Cerebral abscess

The advent of CT/MRI and modern antibiotics along with the progress in surgical techniques made both diagnosis and management of brain abscesses easier and safer. Nonetheless they remain one of the most challenging lesions, both for surgeons and internists. Atypical bacterial and fungal abscesses are frequently due to chemotherapy, immunosuppression, HIV infection, or prolonged antibiotic therapy. This paper gives an account of epidemiology, aetiology and pathogenesis of cerebral abscesses, discusses stages of the infection and stadia of the abscess formation as well as immune response, clinical presentation, diagnosis, management and prognosis. The specific clinical picture of mucormycotic abscesses and those caused by Aspergillus sp., Nocardia sp. and Scedosporium apiospermum were addressed, as were the contemporary MR techniques – diffusion weighted images (DWI) and proton spectroscopy (MRS). Up-to-date there has been no randomised controlled clinical trial comparing two methods of surgery: tap and aspiration versus excision. The review of the literature allowed a presentation of recommended management variants. Currently, mortality in brain abscesses decreased down to 17–32%. From 20% to 70% of patients have permanent neurological sequelae, often (30–50%) epilepsy. Immunosuppression and comorbidities, initial neurological status, and intraventricular rupture are significant factors influencing the outcomes of patients.Rozwój badań obrazowych (CT i MRI), wprowadzenie nowoczesnej antybiotykoterapii, a także postępy techniki chirurgicznej sprawiły, że rozpoznanie oraz leczenie ropni mózgu stało się łatwiejsze i bezpieczniejsze. Mimo to w dalszym ciągu stanowią one poważne wyzwanie dla klinicystów. Szczególnie ważnym zagadnieniem są atypowe ropnie bakteryjne, jak również ropnie grzybicze, występujące zwykle u chorych poddawanych chemioterapii, immunosupresji, zakażonych HIV oraz po długotrwałym leczeniu antybiotykami. W pracy omówiono epidemiologię, etiologię i patogenezę ropni mózgu, stadia zakażenia oraz związane z nimi fazy rozwoju ropnia, mechanizmy obronne organizmu, a także objawy kliniczne, diagnostykę, leczenie i rokowanie. Zwrócono uwagę na swoisty obraz kliniczny ropni mukormykotycznych, kropidlakowych oraz wywołanych przez Nocardia sp. i Scedosporium apiospermum, jak również na współczesne techniki MRI znajdujące zastosowanie w rozpoznaniu różnicowym ropni – dyfuzję i spektroskopię. Jak dotąd nie przeprowadzono randomizowanego badania klinicznego porównującego dwie metody leczenia chirurgicznego: aspirację i usunięcie ropnia. Przedstawiono dane z piśmiennictwa na ich temat, dokonując przeglądu zalecanych sposobów postępowania. Współcześnie śmiertelność w przypadku ropnia mózgu zmalała do 17–32%. Od 20 do 70% chorych ma trwałe następstwa neurologiczne, często (30–50%) padaczkę. Najważniejsze czynniki wpływające na rokowanie to: obecność zaburzeń odporności, choroby współistniejące, stan neurologiczny przy przyjęciu do szpitala i przebicie się ropnia do układu komorowego