Caracterización cerebral del área anorrectal mediante estudio de neuroimagen con resonancia magnética funcional cerebral: nuevas opciones diagnósticas en el manejo de la incontinencia fecal

Abstract

La incontinencia fecal es una patología con una prevalencia elevada y que todavía no tiene un tratamiento plenamente satisfactorio. La actividad voluntaria del esfínter anal desempeña un papel importante en la continencia fecal. Esta función está regulada por una extensa red de estructuras del sistema nervioso, la mayoría de las cuales son desconocidas. Desajustes funcionales en estas estructuras o vías pueden determinar la aparición de incontinencia fecal. Por tanto, para caracterizar más a fondo las bases neurobiológicas de la incontinencia fecal es necesario el desarrollo de protocolos de neuroimagen capaces de estudiar el funcionamiento de esta red. El objetivo del estudio fue desarrollar un protocolo de neuroimagen con resonancia magnética funcional para determinar las áreas cerebrales involucradas en el control anorrectal en mujeres sanas, creando un modelo para compararlo con mujeres con incontinencia fecal. Este estudio presenta los resultados de un nuevo protocolo de resonancia magnética funcional basado en la manometría para evaluar pacientes con problemas de continencia. Los registros manométricos se utilizaron para construir análisis de resonancia magnética funcional optimizados para cada sujeto, los cuales dibujaron las regiones cerebrales implicadas en la contracción anal voluntaria. Se incluyeron 12 mujeres sanas y 12 mujeres con incontinencia fecal. Los dos grupos eran homogéneos y muy similares y comparables. Se obtuvieron series de 120 imágenes cerebrales EPI-BOLD en un escáner de resonancia magnética de 1,5 Tesla. Durante el estudio, los sujetos fueron preparados para realizar 8 contracciones voluntarias del esfínter anal de 10 segundos espaciadas por 20 segundos de descanso. Se desarrolló especialmente un manómetro anal compatible con resonancia magnética y fue utilizado para registrar la contracción voluntaria del esfínter anal externo. El análisis de las imágenes se hizo utilizando el software SPM8. Se construyeron modelos lineales generales individualizados utilizando los registros manométricos anales como regresor. Se identificaron las estructuras cerebrales vinculadas con las contracciones anales esfinterianas ajustando el modelo lineal general a las imágenes de resonancia magnética funcional y se obtuvieron mapas de intensidad de activación relacionados con cada sujeto. Un segundo nivel de análisis produjo estadísticos de grupo. Al registrar los datos manométricos en tiempo real se aumenta la sensibilidad y la precisión del estudio. El análisis de las imágenes de resonancia magnética funcional en mujeres sanas reveló la presencia de activaciones significativas en el córtex motor primario medial (activación máxima T= 10,5; p< 0,000001), en la ínsula bilateral (T= 9,6; p< 0,000001), en el área motora suplementaria (T=8,4; p< 0,000002), en el núcleo putamen bilateral (T= 7,9; p< 0,000004), y en el cerebelo (T= 11,8; p< 0,000001). Así, se creó un patrón de control el cual se comparó posteriormente con el patrón obtenido en el grupo de pacientes con incontinencia fecal. La ratio del patrón de activación de las dos principales áreas cerebrales implicadas en el modelo (área motora primaria y área motora suplementaria) fue significativamente diferente entre los grupos (grupo control: 0,76±0,26; grupo pacientes: 1,32±0,32, p=0,001). Por tanto, este protocolo de resonancia magnética funcional con manometría anal ha sido capaz de dibujar las regiones cerebrales vinculadas a la contracción voluntaria del esfínter anal en sujetos sanos y obtener un patrón común. El grupo de sujetos sanos, comparado con mujeres con incontinencia fecal, no presentó el mismo perfil de activación cerebral después de la aplicación de este protocolo de neuroimagen. Se necesitarán estudios más exhaustivos y series de pacientes más amplias para obtener más resultados y conclusiones para ser utilizadas en el futuro en la práctica clínica y en el tratamiento de pacientes con incontinencia fecal.

Fecal incontinence is a high prevalence pathology and its treatment still remains unsatisfying. Voluntary anal sphincter activity plays an important role in fecal continence. This function is driven by an extended network of nervous system structures, most of which are unknown. Functional disturbances in these structures or pathways may determine the occurrence of fecal incontinence. Therefore, development of protocols able to functionally assess this network according to neuroimaging is needed to further characterize the neurobiological basis of fecal continence. The aim of the study was to develop a neuroimaging protocol with functional magnetic resonance imaging to determinate the cerebral areas involved in anorectal control in healthy women, creating a model to compare with patients with fecal incontinence. This study presents the results of a novel manometry-based functional magnetic resonance imaging protocol to evaluate patients with continence problems. Manometry recordings were used to build subject-optimized fMRI analyses which mapped brain regions known to participate in voluntary anal contraction. The study included 12 healthy women and 12 women with fecal incontinence. Both groups were homogeneous and very similar and comparable. A series of 120 whole-brain EPI-BOLD images were obtained in a 1.5 Tesla magnetic resonance imaging scanner. During imaging, subjects were cued to perform eight 10-seconds of voluntary anal sphincter contractions spaced by 20-seconds of rest periods. An MRI-compatible anal manometer was developed in-house and was used to register voluntary external anal sphincter contraction. Image analysis was done using SPM8 software. Individualized general linear models were built using the anal manometry recordings as a regressor. The brain structures that were linked to anal sphincter contractions were identified by fitting the general linear models to the functional magnetic resonance images and subject-wise activation strength maps were obtained. Second-level analysis provided group statistics. Recording manometric data in real time increases the sensitivity and the accuracy of the study. Functional magnetic resonance imaging analysis in healthy women revealed significant activations in medial primary motor cortices (peak activation T value=10.5; p< 0.000001), bilateral insula (T=9.6; p< 0.000001), supplementary motor area (T=8,4; p< 0.000002), bilateral putamen (T=7.9; p< 0.000004), and cerebellum (T=11.8; p< 0.000001). So, we created a control pattern which was subsequently compared with the pattern in the group of patients with fecal incontinence. The ratio of activation pattern of two main cerebral areas involved in the model (primary motor area and supplementary motor area) was significant different between groups (control group: 0.76±0.26; patients group: 1.32±0.32, p=0.001). Therefore, this fMRI-anal manometry protocol has been able to map the brain regions linked to voluntary anal sphincter contraction in healthy subjects to develop a common pattern. Group of healthy subjects, compared to women with fecal incontinence, did not present the same cerebral activation profile after application of this neuroimaging protocol. Further studies and larger series of patients are warranted to obtain more results and conclusions to be used in the future in clinical practice and treatment of patients with fecal incontinence.