White matter alterations and cognitive assessment in hypertensive patients without damage at conventional neuroimaging

Hypertension is a public health problem affecting one third of world population according to the latest estimation of World Health Organization and these estimates are increasing considering diagnoses in non-industrialized countries. Hypertension has a long pre-symptomatic phase with initial damage of target organs: heart, kidney, vasculature and brain. Hypertension is the major risk factor for acute diseases such as cerebrovascular accidents and for chronic disease such as neurodegenerative pathologies first vascular dementia. An early phase that can likely lead to dementia, called vascular cognitive impairment, has been observed. Hypertension has been found to affect levels of attention and concentration and secondarily memory since early studies. In routinely clinical practice, assessing cognitive functions in hypertension is not usual and when this happens it is because patients or their families report deficits, an already evident phase of cognitive impairment. The objective of this research project was to assess cognition in hypertensive patients who did not report any damages in cortical white matter and to correlate the cognitive assessment with the MRI-DTI fiber tracking parameters, to identify biomarkers that can predict the future structural damage of the cortex. To pursue this goal, subjects admitted at our outpatients’ facility – Regional Excellence Hypertension Center of the Italian Society of Hypertension, affiliated to the Department of Neurological Complications of Cardiovascular Diseases of I.R.C.C.S. Neuromed - were recruited. All patients who did not report previous damage or neurological diseases and who had no cardiovascular problems except for arterial hypertension were included in the study. After collecting the medical history and the informed consent, patients underwent MRI sequences to exclude those with cerebral cortex damages, then they underwent DTI sequences with the related parameters FA, MD, AD and RD. All recruited patients were subjected to the same procedures: blood pressure measurements, blood collection, ultrasonographic analyses for cardiac and vascular imaging, cognitive assessment. These procedures were necessary to include in this study only subjects with no overt signs of end organ damage or dementia. To this aim tests that could fit the need to better assess cognitive functions in the cardiovascular field were selected: first, MoCA battery of test, considered a diagnostic gold standard tool to evaluate cognition in cardiovascular diseases. Along with this battery, each patient underwent a questionnaire for the autonomy in every day activity (IADL), a learning test, a semantic fluency test and the Stroop test. Results in cognitive assessment showed that hypertensive patients perform worse in MoCA test, in anterograde learning test and in Stroop test compared to control group. Moreover, significant alterations in the parameters of associative (SLF), projection (ATR) and callosal (FMI) fibers emerged from the fiber tracking analyses. These alterations are implicated in executive functions, in memory and in processing information speed. Correlation analyses pointed out the relation between MoCA and both SLF and ATR fibers, MoCA and hypertension duration and Stroop test and FMI fibers. Overall, WM fiber-tracking on MRI make it possible to detect an early marker of damage in hypertension, and in perspective this method could be precious to identify new approaches in preventing vascular dementia.

Il progetto di ricerca riportato nella presente tesi riguarda lo studio del danno cognitivo causato dall’ipertensione in relazione al danno della sostanza bianca sottocorticale. Scopo principale del progetto è stato quello di effettuare una valutazione di marcatori precoci di decadimento cognitivo in pazienti con ipertensione arteriosa attraverso tecniche di neuroimaging basate sul tensore di diffusione. Nello specifico, è stato condotto uno studio caso-controllo articolato selezionando pazienti ambulatoriali afferenti al Dipartimento di Angio Cardio Neurologia e Complicanze Neurologiche delle Malattie Internistiche presso I.R.C.C.S. Neuromed, che hanno acconsentito tramite consenso informato, di partecipare al progetto di ricerca. I pazienti ipertesi e il relativo campione di controllo normoteso sono stati sottoposti tutti alla medesima procedura: raccolta anamnesi prossima e remota, acquisizione dati di risonanza magnetica con particolari sequenze di DTI, misurazione pressoria, prelievi ematici, ecocardiogramma, ecocolordoppler TSA e valutazione cognitiva. Il fine è stato quello di individuare il più precocemente possibile segni di danno cerebrale causato da ipertensione non altrimenti individuabile attraverso una canonica RMN encefalica. Ciò è stato possibile tramite l’analisi di trattografia e alla relativa correlazione con i dati ottenuti dalla valutazione cognitiva. Dal punto di vista cerebrale e cognitivo gli ipertesi mostravano una performance significativamente peggiore nel Montreal Cognitive Assessment (MoCA), una batteria di test specificamente disegnata per la valutazione di molteplici funzioni cognitive e validata nelle patologie vascolari, nell’apprendimento e nella velocità di processamento delle informazioni. Mediante imaging cerebrale è stato possibile osservare che, sebbene gli ipertesi non avessero anomalie riscontrabili con metodiche convenzionali, gli indici di trattografia erano significativamente ridotti (FA, MD, RD, AD). In particolare, essi mostravano un’alterazione specifica nelle fibre di proiezione correlate alle funzioni mnemoniche (Anterior Thalamic Radiation), nelle fibre di associazione coinvolte nelle funzioni esecutive (Superior Longitudinal Fasciculus), nelle fibre del sistema callosale coinvolte in compiti di velocità di processamento delle informazioni (Forceps Minor). Correlando questi dati con i dati ottenuti dalle valutazioni cognitive è emerso come le fibre di proiezione e le fibre di associazione correlano con la valutazione della performance cognitiva globale del MoCA e come le fibre callosali correlano con la performance nello Stroop Test. Altresì i punteggi ottenuti nel MoCA correlano con la durata dell’ipertensione. Maggiore è la durata dell’ipertensione, minore è il punteggio ottenuto nel MoCA. Dallo studio effettuato è possibile affermare che la metodica della trattografia rende possibile individuare segni precoci di danno cerebrale nell’ipertensione rendendo questo metodo prezioso per identificare nuovi approcci nella prevenzione della demenza vascolare.