Alzheimer

Silmät ovat terveyden peili

Tulevaisuutesi piilee syvällä silmissäsi. Laserien, elektrodien ja algoritmien avulla on paljastettu, että esimerkiksi Alzheimerin tauti, MS-tauti ja skitsofrenia näkyvät silmissä jo paljon ennen kuin ne aiheuttavat oireita, jotka potilas itse tai lääkäri voi tunnistaa.

Tulevaisuutesi piilee syvällä silmissäsi. Laserien, elektrodien ja algoritmien avulla on paljastettu, että esimerkiksi Alzheimerin tauti, MS-tauti ja skitsofrenia näkyvät silmissä jo paljon ennen kuin ne aiheuttavat oireita, jotka potilas itse tai lääkäri voi tunnistaa.

Shutterstock

Lääkäri asettaa varovasti pienen piilolinssiä muistuttavan elektrodin potilaan silmän päälle ja kiinnittää hänen poskeensa teipinpalalla toisen elektrodin.

Sitten lääkäri pyytää potilasta katsomaan kädessä pidettävään laitteeseen, joka lähettää valoa nopeasti toisiaan seuraavina välähdyksinä.

Vähän ajan päästä tutkimus on ohi, ja sen tulos näkyy heti näytöllä joukkona aaltomaisia käyriä.

Lääkäri tulkitsee ne siinä samassa ja voi kertoa tutkimalleen nuorelle naiselle, että hän sairastuu hyvin todennäköisesti lähivuosina skitsofreniaan, vaikka hän ei nyt oireilekaan millään tavalla. Lääkäri suosittelee hänelle ehkäisevää hoitoa.

Viime vuosien aikana on tapahtunut lääketieteellis-tekninen vallankumous: pienet elektrodit, laserit ja kehittyneet algoritmit ovat tehneet ensimmäistä kertaa mahdolliseksi havainnoida silmän hermoimpulsseja yksityiskohtaisesti ja nähdä syvälle verkkokalvon sisempiin kerroksiin.

Uudet tekniikat ovat antaneet mullistavaa tietoa, jonka ansiosta voidaan saada vihiä skitsofrenian lisäksi vaikkapa MS- ja Alzheimerin taudista jo monta vuotta ennen oireilun alkamista.

Verisuonet ennakoivat dementiaa

Tutkijat alkoivat selvittää silmien ja aivojen välistä yhteyttä jo 1990-luvun alussa. Silloin 12 317 iältään 50–73-vuotiasta miestä ja naista osallistui laajaan yhdysvaltalaistutkimukseen, jonka tavoitteena oli kartuttaa valtimotautia koskevaa tietoa

10 kerroksesta koostuva verkkokalvo sisältää mm. näkö- ja hermosoluja.

Lukuisissa USA:n sairaaloissa otettiin yksityiskohtaisia kuvia osallistujien verkkokalvojen pienistä verisuonista ja testattiin samassa yhteydessä muistin toimintaa, tiedonkäsittely- ja ongelmanratkaisukykyä sekä kielellisiä valmiuksia.

Kaikkiaan 256 koehenkilöltä löydettiin verkkokalvon muutoksia, kuten verenvuotoja. Sen vaurioiden ja henkisen suorituskyvyn välillä ei tässä vaiheessa ilmennyt tilastollisesti merkitsevää yhteyttä.

Kun asiaan palattiin 20 vuotta myöhemmin, tutkimukseen osallistuneista piirtyi esiin aivan erilainen kuva.

Kaikkien henkinen suorituskyky oli huonontunut vanhemmiten, mutta se joukko, jolta oli löydetty verkkokalvon muutoksia, selvisi testistä puolet huonommin keskiarvoon verrattuna.

Yhdysvaltalainen vanhenemisen tutkija Jennifer Deal ja hänen kollegansa totesivat vuonna 2018 julkistamansa tutkimustuloksen tarkoittavan käytännössä 99,99 prosentin varmuudella, että verkkokalvon vauriot ennakoivat myöhempää henkisen suorituskyvyn huononemista.

Tämä kehityskulku on puolestaan usein varsinaisen dementiasairauden esivaihe. Esimerkiksi mikäli henkilöllä on todettu – terveydenhuollon ammattikielellä ilmaistuna – lievä kognitiivinen heikentyminen ja muistioireita, hän sairastuu 50 prosentin todennäköisyydellä Alzheimerin tautiin 2,5 vuodessa.

Tutkijat ovat yrittäneet vuosikymmeniä löytää tehokkaan keinon hoitaa Alzheimerin tautia, jossa aivokudos tuhoutuu, mutta tulokset ovat jääneet laihoiksi.

Ratkaisun avain lienee sairauden varhaisessa toteamisessa, ja silmien verisuoniston tutkimus voi olla askel eteenpäin.

Menetelmä ei ole vielä riittävän tarkka, jotta sillä pystytään varmasti seulomaan tulevat Alzheimer-potilaat, mutta joukko uusia tekniikoita saattaa tarjota lääkäreille ne puuttuvat työvälineet, joilla he kykenevät arvioimaan sairastumisriskin luotettavasti vain silmiin katsomalla.

Haitallinen proteiini iskee silmiin

Arsenaaliin kuuluu nykyään valokerroskuvaus (OCT, optical coherence tomography), jossa skannataan laserilla verkkokalvon eri hermosoluja ja verisuonia sisältävät kerrokset ja annetaan algoritmien koostaa mittausten pohjalta kudoksen tarkka kolmi-
ulotteinen kuva.

Yhdysvaltalainen silmälääkäri Sharon Fekrat ja hänen kollegansa selvittivät vuonna 2019 tällä menetelmällä, millä tavalla Alzheimer-potilaiden ja taudin esivaiheessa olevien henkilöiden silmät eroavat terveiden ihmisten silmistä.

Fekrat käytti OCT:n sovellusta, joka seuraa punasolujen liikettä verisuonissa. Sen avulla hän pystyi määrittämään verkkokalvon verenkierron ja toteamaan, saavatko sen hermosolut riittävästi happea ja ravintoa.

Silmän valokerroskuvaus (OCT) antaa tietoa verkkokalvon verisuonistosta. Nämä kuvat paljastavat Alzheimerin taudin tuhoavan silmien verisuonia.

© Duke Eye Center

Terve aikuinen

© Duke Eye Center

Alzheimer-potilas

Tutkimuksen mukaan Alzheimer-potilailla veri virtasi verkkokalvon pienissä verisuonissa normaalia huonommin.

Taudin esivaihe ei sen sijaan näkynyt huonontuneena verenkiertona, mutta sillekin oli tunnusmerkillistä Alzheimer-potilailla selvästi näkyvä hermosolukerrosten ohentuminen.

125 miljoonaa – niin monta valoherkkää näkösolua on verkkokalvossa.

Lääkäri Giuseppe Querquesin johtama italialainen tutkijaryhmä meni vielä askeleen pidemmälle. Italialaiset käyttivät ensin valokerroskuvausta, eivätkä hekään löytäneet sillä eroa terveiden ja Alzheimerin taudin esivaiheessa olevien henkilöiden väliltä.

Kun he sovelsivat toista kuvausmenetelmää, DVA:ta (dynamic vessel analysis), joka mittaamalla nopeasti toisiaan seuraavien välähdysten heijastuksia verkkokalvon verisuonista paljastaa näiden supistumisen ja laajentumisen sydämen pumpatessa verta, kävi ilmi, että Alzheimerin taudin esivaiheessa olevien henkilöiden verisuonien joustavuus oli pienentynyt 40 prosenttia verrattuna terveisiin.

Alzheimer-potilailla kovettuminen oli kuitenkin edennyt vielä paljon pitemmälle, sillä verisuonet todettiin kutakuinkin joustamattomiksi.

Querquesin tutkijaryhmä teki toisenkin tärkeän havainnon.

Alzheimer-potilailla on aivokudoksessaan beeta-amyloidiplakeiksi kutsuttuja proteiinikertymiä. Ne vahingoittavat hermosoluja.

© Shutterstock

Verisuonien kovettuminen ja haittaproteiini beeta-amyloidin kertyminen aivo-selkäydinnesteeseen näyttivät kulkevan käsi kädessä. Beeta-amyloidi tuhoaa hermosoluja ja verisuonia, ja se on keskeisessä asemassa Alzheimerin taudin kehittymisessä.

Osa tutkijoista pitää mahdollisena, että juuri beeta-amyloidi liittää Alzheimerin taudin silmien verisuonimuutoksiin. Koska verkkokalvo on käytännössä aivojen uloke, silmät ovat tekemisissä aivo-selkäydinnesteen kanssa. Siksi beeta-amyloidin kasautumisella aivoissa voi olla pian näkyviä vaikutuksia verkkokalvon suonissa.

MS-tauti kutistaa verkkokalvon

Alzheimerin tauti ei ole suinkaan ainoa silmiä muuttava sairaus. Useissa viimeaikaisissa tutkimuksissa on saatu näyttöä siitä, että verkkokalvo vihjaa muun muassa MS-taudista.

Siinä keskushermoston hermosolujen viejähaarakkeet menettävät myeliinitupeksi kutsutun eristävän rasva-ainekerroksensa. Siitä puolestaan on seurauksena hermoimpulssien kulun hidastuminen.

© Shutterstock

Laserit ja algoritmit luovat kuvan silmästä

Infrapunalasersäde porautuu verkkokalvoon ja saa aikaan heijastuksia, jotka ilmaisin ottaa vastaan. Uusilla tekniikoilla voidaan nyt muodostaa kolmiulotteisia kuvia silmästä ja testata näkösolujen toimintaa.

Vuonna 2017 italialainen neurologi Roberta Lanzillo todisti OCT:n avulla, että MS-tauti harventaa verkkokalvon verisuonistoa ja ohentaa verkkokalvon hermosolukerrosta.

Koska muissakin tutkimuksissa on saatu samansuuntaisia tuloksia, voidaan olettaa, että hermosolukerros ohentuu vähitellen taudin edetessä oireiseen vaiheeseen, jossa potilas kärsii esimerkiksi tunto-, näkö- ja puhehäiriöistä, lihasheikkoudesta ja kouristuksista.

Lanzillon havainto tukee käsitystä, jonka mukaan silmänpohjakuvauksilla voidaan löytää MS-tauti jo varhaisvaiheessa.

Epäily mahdollisuudesta vahvistui jo vuonna 2017 päättyneessä tutkimuksessa.

Valokerroskuvauksella saadaan verkkokalvon poikkileikkauskuva, jossa erottuvat kaikki päällekkäiset rakenteet. Esimerkiksi MS-tauti ilmenee hermosolukerroksen ohentumisena (ylinnä).

© ISM/SPL

Espanjalainen silmälääkäri José Abalo-Lojo seurasi viiden vuoden ajan valokerroskuvauksen avulla verkkokalvon paksuudessa terveillä ja MS-tautia sairastavilla tapahtuvia muutoksia ja totesi verkkokalvon ohentuvan vähitellen, sairastipa henkilö MS-tautia tai ei.

Ryhmien välillä oli kuitenkin selvä ero kehityksen vauhdissa: MS-potilailla ohentuminen etenee kaksi kertaa niin nopeasti kuin terveillä. Tämä tarkoittaa, että määrittämällä verkkokalvon paksuus saadaan vihiä siitä, onko henkilö sairastunut tai sairastumassa MS-tautiin.

Skitsofrenia heikentää näkösoluja

Sekä Alzheimerin tauti että MS-tauti aiheuttavat fyysisiä muutoksia aivoissa, ja niiden yhteys silmiin on varsin konkreettinen. Hieman yllättävämpää on se, että myös psyykkiset sairaudet, kuten masennus ja skitsofrenia, voivat näkyä verkkokalvossa.

Tutkimusten mukaan psyykkiset sairaudet vaikuttavat verkkokalvon valoherkkyyteen. Silmälääkäri Laura Balcer pitää mahdollisena selityksenä sitä, että näköaisti on yhteydessä suurimpaan osaan aivoista.

Noin puolet aivojen 86 miljardista hermosolusta osallistuu näköärsykkeiden käsittelyyn, ja siksi aivojen epätasapaino voi helposti vaikuttaa näkökykyyn.

10 miljoonaa viestiä sekunnissa lähettävät aivoille verkkokalvon hermosolut.

Vuonna 2010 kanadalainen neurologi Marc Hébert kollegoineen osoitti, että verkkokalvon sähkötoiminnan tutkimuksella (ERG, elektroretinografia) voidaan seuloa nuoria henkilöitä, joilla on taipumus sairastua skitsofreniaan tai kaksisuuntaiseen mielialahäiriöön.

ERG mittaa sen sähköisen hermoimpulssin voimakkuuden, jonka verkkokalvo lähettää näköhermoon reagoidessaan valoon.

Sähköviestintä rekisteröityy aaltomaisena käyränä, ja ensimmäinen aallonpohja ilmaisee verkkokalvon valoherkkien sauva- ja tappisolujen osuuden. Seuraava aallonharja puolestaan paljastaa hermoimpulssia työstävien verkkokalvon hermosolujen panoksen.

Lisäksi käsiskanneria käyttävä lääkäri voi valita, mittaako hän värien näkemiseen erikoistuneita tappisoluja vai sauvasoluja, jotka aistivat valon voimakkuuden harmaan eri vivahteina ja toimivat myös hämärässä.

Hébert totesi, että niillä nuorilla, joilla on suuri riski sairastua skitsofreniaan tai kaksisuuntaiseen mielialahäiriöön, sauvasolujen signaaleja välittävät hermosolut viestivät selvästi normaalia heikommin. Lisäksi hän havaitsi tappisolujen ja niihin liittyvien hermosolujen viestinnän kangertelevan.

Toisen ERG-tutkimuksensa Hébert teki vakavaa masennusta kärsivillä koehenkilöillä – ja sai toisenlaisen tuloksen. Masennus ei näkynyt ainoastaan sähkösignaalien heikkoutena, vaan se ilmeni myös viestinnän huomattavana hidastumisena.

Hébertin havainnot viittaavat siihen, että kaikilla psyykkisillä sairauksilla ja niiden eri vaiheilla on tunnusmerkillinen ERG-profiili.

Niinpä tekniikkaa voidaan todennäköisesti hyödyntää ennen pitkää henkilön terveydentilan arvioinnissa, mielenterveysongelman varhaisdiagnosoinnissa ja psyykeä tukevan hoito-ohjelman suunnittelussa.

Vasta-ainehoito tyrmää haitallisen proteiinin ja hidastaa Alzheimerin tautia. Menetelmä ei ole lunastanut toiveita, mutta varhaisempi diagnoosi voi parantaa tulosta ratkaisevasti.

© Shutterstock & Lotte Fredslund

Proteiini vaurioittaa silmän verisuonia

Haitallista beeta-amyloidia alkaa kertyä aivoihin jo ennen Alzheimerin taudin varsinaista puhkeamista. Proteiini vahingoittaa hermosoluja, ja lisäksi sitä kiinnittyy verisuonien sisäpintaan tuhoisin seurauksin. Verisuonet alkavat esimerkiksi vuotaa. Beeta-amyloidi ja verisuonivauriot vaikuttavat aivoihin aluksi vain vähän, eikä tunnistettavia oireita vielä esiinny.

© Shutterstock & Lotte Fredslund

Silmän skannaus paljastaa muutokset

Beeta-amyloidi hakeutuu näköhermoa pitkin verkkokalvoon. Siellä haittaproteiinille altistuu verisuonisto. Pienten verisuonien joustavuus vähenee, joten ne laajenevat ja supistuvat huonommin, kun veri virtaa niissä. Verkkokalvon verisuonien toiminnan muutokset voidaan todeta DVA- eli dynamic vessel analysis -kuvauksella. Näin päästään aikaisin alkavan Alzheimerin taudin jäljille.

© Shutterstock & Lotte Fredslund

Vasta-aine torjuu proteiinin terveyshaittoja

Ehkäisevä hoito perustuu vastaaineeseen, joka sitoutuu beeta-amyloidiin ja estää näin sitä horjuttamasta terveyttä. Alzheimerin taudin kehitys ainakin hidastuu ellei pysähdy.

Silmät kertovat seksitaudeista

Uusissa tekniikoissa piileviä mahdollisuuksia ei voida käyttää vielä täysimittaisesti hyväksi, koska niiden tarkkuus ei riitä esimerkiksi Alzheimerin taudin tai MS-taudin määrittämiseen luotettavasti. Ongelmallista on se, että monet eri sairaudet vaikuttavat silmiin samantapaisesti, joten vaihtoehtoisia diagnooseja on tarjolla liikaa.

Vain jos menetelmiä onnistutaan kehittämään eteenpäin, sairaudet kyetään erottamaan varmasti toisistaan.

Tavoitteena on optimoida löytöjä tulkitsevat algoritmit, muuttaa valokerroskuvauksessa lasersäteiden aallonpituuksia ja voimakkuuksia ja hienosäätää niitä peilejä, jotka ohjaavat laseria.

VIDEO: Verkkokalvo kahdessa minuutissa

Tarkempi kuva silmästä mahdollistaa myös muiden kuin aivoperäisten sairauksien määrittämisen. Tutkitusti muun muassa sydän- ja verisuonitaudit vahingoittavat silmien verisuonia, herpes ja klamydia voivat aiheuttaa silmätulehduksen, reuma ja sidekudossairaudet saattavat aiheuttaa muutoksia väri- ja suonikalvoon ja veren suuri kolesterolipitoisuus voi saada aikaan vaalean kehän sarveiskalvoon.