Cerebral Pathology in Hepatolenticular Degeneration (Wilson Disease)


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Hepatolenticular degeneration (HLD), or Wilson disease, is one of the severe progressive hereditary disorders of the nervous system. A number of questions regarding its pathogenesis and pathology are the subject of in-depth research.

The aim of the study was to examine cerebral pathology and determine the leading factors in its pathogenesis in the autopsy cases of HLD.

Materials and methods. A postmortem study was carried out in 15 deceased patients (14–35 years old) with HLD. In all cases, clinical diagnosis was based on the characteristic signs of CNS and liver damage, presence of the Kayser–Fleischer corneal ring, and specific biochemical abnormalities in copper and protein metabolism. A set of histological, neurohistological, and histochemical staining methods was used, including the histochemical study of copper after the fixation of brain slices in rubeanic acid.

Results. In all cases, severe microcirculatory changes were found in the brain, characteristic of the angiotoxic component of HLD, with impaired vessel permeability and the development of persistent edema and spongiform changes in brain tissue. Changes were more often found in the basal nuclei area, as well as in the white matter of the cerebral hemispheres, cerebellum, and pons. The cytotoxic component of HLD was evident in the same regions of the brain, represented by degenerative changes in astrocytes and neurons, often ending in their death. The most frequent form of pathology was the appearance of Alzheimer type II glia with ‘naked’ nuclei, and much less frequently, Alzheimer type I glia. The histochemical study showed deposits of copper granules in the endothelial cells of microvessels, Alzheimer type II glia, and neurons – predominantly in the globus pallidus and the caudate nucleus.

Conclusion. A set of pathogenic factors plays an essential role in the pathogenesis of the brain damage in HLD: the toxic effect of copper on the brain, the damage to and impaired permeability of the blood-brain barrier, severe metabolic disturbances caused by liver failure, and brain hypoxia.

About the authors

Tat'yana S. Gulevskaya

Research Center of Neurology

Email: anufriev@neurology.ru
Russian Federation, Moscow

Roxana P. Chaykovskaya

Research Center of Neurology

Email: anufriev@neurology.ru
Russian Federation, Moscow

Pavel L. Anufriev

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: anufriev@neurology.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Konovalov N.V. Gepato-lentikulyarnaya degeneratsiya (psevdoskleroz, bolezn' Vil'sona). Pechen' i mozg [Hepato-lenticular degeneration (pseudosclerosis, Wilson's disease). Liver and brain]. Moscow, 1948. 483 p. (In Russ.)
  2. Konovalov N.V. Gepato-tserebral'naya distrofiya [Hepato-cerebral dystrophy]. Moscow, 1960. 556 p. (In Russ.)
  3. Lekar' P.G., Makarova V.A. Gepatotserebral'naya distrofiya [Hepatocerebral dystrophy]. Leningrad, 1984. 206 p. (In Russ.)
  4. Ivanova-Smolenskaya I.A. [Hepatolenticular degeneration (Wilson–Konovalov disease)]. In: Shtok V.N., Ivanova-Smolenskaya I.A., Levin O.S. (eds.). Ekstrapiramidnyye rasstroystva. Rukovodstvo po diagnostike i lecheniyu [Extrapyramidal disorders. Guidelines for diagnosis and treatment]. Moscow, 2002: 495–502. (In Russ.)
  5. Illarioshkin S.N., Ivanova-Smolenskaya I.A. [Hepatolenticular degeneration (Wilson's disease)]. In: Drozhatel'nyye giperkinezy. Rukovodstvo dlya vrachey [Shivering hyperkinesis. A guide for doctors]. Moscow, 2011: 129–135. (In Russ.)
  6. Federal'nyye klinicheskiye rekomendatsii po diagnostike i lecheniyu bolezni Wil'sona–Konovalova (gepatolentikulyarnaya degeneratsiya) [Federal clinical guidelines for the diagnosis and treatment of Wilson–Konovalov disease (hepatolenticular degeneration)]. Moscow, 2015. 61 p. (In Russ.)
  7. Vyalova N.V., Doloka D.S., Proskokova T.S., Khelimskiy A.M. [The case of hepatolenticular degeneration with “hidden” liver pathology]. Annals of Clinical and Experimental Neurology 2017; 11(2): 68–71. DOI: 0.18454/ACEN.2017.2.10. (In Russ.)
  8. Levina G.Ia. [On some morphological features of cirrhosis in hepatocerebral dystrophy (histochemical and electron microscopic studies)]. Arkh Patol 1967; 29(7): 46–52. PMID: 5603379. (In Russ.)
  9. Levina G.Ia. [On the localization of copper in the brain in hepato-cerebral degeneration]. Zh Nevropatol Psikhiatr Im S S Korsakova 1967; 67: 990–993. PMID: 4175278. (In Russ.).
  10. Starikov A.S., Obraztsova R.G. [Pathohistological characteristics of hepatocerebral dystrophy (Wilson-Konovalov disease)]. Zh Nevropatol Psikhiatr Im S S Korsakova 1981; 81: 1612–1616. PMID: 7324660. (In Russ.)
  11. Bertrand E., Lewandowska E., Szpak G. et al. Neuropathological analysis of pathological forms of astroglia in Wilson’s disease. Folia Neuropathol 2001; 39(2): 73–79. PMID: 11680638.
  12. Mikol J., Vital C., Wassef M. et al. Extensive cortico-subcortical lesions in Wilson’s disease: clinico-pathological study of two cases. Acta Neuropathol 2005; 110(5): 451–458. doi: 10.1007/s00401-005-1061-1. PMID: 16195917.
  13. Meenakshi-Sundaram S., Mahadevan A., Taly A. et al. Wilson's disease: a clinico-neuropathological autopsy study. J Clin Neurosci 2008; 15(4): 409–417. doi: 10.1016/j.jocn.2006.07.017. PMID: 18242093.
  14. Anzil A., Herrlinger H., Blinzinger K., Heldrich A. Ultrastructure of brain and nerve biopsy tissue in Wilson disease. Arch Neurol (Chic) 1974; 31(2): 94–100. PMID: 4834970.
  15. Ohta K., Okamoto J., Honda O. Electron microscopic observations on the cerebrum of a case of Wilson's disease. Psychiat Neurol Jap 1969; 71(4): 385–406.
  16. Ma K., Ye Z., Fang J., Wu J. Glial Fibrillary Acidic protein immunohistochemical study of Alzheimer I and II astrogliosis in Wilson’s disease. Acta Neuropathol (Berl) 1986; 70: 17–21.
  17. Becker L., Prior T., Yates A. Wilson’s Disease. In: Davis R., Robertson D. (ed.). Textbook of Neuropathology. 3rd ed. Baltimore, 1997: 490–491.
  18. Arendt A. Taschenbuch der klinischen Neuropathologie. Jena, 1980. 294 p.
  19. Spielmeyer W. Die histopathologishe zusammengehorigkeit der Wilsonschen krankheit und der pseudosklerose. Zschr Neur 1920; 57: 312–351.
  20. Norenberg M., Bruce-Gregorios J. Hepatic Encephalopathy. In: Davis R., Robertson D. (ed.). Textbook of Neuropathology. 3rd ed. Baltimore, 1997: 579–584.
  21. Waggoner R., Malamud N. Wilson’s disease in the light of cerebral changes following ordinary acquired liver disorders. J Nerv Ment Dis 1942; 96: 410–435.
  22. Victor M., Adams R., Cole M. The acquired (non-Wilsonian) type of chronic hepatocerebral degeneration. Medicine (Baltimore) 1965; 44(5): 345–396. doi: 10.1097/00005792-196509000-00001. PMID: 5318075.
  23. Zavalishin I.A., Zakharova M.N. [Astroglia in clinical neurology]. Vrach 1994; (2): 28–30. (In Russ.)
  24. Goryaynov S.A., Protskiy S.V., Okhotin V.E. [On the role of astroglia in the brain in health and disease]. Annals of Clinical and Experimental Neurology 2013; 7(1): 45–51. (In Russ.)
  25. Verkhratsky A., Parpura V. Recent advances in (patho)physiology of astroglia. Acta Pharmacol Sin 2010; 31(9): 1044–1054. doi: 10.1038/aps.2010.108. PMID: 20694024.
  26. Kimura T., Budka H. Glial fibrillary acidic protein and S-100 protein in human hepatic encephalopathy: immunocytochemical demonstration of dissociation of two glia-associated proteins. Acta Neuropathol (Berl) 1986; 70(1): 17–21. doi: 10.1007/BF00689509. PMID: 3727931.
  27. Gannushkina I.V., Sukhorukova L.I., Mossakovskiy M.Ya., Vaynrauder Kh. [Features of the influence of sera of patients with hepatocerebral dystrophy on nervous tissue in vivo and in vitro]. Zh Nevropatol Psikhiatr Im S S Korsakova 1986; 86(12); 1767–1769. PMID: 3825361. (In Russ.)
  28. Floris G., Medda R., Padiglia A., Musci G. The pathophysiological significance of ceruloplasmin. A possible therapeutic approach. Biochem Pharmacol 2000; 60(12): 1735–1741. doi: 10.1016/s0006-2952(00)00399-3. PMID: 11108788.
  29. Barkhatova V.P. [Neurotransmitters and extrapyramidal pathology]. Moscow, 1988. 176 p. (In Russ.)
  30. Ivanova-Smolenskaya I.A., Mzhel'skaya T.I. [Changes in the internal organs in the preneurological stage of hepatocerebral dystrophy]. Terapevticheskiy arkhiv 1990; 10: 79–84. (In Russ.)
  31. Poleshchuk V.V. [Comprehensive treatment of hepatocerebral dystrophy using the “auxiliary liver” apparatus: diss. Cand. med. sci.]. Moscow, 1992. (in Russ.)
  32. Gannushkina I.V., Zhirnova I.G., Chlonkovska A. [Clinical and immunological comparisons and some features of lymphocyte receptors in hepatocerebral dystrophy] Zh Nevropatol Psikhiatr Im S S Korsakova 1990; 3: 49–52. PMID: 2163169. (In Russ.)
  33. Gulevskaya T.S., Morgunov V.A. [Pathological anatomy of cerebral circulatory disorders in atherosclerosis and arterial hypertension]. Moscow, 2009. 295 p. (In Russ.)
  34. Vavilov S.B., Levina G.Ia. [Hepato-cerebral dystrophy (Wilson-Konovalov disease)]. In: Vereshchagin N.V., Bragina L.K., Vavilov S.B., Levina G.Ia. [Computed tomography of the brain]. Moscow, 1986: 166–173. (In Russ.)
  35. Kizkin S., Sarac K., Ozisik H. Ozcan C. Central pontine myelinolysis: MR spectroscopy findings. Magn Reson Imaging 2004; 22: 117–121. doi: 10.1016/j.mri.2003.08.004. PMID: 14994719.
  36. Schochet S., Nelson J. Central pontine myelinolysis. In: Davis R., Robertson D. (ed.). Textbook of Neuropathology. 3rd ed. Baltimore, 1997: 518–519.
  37. Kleinschmidt-DeMasters B., Filley C., Rojiani A. Overlapping features of extrapontine myelinolysis and acquired chronic (non-Wilsonian) hepatocerebral degeneration. Acta Neuropathol 2006; 112: 605–616. doi: 10.1007/s00401-006-0112-6. PMID: 16871403.
  38. Shetty A., Kashikar R., Nagral A., Wadia M. Cortical сystic necrosis in Wilson disease. JAMA Neurol 2016; 73: 350–351. doi: 10.1001/jamaneurol.2015.3595. PMID: 26810374.
  39. Schulman S., Barbeau A. Wilson’s disease: a case with almost total loss of white matter. J Neuropathol Exp Neurol 1963; 22: 105–119. PMID: 13987179.
  40. Ishino H., Mii T., Hayashi Y. et al. A case of Wilson’s disease with enormous cavity formation of cerebral white matter. Neurology 1972; 22: 905–909. doi: 10.1212/wnl.22.9.905. PMID: 4673375.
  41. Shimoji A., Miyakawa T., Watanabe K. et al. Wilson’s disease with extensive degeneration of cerebral white matter and cortex. Jpn J Psychiatry Neurol 1987; 41: 709–717. PMID: 3453418.
  42. Miyakawa T., Murayama E. An autopsy case of demyelinating type of Wilson’s disease. Acta Neuropath (Berl) 1976; 35: 235–241. PMID: 941680.
  43. Lauler G., Pennock J., Steiner R. et al. Nuclear magnetic resonance (NMR) imaging in Wilson disease. J Comput Assist Tomogr 1983; 7: 1–8.
  44. Aisen A., Martel W., Gabrielsen T. et al. Wilson’s disease of the brain: MR imaging. Radiology 1985; 157: 137–141. doi: 10.1148/radiology.157.1.4034959. PMID: 4034959.
  45. Starosta-Rubinstein S., Young A.B., Kluin K. et al. Clinical assessment of 31 patients with Wilson’s disease. Corralations with structural changes on magnetic resonance imaging. Arch Neurol 1987; 44: 365–370. PMID: 3827691.
  46. Chu N.S. Clinical, CT and evoked potential manifestations in Wilson’s disease with cerebral white matter involvement. Clin Neurol Neurosurg 1989; 91: 45–51. PMID: 2538281.
  47. Yoshii F., Takahashi W, Shinohara Y. A Wilson’s disease patient with prominent cerebral white matter lesions: five-year follow-up by MRI. Eur Neurol 1996; 36: 392–393. doi: 10.1159/000117300. PMID: 8954310.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Gulevskaya T.S., Chaykovskaya R.P., Anufriev P.L.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».