臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)后腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)變化的fMRI研究進(jìn)展

蔣雯，程曉光，于愛紅

臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)后腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)變化的fMRI研究進(jìn)展

蔣雯，程曉光，于愛紅*

臂叢神經(jīng)損傷影響上肢運(yùn)動(dòng)功能，主要治療方法為神經(jīng)移位術(shù)，恢復(fù)神經(jīng)通路連續(xù)性，近年來健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)的療效顯著。作者對(duì)近年國(guó)內(nèi)外臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)治療、特別是健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)后任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)fMRI的研究進(jìn)行綜述，總結(jié)大腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)變化的規(guī)律和可能的機(jī)制，以對(duì)將來的研究和臨床工作提供線索。

臂叢；創(chuàng)傷和損傷；神經(jīng)移位；磁共振成像

蔣雯, 程曉光, 于愛紅. 臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)后腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)變化的fMRI研究進(jìn)展. 磁共振成像, 2017, 8(1): 72-75.

臂叢神經(jīng)損傷是一種嚴(yán)重的致殘性疾病。臂叢神經(jīng)將中樞神經(jīng)系統(tǒng)與上肢肌肉相連，從而實(shí)現(xiàn)上肢運(yùn)動(dòng)。臂叢神經(jīng)損傷不僅引起上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙，還會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)造成支配區(qū)肌肉萎縮，特別是全臂叢神經(jīng)根性撕脫傷，預(yù)后更差。目前針對(duì)臂叢神經(jīng)損傷，可使用神經(jīng)移位術(shù)恢復(fù)患肢運(yùn)動(dòng)功能。由顧玉東院士開創(chuàng)的健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)較其他神經(jīng)移位術(shù)療效更好，已成為近年臨床廣泛采用的術(shù)式，更多用于治療全臂叢神經(jīng)根性撕脫傷。神經(jīng)移位術(shù)并非僅僅恢復(fù)周圍神經(jīng)通路的連續(xù)性，諸多研究發(fā)現(xiàn)，支配周圍神經(jīng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整。筆者對(duì)近年臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)、特別是健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)治療后腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的變化做綜述，并淺析變化的原因，以期利于日后該領(lǐng)域的研究工作及臨床應(yīng)用。

1 臂叢神經(jīng)損傷的手術(shù)術(shù)式

臂叢神經(jīng)不可逆損傷后需要通過手術(shù)將其他部位的神經(jīng)根移至臂叢神經(jīng)損傷區(qū)，連接中斷的臂叢神經(jīng)，使相應(yīng)區(qū)域的肌肉重新獲得中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配，此方法為神經(jīng)移位術(shù)。其最早的術(shù)式是上個(gè)世紀(jì)60～70年代提出的同側(cè)單一神 經(jīng)移位， 如采用 肋 間神經(jīng)[1]、副 神 經(jīng)[2]、膈神經(jīng)及頸叢神經(jīng)[3]等 作 為 移位神經(jīng)連接中斷的臂叢神經(jīng)，自80年代起術(shù)式改進(jìn)成同側(cè)多種神經(jīng)組合移位，但無論單一或組合，術(shù)后效果均不夠理想。1986年顧玉東等[4]首次通過連接健側(cè)C7治療臂叢神經(jīng)根性撕脫傷，術(shù)后有效率明顯高于前諸術(shù)式，從而該術(shù)式得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛認(rèn)可和采用。傳統(tǒng)的健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)通常以患側(cè)尺神經(jīng)為橋梁連接健側(cè)C7神經(jīng)根與患側(cè)臂叢的分支，如正中神經(jīng)。近年來，有學(xué)者以此術(shù)式為基礎(chǔ)作了不同的改良，如王樹鋒的健側(cè)C7神經(jīng)移位與患側(cè)下干直接吻合恢復(fù)患肢的屈指功能效果顯著[5]。在收獲較好療效的同時(shí)，臨床上觀察到術(shù)后早期需健肢活動(dòng)帶動(dòng)患肢的現(xiàn)象，而經(jīng)過一段時(shí)間后，患肢重新獲得自主運(yùn)動(dòng)的能力。這一有趣的現(xiàn)象引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，希望探究其中的內(nèi)部機(jī)制，以利于臨床的治療和評(píng)估。

2 腦功能磁共振成像的原理及在周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷的應(yīng)用

同側(cè)單一或組合神經(jīng)移位術(shù)是將損傷的臂叢神經(jīng)在患側(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行修復(fù)，如同側(cè)肋間神經(jīng)和/或膈神經(jīng)的移位修補(bǔ)，術(shù)后患肢肌肉仍由對(duì)側(cè)大腦運(yùn)動(dòng)皮層支配。而健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)則是將患肢肌肉與健側(cè)C7神經(jīng)根聯(lián)系在一起，即由患肢同側(cè)大腦運(yùn)動(dòng)皮層共同支配雙側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)，故術(shù)后早期患肢依靠健肢帶動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)是可以理解的。但是患肢最終會(huì)恢復(fù)自主運(yùn)動(dòng)，這是由于腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的轉(zhuǎn)移？其他神經(jīng)通路的開放？功能區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)是否也會(huì)發(fā)生變化？想解決這些問題，需要借助血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen-level dependent fMRI, BOLD-fMRI)技術(shù)來揭示。

近年，fMRI逐漸成為重要的活體無創(chuàng)檢測(cè)腦功能的影像學(xué)手段之一[6-8]。其成像原理基于神經(jīng)元功能活動(dòng)對(duì)局部耗氧量和腦血流量的影響程度不匹配所導(dǎo)致的局部磁場(chǎng)變化的原理。BOLD-fMRI分為任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)兩種。任務(wù)態(tài)fMRI是利用任務(wù)引起相應(yīng)腦功能區(qū)血氧信號(hào)變化，從而反映功能區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的方法。靜息態(tài)fMRI是指在受試者清醒、不接受任何任務(wù)的狀態(tài)下，獲得腦功能區(qū)神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)引起的BOLD信號(hào)，通過計(jì)算信號(hào)間的相關(guān)性而建立不同腦功能區(qū)間的功能連接，從而構(gòu)建功能上密切聯(lián)系的神經(jīng)環(huán)路。文獻(xiàn)顯示，fMRI可以發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后大腦皮層功能重組的現(xiàn)象[9]，而周圍神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，同樣會(huì)引起腦功能區(qū)的變化[10]。因此可以應(yīng)用fMRI研究隸屬于周圍神經(jīng)系統(tǒng)的臂叢神經(jīng)損傷及同側(cè)或健側(cè)神經(jīng)移位術(shù)治療后腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)變化的規(guī)律。

3 臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)后fMRI研究現(xiàn)狀

3.1 任務(wù)態(tài)fMRI研究及皮層功能重組機(jī)制的探索

神經(jīng)移位術(shù)修復(fù)臂叢神經(jīng)的連續(xù)性后，患肢可以獲得一定程度的運(yùn)動(dòng)功能，支配相應(yīng)神經(jīng)的大腦功能區(qū)是否發(fā)生恢復(fù)或變化，一直是學(xué)者感興趣的內(nèi)容。對(duì)于同側(cè)神經(jīng)移位術(shù)的患者，腦功能區(qū)會(huì)發(fā)生同側(cè)大腦半球內(nèi)的重組[11-12]。1998年Malessy等[11]研究了23例同側(cè)肋間神經(jīng)移位術(shù)治療的患者，當(dāng)患肘運(yùn)動(dòng)時(shí)激活的主要是肘部運(yùn)動(dòng)功能代表區(qū)，而非肋間神經(jīng)代表區(qū)，盡管在術(shù)后一段時(shí)間內(nèi)肘部運(yùn)動(dòng)和呼吸動(dòng)作會(huì)伴隨出現(xiàn)，但是術(shù)后遠(yuǎn)期肘部運(yùn)動(dòng)可相對(duì)獨(dú)立存在。神經(jīng)移位術(shù)使供體神經(jīng)起到通路代償?shù)淖饔茫鹊闹渚W(wǎng)絡(luò)逐漸減弱，而受體神經(jīng)的支配網(wǎng)絡(luò)在手術(shù)后重新構(gòu)建、恢復(fù)，接近于損傷前的模式，此為支配不同外周神經(jīng)及肌肉的腦功能區(qū)發(fā)生的半球內(nèi)的功能轉(zhuǎn)移。同時(shí)患肢對(duì)應(yīng)的功能區(qū)的激活程度較術(shù)前明顯提高[13-14]，并且激活程度越是維持在較高水平或與健側(cè)激活程度越是一致，預(yù)示患肢功能恢復(fù)程度越好[14]。

而健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)與之前的術(shù)式有著顯著的差異，即手術(shù)將患肢和同側(cè)的運(yùn)動(dòng)皮層直接聯(lián)系起來，理論上患肢應(yīng)由同側(cè)大腦功能區(qū)支配。但是多篇文獻(xiàn)均顯示[15-18]，健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)的患者腦功能區(qū)會(huì)發(fā)生跨半球的功能重組，由術(shù)后早期的僅接受患肢同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層支配，到雙側(cè)皮層共同支配，最后成為以對(duì)側(cè)皮層支配為主的激活模式。臨床上可以觀察到與之對(duì)應(yīng)的患肢功能變化：術(shù)后一段時(shí)間內(nèi)患肢運(yùn)動(dòng)需要健肢帶動(dòng)，之后逐漸獲得自主運(yùn)動(dòng)的能力。盡管每個(gè)階段出現(xiàn)和持續(xù)的時(shí)間不盡相同，但是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和臨床患者均反映出相似的趨勢(shì)。

功能區(qū)跨越半球發(fā)生轉(zhuǎn)移的機(jī)制是值得深入研究的，可以對(duì)大腦的可塑性、神經(jīng)通路的聯(lián)系起到更好的認(rèn)識(shí)和提供充分的證據(jù)。2005年李文軍等[19]從解剖角度提出三種可能的通路：(1)雙側(cè)大腦運(yùn)動(dòng)皮層間的聯(lián)系；(2)健側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層與健側(cè)C7神經(jīng)根在脊髓水平的聯(lián)系；(3)健側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層下行的未交叉至對(duì)側(cè)的錐體束纖維與健側(cè)C7神經(jīng)根的聯(lián)系。由于第一種神經(jīng)通路聯(lián)接的是雙側(cè)的大腦皮層，故也稱為皮層間連接，對(duì)應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)是胼胝體；其余兩種通路則稱為皮層下連接。現(xiàn)有的研究主要是通過動(dòng)物模型，探索胼胝體在跨半球功能重組中的意義，從而證實(shí)皮層間連接通路是否存在[15，20-21]。2006年Lou等[15]對(duì)神經(jīng)移位術(shù)后7～10個(gè)月雙側(cè)皮層共同支配及單一對(duì)側(cè)皮層支配患肢的小鼠進(jìn)行患肢同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層切除術(shù)，手術(shù)效果等同于切除胼胝體，發(fā)現(xiàn)手術(shù)并不影響對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)患肢的支配作用，故Lou等[15]得出皮層間連接對(duì)半球間功能重組的意義不大的結(jié)論。2008年李占玉等[20]和2012年Hua等[21]的研究則得到了相反的結(jié)果，他們均強(qiáng)調(diào)了胼胝體在術(shù)后早期功能重組方面的重要意義。兩項(xiàng)研究對(duì)切除胼胝體或同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層的時(shí)間點(diǎn)作了更細(xì)化的區(qū)分，發(fā)現(xiàn)在手術(shù)后相對(duì)較早的一段時(shí)間內(nèi)，無論對(duì)側(cè)皮層是否獨(dú)立支配患肢，胼胝體均起到神經(jīng)通路的作用，此時(shí)一旦切除胼胝體，半球間的功能重組將消失，患肢僅由同側(cè)皮層激活；而在術(shù)后一段時(shí)間后，對(duì)側(cè)功能區(qū)被“徹底”激活，此時(shí)切除胼胝體或同側(cè)皮層，不會(huì)影響對(duì)側(cè)功能區(qū)對(duì)患肢運(yùn)動(dòng)的支配。由上所述，皮層間連接在健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)跨半球功能重組的早期階段起著重要的通路作用。但當(dāng)原有的皮層功能較完全恢復(fù)，憑靠的神經(jīng)通路可能轉(zhuǎn)換為皮層下連接，但具體的連接通路如何，尚未有充分的研究，還有待日后進(jìn)一步的探索。

3.2 靜息態(tài)fMRI研究

目前關(guān)于臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)后的靜息態(tài)fMRI研究還比較少。但現(xiàn)有的文獻(xiàn)無論是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還是臨床研究均可以顯示：臂叢神經(jīng)損傷對(duì)對(duì)側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層與運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他功能區(qū)的聯(lián)系影響最大，以兩側(cè)半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層間的聯(lián)系減弱最為顯著，而對(duì)半球內(nèi)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系影響相對(duì)較小[22-24]。基于靜息態(tài)fMRI的原理，神經(jīng)元在靜息狀態(tài)下可以自發(fā)活動(dòng)，屬不同功能區(qū)的神經(jīng)元間相互傳遞信息建立聯(lián)系產(chǎn)生協(xié)同作用，認(rèn)為有協(xié)同作用的功能區(qū)屬同一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變，如卒中、外傷、腫瘤等可通過破壞功能區(qū)和(或)中樞神經(jīng)通路導(dǎo)致功能區(qū)間的聯(lián)系減弱，周圍神經(jīng)損傷則同樣可以由于周圍神經(jīng)通路的中斷，使外周傳播的信號(hào)受阻，功能區(qū)間的活動(dòng)失同步造成聯(lián)系的減弱。而當(dāng)神經(jīng)移位術(shù)恢復(fù)周圍神經(jīng)通路的連續(xù)性后，Qiu等[24]觀察到健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層與對(duì)側(cè)半球運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系增強(qiáng)，有向正常的聯(lián)系水平恢復(fù)的趨勢(shì)，表明周圍神經(jīng)通路通暢對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完整性有著重要的意義，盡管此時(shí)患肢運(yùn)動(dòng)功能尚未有顯著的有臨床意義的恢復(fù)。遺憾的是相應(yīng)的研究和例數(shù)均太少，且沒有進(jìn)一步的隨訪研究，僅能初步認(rèn)為由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系是腦功能區(qū)發(fā)揮作用的基礎(chǔ)，故神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同性的變化可能要早于外周神經(jīng)、肌肉對(duì)手術(shù)的反應(yīng)，因此靜息態(tài)fMRI可能具備術(shù)后早期評(píng)估神經(jīng)移位術(shù)預(yù)后的重要價(jià)值。當(dāng)然這還需要術(shù)后長(zhǎng)期隨訪大樣本量研究的支持。

通過分析近年的臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術(shù)、特別是健側(cè)C7神經(jīng)移位術(shù)治療后的fMRI研究的文獻(xiàn)，得出以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：(1)大腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)產(chǎn)生變化需要外周神經(jīng)通路的連續(xù)，特別是對(duì)于一側(cè)全臂叢神經(jīng)根性撕脫傷，需要神經(jīng)移位術(shù)將患肢肌肉同中樞神經(jīng)系統(tǒng)重新連接起來，從而實(shí)現(xiàn)腦功能區(qū)的重塑和患肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。(2)當(dāng)神經(jīng)通路的連續(xù)性得以解決后，大腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的恢復(fù)趨近于原正常狀態(tài)下的支配模式，運(yùn)動(dòng)功能區(qū)間的聯(lián)系也趨近于原正常狀態(tài)下的聯(lián)系。目前為數(shù)不多的研究發(fā)現(xiàn)，患肢功能恢復(fù)得越好，其大腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的激活模式和聯(lián)系水平越是接近正常的情況。當(dāng)然，要想得到明確的結(jié)論還需要一定病例數(shù)和較長(zhǎng)時(shí)間的隨訪研究，相信這些研究對(duì)評(píng)價(jià)手術(shù)預(yù)后及指導(dǎo)康復(fù)將起到重要的作用。

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The fMRI research progress on motor cortex reorganization after brachial plexus injury and nerve transfer

JIANG Wen, CHENG Xiao-guang, YU Ai-hong*
Department of Radiology, Beijing Jishuitan Hospital, Beijing 100035, China
*

Yu AH, E-mail: imaging2008@sina.com
Received 30 Sep 2016, Accepted 25 Nov 2016
ACKNOWLEDGMENTSSupported by Beijing Natural Science Foundation (No. 7113159, 7132061) and National Natural Science Foundation of China (No. 81271558).

Brachial plexus avulsion injury (BPAI) is the most severe peripheral nerve injury and typical results in the affected upper limb paralysed, which can be treated by nerve transfer to regain continuity. Nowadays, contralateral C7 nerve transfer has significant effect. According to the task-state and resting-state fMRI studies on brachial plexus injury after nerve transfer, especially contralateral C7 nerve transfer, we think that the change of cerebral motor cortex may follow certain regularity and mechanism. The regularity and mechanism may take a good effect on future research and clinical work.

Brachial plexus; Wounds and injuries; Nerve transfer; Magnetic resonance imaging

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：7113159、7132061)，國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：81271558)

北京積水潭醫(yī)院放射科，北京 100035

于愛紅，E-mail：imaging2008@sina. com

2016-09-30

R445.2；R722.144

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.01.018

接受日期：2016-11-25