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    基于功能磁共振成像的偏頭痛腦部異常變化

    2017-04-05 11:24:01李鶴婷楊嘉君徐艷紅
    山東醫(yī)藥 2017年20期
    關(guān)鍵詞:靜息腦區(qū)先兆

    李鶴婷,楊嘉君,徐艷紅

    (上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院,上海 200233)

    基于功能磁共振成像的偏頭痛腦部異常變化

    李鶴婷,楊嘉君,徐艷紅

    (上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院,上海 200233)

    偏頭痛是臨床上常見(jiàn)的頭痛類(lèi)型之一,發(fā)病率逐年增高,且較難治愈。近年來(lái),學(xué)者們通過(guò)應(yīng)用功能磁共振技術(shù)對(duì)偏頭痛進(jìn)行了大量高質(zhì)量的基礎(chǔ)和臨床研究,偏頭痛先兆期、發(fā)作間期以及發(fā)作期的腦區(qū)活動(dòng)存在差異,不同階段的研究結(jié)果也不一致。本文從偏頭痛發(fā)病的不同階段對(duì)偏頭痛患者大腦產(chǎn)生的異常改變結(jié)合文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。

    偏頭痛;功能磁共振;腦區(qū)活動(dòng);發(fā)病機(jī)制

    偏頭痛是一種以疼痛反復(fù)發(fā)作為臨床特征的搏動(dòng)性頭痛,常伴發(fā)惡心,嘔吐,光敏感,噪聲敏感及睡眠障礙。WHO將偏頭痛與高位截癱、嚴(yán)重精神障礙以及癡呆并列為四大慢性功能障礙性疾病[1]。目前,偏頭痛的診斷主要結(jié)合偏頭痛發(fā)作類(lèi)型、家族史、臨床表現(xiàn)進(jìn)行綜合判斷,而在影像學(xué)上缺乏相應(yīng)的陽(yáng)性體征。隨著功能影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,有望借助于功能影像學(xué)技術(shù)進(jìn)一步了解偏頭痛的發(fā)病機(jī)制,尋找偏頭痛患者影像學(xué)上的特征性變化,從而為研究出新的診斷方法和治療手段提供依據(jù)。

    1 功能磁共振的特點(diǎn)

    功能磁共振是一種將大腦的神經(jīng)活動(dòng)與特定任務(wù)聯(lián)系起來(lái)的影像學(xué)技術(shù),具有無(wú)侵入性、無(wú)放射性、可重復(fù)性、高時(shí)空分辨率等優(yōu)點(diǎn)。廣義上功能磁共振包括腦血流測(cè)定技術(shù)、腦代謝測(cè)定技術(shù)、神經(jīng)纖維示蹤技術(shù)三類(lèi)。與傳統(tǒng)的磁共振相比,功能磁共振的出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大了磁共振在臨床的應(yīng)用,使得磁共振診斷從單一的形態(tài)結(jié)構(gòu)學(xué)研究發(fā)展到形態(tài)與功能相結(jié)合的新領(lǐng)域。目前臨床上應(yīng)用范圍最廣的為基于血氧水平依賴(lài)的功能磁共振(BOLD-fMRI)。

    1.1 BOLD-fMRI的工作原理 BOLD-fMRI以磁共振為基礎(chǔ),是通過(guò)測(cè)定神經(jīng)元活動(dòng)所引發(fā)的局部血流量變化檢測(cè)大腦功能活動(dòng)的一項(xiàng)腦功能成像技術(shù)。在血流成分中,脫氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì),氧合血紅蛋白是逆磁性物質(zhì),脫氧血紅蛋白可產(chǎn)生橫向磁化弛豫時(shí)間(T2)縮短效應(yīng),脫氧血紅蛋白增多時(shí)可導(dǎo)致T2加權(quán)像信號(hào)減低。神經(jīng)元活動(dòng)引起腦血流量顯著增加,同時(shí)氧的消耗量也增加,但增加幅度較低,其綜合效應(yīng)是局部血液氧含量的增加,導(dǎo)致血液中氧化血紅蛋白增多而脫氧血紅蛋白減少,T2加權(quán)像信號(hào)增強(qiáng)[2]。可通過(guò)觀(guān)察T2加權(quán)像信號(hào)反映大腦局部神經(jīng)元的活動(dòng),即BOLD效應(yīng)。

    1.2 功能磁共振研究設(shè)計(jì)模式 功能磁共振研究偏頭痛發(fā)病機(jī)制的模式主要有任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)兩種。任務(wù)態(tài)主要適用于個(gè)體研究,可直接反映大腦在執(zhí)行任務(wù)時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)。任務(wù)態(tài)功能磁共振主要有組塊設(shè)計(jì)和事件相關(guān)設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方法,其中事件相關(guān)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究一直處于主導(dǎo)地位。任務(wù)態(tài)功能磁共振受任務(wù)設(shè)計(jì)的影響較大,很多任務(wù)患者無(wú)法完成,且研究的基線(xiàn)水平不好控制。Biswal等[3]究發(fā)現(xiàn),在靜息狀態(tài)下大腦腦區(qū)之間存在一種具有同步的低頻波動(dòng)的BOLD信號(hào),這種波動(dòng)被認(rèn)為與同步的神經(jīng)活動(dòng)有關(guān);另有研究同樣發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有相關(guān)任務(wù)刺激時(shí),大腦仍以其特定的規(guī)律和組織方式進(jìn)行功能活動(dòng)[4]。與任務(wù)態(tài)功能磁共振相比,靜息態(tài)因具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,條件易于控制,可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)而廣被應(yīng)用。靜息態(tài)功能磁共振通過(guò)神經(jīng)元的自發(fā)活動(dòng)對(duì)靜息態(tài)下全腦功能及功能連接進(jìn)行研究,對(duì)臨床診斷、治療效果及預(yù)后評(píng)價(jià)更有意義,但易受呼吸、心跳等各種生理和物理噪聲的影響。

    2 偏頭痛各期功能磁共振變化

    目前對(duì)偏頭痛發(fā)病機(jī)制的闡述有血管源性學(xué)說(shuō)、皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制學(xué)說(shuō)、三叉神經(jīng)血管學(xué)說(shuō)。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的功能影像學(xué)證據(jù)支持偏頭痛屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。Kruit等[5]在2004年進(jìn)行了一項(xiàng)偏頭痛的影像學(xué)研究,通過(guò)對(duì)比偏頭痛患者和健康受試者的頭顱磁共振結(jié)果發(fā)現(xiàn),有8%的偏頭痛患者存在顱內(nèi)梗死灶,這一結(jié)果引起了研究者對(duì)偏頭痛病理生理機(jī)制的新認(rèn)識(shí)。Schwedt等[6]認(rèn)為偏頭痛已經(jīng)不能單純用血管神經(jīng)進(jìn)行解釋?zhuān)鴳?yīng)該考慮中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變。一項(xiàng)流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),偏頭痛患者的腦白質(zhì)體積增大,密度增高,這項(xiàng)結(jié)果支持偏頭痛屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的理論[7]。Maleki等[8]進(jìn)行的功能影像學(xué)研究也證實(shí)了偏頭痛患者大腦的島葉和扣帶回存在異常顯著的結(jié)構(gòu)和功能異常,更加明確了偏頭痛屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的理論。

    2.1 先兆期 偏頭痛分為有先兆偏頭痛和無(wú)先兆偏頭痛兩種亞型,偏頭痛先兆主要有視覺(jué)和軀體感覺(jué)癥狀,比頭痛早發(fā)生20~40 min[9]。Schwedt等[6]開(kāi)展的偏頭痛影像學(xué)綜述指出,偏頭痛患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常與患者是否處于發(fā)作期并沒(méi)有直接關(guān)聯(lián),而與病史、疼痛程度、發(fā)作頻次和伴隨癥狀等因素呈明顯正相關(guān),偏頭痛大腦功能網(wǎng)絡(luò)參與皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制[10]和疼痛處理過(guò)程[11]。Vecchia等[12]認(rèn)為偏頭痛是一種大腦皮層興奮性與抑制性調(diào)節(jié)失衡的疾病,調(diào)節(jié)大腦皮層興奮性與抑制性平衡的皮層環(huán)路損傷引起皮層功能的異常和皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制的發(fā)生,皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制使得去極化波在大腦皮層上自發(fā)性擴(kuò)布。因此可以考慮將損傷的皮層環(huán)路作為預(yù)防性偏頭痛的作用靶點(diǎn)。Bhaskar等[13]功能磁共振對(duì)偏頭痛視覺(jué)先兆期進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn),皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制波以3.5 mm/min的速度傳播至毗鄰的枕葉皮質(zhì)區(qū),然后緩慢擴(kuò)布到大腦皮層,導(dǎo)致膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元活性先降低后增高,相應(yīng)腦區(qū)的血流灌注也呈現(xiàn)出低灌注之后過(guò)度灌注的現(xiàn)象。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),先兆癥狀的傳播速度與實(shí)驗(yàn)性皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制的腦血流變化速度相似[14]。因此,皮質(zhì)擴(kuò)展性抑制在一定程度上參與了偏頭痛先兆期的病理改變。

    2.2 發(fā)作期 偏頭痛發(fā)作通常是不可預(yù)測(cè)的,而要完成發(fā)作期的研究,實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格,導(dǎo)致自發(fā)性偏頭痛發(fā)作時(shí)的功能磁共振研究很難實(shí)現(xiàn),一些學(xué)者利用任務(wù)相關(guān)事件,比如氣味刺激、光刺激、強(qiáng)體力活動(dòng)等誘發(fā)偏頭痛的發(fā)作[15,16],盡管這類(lèi)研究不是很多,但是也加深了人們對(duì)偏頭痛的認(rèn)識(shí)。急性偏頭痛發(fā)作期患者的皮層嗅覺(jué)處理過(guò)程功能失調(diào),出現(xiàn)相應(yīng)的氣味恐懼癥。為了研究大腦處理氣味恐懼癥的過(guò)程,Stankewitz等[15]給予20例偏頭痛患者氣味刺激,采用事件相關(guān)功能磁共振的研究方法,探索神經(jīng)元對(duì)嗅覺(jué)刺激的處理過(guò)程。通過(guò)與健康對(duì)照組比較影像學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),偏頭痛患者發(fā)作間期BOLD信號(hào)并無(wú)異常,而發(fā)作期患者腦橋嘴部、杏仁核和島葉皮層的BOLD信號(hào)明顯增高,從而認(rèn)為嗅覺(jué)傳入可引起上述腦區(qū)的功能異常。該研究同時(shí)指出,嗅覺(jué)刺激是沿著三叉神經(jīng)傷害感受途徑傳入大腦,導(dǎo)致偏頭痛患者大腦功能的異常。Cucchiara等[16]用光刺激誘發(fā)偏頭痛并用BOLD-fMRI評(píng)估視皮質(zhì)的激活情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)先兆患者的視覺(jué)不適得分和BOLD信號(hào)明顯高于無(wú)先兆患者,推測(cè)表明先兆患者發(fā)作間期視敏度與皮質(zhì)高反應(yīng)性有關(guān),而先兆患者發(fā)作間期視敏度與發(fā)作期的畏光癥狀高度相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),先兆偏頭痛患者發(fā)作期畏光癥狀更明顯,特別是頭痛發(fā)作時(shí)先兆患者與無(wú)先兆患者的耐光力明顯不同,這種不同可能的病理生理機(jī)制是高反應(yīng)性視皮質(zhì)增強(qiáng)了先兆患者發(fā)作間期的視敏度,使得先兆癥狀易于發(fā)生,而視覺(jué)先兆導(dǎo)致頭痛發(fā)作時(shí)患者對(duì)光的感知力增強(qiáng),加重了頭痛發(fā)作時(shí)的畏光癥狀[16]。

    2.3 發(fā)作間期 偏頭痛發(fā)作間期的研究方向主要是利用靜息態(tài)功能磁共振研究偏頭痛患者大腦結(jié)構(gòu)和功能改變,以及這種改變與發(fā)作頻率和病程長(zhǎng)短的關(guān)系[17]。近年來(lái)利用靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)研究大腦內(nèi)部神經(jīng)連接的課題愈來(lái)愈多。在靜息狀態(tài)下,研究各個(gè)腦區(qū)之間自發(fā)活動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系可以更完整地闡明大腦結(jié)構(gòu)上和功能上密切聯(lián)系的神經(jīng)環(huán)路。靜息態(tài)時(shí)大腦存在默認(rèn)、注意、動(dòng)機(jī)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其中被研究最多的是默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)[18~20]。默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)是大腦在靜息態(tài)時(shí)維持人體正常代謝的相關(guān)腦區(qū),如后扣帶回、內(nèi)側(cè)前額葉皮層、內(nèi)側(cè)顳葉以及海馬等腦區(qū),其中后扣帶回是腦功能連接的重要節(jié)點(diǎn)。

    Tessitore等[18]用靜息態(tài)功能磁共振研究20例無(wú)先兆患者發(fā)作間期的靜息態(tài)功能連接,用基于體素的形態(tài)學(xué)研究方法評(píng)估默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)功能連接的差異是否與結(jié)構(gòu)改變有關(guān),結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)先兆患者默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中的前額葉皮層和顳葉的功能連接減弱,這種改變與結(jié)構(gòu)異常、偏頭痛臨床特征和神經(jīng)心理特征均無(wú)關(guān)系。因此推斷默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)功能障礙可能與行為過(guò)程有關(guān),例如對(duì)壓力的適應(yīng)性損傷。Mainero等[21]用靜息態(tài)功能磁共振研究偏頭痛患者中腦導(dǎo)水管周?chē)屹|(zhì)的功能網(wǎng)絡(luò)連接,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中腦導(dǎo)水管周?chē)屹|(zhì)與產(chǎn)生軀體感覺(jué)相關(guān)腦區(qū)的功能連接增強(qiáng),與疼痛調(diào)節(jié)腦區(qū)(如前扣帶回皮層、前額葉皮層等腦區(qū))之間的功能連接顯著減弱,表明偏頭痛患者腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的異常變化是長(zhǎng)期反復(fù)疼痛刺激的累積結(jié)果。該研究還發(fā)現(xiàn),除以上疼痛調(diào)節(jié)腦區(qū)外,其他疼痛相關(guān)腦區(qū)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特異性變化。因此,若能深入研究偏頭痛患者靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)的特異性變化,將為偏頭痛的診斷提供特征性的中樞生物學(xué)指標(biāo)。Tedeschi等[22]、Russo等[23]先后進(jìn)行的功能磁共振對(duì)偏頭痛患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究得出了相似的結(jié)論,即偏頭痛患者的額中回,前扣帶回等腦區(qū)的功能連接顯著減弱;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中的額葉和顳葉的功能連接亦減弱[18]。偏頭痛患者普遍存在的功能連接減弱是對(duì)疼痛刺激的適應(yīng)性改變,長(zhǎng)期的疼痛刺激導(dǎo)致偏頭痛患者大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)其反應(yīng)性和敏感性降低。

    區(qū)域一致性分析方法主要是通過(guò)分析區(qū)域同質(zhì)性獲得腦部的局部一致性統(tǒng)計(jì)圖,用來(lái)了解局部腦區(qū)之間的功能差異[24]。為了明確無(wú)先兆患者的自發(fā)腦部活動(dòng)的局部特征,Zhao等[25]用區(qū)域一致性方法分析了40例無(wú)先兆偏頭痛患者的功能磁共振數(shù)據(jù)及無(wú)先兆患者的腦功能異常與疾病病程的關(guān)系以及反映偏頭痛患者病程的神經(jīng)影像學(xué)指標(biāo),結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏頭痛反復(fù)發(fā)作會(huì)導(dǎo)致疼痛相關(guān)腦區(qū)和認(rèn)知腦區(qū)的靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)異常,表明病程長(zhǎng)的患者表現(xiàn)出更廣泛的神經(jīng)功能異常,且異常程度明顯大于病程短的患者。研究還發(fā)現(xiàn),偏頭痛患者丘腦、腦干、顳葉等腦區(qū)的區(qū)域同質(zhì)性增高,并與病程呈正相關(guān),這可能是對(duì)大腦功能受損的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償長(zhǎng)病程患者前/后扣帶回皮層、島葉、枕上回等腦區(qū)的區(qū)域同質(zhì)性降低,與病程呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)論表明,長(zhǎng)病程是導(dǎo)致無(wú)先兆患者腦功能異常的原因之一,這些腦區(qū)有望成為反映無(wú)先兆偏頭痛患者病程的敏感性指標(biāo)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)偏頭痛患者進(jìn)行的功能磁共振研究同樣證實(shí),其在前/后扣帶回皮層、島葉等腦區(qū)的區(qū)域同質(zhì)性發(fā)生變化[26]。

    綜上所述,偏頭痛是一種原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,為偏頭痛發(fā)病機(jī)制的研究指明新方向。但目前完成的功能磁共振研究仍有諸多不足之處,如樣本量偏小、偏頭痛的分型選擇不統(tǒng)一、采集時(shí)間不同等,大腦結(jié)構(gòu)和功能的特征性變化方面仍缺乏相對(duì)成熟的研究結(jié)論。未來(lái)偏頭痛功能磁共振的研究還需要精選研究方案探索新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法,明確偏頭痛患者大腦功能和結(jié)構(gòu)潛在的生物標(biāo)記物。

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    上海市浦東新區(qū)科技發(fā)展基金(PKJ2014-Y08)。

    楊嘉君(E-mail: sd_yangjj@sumhs.edu.cn)

    10.3969/j.issn.1002-266X.2017.20.035

    R747.2

    A

    1002-266X(2017)20-0104-04

    2016-02-09)

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