Brain volume changes in patients with maintaining hemodialysis and the correlation with sleep quality, anxiety and depression

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(1.Department of Radiology, 2.Department of Nephrology, Zhongshan Hospital Affiliated to Dalian University, Dalian 116001, China)

終末期腎病(end stage renal disease, ESRD)指腎功能衰竭且永久性降低至正常腎功能的10%，并伴有多器官功能障礙[1]的嚴重臨床病癥，臨床上須通過終身維持性血液透析去除患者體內(nèi)多余尿素和其他有毒代謝物。有研究[1-2]指出，維持性血液透析可引起腦萎縮、認知功能障礙及腦梗死等多種神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，嚴重影響患者生活質(zhì)量，故及早發(fā)現(xiàn)和評估患者腦結(jié)構(gòu)改變并進行干預治療具有重要臨床意義。基于體素的形態(tài)學測量(voxel-based morphometry, VBM)法可定量分析腦結(jié)構(gòu)細微變化，發(fā)現(xiàn)隱匿性腦損傷。既往關(guān)于ESRD維持性血液透析患者腦體積變化與臨床生化指標間相關(guān)性的研究[3-4]多見，但鮮見定量檢測此類患者腦體積及其與睡眠質(zhì)量、抑郁及焦慮程度相關(guān)性者。本研究采用VBM法定量檢測維持性血液透析患者腦體積變化，并分析其與睡眠質(zhì)量、抑郁及焦慮的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年10月—2017年5月在本院腎內(nèi)科接受維持性血液透析的ESRD患者20例(病例組)，男13例，女7例，年齡28～67歲，平均(50.1±12.2)歲，透析時間10～120個月，平均(62.9±41.5)個月，均為右利手。納入標準：①根據(jù)“腎臟病生存質(zhì)量指導”慢性腎臟病分類[5]，確診為ESRD；②規(guī)律透析≥3個月(3～4次/周)；③無急性腎衰竭病史或腎移植史；④無頭部外傷、精神及神經(jīng)疾病(如嚴重腦損傷、腦卒中或癲癇)、代謝性疾病以及其他可能影響神經(jīng)系統(tǒng)的系統(tǒng)性疾??；⑤無藥物成癮或酗酒史；⑥無MR檢查禁忌證。同期招募與病例組年齡(t=-0.402，P=0.690)、性別(χ2=2.403，P=0.121)、受教育年限(t=-1.767，P=0.085)及體質(zhì)量指數(shù)(t=-1.094，P=0.280)相匹配的健康志愿者21名為正常對照組，男9名，女12名，年齡35～64歲，平均(51.7±12.0)歲，均為右利手，腎功能正常，且均無糖尿病、高血壓、腦外傷、神經(jīng)及精神疾病、代謝性疾病等。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 神經(jīng)心理學量表測評 所有受試者均于MR掃描前接受規(guī)范性神經(jīng)心理學評估，包括蒙特利爾認知評估量表(montreal cognitive assessment scale, MoCA)、匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)量表(pittsburgh sleep quality index scale, PSQI)、焦慮自評量表(self-rating anxiety scale, SAS)及抑郁自評量表(self-rating depression scale, SDS)。以MoCA評估整體認知功能，測試總分30分，<26分提示認知功能存在障礙，如受教育年限≤12年，則加1分，以消除文化程度對結(jié)果的影響[6]；以PSQI評估睡眠質(zhì)量，>7分提示存在睡眠障礙，得分越高睡眠質(zhì)量越差[7]；以SAS及SDS分別評估焦慮及抑郁情況，得分越高表示焦慮或抑郁程度越嚴重[8]。測試時保持環(huán)境安靜，受試者放松、意識清楚及無抵觸性心理，并由1名受過培訓的醫(yī)師進行評分。排除受教育水平低且無法獨立完成測試者。

1.3 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Vrio 3.0T超導MR掃描儀，12通道頭顱相控陣列表面線圈。先常規(guī)行軸位T2-FLAIR序列成像，以排除腦外傷、梗死及腫瘤等病變；之后行矢狀位快速磁化強度預備梯度回波(magnetisation-prepared rapid gradient-echo, MPRAGE)T1W全腦結(jié)構(gòu)成像，掃描基線平行于顱腦前后聯(lián)合線，TE 2.22 ms，TR 2 530 ms，層數(shù) 192，層厚1 mm，F(xiàn)A 7°，矩陣224×224，F(xiàn)OV 224 mm×224 mm，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，掃描時間5 min 28 s。

1.4 圖像后處理 采用基于Matlab R2012b平臺下的統(tǒng)計參數(shù)圖軟件SPM 8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)的VBM8(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm)工具包進行圖像后處理：①采用MRIcron(http：//www．nitrcorg/projects/mricron)軟件將所有原始圖像轉(zhuǎn)換為SPM8可處理的格式；②將MPRAGE T1W序列全腦結(jié)構(gòu)像配準至蒙特利爾神經(jīng)病學研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)標準模板；③對配準后圖像通過混合模型聚類算法分割成灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液，并進行調(diào)制；④對標準化后圖像進行質(zhì)量和均質(zhì)性檢查；⑤采用8 mm高斯平滑核對分割后圖像進行平滑處理。

表1 2組神經(jīng)心理學量表評分比較(分，±s)

表1 2組神經(jīng)心理學量表評分比較(分，±s)

組別MoCA評分PSQI評分SDS評分SAS評分病例組25.95±2.048.29±4.0338.14±7.8532.33±5.38正常對照組27.43±1.435.67±2.4642.33±10.1734.10±7.83t值-2.7162.5452.7982.941P值0.0100.0150.0080.005

表2 采用VBM算法處理后，病例組與正常對照組比較腦灰質(zhì)萎縮區(qū)域

圖1 基于VBM法處理顯示病例組腦灰質(zhì)體積較正常對照組減少的區(qū)域為左側(cè)顳中回(長箭)、右側(cè)額中回(短箭)及左內(nèi)側(cè)額上回(箭頭) (藍色表示體積減小)

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，采用獨立樣本t檢驗比較2組神經(jīng)心理學量表評分差異；圖像后處理完成后，采用兩獨立樣本t檢驗比較2組間全腦灰質(zhì)及白質(zhì)體積的差異，通過AlphaSim校正，設(shè)置閾值最少體素個數(shù)為496，P<0.001為差異有統(tǒng)計學意義。以Pearson相關(guān)分析觀察病例組腦體積變化區(qū)域與神經(jīng)心理學量表評分的相關(guān)性，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 2組神經(jīng)心理學量表評分比較 病例組MoCA評分低于正常對照組，而PSQI、SAS及SDS評分均高于正常對照組(P均>0.05)，見表1。

2.2 2組腦灰質(zhì)及白質(zhì)體積變化比較 與正常對照組相比，病例組腦灰質(zhì)體積減小區(qū)域為左側(cè)顳中回、右側(cè)額中回及左內(nèi)側(cè)額上回(表2，圖1)，未見腦灰質(zhì)體積增加的區(qū)域。2組間腦白質(zhì)體積差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

2.3 腦灰質(zhì)體積變化與神經(jīng)心理學量表評分相關(guān)性分析 左側(cè)顳中回體積減小分別與PSQI、SDS及SAS評分呈負相關(guān)(r=-0.588、-0.456、-0.489，P=0.006、0.043、0.029)；與MoCA評分無明顯相關(guān)(r=0.176，P=0.458)。右側(cè)額中回體積減小分別與SDS及SAS評分呈負相關(guān)(r=-0.495、-0.466，P=0.026、0.038)；與MoCA及PSQI評分均無明顯相關(guān) (r=0.025、-0.427，P=0.915、0.061)。左內(nèi)側(cè)額上回體積減小與MoCA評分呈正相關(guān)(r=0.462，P=0.040)，與PSQI評分呈負相關(guān)(r=-0.588，P=0.006)；與SDS及SAS評分均無明顯相關(guān) (r=-0.174、-0.194，P=0.463、0.412)。

3 討論

本研究病例組患者部分腦區(qū)灰質(zhì)萎縮，并伴有認知功能障礙；同時患者睡眠質(zhì)量差，并存在較嚴重的焦慮和抑郁情緒。相關(guān)分析顯示，病例組左側(cè)顳中回體積減小與睡眠、焦慮或抑郁評分呈負相關(guān)，提示ESRD維持性血液透析患者不良情緒與腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常改變有關(guān)。本研究中病例組腦灰質(zhì)體積減小區(qū)域為左側(cè)顳中回、右側(cè)額中回及左內(nèi)側(cè)額上回，與Qiu等[4]研究結(jié)果相符，可能與其潛在的腦血管病變有關(guān)[9]，如ESRD維持性血液透析過程中腦血流量減少與低血氧水平、微血管病變、動脈粥樣硬化及尿毒素等均可導致低灌注、腦乏氧和微小血管損傷等。Geissler等[10]也發(fā)現(xiàn)ESRD維持性血液透析患者腦灰質(zhì)區(qū)N-乙酰天冬氨酸減少，提示存在神經(jīng)細胞損傷。但Chai等[11]發(fā)現(xiàn)ESRD維持性血液透析患者腦灰質(zhì)體積減小區(qū)域主要位于右側(cè)殼核、左側(cè)殼核及左側(cè)島葉，與本組結(jié)果不同，主要原因可能在于患者年齡及樣本量不同等。此外，F(xiàn)azekas等[12-13]發(fā)現(xiàn)維持性血液透析ESRD患者額葉前部血流灌注減低，并隨透析時間延長而逐漸發(fā)生腦萎縮及注意力、記憶力及思維活動下降等認知功能障礙[14-16]。本研究病例組腦灰質(zhì)體積減小區(qū)域均為與記憶及認知功能相關(guān)的腦區(qū)，且左內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積減小與MoCA評分呈正相關(guān)，提示維持性血液透析ESRD患者出現(xiàn)認知功能障礙可能與左側(cè)額上回內(nèi)灰質(zhì)體積減小或萎縮有關(guān)。

研究[17-18]發(fā)現(xiàn)部分維持性血液透析ESRD患者存在嚴重焦慮、抑郁及睡眠障礙等癥狀，可能與長期腎替代治療、出現(xiàn)并發(fā)癥和生活質(zhì)量下降引起患者沮喪等情緒有關(guān)。Kielstein等[19]研究大鼠ESRD模型，提出腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子降低、且與抑郁評分呈負相關(guān)；而Rodriguez等[20]發(fā)現(xiàn)ESRD患者抑郁情緒與睡眠障礙相關(guān)。人類大腦的前額葉皮層在情緒加工中起關(guān)鍵作用，額葉、顳葉也是腦默認網(wǎng)絡(luò)重要的組成部分，腦默認網(wǎng)絡(luò)活動不僅與人腦認知、記憶、內(nèi)省等功能相關(guān)，還主管情感情緒的變化[21]。本研究病例組左側(cè)顳中回及右側(cè)額中回腦灰質(zhì)體積減小與SAS及SDS評分呈負相關(guān)，與Kim等[22]研究結(jié)果相似，提示負性情緒可能與大腦額、顳葉等腦區(qū)血流量降低和腦灰質(zhì)萎縮等病理改變有關(guān)。Araujo等[18]提出ESRD血液透析患者存在睡眠障礙。本研究病例組左側(cè)顳中回及左內(nèi)側(cè)額上回腦灰質(zhì)體積減少與PSQI評分呈負相關(guān)，上述腦區(qū)也與認知功能密切相關(guān)[21]，即維持性血液透析ESRD患者睡眠障礙與認知功能障礙可能互相影響，彼此加重，與既往研究[20-23]結(jié)果一致，故臨床采取積極有效的措施改善患者睡眠質(zhì)量十分重要。

本研究的主要局限性：樣本量較小，結(jié)果可能存在偏倚；未比較透析方式(如腹膜透析與血液透析)對ESRD患者腦灰質(zhì)體積的影響；未觀察縱向腦體積變化與疾病進展、尿素氮等的因果關(guān)系。

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