肌萎縮側(cè)索硬化患者早期選擇性損害快速傳導(dǎo)運動神經(jīng)元的電生理研究

王恒恒 潘華 張在強 陳娜 翦凡 張磊 王穎 陳琳

肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是進行性上下運動神經(jīng)元變性導(dǎo)致的致死性疾病。ALS患者運動神經(jīng)傳導(dǎo)檢測結(jié)果可出現(xiàn)由運動神經(jīng)元丟失導(dǎo)致的復(fù)合肌肉動作電位(compound muscle action potentials,CMAP)下降;同時,部分患者可出現(xiàn)傳導(dǎo)速度輕度下降[1]。研究結(jié)果顯示,34%的ALS患者上肢運動末端潛伏期(distal motor latency,DML)延長[2],但延長超過上肢DML正常值的25%者很少見[3],遠(yuǎn)未達到脫髓鞘病變的程度,研究者將此歸因于快傳導(dǎo)運動神經(jīng)元的丟失。

既往研究通過檢測早期ALS患者無嚴(yán)重失神經(jīng)支配的肌肉發(fā)現(xiàn)其F波潛伏期輕度延長[4-5]。F波最小潛伏期(F wave minimal latency,Fmin)是反映快傳導(dǎo)的大運動神經(jīng)元及其支配纖維功能狀況的敏感指標(biāo),而F波最大潛伏期(F wave maximal latency,Fmax)則是反映慢傳導(dǎo)的小運動神經(jīng)元及其支配纖維功能狀況的指標(biāo)。因此理論上Fmin延長更能提示ALS早期即可能出現(xiàn)選擇性累及快傳導(dǎo)的大運動神經(jīng)元,然而目前并沒有研究證實這一假設(shè)。本研究通過分析ALS患者正中神經(jīng)DML、Fmin與CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積之間的關(guān)系,旨在尋找ALS早期快傳導(dǎo)的大運動神經(jīng)元優(yōu)先受累的證據(jù)。

1 對象和方法

1.1 對象收集2016年1月至2018年7月就診于作者醫(yī)院門診的ALS患者42例,其中男26例,女16例,平均年齡(56.5±11.6)歲,平均身高(164.6±7.6)cm。其中確診ALS 9例,很可能14例,實驗室支持很可能19例。上肢起病21(50.0%)例,球部起病12(28.6%)例,下肢起病9(21.4%)。病程3～48個月,平均(14.0±8.5)個月。ALS入組標(biāo)準(zhǔn):(1)符合世界神經(jīng)病學(xué)聯(lián)盟ALS臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)(修訂的EI Escorial診斷標(biāo)準(zhǔn))[6];(2)雙下肢肌力≥4級〔英國醫(yī)學(xué)研究委員會(Medical research council,MRC)肌力分級法〕且至少一側(cè)拇短展肌肌力≥3級;(3)排除頸椎病、腦血管病、糖尿病或其他代謝性原因所致神經(jīng)系統(tǒng)疾病。另選取健康自愿受檢者46名為對照組,其中男27名,女19名,平均年齡(56.3±12.0)歲,平均身高(164.6±7.4)cm。兩組間性別構(gòu)成、年齡和身高比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。本研究獲首都醫(yī)科大學(xué)北京天壇醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)通過,研究對象均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 臨床評估:采用ALS功能量表(ALS functional rating scale,ALSFRS;總分40分)及上肢功能亞組評分(包括書寫、使用餐具和穿衣洗漱,共12分)評估ALS患者的功能狀態(tài),評分越高,表示功能損害越輕,病程越早。采用MRC肌力分級法評估患者上下肢肌力。

1.2.2 常規(guī)神經(jīng)傳導(dǎo)檢測:采用Nicolet EDX肌電圖儀進行常規(guī)肌電圖檢查。所有受試者取仰臥位,保持皮膚溫度＞32℃,進行正中神經(jīng)運動傳導(dǎo)檢測。收集癥狀較輕一側(cè)(拇短展肌肌力≥3級側(cè))正中神經(jīng)傳導(dǎo)檢測結(jié)果,參數(shù)指標(biāo)包括DML、腕部CMAP峰峰波幅、負(fù)波波幅、負(fù)波面積和腕-肘傳導(dǎo)速度。

1.2.3 正中神經(jīng)F波檢測:對所有受試者腕橫紋近端3 cm處進行連續(xù)20次的超強脈沖刺激[7],刺激頻率1 Hz,在肌力評級≥3級的同側(cè)拇短展肌記錄Fmin、Fmax潛伏期。測定參數(shù):靈敏度為200～500μV/格,掃描速度為5 ms/格,濾波范圍為20～10 k Hz。

1.2.4 針極肌電圖檢查:對ALS患者進行常規(guī)針極肌電圖檢測,包括舌肌、胸鎖乳突肌、第一骨間肌、伸指總肌、T10～T12脊旁肌、脛前肌和腓腸肌等,觀察正銳波、纖顫電位、束顫電位、運動單位電位波幅和時限及募集相。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理數(shù)據(jù)輸入SPSS21.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析,符合正態(tài)分布的計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,兩均數(shù)間比較采用獨立樣本t檢驗;計數(shù)資料采用χ2檢驗;正中神經(jīng)F波檢查結(jié)果與CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料42例ALS患者平均拇短展肌肌力為3～5級,平均(4.1±0.6)級(與F波檢查同側(cè));ALSFRS評分為25～40分,平均(32.9±4.1)分;上肢功能亞組評分4～12分,平均(9.6±2.1)分。

2.2 神經(jīng)電生理檢查

2.2.1 正中神經(jīng)運動傳導(dǎo)檢測:ALS組正中神經(jīng)DML、傳導(dǎo)速度均在正常范圍內(nèi)。與對照組比較,ALS組肘-腕傳導(dǎo)速度降低(P＜0.01),正中神經(jīng)Fmin延長(P＜0.01),正中神經(jīng)的CMAP負(fù)波波幅及CMAP負(fù)波面積明顯下降(均P＜0.01),而DML雖有延長趨勢但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。結(jié)果見表1。參照身高對應(yīng)的實驗室正常值,ALS組患者Fmin延長異常率為40.5%,所有Fmin異常值超過實驗室正常值上限的范圍為0.2%～16.4%;參照實驗室正常值,ALS患者CMAP峰峰波幅下降異常率為23.8%,下降范圍為正常值下限的1.4%～71.9%。

2.2.2 DML、Fmin與CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積的相關(guān)性:ALS患者正中神經(jīng)CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積均與DML、Fmin呈線性負(fù)相關(guān)(均P＜0.05)。結(jié)果見圖1～2。矯正身高因素后,ALS患者正中神經(jīng)CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積與DML、Fmin仍呈線性負(fù)相關(guān)(表2)。

2.2.3 Fmax與CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積的相關(guān)性:ALS患者正中神經(jīng)CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積與Fmax無相關(guān)性(圖3)。矯正身高因素后,仍提示兩者間無相關(guān)性(表2)。

表1 兩組正中神經(jīng)運動神經(jīng)傳導(dǎo)與F波比較(±s)

表1 兩組正中神經(jīng)運動神經(jīng)傳導(dǎo)與F波比較(±s)

注:ALS:肌萎縮側(cè)索硬化,CMAP:復(fù)合肌肉動作電位;圖1～3、表2同。DML:運動末端潛伏期,圖1、表2同;Fmin:F波最小潛伏期,圖2、表2同

分組 例數(shù) DML(s) 肘-腕傳導(dǎo)速度(m/s) Fmin(s) CMAP峰峰波幅(m V)CMAP負(fù)波波幅(m V)CMAP負(fù)波面積(m V·ms)ALS組 42 3.5±0.4 56.1±3.5 26.7±2.3 8.4±3.2 5.5±2.2 15.5±7.0對照組 46 3.3±0.4 61.3±1.9 25.3±1.3 16.9±4.2 9.6±2.4 28.2±7.7 t值 1.841 -8.428 3.410 -10.513 -8.219 -8.034 P值 0.069 ＜0.001 0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

圖1 ALS患者正中神經(jīng)DML與CMAP負(fù)波波幅(A)、負(fù)波面積(B)相關(guān)性分析

圖2 ALS患者正中神經(jīng)Fmin與CMAP負(fù)波波幅(A)、負(fù)波面積(B)相關(guān)性分析

表2 ALS患者矯正身高因素后正中神經(jīng)CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積與DML、Fmin及Fmax偏相關(guān)分析結(jié)果

圖3 ALS患者正中神經(jīng)Fmax與CMAP負(fù)波波幅(A)、負(fù)波面積(B)相關(guān)性分析

3 討論

Lambert等[8]通過研究ALS患者發(fā)現(xiàn),隨著CMAP下降,患者出現(xiàn)DML的輕度延長。本研究結(jié)果顯示,ALS患者DML出現(xiàn)延長趨勢,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義,而Fmin與對照組比較明顯延長,差異有統(tǒng)計學(xué)意義。CMAP負(fù)波波幅及面積可反映參與神經(jīng)沖動的運動單位數(shù)目[9],ALS患者CMAP負(fù)波波幅和面積的下降反映了運動神經(jīng)元的丟失程度及相應(yīng)的運動單位的減少。從電生理學(xué)上看,導(dǎo)致DML潛伏期延長的原因包括:遠(yuǎn)端神經(jīng)纖維節(jié)段性脫髓鞘或快速傳導(dǎo)的大有髓纖維的丟失;導(dǎo)致Fmin延長的主要原因除前兩個因素外,可能與神經(jīng)近端受累相關(guān)。本組ALS患者DML與Fmin延長且與CMAP負(fù)波波幅及面積降低呈負(fù)相關(guān),表明ALS患者早期運動神經(jīng)元壞死與快速傳導(dǎo)的大的有髓纖維丟失有關(guān)。

運動神經(jīng)元有大小之分,運動纖維也有粗細(xì)之分,大的運動神經(jīng)元支配傳導(dǎo)快的較粗的運動纖維,稍小的運動神經(jīng)元支配較細(xì)的傳導(dǎo)略慢的運動纖維。有關(guān)運動神經(jīng)傳導(dǎo)快慢分布的研究結(jié)果顯示,其傳導(dǎo)速度相差并不明顯,但當(dāng)傳導(dǎo)距離增加后,傳導(dǎo)快慢差異開始顯現(xiàn)[10],因而當(dāng)大的運動神經(jīng)元受損后Fmin延長較DML變化明顯。本研究結(jié)果顯示ALS患者正中神經(jīng)DML雖然較正常對照組有延長趨勢,但均在正常值范圍,且與對照組比較差異無統(tǒng)計學(xué)差異;而Fmin較對照組明顯延長,且有40.5%超過正常值上限,但延長范圍不超過正常上限的16.4%,表明ALS患者潛伏期延長可歸因于大的有髓纖維丟失,但所致延長程度輕,遠(yuǎn)未及神經(jīng)脫髓鞘的程度。

本組患者ALSFRS及上肢亞組評分均較高,提示入組患者及上肢功能損害處于病程早期。既往研究報道ALS患者同一神經(jīng)DML與CMAP波幅存在負(fù)相關(guān)[11-12]。本研究結(jié)果顯示,ALS患者正中神經(jīng)支配的拇短展肌CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積不僅與正中神經(jīng)DML呈負(fù)相關(guān)且與Fmin亦呈負(fù)相關(guān),證實了早期丟失的運動神經(jīng)元是大運動神經(jīng)元及其支配的快速傳導(dǎo)的有髓纖維。該特點在動物模型的研究中也有驗證。有關(guān)G85R SOD1YFP轉(zhuǎn)基因的ALS模型鼠研究發(fā)現(xiàn)快傳導(dǎo)的運動神經(jīng)單元早期選擇性丟失,且發(fā)現(xiàn)了該類型運動神經(jīng)支配肌肉的快纖維;反過來,通過熒光標(biāo)記技術(shù)發(fā)現(xiàn)ALS存在早期肌肉快纖維的選擇性丟失,反向印證了快傳導(dǎo)的運動神經(jīng)單元早期優(yōu)先受累[13]。按照Hengneman等原則,支配快速運動單位的運動神經(jīng)元應(yīng)該具有最大的細(xì)胞胞體和軸突直徑[14];在另一ALS模型鼠的研究中也發(fā)現(xiàn)了直徑大的運動神經(jīng)元表現(xiàn)出優(yōu)先受累[15],因此推測決定運動神經(jīng)元受累先后的關(guān)鍵因素是運動神經(jīng)元胞體大小和軸突粗細(xì)[16],胞體大、直徑粗的運動神經(jīng)單位易受累,原因可能與代謝需求有關(guān)[17]。

目前,研究者正嘗試探索運動神經(jīng)元選擇性丟失的順序。研究結(jié)果顯示,ALS鼠模型40 d開始出現(xiàn)快縮的運動單位的選擇性丟失,80 d開始出現(xiàn)慢縮運動單位的丟失[16]。由于快纖維芽生代償功能少或沒有,而慢纖維代償功能則較強[18-19],因此早期肌力、CMAP波幅下降與快縮的運動單位丟失一致。這種相關(guān)性隨著病情進展、慢纖維側(cè)枝芽生等繼發(fā)病理改變的形成而逐漸減弱、消失。因此,與Fmin相比,反映慢傳導(dǎo)的小纖維功能的Fmax與CMAP負(fù)波波幅、負(fù)波面積無相關(guān)性也間接證實此觀點。

綜上所述,本研究結(jié)果證實快傳導(dǎo)的大運動神經(jīng)元及其支配纖維在ALS早期優(yōu)先受累,主要表現(xiàn)為Fmin、DML輕度延長和CMAP波幅下降,且兩者具有負(fù)相關(guān)性。有關(guān)ALS病變過程中選擇性受累的分子機制尚不明確,需要今后進一步研究,這將利于ALS病因的探討。