肝氣郁結模型大鼠正電子發射腦功能成像研究①

劉子旺，趙海濱，張秀靜，單保慈，劉華，賀立娟

正電子發射計算機斷層顯像(positron emission computed tomography,PET)結合了功能、影像和解剖3方面的因素，能在活體腦上定位各功能區，其中，小動物PET(E-plus animal PET)專門為小動物PET顯像研究而設計制造[1-2]，是進行動物模型腦高級功能研究強有力的工具，近年來被廣泛應用于腦高級功能(認知、情緒和行為)和精神類疾病的實驗研究[3]。肝氣郁結證是肝臟象最為常見的證候，大量研究證實該證與大腦皮層的興奮與抑制以及自主神經(特別是交感神經)的功能等多種因素有密切關系[4]。我們曾利用PET技術對肝氣郁結證患者在腦功能改變方面進行初步研究，并部分揭示了肝氣郁結證腦功能改變可視性依據[5]。在前期研究基礎上，我們利用E-plus animal PET對肝氣郁結腦功能改變進行實驗研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 雄性清潔級Wistar大鼠10只，7周齡，體重180～220 g，由軍事醫學科學院實驗動物中心提供(SCXK-(軍)2007-004)；氟18脫氧葡萄糖(18F-FDG)示蹤劑，由中國人民解放軍總醫院制備；異氟烷，由河北九派制藥有限公司提供；E-plus animal PET，由中國科學院高能物理研究所研制；動物呼吸麻醉機(VME系列)，購于美國MATRX公司；自制大鼠固定器。

1.2 實驗方法

1.2.1 模型制備方法 適應性喂養1周，先通過開野實驗(Open-Field Test)將水平運動加垂直運動不足30分或超過120分的大鼠剔除，將符合條件的10只大鼠孤養，對大鼠施予如下刺激：禁水24 h，40℃熱烘5 min，夾尾3 min，傾斜鼠籠2 h，并墊濕輔料(濕度以傾斜后籠底見水為度)，采用自制大鼠固定器行為固定2 h，禁食24 h，電擊足底(電流強度1.0 mA，10 s/次，間隔1 min刺激1次，共30次)。將上述方式各反復4次，總共28種刺激方法納入隨機表格之中，每天9：00～12：00隨機施予1種刺激，持續28 d。

1.2.2 數據采集 所有被試大鼠采取尾靜脈注射的方式，注入1 mCi放射性示蹤劑18F-FDG，單獨放置40 min。到達指定放置時間前5 min，將大鼠放入麻醉誘導盒內，異氟烷麻醉。麻醉后，將大鼠置于E-plus animal PET掃描床，俯臥位放置，同時進行呼吸麻醉維持。采用統一計數的方法作為停止掃描的條件，即設定當PET掃描儀記錄的有效計數達到4.8×107時自動結束掃描。采用FORE+OSEM方法得到三維重建圖像。圖像矩陣為128×128×63，圖像分辨率0.5×0.5×1，掃描層厚為1 mm，采用無間隔掃描方式，成像的FOV包含鼠腦的嗅球、大腦、小腦及腦外組織，圖像存儲格式為ANALYZE 7.5。于造模前后各掃描1次。

圖1 肝氣郁結模型大鼠葡萄糖代謝減低腦區激活圖(冠狀圖)

1.2.3 數據分析 基于中國科學院高能物理研究所建立的大鼠FDG-PET標準腦模板和SPM2對所有數據進行預處理，主要包括：①圖像分割，使用中國科學院高能物理研究所自主開發的軟件自動去除所有待分析圖像的腦外像素；②空間標準化，在SPM2中使用12參數仿射變換和非線性形變將每只被試大鼠的圖像標準化到Paxinos空間；③高斯平滑，使用半高寬為2×2×3的高斯核對標準化后的數據進行平滑。

1.3 統計學分析 使用SPM2軟件對經過預處理的大鼠腦成像數據進行18F-FDG代謝差異的統計分析。預處理后的數據分為造模前和造模后兩組。基于廣義線性模型使用SPM2軟件對兩組數據進行雙樣本t檢驗(P＜0.001，未校正；最小激活區域大于50個像素)。

2 結果

FDG代謝差異腦區見圖1、圖2。肝氣郁結模型大鼠葡萄糖代謝減低腦區(P＜0.001)有左側額葉、頂葉、下丘腦，雙側后扣帶回，右側前扣帶回。葡萄糖代謝升高腦區(P＜0.001)有左側海馬旁回、島葉、顳葉、額葉，右側基底核、丘腦。見表1、表2。

圖2 肝氣郁結模型大鼠葡萄糖代謝增高腦區激活圖(冠狀圖)

表1 肝氣郁結模型大鼠葡萄糖代謝減低的腦區

表2 肝氣郁結模型大鼠葡萄糖代謝增高的腦區

3 討論

能量代謝總是伴隨于機體精神活動的始終，葡萄糖又幾乎是腦細胞能量的惟一來源。運用PET技術可以研究腦部葡萄糖代謝率，進而研究腦的生理功能及病理狀態，近年來被廣泛應用于認知、情緒等疾病的研究[3]。五臟體系之中，肝與情緒異常等腦的高級功能關系最為密切：生理上相互為用，病理上相互影響，經絡上相互聯系，治療上相互關聯。肝氣郁結證以“憂郁、沉悶、思慮無窮、善太息、流淚”等情緒、認知腦高級功能障礙為核心癥狀。貫穿于郁證、癲狂等精神情志疾病發生、發展、轉歸的始終。因此，我們采用E-plus animal PET技術進行肝氣郁結證腦功能受損的實驗研究。

從PET影像分析，如果某一腦區呈放射性濃聚集，則說明該腦區葡萄糖利用率增高，功能增強；反之，其功能減低。額葉是高級情感思維中樞[6]，尤以前額葉與情緒關系最為密切，本研究肝氣郁結證功能異常改變的額葉腦區集中于額上回、中央前回等前額葉腦區與之相符合。顳葉與記憶、感覺等密切相關，在認知、記憶功能障礙性疾病中，顳葉往往存在不同程度的病變，并且常與額葉同時檢出[7]，提示存在額葉-顳葉回路缺陷。下丘腦既是自主神經系統與內分泌系統的皮質下最高調節中樞，又是情緒軀體反應及內臟反應的整合部位[8]。額葉、顳葉及下丘腦的密切聯系，構成了情感調控的復雜體系，肝氣郁結證核心癥狀——情緒障礙可能與額葉、顳葉、下丘腦功能異常改變有關，這和以往對情緒異常疾病的腦功能影像學研究結果一致[7,9]。扣帶回是極為重要的情緒、情感活動整合中樞，與情緒行為、記憶和內臟活動等密切相關，被稱為“內臟腦”[10]。頂葉是軀體感覺的重要調控中樞[10]，肝氣郁結證所表現的胸脅、乳房、少腹脹痛等軀體癥狀可能與頂葉、扣帶回功能異常改變相關。丘腦與情緒表達關系密切，它和額葉、頂葉通過投射纖維相互聯系，共同調整機體情緒、認知功能[11]。小腦與大腦相關腦區、邊緣葉纖維聯系均十分廣泛，與認知情感有關[12]。

本研究以肝氣郁結模型大鼠為對象在整體水平上獲得的與肝氣郁結證相關的腦區功能改變，為肝氣郁結證的腦功能變化機制提供了定位依據。

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