正常老化過程中海馬不同部位代謝物濃度與年齡的相關性

常瑞亭，耿左軍，朱青峰，王 亞，韓學芳，呂煥娣

（河北醫科大學第二醫院醫學影像科，河北石家莊050000）

正常老化過程中海馬不同部位代謝物濃度與年齡的相關性

常瑞亭，耿左軍*，朱青峰，王 亞，韓學芳，呂煥娣

（河北醫科大學第二醫院醫學影像科，河北石家莊050000）

目的 利用氫質子磁共振波譜分析（1Hmagnetic resonance spectroscopy，1H－MRS）技術，評價正常腦老化過程中雙側海馬不同部位代謝物濃度的變化，并進一步探討代謝物濃度與年齡的相關性。方法 121例健康右利手志愿者，行顱腦常規磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）檢查，人為確定MRS感興趣區，機器自動測量海馬不同部位濃度值參數：N－乙酰天門冬氨酸（N－acetylaspartate，NAA）、膽堿（choline compounds，Cho）、肌酸（creatine，Cr）。比較不同性別、不同年齡組間各參數的差異。分析海馬各部位NAA、Cho、Cr與年齡的相關性。結果 不同性別間海馬各部位NAA、Cho、Cr比較差異無統計學意義（P＞0.05）。不同年齡組間雙側海馬頭、體（體1、體2）、尾部NAA值差異有統計學意義，老年組雙側海馬頭、體（體1區、體2區）、尾部NAA顯著低于青年組和中年組（P＜0.05），青年組與中年組比較差異無統計學意義（P＞0.05）;不同年齡組間Cho、Cr差異無統計學意義（P＞0.05）。雙側海馬頭、體（體1、體2區）、尾部僅NAA與年齡呈負相關（P＜0.05），Cho、Cr與年齡無相關性（P＞0.05）。結論 正常腦老化過程中海馬各部位NAA值隨年齡增長而降低，老年組明顯低于青年組及中年組。海馬各部位NAA、Cho、Cr值無性別差異。

氫質子波譜成像;海馬;腦老化;相關性分析

磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）作為目前惟一一種能夠無創性檢測活體組織能量代謝、生化改變及化合物定量分析的影像學技術，能客觀地檢測活體腦組織內化合物含量，提供腦的代謝信息，可以檢測到常規磁共振不能顯示的早期異常，為磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）提供補充信息，從而提高病變診斷的特異度和準確度。本研究探討不同性別、年齡間正常人海馬各部位組織代謝物濃度的差異，并發現其變化規律，旨在為研究海馬組織正常生理生化進程變化提供基礎依據，也為一些與海馬相關的疾病如Alzheimer病［1］、輕度認知功能障礙［2］、癲癇［3］等的鑒別及早期診斷提供臨床依據。報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2013年10—12月招募右利手健康志愿者121例，根據世界衛生組織對人類年齡段的最新劃分，按年齡將志愿者分為3組：青年組41例，男性22例，女性19例，年齡20～44歲，平均（29.2±4.6）歲;中年組40例，男性20例，女性20例，年齡45～59歲，平均（49.7±4.6）歲;老年組40例，男性20例，女性20例，年齡60～79歲，平均（67.1±5.0）歲。納入標準：①右利手;②簡易精神狀態量表檢查評分＞27分;③無任何神經系統疾病或精神疾病，如頭痛、頭暈、嗜睡、瞻望、情感障礙等神經或精神癥狀;④無顱腦手術或外傷史，無高血壓（60歲以上老年人血壓＜140/90 mmHg）、糖尿病、心臟病等基礎病或慢性病史;⑤無酗酒、吸煙成癮、長期服用藥物、毒品依賴史;⑥無MRI檢查禁忌證，如體內存在心臟起搏器、神經刺激器、金屬動脈夾、不可摘除的假牙等金屬植入物等;⑦無抽搐、癲癇、痙攣史，無腦炎或腦膜炎史;⑧無腦乏氧史，如一氧化碳及其他毒物中毒史等;⑨頭顱MRI常規掃描陰性，海馬區未見空泡及異常信號者;⑩按照上述標準，對掃描獲得的圖像評估質量，并進行后處理，去除偽影嚴重及后處理不理想者。所有志愿者均知情同意接受檢查，并簽署知情同意書。

1.2 方法 應用飛利浦公司Achieva 3.0T超導磁共振設備，標準8通道頭顱線圈。顱腦常規檢查包括軸位T1WI，快速自旋回波（turbo－spin echo，TSE）序列：重復時間（repetition time，TR）3 056 ms，恢復時間（echo time，TE）7.6 ms，反轉時間（inversion time，TI）860 ms;軸位 T2WI，TSE 序 列：TR 2 000 ms，TE 80 ms;軸位T2FLAIR，T2FLAIR序列： TR 10 002 ms，TE 130.4 ms，TI2 400 ms。以上序列層厚均為6.0 mm，層間隔為1.0 mm，矩陣512×256，視野 （field of view，FOV）240 mm×240 mm× 120 mm（AP×RL×FH），平均激勵次數（number of signal averaged，NSA）1次;矢狀T2WI，TSE序列：TR 2 000 ms，TE 80 ms，層厚6.0 mm，層間隔1.0 mm，矩陣 260×234，FOV 240 mm×240 mm×143 mm （AP×RL×FH），NSA 1次。1H－MRS成像：在矢狀位T2WI上沿海馬長軸進行海馬長軸位掃描。T2WI，TSE序列：TR 2 000 ms，TE 80 ms，層間隔0 mm，層厚3 mm;采用多體素2D－PRESS－144序列選擇海馬軸位層面中海馬頭、體、尾顯示最好層面定位，其中海馬頭、體、尾分區參照Malykhin等［4］及過去垂直于海馬長軸斜冠狀掃描的分段方法加以改進后進行分段，分別對雙側海馬不同區域進行MRS掃描（圖1），盡量避開干擾組織，如顱骨、血管、脂肪、硬膜、腦脊液等。掃描參數：TR 2 000 ms，TE 144 ms，體素大小10×10 mm，層厚10 mm，矩陣2×4，FOV 20 mm×40 mm，接收/發射增益調節、掃描過程中體素內勻場、水抑制及無水抑制掃描均由自動預掃描程序完成，勻場效果達到半高全寬＜15 Hz，水抑制達99%水平，左右海馬MRS總掃描時間為15 min。

圖1 雙側海馬區MRS定位圖1.海馬頭;2.海馬體1區;3.海馬體2區;4.海馬尾Figure 1 MRS location map of the bilateral hippocam pus

1.3 圖像處理 將MRS原始圖像傳輸至飛利浦EWS后處理工作站，用EWS工作站中MRS特定處理軟件進行圖像后處理，將得出原始波譜進行高斯、指數倍增，零填充，傅立葉變換，頻率位移較正，相位校正，基線校正，得出相應MRS。對各峰進行單峰分析，記錄各代謝物的峰下面積，包括N－乙酰天門冬氨酸（N－acetyl－aspartate，NAA）、膽堿（choline compounds，Cho）、肌酸（creatine，Cr）。

1.4 統計學方法 應用SPSS 13.0統計軟件對數據進行分析。計量資料以±s表示，分別采用t檢驗、F檢驗和q檢驗;相關性采用Pearson相關分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 不同性別間海馬各部位參數比較 不同性別間海馬各部位代謝物NAA、Cr、Cho濃度差異均無統計學意義（P＞0.05），見表1～3。

表1 不同性別間海馬各部位NAA比較Table 1 Com parison of NAA in the different regions of hippocam pus between genders （±s）

表1 不同性別間海馬各部位NAA比較Table 1 Com parison of NAA in the different regions of hippocam pus between genders （±s）

性別 例數 海馬頭 海馬體1海馬體2海馬尾左右左右左右左右男 62 21.16±8.23 19.21±6.08 33.24±10.26 44.21±10.70 39.45±8.95 43.15±11.54 29.07±8.61 33.59±7.44女 59 22.33±9.02 21.44±6.98 34.65±8.80 45..34±8.09 38.13±10.62 44.92±8.43 29.78±8.85 35.46±8.68t0.743 1.620 0.905 0.652 0.736 0.962 0.448 1.271P0.459 0.108 0.419 0.515 0.463 0.338 0.655 0.206

表2 不同性別間海馬各部位Cho比較Table 2 Com parison of Cho in the differen t regions of hippocam pus betw een genders （±s）

表2 不同性別間海馬各部位Cho比較Table 2 Com parison of Cho in the differen t regions of hippocam pus betw een genders （±s）

性別 例數 海馬頭 海馬體1海馬體2海馬尾左右左右左右左右男 62 20.27±7.63 18.97±7.44 30.17±6.98 32.68±9.25 31.70±8.47 32.43±8.93 27.29±8.30 29.38±9.44女 59 20.86±8.90 19.07±8.63 30.53±6.92 34.09±7.86 30.77±7.55 34.42±8.10 27.09±8.29 29.37±8.28t0.509 0.067 0.291 1.083 0.660 1.461 0.128 0.006P0.611 0.947 0.770 0.281 0.510 0.147 0.898 0.996

表3 不同性別間海馬各部位Cr比較Table 3 Com parison of Cr in the different regions of hippocam pus between genders（±s）

表3 不同性別間海馬各部位Cr比較Table 3 Com parison of Cr in the different regions of hippocam pus between genders（±s）

性別 例數 海馬頭 海馬體1海馬體2海馬尾左右左右左右左右男 62 16.29±5.36 17.22±7.83 25.67±7.50 32.35±7.80 29.69±7.60 32.46±7.93 24.95±8.24 28.70±9.00女 59 17.84±7.62 17.18±5.18 26.74±8.85 32..43±7.61 30.22±7.82 32.42±7.44 26.55±7.28 29.69±8.87t1.299 0.034 0.826 0.259 0.312 0.167 1.123 0.625P0.196 0.973 0.410 0.796 0.755 0.867 0.264 0.533

2.2 不同年齡組間海馬各部位參數比較 不同年齡組間雙側海馬頭、體（體1、體2）、尾部NAA值差異有統計學意義，老年組雙側海馬頭、體（體1區、體2區）、尾部NAA顯著低于青年組和中年組（P＜ 0.05），青年組與中年組比較差異無統計學意義（P＞0.05）。不同年齡組間Cho及Cr比較差異無統計學意義（P＞0.05）。見表4～6。

表4 不同年齡組間海馬各部位NAA比較Table 4 Com parison of NAA among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

表4 不同年齡組間海馬各部位NAA比較Table 4 Com parison of NAA among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

*P＜0.05與青年組比較 #P＜0.05與中年組比較（q檢驗）

青年組 41 24.40±6.42 23.24±6.56 36.25±9.00 49.32±10.35 43.03±7.60 48.23±12.39 33.39±8.10 36.96±8.01中年組 40 24.44±9.41 21.94±7.30 35.05±10.84 46.23±7.01 40.08±10.90 46.36±6.97 30.00±7.96 35.16±7.55老年組 40 16.23±7.44*#15.63±6.85*#30.55±7.89*#38.75±7.58*# 33.13±7.99*#38.75±7.58*# 24.79±7.94*#31.30±7.79*#F14.299 13.945 3.845 16.580 12.830 11.059 11.860 5.563P0.000 0.000 0.024 0.000 0.000 0.000 0.000 0.005

表5 不同年齡組間海馬各部位Cho比較Table 5 Comparison of Cho among different age groups in the different regions of hippocampus （±s）

表5 不同年齡組間海馬各部位Cho比較Table 5 Comparison of Cho among different age groups in the different regions of hippocampus （±s）

性別 例數 海馬頭 海馬體1海馬體2海馬尾左右左右左右左右青年組 41 18.55±7.89 17.72±7.24 29.14±6.10 33.98±9.73 30.92±6.71 33.46±10.17 27.12±6.80 29.69±10.53中年組 40 22.05±8.20 19.54±9.94 31.07±8.52 31.70±7.70 31.20±10.91 31.87±7.62 28.65±9.12 28.83±9.04老年組 40 21.42±8.30 18.79±6.67 30.85±5.91 34.38±8.00 30.87±7.28 34.38±8.20 25.83±8.71 29.74±6.81F2.127 0.125 0.927 0.932 0.214 0.969 1.154 0.182 P 34

表6 不同年齡組間海馬各部位Cr比較Table 6 Com parison of Cr among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

表6 不同年齡組間海馬各部位Cr比較Table 6 Com parison of Cr among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

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2.3 海馬各部位代謝參數與年齡的Pearson相關性分析 雙側海馬頭、體（體1區、體2區）、尾部NAA濃度與年齡呈負相關（P＜0.05），雙側海馬頭、體（體1區、體2區）、尾部Cho、Cr與年齡無相關關系（P＞0.05），見表7。

表7 海馬各部位代謝參數與年齡的Pearson相關性分析Table 7 Pearson analysis of metabolite indexes in the different regions of hippocampus with age

3 討 論

MRS是利用磁共振化學位移現象測定組成物質中分子成分的一種檢測方法。在醫學領域用于波譜研究的原子核有很多，如31P、1H、23Na、13C、7Li等，尤以氫質子（1H）波譜技術最常用［5］。由于1H在不同化合物中的磁共振頻率不同，致使它們在MRS的譜線中共振峰的位置不同，從而分辨出不同化合物，同時共振峰的面積反映了化合物的濃度，因此可以對不同化合物進行定量分析。本研究中不同性別間代謝物濃度差異無統計學意義，與過去關于海馬的MRS研究結果一致［6－7］。以往不少研究發現雄激素對海馬神經元有促進作用，亦有研究通過動物實驗及臨床試驗發現雌激素及胰島素對神經有保護作用。故我們認為海馬區代謝物濃度是多種激素共同作用下的結果，受性別影響不大。

本研究結果顯示雙側海馬頭、體（體1區、體2區）、尾部NAA與年齡呈負相關。表明NAA濃度隨著年齡的增長逐漸減低，與以往研究結果基本相符。NAA主要存在于神經元內，其濃度與神經元的成熟和數量有關，老化過程中大腦存在神經細胞的凋亡，究其根本原因是由于神經元的破壞和神經元數量的減少，因此海馬的老化表現在MRS上即為NAA的降低。Reyngoudt等［8］發現NAA濃度不會隨年齡增加而發生變化;Chiu等［6］發現右側海馬NAA與年齡無相關性，左側NAA與年齡呈正相關。但這2項研究的樣本含量、分組方式、波譜掃描方式與本研究差異性較大，我們猜測發生這些差異性的結果可能與以上原因有關，要證明這一猜測是否正確，有待我們今后更進一步深入而細致的研究。

Cho存在于神經元及膠質細胞，包括游離膽堿、磷酸膽堿、磷酸甘油膽堿及磷脂酰膽堿，參與細胞膜的合成及降解，可反映細胞膜的穩定性和神經膠質的增生。本研究結果顯示，青、中、老年組間Cho差異無統計學意義。說明老化過程中海馬區膠質細胞增生或細胞降解現象并非十分明顯。

Cr主要存在于腦內膠質細胞中，反映腦內肌酸與磷酸肌酸的總和，作為高能磷酸化的儲備以及ATP和ADP的緩沖劑，以往認為其對維持腦細胞中的能量依賴系統發揮作用。研究證實Cr在同一個體腦內不同代謝條件下均保持相對穩定，常用Cr作為波譜研究的內參照。本研究結果顯示，不同年齡組間雙側海馬區各部位Cr差異無統計學意義。說明海馬在正常老化過程中膠質細胞變化并不明顯。研究［9－10］發現額葉及頂葉白質Cr隨年齡增長而增高，提示應謹慎對待把Cr作為波譜研究內參照的觀點。

本研究結果與馬曉臣等［11］關于海馬MRS的研究報道僅部分相符。導致這些差異性結果的原因可能與入選標準感興趣的區域、數據采集和數據處理等因素的不同有關。

為了解開人腦老化之謎，人們對正常腦老化的探索已有很長一段歷史，MRS技術的發展使人們在無創性、可重復性的條件下研究腦老化成為可能。不同的疾病可以損傷海馬的不同區域，最終導致海馬特定區域體積發生相應萎縮，如顳葉癲癇及精神分裂癥患者常表現為海馬頭部相應的萎縮，嚴重抑郁癥患者常表現為海馬尾相應的萎縮等。MRS較MRI能更早期發現病變，從而有利于早期治療。本研究通過對海馬不同區域分別進行MRS研究，得到了海馬不同部位代謝物質的基礎數據及變化規律，這為以后海馬相關疾病的科學研究和臨床診斷提供了重要的依據。

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（本文編輯：趙麗潔）

Correlation between metabolite concentrations and age in different regions of hippocampus during normal brain aging

CHANG Rui－ting，GENG Zuo－jun*，ZHU Qing－feng，WANG Ya，HAN Xue－fang，LV Huan－di
（ Department of Radiology，the Second Hospital of Hebei Medical University Shijiazhuang 050000，China）

Objective To evaluate themetabolism change with aging brain in the different regions of the bilateral hippocampal using1H magnetic resonance spectroscopy（1H－MRS），and to further investigate the correlation between metabolites，metabolite concentrations ratio and age.MethodsBrain conventional MRI，MRSwere employed in 121 right－handed healthy volunteers.After selecting the regions of interest artificially，the required parameters N－acetyl－aspartate（NAA），choline compounds（Cho），creatine（Cr）were measured by the machine automatically.The parameters between genders and ages were compared.Pearson correlation analysis was used to further investigate the correlation between the concentrations of NAA，Cho，Cr and age in different regions of the hippocampus.ResultsNo significant gender effectswere found in the concentrations of NAA，Cho，Cr（P＞0.05）.A significant age effectswere found in the concentrations of NAA in the hippocampal head，body（body 1 area，body 2 area）and tail.The concentrations of NAA in the above regions of elderly group decreased significantly as compared with young and elderly group（P＜0.05），while NAA showed significant changes between young andmiddleaged group in the hippocampal head，body（body 1 area，body 2 area）and tail（P＞0.05）.No significant age－associated changes were observed in Cho，Cr.Only the NAA concentrations were negatively correlated with age in bilateral hippocampal head，body（body 1 area，2 area），and tail（P＜0.05）.No significant age－associated changes were observed in Cho，Cr（P＞0.05）.ConclusionThe NAA concentration decreased with age in the different regions of the hippocampus during normal brain aging.The NAA concentration in elderly group is significantly lower than that of young and middle aged group.No significant differences are found in the concentrations of NAA，Cho，Cr between genders.

proton magnetic resonance spectroscopy;hippocampus;brain aging;correlation analysis

R735.7

A

1007－3205（2015）03－0291－05

2014－10－15;

2014－11－21

河北省醫學科學研究重點課題（zd2013016）

常瑞亭（1987－），女，河北衡水人，河北醫科大學第二醫院醫學碩士研究生，從事影像醫學與核醫學診斷研究。

*通訊作者。E－mail：1980756261@qq.com

10.3969/j.issn.1007－3205.2015.03.013