老年人跌倒的腦功能磁共振研究進展

李正然　沈慧聰　張寧　楊洋　王春雪

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·講座與綜述·

老年人跌倒的腦功能磁共振研究進展

李正然沈慧聰張寧楊洋王春雪

跌倒是老年人常見的傷害性事件,也是導致老年人傷殘、死亡的重要原因,是威脅老年人健康及生活質量的一個重要公共衛生問題。2005年預防跌倒歐洲共識將跌倒定義為滑倒(slip)或絆倒(trip),當事人突發、不自主、非故意的體位改變,失去平衡而使其跌落至地板、地面或更低的平面[1]。Tinetti等[2]研究表明,>65歲的老年人中30%每年跌倒≥1次,其中10%會造成嚴重損傷,跌倒的發病率從中年開始逐漸升高,>80歲老年人跌倒發生率可高達50%。在過去1年有跌倒史的患者更容易再次跌倒[3]。我國北京某社區>60歲的老年人1年中跌倒的發生率高達18%,其中8.7%的老年人因跌倒受傷[4]。跌倒的評估手段很多,如記錄跌倒次數、Tinetti平衡與步態量表、簡易體能狀況量表(short physical performance battery,SPPB)等,但僅使用單方面的評估工具無法準確地評估跌倒風險[5]。隨著磁共振成像(MRI)技術的發展,出現了許多研究腦結構和功能的新技術,其中擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI) 和靜息態功能磁共振序列(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)在評價腦的整體結構和功能方面具有重要作用,有助于對跌倒風險進行早期影像學評估[6]。

1　老年人跌倒的概述

老年人跌倒發生率高、后果嚴重,為社會、家庭及個人帶來了巨大負擔。老年人跌倒的相關因素很多,包括內在因素、環境因素以及藥物等影響[7],其中內在因素主要包括:年齡、平衡功能障礙、步態異常、視覺功能障礙、認知功能障礙及心理因素等[8-10]。隨著年齡增長,老年人下肢肌肉收縮力下降,腳跟著地,踝、膝屈曲動作緩慢,伸髖不充分,導致行走緩慢、不連續,步幅變小,腳不能抬高到合適的高度,增加了跌倒的可能[11]。老年人腦逐漸發生老化,中樞神經系統控制能力下降,反應能力、平衡能力及協同運動能力下降,增加了跌倒的危險性[12]。認知障礙也是跌倒的重要危險因素,輕度認知障礙導致執行功能受損,執行功能在姿勢控制與跌倒風險的認知控制中起著關鍵性作用[13-14]。此外,環境的危險性、無序性及老年人適應能力差等外在因素均可導致跌倒的發生[7]。藥物對跌倒的影響具有雙重性,有效地治療原發病可以減少跌倒風險,但藥物使用不當,也會增加跌倒風險[15]。

明確跌倒相關因素有助于跌倒風險的準確評估,并積極采取相應的預防及干預措施,可有效降低老年人跌倒的發生率。

2　跌倒患者的DTI研究

2.1DTI的基本原理及常用參數根據分子在不同的結構中擴散方式不同,DTI在多個方向施加擴散梯度,分別進行采集,得出的多組數據經過計算機處理得出相應圖像。DTI不僅反映活體組織水分子的擴散信息,一定程度上還可以反映腦白質的微結構及纖維走行情況,分析功能纖維與病灶的空間關系,為許多中樞神經系統疾病的診斷,尤其是腦白質病變提供重要信息[16]。O’Sullivan等[17]發現,傳統MRI序列表現正常的腦白質,DTI可發現明顯異常的神經結構,在發現腦白質病變方面,DTI的敏感性明顯高于常規MRI序列。

常用的定量分析參數有表觀擴散系數(average diffusion coefficient,ADC)、部分各向異性分數(fractional anisotropy,FA)等。ADC反映了所有方向上水分子擴散的平均值,FA是表示白質各向異性及完整性的一個度量標準,白質纖維束退變、軸索及髓鞘損傷或丟失,均可導致FA值降低或ADC值升高[18]。

2.2DTI在老年人跌倒研究中的應用腦白質在信息傳導中有著重要作用,是連接皮質及皮質下功能區的聯絡纖維,構成完整的功能體系。老年人隨著年齡增加,腦白質的構成及完整性減弱,導致各功能區纖維聯絡中斷,產生相應的功能障礙,累及不同的腦區則引起相應的臨床表現[19],而且異常的腦白質體積越大,發生跌倒的可能性也越大[20-21]。研究發現，額葉側腦室周圍的腦白質病變與平衡、步態及運動障礙密切相關[22]。Koo等[23]發現存在跌倒風險的患者(Tinetti量表得分<25分),其額頂皮質通路、胼胝體膝部和壓部、扣帶回后部、額葉前部和眶額通路以及連接額-頂-顳葉的縱向通路均可見異常的腦白質叢集。

腦白質病變的病理基礎是髓鞘腫脹或脫失,軸突破壞,可見膠質細胞增生、小血管硬化、動脈壁纖維化及玻璃樣變性[24]。這種病理改變與腦白質病灶的ADC和FA值密切相關,因為細胞或髓鞘結構的破壞,阻礙水分子擴散的屏障作用減弱,導致有序的各向異性結構喪失[25]。而且ADC、FA值與髓鞘破壞的嚴重程度密切相關,髓鞘破壞越嚴重,ADC值增加、FA值減低越明顯[16]。因此在傳統影像技術的基礎上,應用DTI有助于早期發現ADC及FA值改變的異常腦白質區域,對跌倒風險進行早期評估,及時了解相關病情進展并進行早期干預,減少跌倒的發生。

3　跌倒患者的rs-fMRI研究

3.1rs-fMRI的基本原理rs-fMRI是近年來新出現的一種fMRI技術,利用內源性血紅蛋白作為對比劑,通過血氧飽和度的變化實現成像,從而準確定位腦的激活區域。靜息狀態是指受試者閉眼、放松、靜止不動,并避免任何有結構思維活動的狀態[26]。研究表明,在靜息狀態下，人腦仍存在血氧水平依賴成像(BOLD)信號波動,并且在這些自發振蕩的信號中,存在某種特定的功能連接,反映了靜息狀態下的人腦活動[27]。

目前,rs-fMRI主要用于研究不同腦區之間神經網絡的相互聯系,通過計算感興趣腦區產生的低頻波動時間序列信號的相關性可以得出腦區之間神經網絡的聯系。在沒有明確的外部、內部刺激條件下,大腦仍存在特殊的靜息態網絡(resting state network, RSN),其中默認網絡(default mode network, DMN)是基礎網絡[28]。正電子發射斷層成像(PET)證實人腦在靜息狀態下存在一種負責基礎狀態下的內省、環境警覺等內向思維活動的網絡,即DMN,存在于大腦中軸線上的皮層區,包括前額葉內側皮層、扣帶回后部皮層、楔前葉、丘腦背側區、部分顳葉等[29]。這些腦區在靜息狀態下即存在規律的、較強烈的功能活動,即使在服用鎮靜劑或處于淺睡眠狀態時,DMN仍然很活躍[30]。Greicius等[31]通過功能連接分析發現腦活動網絡的中心位于后扣帶回(posterior cingulate cortex, PCC),并且該網絡在執行簡單的感覺任務時不會中斷,只有在執行復雜認知任務時才可能被中斷。

rs-fMRI無需特殊的任務設計,操作簡便,臨床實用性及病人依從性好,在臨床研究中具有巨大潛能。為研究大腦的整合功能以及探索大腦內部的活動規律提供了新方法,也為臨床某些腦疾病的早期診斷和預后判斷提供了線索。

3.2rs-fMRI在老年人跌倒研究中的應用rs-fMRI可用于分析老年人不同腦區的激活情況以及不同腦網絡的連接性改變,在腦功能層面對跌倒進行分析。靜息態功能連接(resting-state functional connectivity,RSFC)在研究腦功能方面具有很強的實用性和可靠性,腦白質結構的完整性、多巴胺能遞質及β-淀粉酶沉積是老年人RSFC改變的潛在因素。近年來許多研究者通過RSFC探究老齡化對靜息態網絡的影響,發現RSFC可以提供關于老齡化對腦功能及認知水平影響的相關信息,其中,DMN和背側注意網絡(dorsal attention network,DAN)易受到腦老化的影響,間接導致了記憶力和注意力下降[32]。Wu等[33]發現老年人的雙側扣帶皮層運動區、小腦、初級運動皮層、運動前區、輔助運動區、丘腦、蒼白球和殼核等廣泛的運動區表現為局部一致性顯著減低,表明在腦老化過程中會破壞靜息狀態下的運動皮層,導致老年人運動能力下降。老年人認知水平及運動能力的下降均使跌倒的風險增加[8]。另有研究發現，與無跌倒史者相比,近1年有跌倒史的老年患者靜息狀態下初級感覺運動網絡(primary motor sensory network,SMN)和額-頂葉腦網絡(fronto-parietal network,FPN)的功能連接減弱,其中右側大腦半球的SMN和FPN的功能連接減弱與隨訪12月后的認知功能(Stroop測試)及運動功能(SPPB測試)下降具有顯著相關性。近期發生多次跌倒的非癡呆老年患者提示可能有腦功能的亞臨床改變,而且隨后腦功能衰退的風險也會增加[34]。因此,rs-fMRI可以提早發現跌倒患者腦功能改變,對于跌倒的預判具有指導意義。

隨著中國人口老齡化進程的加速,跌倒傷害成為了老年人的主要傷害之一,大幅度增加了醫療保健成本和社會資源的支出。老年人跌倒的發生率高、后果嚴重,是威脅老年人健康的重要公共衛生問題。因此,明確老年人跌倒的危險因素、利用MRI新技術手段預測其風險性,有助于早期評估,識別出具有跌倒風險的患者,減少不必要的跌倒發生,對提高老年患者的生存質量具有重要的臨床和社會意義。

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首都臨床特色應用研究與成果推廣(Z151100004015127)

100050北京市,首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經影像中心(李正然,沈慧聰);神經精神醫學與臨床心理科(張寧,楊洋,王春雪)

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R 445.2

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10.3969/j.issn.1003-9198.2016.09.020

2015-10-12)