不同進展階段肝性腦病患者大腦靜息態功能和腦代謝研究

姜曉萍， 錢偉偉， 張莉， 張佳琪

不同進展階段肝性腦病患者大腦靜息態功能和腦代謝研究

姜曉萍， 錢偉偉， 張莉， 張佳琪

目的：探討肝性腦病(HE)不同嚴重程度患者大腦靜息態低頻振蕩幅度以及腦代謝的差異，為患者的治療提供依據。方法：選取本院2014年5月-2016年5月的32例HE患者進行研究，依據其病情的嚴重程度分為兩組，輕度肝性腦病(MHE)組22例，重度肝性腦病(OHE)組10例。選取同期進行身體檢查的健康受試者13例作為對照組，分別使用BOLD-fMRI、磁共振波譜檢查三組患者的靜息狀態下腦功能情況，分析腦代謝物的異常情況。結果：與對照組相比，MHE與OHE組患者的腦部默認網絡區和小腦區內的分數化低頻振蕩幅度值顯著降低，顳中回內、額中回和腦室旁白質區的分數化低頻振蕩幅度則顯著升高。MHE組患者腦代謝物Cho/Cr (0.93±0.11,0.80±0.16)與mI/Cr (0.26±0.08,0.20±0.06)顯著大于OHE組(P<0.05)，MHE組和OHE組NAA/Cr分別為1.93±0.15、2.03±0.22，差異無統計學意義(P=0.51)。HE患者代謝物峰值下面積比值均顯著低于正常對照組(NAA/Cr 2.78±0.19，Cho/Cr 1.20±0.13，mI/Cr 0.43±0.05，P<0.05)。結論：HE越嚴重其靜息態默認網絡區和小腦區內的低頻振蕩幅度降低，顳中回內、額中回和腦室旁白質區低頻震蕩幅度則明顯升高。HE患者腦代謝物峰下面積比值越低提示病情越嚴重，為其診斷和治療提供參考。

磁共振成像； 腦代謝； 肝性腦病

肝性腦病(Hepatic encephalopathy，HE)是一種由嚴重肝臟疾病誘發的腦部并發癥，主要表現為昏迷、意識障礙等癥狀。HE的致病因至今尚未完全明確，但是研究者們基于一些研究結果提出了諸如假性神經遞質、氨毒性等學說，為該病的進一步研究提供了依據[1]。HE在不同階段其大腦功能和腦代謝活動都存在差異，準確地了解各階段患者的狀況能夠為治療方案的制定提供幫助。早期輕微肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)的主要特征是神經認知的異常，但是未出現較為明顯的臨床癥狀，如果發展至明顯肝性腦病(overt hepatic encephalopathy，OHE)則很可能導致死亡等不良預后[2-4]，因此了解不同階段HE患者的腦功能和代謝情況有助于快速采取有效的措施進行治療，避免不良預后的發生。

材料與方法

1.一般資料

選取本院2014年5月-2016年5月收治的32例HE患者進行研究(觀察組)，結合2001年美國胃腸病學會實踐標準委員會發布的West-Haven標準[5]和國內共同認可的HE心理學評分(psychometric hepatic encephalopathy score，PHES)[6]中的數字連接試驗-A及數字符號試驗將其分為2組：即MHE組(A組)患者22例，患者無意識障礙，血清氨測定正常，男女性患者比例為15:7，患者年齡42～67歲，平均53.6±1.5歲； OHE組(B組)患者10例，患者有嚴重的肝病或廣泛門體側枝循環，并一系列神經/精神癥狀，血清氨顯著升高，男女性比例為6:4，患者年齡44～63歲，平均54.0±1.6歲。同期選取健康受試者13例作為對照組，男女性比例為8:5，年齡40～69歲，平均53.8.0±1.7歲，3組研究對象的基本資料差異無統計學意義(P>0.05)。

2.納入和排除標準

納入標準：觀察組所有入選患者均確診為HE，符合West-Haven標準中2～4級的HE具有明顯的精神異常表現，劃分為OHE患者，以及符合標準中1級的，且可以引出撲翼樣震顫者也劃分為OHE患者；剩余的HE患者符合標準0級，且數字連接試驗-A及數字符號試驗均為陽性，劃分為MHE患者。所有患者和健康受試者均自愿加入本次實驗，且醫院倫理委員會同意本次實驗。排除標準：心臟、肺、腎臟等功能障礙，高血壓、糖尿病等系統性疾病，有影響腦部代謝物濃度的疾病。

3.檢查設備與方法

3組研究對象均行MRI檢查。采用GE Signa Excite HD 3.0T超導型磁共振儀，8通道相控陣頭頸聯合線圈，叮囑受檢者靜躺于磁共振室中并禁閉雙眼，先掃描三個平面定位圖像，T2WI：層厚5 mm，層間隔0 mm，并做校準掃描，以橫軸面T2WI為定位圖像TR 6200 ms，TE 120 ms，激勵次數為2。應用二維點分辨多體素波譜序列(point resolved spectroscopy，2D PROBE-CSI PRESS)采集氫質子波譜數據。首先定義ROI位置，在橫軸面圖像上放置ROI，并且在橫軸面、矢狀面和冠狀面三個平面上檢查ROI周圍是否有骨骼、脂肪、空氣等干擾因素，如有則需要添加切線飽和帶，中心層面包含額葉，基底節區和側腦室周圍白質等。經過調整發射和接受增益，FID信號調節，進行ROI勻場調節后開始波譜信號采集。PRESS波譜序列具體參數設置：TR 2000 ms，TE144 ms，視野240 mm×240 mm ，層厚10 mm，NEX為1。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)數據采用BOLD序列，參數設置：TR 2000 ms，TE 30 ms，視野240 mm×240 mm，厚度4 mm，矩陣64×64，層數30，翻轉角90°。 3D-BRAVO橫軸面掃描參數：TR 6.8 ms，TE 3.5 ms，視野240 mm×240 mm，層厚1.0 mm，層間隔0 mm，矩陣256×256，NEX為1，翻轉角 15°，帶寬 41.67 Hz。

腦磁共振波譜分析：將采集到的原始數據傳送到GE公司AW4.5版本工作站進行后處理，利用Functool軟件可得到代謝物包括肌酐(Cr)、N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)、肌醇(mI)，其化學位移位置依次為3.03 ppm、2.02 ppm，3.2 ppm、3.56 ppm。本次研究中系統給出的參照指標為Cr，因此各峰下面積比值為NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr等[7]。靜息態fMRI數據采用REST(Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit V1.8,http://restfmri.net/forum/index.php)軟件進行處理。大腦功能數據處理包括以下幾個步驟：時間層校正，空間標準化，高斯平滑，去線性漂移。數據處理后經帶通濾波，并與T1WI圖像進行融合，產生激活圖[8-9]。對0.01～0.08 Hz下信號的功率譜進行開方，得到低頻振蕩幅度(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)值。將此范圍內的ALFF相加得到其總和值，與0～0.25 Hz的全頻段振幅總和值相除，即得到分數化低頻振蕩幅度(fractional amplitude of low frequency fluctuation，fALFF)值[10]。

4.統計學方法

結 果

1.腦部不同區域fALFF

將對照組研究對象的腦部各區fALFF值作為正常值，同時觀察到MHE組患者腦部的默認網絡區和小腦區低頻振蕩幅度值相比對照組有所降低，而顳中回內、額中回和腦室旁白質區的fALFF則明顯升高(圖1)，兩組差異具有統計學意義(P=0.02)。比較OHE組患者與對照組各個興趣區的fALFF值，結果和MHE組類似，但是相比MHE組和對照組之間的變化更加明顯，差異具有統計學意義(P=0.01)，見表1。

圖1 男，43歲，MHE。a) fMRI所見小腦區活動減弱區； b) 左側額中回活動增強區； c) 右側顳中回活動增強區； d) 左側顳中回活動增強區； e) 右側腦室周圍白質區活動增強區。

表1 MHE組和OHE組fALFF值增強和減弱的腦區

2.觀察組和對照組腦代謝物峰值下面積比值

HE患者代謝物峰值下面積比值均顯著低于正常對照組(P=0.00)。MHE組(圖2)的NAA/Cr稍低于OHE組(圖3)，差異無統計學意義(P=0.51)；MHE組Cho/Cr和mI/Cr比值顯著高于OHE組,差異有統計學意義(P=0.02，P=0.04)，見表2。

表2 兩組患者及對照組腦代謝物峰值下面積比值對比

討 論

HE多數由于重癥肝病繼發形成，如病毒性肝炎、肝硬化、原發性肝癌等，其中基礎疾病為肝硬化的患者比例在70%以上。其致病機理主要有以下3點：神經毒素的增加形成毒性效應、腦組織對于毒性物質的敏感度增加和血-腦脊液屏障的通透性提升。HE起病可急可緩，急性患者前驅期短暫因此患者迅速進入昏迷狀態(多在出現黃疸后)，部分患者在黃疸出現前便進入昏迷狀態，所以常常被誤診為精神性疾病；而慢性疾病患者初期極為隱匿所以也很容易出現漏診、誤診現象[11]。HE還會影響患者的性格和行為，如性格反常、肆意破壞等；除此之外HE還會影響患者的意識、視力等，嚴重影響患者的生活質量。

本研究結果表明HE患者的腦部活動出現異常，如腦默認網絡區和島葉內低頻振幅值都發生顯著變化，且其變化幅度的大小與患者的病情嚴重程度相關，由此可知HE患者在病情惡化的發展過程中，其腦部默認網絡區域會發生持續性損壞，這也是導致患者意識障礙、昏迷的主要原因[12-14]。本次實驗中健康受試者的腦部各區域的fALFF未發生變化，相比健康對照組，MHE患者低頻振幅值變化相對較小，而OHE患者的默認網絡區和小腦區的fALFF減小明顯，顳中回內、額中回和腦室旁白質區的fALFF升高明顯。通過對不同階段患者的靜息態fMRI數據進行fALFF分析可以準確判斷患者的病情的嚴重程度。本研究表明，由HE患者的靜息態fMRI數據所得到fALFF值在該疾病進展的研究中具有很大潛力。此結論與吳媛[15]等開展的基于靜息態腦功能網絡對MHE患者的研究結果一致。

圖2 30歲，MHE。a) 平掃T2WI； b) MRS，NAA/Cr為1.74，Cho/Cr為0.84，mI/Cr 為0.31。 圖3 60歲，OHE。a) 平掃T2WI； b) MRS，NAA/Cr為2.09，Cho/Cr 為0.71，mI/Cr為0.24。

HE患者腦代謝產物主要有Cho、mI、Cr、NAA等，在HE發病的氨中毒學說中，研究者認為血液中氨的含量有所增加，并和谷氨酸發生化合反應形成新物質谷氨酰胺，在該過程中會消耗機體內大量的能量(ATP)和輔酶，而Cr是ADP、ATP的緩沖劑，同時可以儲備高能磷酸以更好地維持腦細胞能量供應[16-18]。Cho的作用是調節星形膠質細胞的有機滲透壓，如果其含量處于峰值面積發生異常則表示腦內滲透壓改變；mI功能基本和Cho類似；NAA在臨床上和生物研究中多用來反應人類神經元的功能情況，相關研究顯示，HE患者的NAA/Cr值會出現下降的情況，但本研究中NAA/Cr值在MHE和OHE組間差異無統計學意義，其原因可能是本次實驗所采集的患者數量較小而導致指標分析中出現誤差，擬在之后的研究中增加患者數量。另外Cho/Cr和mI/Cr值隨著患者病情的惡化進展顯著下降。

綜上所述，在監測不同階段HE時，可以分析患者靜息態fMRI數據的fALLF值以及分析患者的磁共振波譜成像所得到的腦代謝物Cr、NAA、Cho、mI等峰值下面積的比值來進行進一步的疾病病程判斷。患者部分腦區的fALLF可以作為HE病程監測的有效手段。

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Brain resting state function and brain metabolism in patients with hepatic encephalopathy at different stages of development

JIANG Xiao-ping,QIAN Wei-wei,ZHANG Li,et al.

Department of Medical Imaging,the No.2 People's Hospital of Lanzhou City,Lanzhou 730046,China

Objective:To investigate the differences of brain resting state amplitude of low frequency fluctuations (ALFF) and cerebral metabolism in patients with different severity of hepatic encephalopathy (HE),and to provide evidence for treatment purpose.Methods:32 patients with HE in our hospital from May 2014 to May 2016 were selected and divided into two groups,including minimal hepatic encephalopathy (MHE) 22 cases and overt hepatic encephalopathy (OHE) 10 cases.13 healthy subjects undergoing the same physical examination were recruited as control group.All subjects in both groups underwent resting state brain BOLD-fMRI and magnetic resonance spectroscopy (MRS) scan.Abnormal brain metabolites were analyzed and between groups.Results:Compared with the control group,fALFF values in brain default mode network and cerebellum were decreased significantly;but increased significantly in middle temporal gyri,middle frontal gyri and non-cortical areas near the ventricles in MHE and OHE group.The metabolite peak area ratios Cho/Cr (0.93±0.11) and mI/Cr (0.26±0.08) of MHE group were significantly higher than that of OHE group (0.80±0.16,0.20±0.06,P<0.05).However,there were no significant difference in the ratio of NAA/Cr (P=0.51).The metabolite peak-area ratios of hepatic encephalopathy patients were significantly lower than that of healthy controls (NAA/Cr 2.78±0.19,Cho/Cr 1.20±0.13,mI/Cr 0.43±0.05).Conclusion:The amplitude of low frequency fluctuations values decrease in the resting state default mode network and cerebellum with the severity of hepatic encephalopathy,but significantly increase in middle temporal gyri,middle frontal gyri and non-cortical areas near the ventricles.The lower the cerebral metabolite peak-area ratios are,the worse the condition is,which thus provides a reference for diagnosis and treatment.

Magnetic resonance imaging; Brain metabolism; Hepatic encephalopathy

730046 蘭州，甘肅省蘭州市第二人民醫院醫學影像科

姜曉萍(1963-)，女，山東萊州人，副主任護師，主要從事醫學影像護理工作。

張莉，E-mail: zhl-688@126.com

蘭州市人才創新創業科技計劃項目(2015-RC-56)

R445.2； R747.9

A

1000-0313(2017)07-0696-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.006

2017-04-05)