低海拔正常成人移居高海拔地區2年后腦的適應性變化

何盈，鮑海華，王芳芳，馮祥，秦粽園

(青海大學附屬醫院，西寧 810001)

低海拔正常成人移居高海拔地區2年后腦的適應性變化

何盈，鮑海華，王芳芳，馮祥，秦粽園

(青海大學附屬醫院，西寧 810001)

目的觀察低海拔正常成人移居高海拔地區2年后腦的適應性變化。方法選擇初入西寧地區1周內的19例來自低海拔的正常成人，接受靜息態功能磁共振全腦掃描，移居2年后再次接受該檢查，應用基于體素形態學測量技術(VBM)、功能磁共振中低頻振幅(ALFF)和局部一致性(ReHo)的方法對其移居前后腦結構及功能進行分析。結果低海拔正常成人移居高海拔地區2年后較移居前自身腦結構比較未見顯著性變化。與移居前相比，移居后左側眶內額上回、左側腦島、左側頂下緣角回腦區ReHo增加(P均<0.05)，右側楔葉、右側頂上回、右側梭狀回腦區ReHo減低(P均<0.05)，左側額中回、左側背外側額上回、左側腦島、左側前扣帶回和旁扣帶腦回腦區ALFF增加(P均<0.01)，右側舌回腦區ALFF減低(P<0.01)。結論低海拔正常成人移居高海拔地區2年后腦功能發生適應性改變，這可能是適應長期低氧環境變化的結果。

高海拔；腦結構；腦功能；靜息態功能磁共振成像；缺氧環境；成年人；移居

隨著現在經濟的發展、交通的便利、國家政策的扶持，越來越多的低海拔人群由于各種原因(旅游、工作、實地考察、支援西部高原地區等)移居到高海拔地區。低氧、低氣壓、低溫的高海拔環境對機體有很大影響,尤其是低氧環境。由于腦是對缺氧極度敏感的機體器官，很多正常低海拔成年人進入高海拔地區后,會出現不同程度的頭暈、頭痛。而大腦對環境的壓力和生理上的適應性改變擁有很強的調節能力[1]。正常低海拔成年人進入高海拔地區后大腦的適應性變化受到廣泛關注[2～5]。2014年9月～2016年9月，本研究觀察了低海拔正常成人移居高海拔地區2年后腦的適應性變化，現將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2014年9月初入西寧地區1周內的19例來自低海拔的正常成人(此前從未到達過高原地區，均為漢族)，其中男9例、女10例，年齡(24.85±1.90)歲，原居住海拔高度為0～900 m，受教育時間>17年，移居地海拔約2 261 m。納入標準：無心、腦、肺部疾病；無高血壓、高血脂、高血糖病史；無磁共振檢查禁忌證，常規頭顱MRI檢查無異常，均為右利手，神經系統檢查無陽性體征，無相關病史，血紅蛋白值正常，生化指標正常。排除標準：有慢性高原病；被確診的腦神經失調；過去有腦部損傷致意識喪失。本研究經本院倫理委員會批準，所有受檢者簽署知情同意書。

1.2 腦適應性變化觀察及數據處理方法 研究對象移居前及移居2年后腦結構及功能觀察采用Philips Achieva3.0 T TX多源發射磁共振掃描系統，所有序列掃描采用標準頭顱8通道線圈完成。掃描前告知所有被試者在掃描過程中保持靜息狀態：放松、清醒閉目，不思考問題。所有被試者掃描時戴上耳機防止噪音的影響并頭顱兩邊塞海綿固定頭顱防止晃動。首先行常規的序列(T1WI、T2WI和T2WI-Flair)圖像掃描，對腦部無異常者進行結構及靜息態功能掃描。采集3D-T1結構像：采用超快速場回波(TFE)序列，TR=7.5 ms,TE=3.7 ms,矩陣256×256,層厚2 mm,激發角度7°,掃描獲取全腦176幅圖像,掃描時間318 s。采集靜息態BOLD-fMRI數據：應用單次激發平面回波成像(EPI)序列，掃描參數：TR/TE=2 500 ms/30 ms，翻轉角90°，層厚3.5 mm，層間隔0.35 mm，層數為35層，掃描后獲取全腦5 250幅圖像，視野224 mm×224 mm，共掃描385 s。所有掃描均由同一名資深影像科醫師操作完成。①基于體素形態學測量技術(VBM)數據分析：采用統計參數圖(SPM8)中的嵌套軟件VBM8toolbox在Matlab 2010b(USA)平臺上進行數據的處理。校正圖像的頭動位置，圖像原點定位于前聯合，調整后的3D-T1圖像被分割成灰質、白質、腦脊液。所有受檢者的圖像配準到模板圖像，進行空間標準化。應用半高全寬為8 mm的三維高斯核進行圖像平滑，應用配對樣本t檢驗對處理得到的數據進行分析(檢驗參數t>3.7459,P<0.05,alphasim校正)，選取相鄰體素>389的組塊大小為有差異的腦區。將檢驗結果疊加到T1結構圖的模板上，并利用XjView軟件包對有差異的具體解剖位置進行分析來研究對象全腦結構體積的變化。②在Matlab 2010b平臺上應用DPARSF軟件進行數據預處理。在數據平滑之前行局部一致性(ReHo)分析，數據進行平滑之后行功能磁共振中低頻振幅(ALFF)分析。去除各靜息態圖像掃描的前10個時間點，剔除頭動平移>1.5 mm和角度>1.5°的數據。將數據標準化至蒙特利爾神經病學研究所(MNI)神經影像學標準腦模板。重新采樣為3 mm×3 mm×3 mm,空間平滑采用8 mm×8 mm×8 mm的半寬全高的高斯核。ReHo分析應用REST軟件中的ReHo工具對預處理的數據進行計算，得到肯德爾系數(KCC)，標準化的ReHo等于每個體素的KCC值除以全腦所有體素的KCC均值。ReHo的檢驗參數P<0.05(Cluster size>389,alphasim校正)為差異有統計學意義。ALFF分析采用靜息態功能磁共振數據分析工具包(REST)來執行計算。用REST軟件中的ALFF工具對預處理的數據進行去線性漂移及濾波，對>0.01～<0.08 Hz信號的功率譜進行開方,得到ALFF的值。經運算得到標準化后的ALFF值。ALFF的檢驗參數P<0.01(Cluster size>389,alphasim校正)為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 VBM變化情況 低海拔正常成人移居高海拔地區2年后，在Matlab平臺上調整后的3D-T1圖像及XjView軟件查看圖像上未發現顯著性變化的腦區。

2.2 ReHo變化情況 與移居前相比，移居后左側眶內額上回、左側腦島、左側頂下緣角回腦區ReHo增加(P均<0.05)，右側楔葉、右側頂上回、右側梭狀回腦區ReHo減低(P均<0.05)。見表1。

2.3 ALFF變化情況 與移居前相比，移居后左側額中回、左側背外側額上回、左側腦島、左側前扣帶回和旁扣帶腦回腦區ALFF增加(P均<0.01)，右側舌回腦區ALFF減低(P<0.01)。見表2。

表1 移居前后ReHo變化的腦區

表2 移居前后ALFF變化的腦區

3 討論

高海拔地區惡劣的低氧環境對人類機體的影響不容忽視。大腦是需氧量最多的器官，每分鐘腦組織的需氧量是同等質量每分鐘肌肉需氧量的20倍左右，因此腦對缺氧最為敏感。一旦失去充足的氧供，腦組織即出現結構及功能上的改變。有研究[6]發現，登山者由于曾經一次或者多次暴露在極高海拔地區，因此其腦內結構及功能會發生相應的改變。還有研究[7]發現，大多數人首次到達高海拔地區后都會出現不同程度的頭痛、頭暈、失眠、無力等高原反應癥狀，其中以腦組織缺氧出現的癥狀最為顯著。當低海拔人群進入高海拔地區后，機體為了適應低氧環境發生相應的變化，同時逐漸產生代償性適應[8]，其中人體系統中最重要的呼吸系統和心血管系統會自動做出適應低氧環境的改變，久居高原居民的腦在生理代謝、物質運輸、血管反應等方面發生適應性的改變來對抗高原惡劣的缺氧環境[9]。

VBM是一種無偏全面的、客觀的、全自動的全腦結構形態分析技術，能夠對全腦白質、灰質體積密度差異的變化進行全面的評估，具有較強的準確性[10]。目前此技術已經在研究各種疾病引起的全腦結構改變的領域中得到廣泛的應用。本研究應用VBM技術動態監測低海拔正常成人移居高海拔地區2年前后腦結構的變化，結果發現研究對象移居前后腦結構未發生顯著變化。王芳芳等[5]應用VBM技術亦發現移居者在高海拔生活1年前后腦灰質、白質、腦脊液無顯著性變化。有研究[3]發現，高原地區(海拔>4 000 m)適應2年后移居者腦結構發生改變，也有學者研究發現長期生活在海拔2 600～4 200 m地區的正常成人移居平原地區1年后腦結構發生改變[2]。筆者認為腦結構未發生顯著性差異極大可能與本研究的受檢者移居地區的海拔偏低(2 261 m)有關。本研究所有對象移居前后與其自身腦組織進行比較，排除了因個體差異引起變化的因素。

靜息態功能磁共振成像(rfMRI成像)是一種安全、無創的研究人體靜息狀態下腦局部神經元的活動，其基本原理是依據血氧水平依賴效應(BOLD效應)的信號變化來間接監測神經元活動的變化。rfMRI-BOLD檢測到的腦神經元的活動區是由空間上多個相鄰的體素組成，而不是僅僅的單一體素，因此存在局部一致性的體素在同一時間序列中表現出相同的變化，來間接反映腦內區域神經元的同步活動性[11]。ReHo主要反映靜息狀態下局部腦區自發的神經元活動的時間序列變化的一致性，它是指當一個功能腦區激活時，這個腦區的神經元活動更具有時間序列變化一致性。ReHo增高提示局部腦區神經元活動的時間一致性增加，ReHo減低提示局部腦區神經元活動的時間一致性減低。ALFF主要反映神經元自發活動的低頻振幅，神經元自發活動增強時，ALFF增大；神經元自發活動減弱時，ALFF減低。目前ReHo和ALFF已被越來越多的應用到臨床多種疾病神經影像的研究中，本研究對象移居2年后左側眶內額上回ReHo增加，右側楔葉、右側頂上回ReHo減低；左側額中回、左側背外側額上回ALFF增加，右側舌回ALFF減低。此研究結果與王芳芳等研究結果相符。此外，研究對象移居2年后左側腦島及左側頂下緣角回ReHo增加，右側梭狀回ReHo減低，左側腦島、左側前扣帶回和旁扣帶腦回ALFF增加，但相同增加或減低的腦區體素稍微減低。角回是人類的視覺性語言中樞，又稱閱讀中樞，可以整合傳入的聽覺、視覺與觸覺的信息。孔德民等[12]研究發現，慢性高原病患者角回的功能連接增強，筆者認為頂下緣角回ReHo增加也是一種對低氧環境的代償性表現。劉彩霞等[13]發現，慢性高原病患者較正常人群右側梭狀回ReHo減低，說明此處局部一致性減低。有研究[14]發現，島葉可能參與了高原環境呼吸和心血管系統獲得性適應的改變，島葉的ALFF、ReHo增加可能是對長期處于低氧環境的適應性改變。額葉是大腦發育中最復雜的腦區，主要負責認知、執行功能，包括負責工作記憶、有目的的行為、抽象思維及注意控制等。對長期處于低氧環境狀態下工作記憶的腦功能研究結果發現，額葉是激活最明顯的腦區[15,16]。本研究的受檢者移居2年后額葉ALFF、ReHo增加，這可能與長期處于高海拔地區額葉的適應性改變有關。

本研究樣本量較小、監測時間較短、缺少認知功能試驗的研究，結果的解釋主要依靠其他學者以往研究結果的支持。今后將從加大樣本量并聯合認知功能測試、增加監測時間等各方面進行研究，為廣大低海拔人群移居高海拔地區腦的適應性變化提供更多的影像學證據，更好地監測高海拔地區人群的腦結構及功能的變化，為預防低海拔人群進入高海拔地區習服失敗提供更多的影像學依據。

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10.3969/j.issn.1002-266X.2017.38.030

R364.4

B

1002-266X(2017)38-0092-03

國家自然科學基金資助項目(81060177)；青海省科技廳科技計劃項目(2017-SF-158)；青海省科技廳國際合作項目(2012-H-807)。

鮑海華(E-mail： baohelen2@sina.com)

2017-04-11)