阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的腦ReHo和ALFF研究

秦粽?qǐng)@，鮑海華，康東杰，馮祥，何盈

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome，OSAHS)是一種全身性的睡眠呼吸紊亂相關(guān)疾病，其特征是在睡眠過(guò)程中頻繁的上氣道塌陷，睡眠打鼾，同時(shí)伴有呼吸淺表、暫停，且此疾病常與機(jī)體各大系統(tǒng)臟器疾病共存，若治療不及時(shí)，甚至可以危及患者生命[1-4]。OSAHS可以使患者的生活質(zhì)量下降，工作中事故以及交通事故發(fā)生頻率也可由此增高。rs-fMRI的基礎(chǔ)是BOLD信號(hào)，其反映靜息狀態(tài)下自發(fā)的腦活動(dòng)，rs-fMRI有著無(wú)創(chuàng)性及可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的用于臨床研究。而目前只有少數(shù)研究者運(yùn)用rs-fMRI對(duì)OSAHS患者進(jìn)行研究，基于此，本研究對(duì)OSAHS患者進(jìn)行rs-fMRI掃描，運(yùn)用ReHo及ALFF技術(shù)探討OSAHS患者的腦活動(dòng)的改變，可以從影像學(xué)角度更好地認(rèn)識(shí)此疾病。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

1.1.1 病例組

選擇在青海大學(xué)附屬醫(yī)院就診的具有OSAHS相關(guān)病史的，或擬診OSAHS患者，經(jīng)PSG監(jiān)測(cè)符合OSAHS診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]的患者，均為男性，共31例，患者組均來(lái)自高海拔地區(qū)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合OSAHS診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，(2)受試者都是新近診斷的病人，且在診斷之前沒有接受過(guò)任何治療；(3)受試者均為漢族人；(4)無(wú)嚴(yán)重的心腦血管疾病(嚴(yán)重心肌梗塞、心律失常、腦卒中)；(5)均為右利手。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)非OSAHS的其他睡眠呼吸障礙等疾病；(2)精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾??；(3)酗酒、服用精神類藥物病史；(4)有磁共振檢查禁忌證。

1.1.2 對(duì)照組

納入居住地區(qū)、受教育程度、年齡與OSAHS組相匹配的32名正常男性志愿者作為對(duì)照組，且都為右利手，海拔也與病例組相匹配。既往無(wú)顱內(nèi)器質(zhì)性疾病，體檢指標(biāo)均正常；對(duì)照組均由專業(yè)醫(yī)師詢問(wèn)病史，無(wú)OSAHS臨床癥狀，且通過(guò)PSG監(jiān)測(cè)，報(bào)告各項(xiàng)指標(biāo)正常。所有受檢者均被告知相關(guān)事宜并簽訂知情同意書。本研究經(jīng)青海大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)的審核批準(zhǔn)。

1.2 MRI掃描方法

采用Philips 3.0 T MR掃描儀、標(biāo)準(zhǔn)頭顱8通道線圈，受檢者均處于清醒狀態(tài)。首先對(duì)所有受試者進(jìn)行常規(guī)頭顱平掃，由1名具有豐富經(jīng)驗(yàn)的影像診斷醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行診斷，未發(fā)現(xiàn)明顯腦實(shí)質(zhì)異常者進(jìn)行靜息態(tài)BOLD-fMRI數(shù)據(jù)采集。掃描參數(shù)為：數(shù)據(jù)采集使用單次激發(fā)平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列，成像參數(shù)：TR 2500 ms，TE 30 ms，反轉(zhuǎn)角90°，層厚為3.5 mm，層距為0.35 mm，層數(shù)為35層，F(xiàn)OV 224 mm×224 mm，共獲得5250幅圖像，掃描時(shí)間6 min 25 s。所有掃描均由同一名影像科醫(yī)師完成。

1.3 PSG

OSAHS組和對(duì)照組均進(jìn)行PSG監(jiān)測(cè)。檢查前避開所有影響睡眠監(jiān)測(cè)的事項(xiàng)。利用ALice 6機(jī)型進(jìn)行大于7 h的監(jiān)測(cè)。檢測(cè)完后根據(jù)測(cè)得的指標(biāo)進(jìn)行分析。參考2011年修訂版診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]。以呼吸暫停低通氣指數(shù)(apnea hypopnea index，AHI)作為主要判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

將掃描后采集的圖像進(jìn)行分離處理，得到靜息態(tài)圖像?；贛ATLAB平臺(tái)，應(yīng)用DPARSF軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中包括時(shí)間校準(zhǔn)和格式轉(zhuǎn)換，即將DICOM進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式。由于磁場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定和受試者對(duì)掃描環(huán)境的適應(yīng)需要一定的時(shí)間，因此，去除掃描的前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)。剔除掉頭動(dòng)平移＞1.5 mm和角度＞1.5°的數(shù)據(jù)。將收集的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)模板中，至標(biāo)準(zhǔn)化。重新采樣為3 mm×3 mm×3 mm，空間平滑運(yùn)用8 mm×8 mm×8 mm的半寬全高的高斯核。

ALFF分析：首先把數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；將上述的預(yù)處理數(shù)據(jù)運(yùn)用REST軟件中的ALFF工具進(jìn)行去線性漂移及濾波，ALFF值即為對(duì)0.01～0.08 Hz下信號(hào)的功率譜進(jìn)行開方后得到的值。經(jīng)運(yùn)算后得到標(biāo)準(zhǔn)化后的ALFF值。

ReHo分析：數(shù)據(jù)分析在平滑之前進(jìn)行，平滑后進(jìn)行去線性漂移及濾波。用REST軟件的ReHo工具對(duì)預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到肯德爾系數(shù)(Kendall's coefficient concordance，KCC)，利用KCC反映腦內(nèi)的同步活動(dòng)性，評(píng)估每個(gè)體素的KCC值與全腦所有體素的KCC均值，得到標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo值。在本研究中，時(shí)間點(diǎn)數(shù)n為150。

表1 受試者一般統(tǒng)計(jì)學(xué)資料()Tab. 1 General statistical data ()

表1 受試者一般統(tǒng)計(jì)學(xué)資料()Tab. 1 General statistical data ()

注：BMI：身體質(zhì)量指數(shù)；AHI：呼吸暫停低通氣指數(shù)

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表2 OSAHS組與正常組腦區(qū)相比ReHo值增高的腦區(qū)分析結(jié)果Tab. 2 The brain areas with increased ReHo value in OSAHS group compared with the normal group

表3 OSAHS組與正常組腦區(qū)相比ReHo值減低的腦區(qū)分析結(jié)果Tab. 3 The brain areas with decreased ReHo value in OSAHS group compared with the normal group

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

ReHo值與ALFF值采用rest軟件包里的statistical analysis工具，用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，體素大于389的組塊為有差異腦區(qū)。ReHo的檢驗(yàn)參數(shù)P＜0.05 (Cluster size>389，Alphasim校正)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；ALFF的檢驗(yàn)參數(shù)P＜0.05 (Cluster size＞389，Alphasim校正)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。臨床資料應(yīng)用SPSS 19.0軟件，應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果以P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料

OSAHS組和正常組的一般資料見表1。海拔高度，年齡，教育年限均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。OSAHS組BMI (28.37±3.04)，對(duì)照組BMI (24.06±2.87)，OSAHS組顯著性較對(duì)照組高(t=5.776，P＜0.05)。OSAHS組AHI (63.23±25.75)，對(duì)照組AHI(2.77±1.21)，OSAHS組顯著性較對(duì)照組高(t=12.628，P＜0.05)。

表4 OSAHS組與正常組腦區(qū)相比ALFF值增高的腦區(qū)分析結(jié)果Tab. 4 The brain areas with increased ALFF value in OSAHS group compared with the normal group

表5 OSAHS組與正常組腦區(qū)相比ALFF值減低的腦區(qū)分析結(jié)果Tab. 5 The brain areas with decreased ALFF value in OSAHS group compared with the normal group

圖1 紅色表示ReHo值增加的腦區(qū)；藍(lán)色表示ReHo值減低的腦區(qū) 圖2 紅色表示ALFF值增加腦區(qū)；藍(lán)色表示ALFF值減低腦區(qū)Fig. 1 Red indicates that the increased ReHo value in the brain, the blue indicates that the decreased ReHo value in the brain. Fig. 2 Red indicates that the increased ALFF value in the brain, the blue indicates that the decreased ALFF value in the brain.

2.2 ReHo結(jié)果

ReHo值增高的腦區(qū)有：右側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右側(cè)背外側(cè)額上回、左側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)額中回、右側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、右側(cè)海馬；ReHo值減低的腦區(qū)有右側(cè)舌回、左側(cè)顳中回、左側(cè)中央后回、右側(cè)顳下回、左側(cè)楔前葉、右側(cè)顳中回、右側(cè)楔前葉、右側(cè)枕上回(表2，3；圖1)。

2.3 ALFF結(jié)果

ALFF值增高的腦區(qū)有：右側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)海馬、右側(cè)腦島、右側(cè)海馬旁回、左側(cè)海馬、右側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右側(cè)額中回；ALFF值減低腦區(qū)有：右側(cè)枕中回、右側(cè)枕下回、左側(cè)枕中回、右側(cè)舌回、左側(cè)舌回、左側(cè)枕下回、左側(cè)顳中回、右側(cè)枕上回(表4，5；圖2)。

3 討論

3.1 fMRI成像原理及ALFF和ReHo代表意義

fMRI的成像基礎(chǔ)是基于BOLD效應(yīng)。近些年來(lái)，此技術(shù)已經(jīng)廣泛地用于帕金森、抑郁癥等疾病的研究中。BOLD效應(yīng)依賴去氧血紅蛋白的磁敏感性。ReHo和ALFF均是以BOLD信號(hào)為基礎(chǔ)。ReHo技術(shù)可以測(cè)量腦自發(fā)低頻振蕩信號(hào)的局部一致性，它是指當(dāng)一個(gè)功能腦區(qū)激活時(shí)，這個(gè)腦區(qū)的體素更具有時(shí)間序列變化一致性，ReHo增高提示局部腦區(qū)一致性增加，ReHo減低提示局部腦區(qū)一致性減低，由此可知ReHo值的異?？赡芴崾玖松窠?jīng)元活動(dòng)的一致性、同步性的異常，進(jìn)一步表明神經(jīng)元代謝活動(dòng)紊亂，這種方法可以更好地反映全腦的活動(dòng)狀態(tài)。ALFF反映神經(jīng)元的自發(fā)活動(dòng)，神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，ALFF增大；神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)減弱時(shí)，ALFF減低。ReHo和ALFF為fMRI后處理的兩種不同方法，通過(guò)這兩種技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)更多的腦區(qū)功能的變化，從而更好地解釋患者的臨床改變。此次研究中，ReHo值變化的腦區(qū)部分與ALFF值變化的腦區(qū)重合，有學(xué)者認(rèn)為ReHo值的增加可能促進(jìn)了局部神經(jīng)元活動(dòng)的增強(qiáng)，部分腦區(qū)ReHo、ALFF值同時(shí)增加[6-7]，可能提示了這些腦區(qū)的神經(jīng)元電活動(dòng)具有局部一致性。

3.2 ReHo及ALFF變化結(jié)果的討論

本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)ReHo和ALFF發(fā)生變化的腦區(qū)中，激活的腦區(qū)右側(cè)大腦半球多于左側(cè)，可能說(shuō)明右側(cè)大腦半球的腦功能較左側(cè)更易受周圍環(huán)境影響而發(fā)生改變。本結(jié)果中，較多部分變化位于右側(cè)大腦半球，與Santarnecchi等[8]的結(jié)果類似，且在其研究中，中央前回和中央后回的內(nèi)在連接增強(qiáng)，作者認(rèn)為這種增強(qiáng)可能與睡眠時(shí)期相關(guān)肌肉組織的活動(dòng)增強(qiáng)有關(guān)。本結(jié)果中，左側(cè)中央后回的ReHo值減低，說(shuō)明了此腦區(qū)的功能發(fā)生了變化，可能由此會(huì)影響相關(guān)肌肉組織的活動(dòng)，造成相關(guān)睡眠紊亂。

近些年，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)受關(guān)注較多。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)在大腦靜息狀態(tài)下活動(dòng)增強(qiáng)，而在任務(wù)狀態(tài)時(shí)活動(dòng)則會(huì)減弱，是大腦靜息狀態(tài)下活動(dòng)較高的腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它包含了部分腦區(qū)，包括雙側(cè)海馬、內(nèi)側(cè)前額葉、后扣帶回/楔前葉、雙側(cè)角回[9-10]。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)與自我內(nèi)省、記憶、情緒及維持意識(shí)的覺醒等高級(jí)功能密切相關(guān)。本研究中，部分功能變化腦區(qū)是構(gòu)成默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的腦區(qū)，由此可猜想這些腦區(qū)的功能異常造成了相關(guān)的高級(jí)功能的異常，如OSAHS患者的記憶功能、情緒等異?？赡芘c此相關(guān)。此外，額中回也參與了認(rèn)知執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，本研究中，右側(cè)額中回的ReHo、ALFF值增高，處于激活狀態(tài)，可能會(huì)增強(qiáng)OSAHS患者認(rèn)知執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的功能來(lái)彌補(bǔ)其它腦區(qū)活性下降導(dǎo)致的功能不足。

額葉功能復(fù)雜。在認(rèn)知功能、自發(fā)反應(yīng)等高級(jí)功能中，前額葉皮層起著非常重要的作用，在人體發(fā)育中，它是成熟比較晚的新皮層。Thomas等[11]應(yīng)用2-back工作記憶任務(wù)對(duì)OSAHS患者進(jìn)行研究，6例患者在經(jīng)過(guò)治療后，背外側(cè)前額葉始終處于負(fù)激活狀態(tài)，且患者任務(wù)的正確率、反應(yīng)時(shí)間治療后均無(wú)顯著提高，可以說(shuō)明工作記憶與背外側(cè)前額葉功能減低有關(guān)；本研究中，患者的額葉部分區(qū)域ReHo、ALFF值增高，說(shuō)明了功能的代償，可以由此解釋OSAHS患者的認(rèn)知、記憶等功能的改變。

楔前葉與情景記憶以及意識(shí)等高級(jí)認(rèn)知功能有關(guān)，在靜息狀態(tài)下，楔前葉活動(dòng)度極大。且有研究表明，楔前葉參與了有意識(shí)的短時(shí)記憶回想[12]。本結(jié)果中，楔前葉的ReHo值減低，即處于失代償階段，可能影響了OSAHS患者的記憶功能。有學(xué)者對(duì)帕金森(Parkinson's disease，PD)患者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)在雙側(cè)楔前葉低灌注，且灌注程度和PD評(píng)分量表有相關(guān)性[13]，說(shuō)明了楔前葉的代謝紊亂造成了患者認(rèn)知功能的變化。

Li等[14]認(rèn)為扣帶回的激活和控制呼吸的腦網(wǎng)絡(luò)以及自主神經(jīng)功能有關(guān)，由此可解釋OSAHS患者呼吸困難、暫停等臨床表現(xiàn)和扣帶回ReHo的變化。另有研究認(rèn)為包括扣帶回、左外側(cè)前額葉皮層在內(nèi)的一些腦區(qū)等是參與工作記憶的注意轉(zhuǎn)移的重要腦區(qū)[15]。島葉位于外側(cè)裂深部，在腦結(jié)構(gòu)中屬于高度發(fā)達(dá)的腦區(qū)，Caeyenberghs等[16]發(fā)現(xiàn)，島葉具有“核心”腦區(qū)的功能，如果去除島葉，整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能可能會(huì)出現(xiàn)“癱瘓”。Etkin[17]發(fā)現(xiàn)島葉和情緒處理有關(guān)。此外，島葉皮層還是中樞自律網(wǎng)絡(luò)(central autonomic network，CAN)的構(gòu)成腦區(qū)，而CAN控制著交感、副交感神經(jīng)以及呼吸運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。顳葉和記憶、情感以及聽覺功能有關(guān)，顳葉的腦功能的變化可能和患者的記憶力減退有關(guān)。

小腦和海馬在呼吸暫停后吸氣恢復(fù)過(guò)程中起著重要作用[18-19]，有研究表明，其在二氧化碳的調(diào)節(jié)中也起著一定的作用[20]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)海馬可以根據(jù)呼吸周期進(jìn)行放電活動(dòng)[21]。以上研究表明小腦和海馬的功能的變化可能對(duì)OSAHS患者睡眠中呼吸調(diào)節(jié)的改變有影響。Torelli等[22]認(rèn)為海馬和患者執(zhí)行功能的減退有關(guān)，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)海馬的受損影響患者的非語(yǔ)言記憶功能[23]。枕葉是視覺皮質(zhì)中樞，枕葉異?？沙霈F(xiàn)視覺障礙為主的多種功能障礙。有學(xué)者認(rèn)為OSAHS患者的視空間受限、患有OSAHS的駕駛員的有效視野受限[24-25]。Li等[26]用程度中心性(degree centrality，DC)測(cè)量方法，發(fā)現(xiàn)OSAHS患者左側(cè)枕中回和患者的AHI呈一定的相關(guān)性。

本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)額葉的ReHo、ALFF值增高，處于代償階段，而在以往一些研究中，額葉的ReHo、ALFF值是減低的[8，27-28]，與本結(jié)果相反。筆者認(rèn)為可能由于此次病例組均來(lái)自2000～3000 m的高海拔地區(qū)的原因。長(zhǎng)期的高海拔低氧的生活環(huán)境會(huì)影響人體的生理病理，有研究表明腦血流量可由于長(zhǎng)期缺氧從而不足以代償而下降，進(jìn)一步造成腦血流動(dòng)力學(xué)損害[29]。李超偉等[30]對(duì)高原地區(qū)正常成人腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了與平原組相比，高原組的部分腦區(qū)腦結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，可以由此推測(cè)高原低氧會(huì)對(duì)大腦產(chǎn)生一定的影響。何盈等[31]對(duì)低海拔正常成人移居高海拔地區(qū)2年后腦的適應(yīng)性變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)左側(cè)額葉部分腦區(qū)ALFF增加。通過(guò)以上學(xué)者們的研究，筆者猜想，長(zhǎng)期的高原低氧可能會(huì)影響OSAHS患者的腦功能，且部分腦區(qū)如額葉，可能會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性改變，呈現(xiàn)出暫時(shí)的神經(jīng)代償性功能增強(qiáng)的狀態(tài)。具體是否是這種機(jī)制造成的結(jié)果差異有待于進(jìn)一步深入研究。

總之，筆者運(yùn)用了ReHo和ALFF方法發(fā)現(xiàn)了OSAHS患者部分腦區(qū)的腦功能有著一定程度的改變，以往一些學(xué)者的研究中也發(fā)現(xiàn)了這些腦區(qū)對(duì)認(rèn)知等功能有一定程度的影響，由此可以使患者更好地了解此疾病的危害性，從而盡早積極進(jìn)行治療。下一步計(jì)劃，繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，納入女性患者，以及評(píng)估患者的認(rèn)知功能，更好地完善本研究。