健康女性強烈排尿感腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界特征

英小倩，高軼，廖利民

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，a.泌尿外科；b.神經(jīng)泌尿科，北京市 100068；3.首都醫(yī)科大學(xué)泌尿外科學(xué)系，北京市100069

尿控是自主和非自主神經(jīng)均參與的復(fù)雜過程[1?3]。大腦作為尿控的高級中樞，一直備受關(guān)注。目前認為，前額葉皮質(zhì)、背側(cè)丘腦、下丘腦、邊緣系統(tǒng)和腦干等是參與尿控的重要中樞結(jié)構(gòu)[4?9]。血氧水平依賴功能磁共振成像能使研究者在無創(chuàng)條件下探索大腦調(diào)控結(jié)構(gòu)和功能機制[10?11]，目前的研究多側(cè)重于腦區(qū)的激活和失活，以及功能連接的變化[12?14]，少有研究關(guān)注功能連接拓撲屬性的變化，對調(diào)控下尿路腦功能的性別差異也未達成共識[15?16]，將男性和女性的數(shù)據(jù)合并分析可能會影響結(jié)果的準確性。本研究采用靜息態(tài)功能磁共 振成像(resting?state functional magnetic reso?nance imaging,rs?fMRI)進行圖論[17?18]分析，探索女性在膀胱空虛和強烈排尿感時大腦功能連接的拓撲屬性變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年至2018年，招募本中心健康女職工21例。

納入標準：①體格檢查未發(fā)現(xiàn)異常，近期無用藥物史；②連續(xù)3 d 記錄排尿日記，24 h 尿量1500～3000 ml；③24 h 排尿次數(shù)＜8 次，夜尿次數(shù)≤1 次，平均每次排尿量＞200 ml，無漏尿發(fā)生。

排除標準：①神經(jīng)和泌尿系統(tǒng)相關(guān)疾病；②其他系統(tǒng)重大疾病，如心血管系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病、腫瘤等；③近期服用藥物或因其他原因接受可能引起神經(jīng)或泌尿系統(tǒng)癥狀的治療，尤其是因盆腔腫瘤接受放、化療；④妊娠試驗陽性；⑤因幽閉恐懼癥、認知障礙或其他原因不能配合MRI檢查。

2例因頭動剔除，實際納入19例，年齡35～67歲，平均(53.3±7.9)歲；平均受教育時間(7.4±1.5)年；平均膀胱視覺感覺模擬評分(6.7±1.0)；平均膀胱容積(417.6±109.1)ml。

所有受試者在研究前被告知操作流程并簽署知情同意書，該研究獲得中國康復(fù)研究中心醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準(No.2017?002?1)。

1.2 試驗方法

受試者排空膀胱，平躺于磁共振掃描床上，7 Fr雙腔膀胱測壓管和直腸測壓管分別置入膀胱和直腸內(nèi)，連接至Laborie 便攜式尿動力儀監(jiān)測膀胱腔內(nèi)壓力和腹壓，隨后進行第1 次MRI 掃描。按模塊化方式，分4個模塊用37 ℃生理鹽水逐漸充盈膀胱，每個模塊灌注30 ml，暫停30 s，抽吸10 ml，暫停后，重復(fù)下一模塊，直至受試者報告有強烈排尿感時停止灌注，進行第二次MRI掃描。采用膀胱感覺視覺模擬評分評估膀胱感覺：0 分為膀胱空虛，6 分為強烈排尿感，8分為急迫排尿感，10分為膀胱疼痛[19?20]。第1次掃描時，受試者膀胱感覺視覺模擬評分0 分，第2 次掃描時為6～8分。

采用IngeniaTrio 3.0 T 磁共振儀(PHILIPS 公司)，矩陣線圈掃描。受試者閉眼，平躺在檢查床上，用特制的頭盔和海綿枕將頭部固定在矩陣線圈內(nèi)，并盡量減少頭部運動；佩戴耳塞，調(diào)暗掃描間燈光，以減少干擾。囑受試者盡量避免特定思維活動。先采用3D MP?PAGE 序列采集受試者頭部矢狀位像，層厚2 mm，TR 7.8 ms，TE 3.8 ms，翻轉(zhuǎn)角8°。隨后采用EPI序列，共掃描37層，184個時間點，層厚3.5 mm，TE 30 ms，TR 2000 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 256×256 mm，NEX=1，像素3×3×3.5 mm。

由3 名影像科醫(yī)生評定圖像質(zhì)量。掃描結(jié)束后，受試者將尿排入量杯，測量膀胱容積。

在MATLAB 2015b 平臺下，采用SPM8 對MRI 數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：去除頭動、白質(zhì)和腦脊液信號影響，去除空間位移＞2 mm，旋轉(zhuǎn)＞2°的數(shù)據(jù)。應(yīng)用GRET?NA 2.0.0 和AAL90 對大腦皮質(zhì)進行腦區(qū)劃分，并將每個腦區(qū)作為感興趣區(qū)(regions of interest,ROI)與全腦各腦區(qū)的時間序列進行Pearson 相關(guān)性分析，得到每個受試者90×90 功能連接矩陣，通過標準化處理，去除不相關(guān)或相關(guān)性小的功能連接。經(jīng)過Fish'sZ轉(zhuǎn)換和設(shè)定閾值T處理后，最終得到二值矩陣。采用GRET?NA 2.0.0 計算功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性：集聚系數(shù)(clus?tering coefficient,Cp)、特征路徑長度(characteristic path length,Lp)、全局效率(global efficiency,Eglob)、局部效率(local efficiency,Eloc)和局部節(jié)點效率(nodal effi?ciency,Enodal)。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)。兩種狀態(tài)下小世界屬性參數(shù)比較采用配對t檢驗和Bonferroni 校正。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

在膀胱空虛和強烈排尿感時，各受試者及整體水平的小世界屬性參數(shù)γ ＞1，λ ≈1，σ ＞1(圖2)，網(wǎng)絡(luò)具有小世界屬性。

與膀胱空虛時相比，在強烈排尿感時，受試者Cp、Lp和Eloc降低(P＜0.05)，Eglob增加(P=0.039)。見表1。Enodal在左島蓋部額下回、左眶內(nèi)額上回、雙側(cè)直回、右內(nèi)側(cè)扣帶回、雙側(cè)頂下緣角回和緣上回，以及右側(cè)顳中回和枕中回增加(P＜0.05,圖2)，雙側(cè)枕葉皮層和梭狀回降低(P＜0.05,圖3)。

表1 不同膀胱狀態(tài)下腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性

圖1 女性健康受試者在膀胱空虛和強烈排尿感時大腦功能連接的小世界屬性

圖2 Enodal增加的腦區(qū)

圖3 Enodal降低的腦區(qū)

3 討論

相對于隨機網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，具有較大Eglob和Eloc的小世界網(wǎng)絡(luò)是一個低成本、高效率的網(wǎng)絡(luò)[21?24]。大腦大量神經(jīng)元以及神經(jīng)元之間的連接是小世界網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)，使人腦可以在局部和整體進行高效的信息傳遞、加工和處理。無論在膀胱空虛還是急迫排尿感時，健康女性的大腦都具有高效、低成本或低消耗的小世界網(wǎng)絡(luò)屬性。Eglob增加而Eloc降低意味著大腦信號整體傳遞效率增加，而局部傳遞效率降低[21?23]。Enodal反應(yīng)單個節(jié)點與目標節(jié)點間信息傳遞的效率，在強烈排尿感時，多個腦區(qū)Enodal增加。

目前認為，下尿路傳入信號經(jīng)脊髓傳至中腦導(dǎo)水管周圍皮質(zhì)后，經(jīng)丘腦投射至大腦皮層，經(jīng)由復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)控下尿路功能[1,3,25]。前額葉皮質(zhì)涉及認知、決策和社交行為，目前已有多項研究證實其在尿控中的作用[12?13,26?27]。膀胱過度活動患者前額葉皮質(zhì)腦反應(yīng)減弱[3,28?29]。直回被認為是前扣帶回向額葉的延伸，是內(nèi)側(cè)前額網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，可經(jīng)丘腦下行通路和腦干介導(dǎo)內(nèi)臟運動中樞和前額感覺信號之間的相互作用[30?31]。扣帶回和其他結(jié)構(gòu)共同組成的邊緣系統(tǒng)在調(diào)節(jié)情緒、對外界刺激的自主反應(yīng)和處理膀胱出入信息中發(fā)揮重要作用。部分研究認為[26,32]，前或中扣帶回可通過交感神經(jīng)調(diào)控心率，推斷下尿路的調(diào)控可能也借助這種機制。Cohen等[33]認為，在任務(wù)沖突條件下，扣帶回和運動前區(qū)共同調(diào)節(jié)注意力選擇。本研究中，有強烈排尿感或排尿欲望的女性平臥于檢查床內(nèi)行MRI掃描，這種情況不合適排尿，扣帶回興奮。緣上回所在的頂下小葉在多感覺整合、空間注意力和高級認知、眼動控制方面有重要作用[34]。該腦區(qū)也可能與膀胱的冷知覺有關(guān)[26]。梭狀回常與目標識別與功能定義有關(guān)，與枕葉皮層共同完成視覺任務(wù)[35]。以往研究曾發(fā)現(xiàn)膀胱充盈時枕葉反應(yīng)[28,36]，但枕葉在尿控中的作用尚不清楚，需要進一步研究。

雖然我們僅對女性健康受試者的90個大腦皮層和皮層下腦區(qū)進行研究，但這有助于加深對強烈排尿感出現(xiàn)之前和之后大腦皮層功能網(wǎng)絡(luò)變化的理解。這項基于健康女性的研究也可為探究各種原因?qū)е碌呐韵履蚵饭δ苷系K的致病機制奠定基礎(chǔ)。但下尿路調(diào)控機制仍然有許多未知領(lǐng)域有待探索[37]。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。