基于靜息態功能MRI低頻振幅評價慢性腰痛患者腦功能活動性別差異

霍 苗，陳義磊，詹松華，譚文莉

(上海中醫藥大學附屬曙光醫院放射科，上海 201203)

慢性腰痛(chronic low back pain, CLBP)指病程大于3個月的腰、骶、臀部疼痛和(或)麻木，病因復雜，遷延不愈[1]。由于解剖、免疫、內分泌及心理等因素，男、女性之間CLBP發病率、疼痛敏感性、疼痛閾值及持續時間等均有所差異[2]。本研究應用靜息態功能MRI(resting-state function MRI, rs-fMRI)低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation, ALFF)方法觀察男性與女性CLBP患者腦功能活動的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2021年1月—10月就診于上海中醫藥大學附屬曙光醫院的CLBP患者(CLBP組)。納入標準：①符合CLBP診斷標準[3]，病程>3個月；②年齡25～65歲，右利手；③視覺模擬量表(visual analogue scale, VAS)評分≥3分；④中國縮減版Oswestry功能障礙指數(Chinese short form Oswestry disability index, C-SFODI)≥20%；⑤無脊柱腫瘤、結核等病變；⑥檢查前1個月內未服用解熱鎮痛、安眠、激素等藥物及接受相關物理治療、推拿治療；⑦無MR檢查禁忌證。另招募性別、年齡、受教育程度匹配的健康成人為健康對照(health control, HC)(HC組)，年齡25～65歲，右利手，無腰部疼痛病史。排除標準：①其他部位慢性疼痛病史；②造血系統疾病等導致腰痛的疾病；③頭顱外傷或昏迷病史；④妊娠期及哺乳期婦女；⑤腦血管疾病或其他神經系統(神經退行性疾病、癲癇、頭部損傷)或精神疾病史。本研究經醫院倫理委員會批準(批準號：2020-914-123-01)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 圖像采集 采用Siemens Skyra 3.0T超導型MR儀、20通道頭頸聯合線圈，于16∶00～22∶00行頭部掃描。于頭部兩側放置海綿墊，囑受試者閉目并保持清醒。以磁化準備快速梯度回波序列采集矢狀位3D結構相T1WI，TR 2 050 ms，TE 2.1 ms，矩陣256×256，層厚1 mm，層數160，掃描時間8 min 12 s；以單次激發梯度回波-平面回波序列采集rs-fMRI，TR 3 000 ms，TE 40 ms，FA 90°，層厚4 mm，共采集230個時間點，掃描時間8 min 46 s。

1.2.2 圖像分析 于Matlab R2013a平臺以DPARSF V5.1軟件分析圖像。①數據預處理：剔除前10個時間點圖像；時間層矯正；頭動矯正，剔除平移≥2 mm、旋轉≥2°數據；空間標準化，將腦功能圖像標準化至蒙特利爾神經研究所(Montreal neurological institute, MNI)標準模板；以半高全寬為6 mm高斯核行平滑處理；去除線性偏移及噪聲協變量的影響；②計算ALFF值，以帶通濾波頻率0.01～0.08 Hz行濾波處理。最后對全腦體素進行標準化。

1.3 統計學分析 采用SPM12軟件行2×2析因設計方差分析，觀察CLBP組內不同性別及組間受試者腦區ALFF值的差異，以高斯隨機場理論(Gaussian random field theory, GRF)方法行多重比較校正(體素水平P<0.001和團塊水平P<0.05)；以SPSS 25.0統計軟件分析存在差異腦區的ALFF值。以±s表示符合正態分布的計量資料，采用t檢驗比較ALFF值的差異。以Pearson相關分析觀察不同性別CLBP患者存在差異腦區ALFF值與VAS評分的相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

共納入57例CLBP患者及57名健康人。CLBP組男24例、女33例，年齡25～65歲、平均(42.6±7.3)歲，包括30例腰椎間盤突出、10例小關節肥大、10腰椎管狹窄、5例為脊柱側彎及骶髂關節炎、強直性脊柱炎各1例。HC組男24名、女33名，年齡25～65歲，平均(44.2±5.1)歲。

CLBP組男、女性年齡、VAS評分及病程差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表1；HC組男、女性年齡分別為(38.0±10.2)歲、(39.3±8.8)歲，差異無統計學意義(t=0.42，P=0.80)。

表1 男、女性CLBP患者一般資料比較

表2 不同性別受試者ALFF值存在明顯差異的腦區(n=114)

表3 CLBP組男、女性之間存在差異腦區的ALFF值比較(±s)

表3 CLBP組男、女性之間存在差異腦區的ALFF值比較(±s)

性別右側三角部IFG右側MFG左側SFG右側內側額上回左側內側額上回男(n=24)0.35±0.050.42±0.070.58±0.150.71±0.090.69±0.05女(n=33)0.26±0.070.28±0.060.43±0.040.62±0.070.62±0.07t值2.383.112.632.252.14P值0.040.010.020.030.04

表4 HC組男、女性之間存在差異腦區的ALFF值比較(±s)

表4 HC組男、女性之間存在差異腦區的ALFF值比較(±s)

性別右側三角部IFG右側MFG左側SFG右側內側額上回左側內側額上回男(n=24)0.31±0.010.38±0.040.50±0.100.68±0.090.68±0.05女(n=33)0.26±0.050.33±0.060.46±0.060.65±0.050.65±0.06t值1.781.420.710.731.36P值0.110.190.490.470.19

2.1 CLBP組內不同性別及組間腦區ALFF值比較 性別主效應顯示，男、女性受試者ALFF值差異有統計學意義的腦區包括右側三角部額下回(inferior frontal gyrus, IFG)、右側額中回(middle frontal gyrus, MFG)、左側額上回(superior frontal gyrus, SFG)、雙側內側額上回(表2、圖1)。上述腦區ALFF值在CLBP組男性高于女性(P均<0.05)，而在HC組男、女性間差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表3、4。

疾病狀態主效應顯示，組間ALFF值差異有統計學意義的腦區包括雙側小腦7b區、8區和9區(表5、圖2)。CLBP組女性上述腦區的ALFF值高于HC組女性(P均<0.05)，而男性組間差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表6。

表6 男、女性組間差異有統計學意義腦區的ALFF值比較(±s)

表6 男、女性組間差異有統計學意義腦區的ALFF值比較(±s)

性別左側小腦7b區右側小腦7b區左側小腦8區右側小腦8區左側小腦9區右側小腦9區男CLBP組(n=24)0.67±0.070.70±0.070.59±0.110.62±0.120.31±0.060.27±0.05HC組(n=24)0.60±0.090.63±0.080.53±0.040.55±0.070.26±0.060.25±0.03t值1.641.971.781.321.170.84P值0.110.070.090.200.260.42女CLBP組(n=33)0.66±0.060.69±0.070.64±0.120.60±0.080.39±0.090.41±0.12HC組(n=33)0.59±0.080.60±0.090.54±0.050.53±0.050.28±0.030.28±0.07t值2.292.232.262.272.802.26P值0.030.030.030.030.020.04

表5 組間ALFF值差異有統計學意義的腦區

性別與疾病狀態之間無明顯交互作用(F=55.76，P>0.05)。

2.2 相關性分析 分別對CLBP組存在性別差異腦區，包括右側三角部IFG、右側MFG、左側SFG、雙側內側額上回的ALFF值與VAS評分進行相關性分析，結果顯示女性CLBP患者右側MFG的ALFF值與VAS評分呈負相關(r=-0.425，P=0.014，圖3)，女性CLBP患者其余腦區及男性CLBP患者各腦區ALFF值與VAS評分均無明顯相關(P均>0.05)。

3 討論

ALFF是rs-fMRI探索CLBP患者腦功能異常活動的常用指標之一。神經功能及結構損傷可能是CLBP出現臨床癥狀的重要原因[4]。既往研究[5]較少關注不同性別CLBP患者腦功能活動的差異。WANG等[6]研究大鼠疼痛模型，發現雌性大鼠受疼痛刺激時島狀皮層功能連接顯著下降，而雄性大鼠下降不明顯。KIM等[7]發現，健康女性受到熱痛刺激后，其顯著網絡、默認網絡的功能連接更強。本研究結果顯示，男性CLBP患者右側三角部IFG、右側MFG、左側SFG及雙側內側額上回的ALFF值均較女性患者顯著升高，為理解不同性別腦功能活動的差異提供了新思路。

SFG是參與高級認知功能的核心腦區，在疼痛感知、行為監督及決策中起關鍵作用。CLBP患者右側SFG的ALFF值減低[8]。局部一致性(regional homogeneity, ReHo)研究結果表明，男性CLBP患者左側SFG的ReHo值顯著高于女性[9]。本研究同樣發現，相比女性CLBP，男性患者左側SFG固有自發活動增強，可能與男性長期處于對疼痛感知高度警惕的狀態，或男性對疼痛的監督及應對更為積極有關，提示針對左側SFG進行治療可改善男性CLBP患者疼痛水平。

IFG與視覺傳入密切相關，而視覺與痛覺信息的輸入具有協同性，表現為含疼痛信息的視覺刺激可增加痛感，故分散注意力可輔助治療慢性疼痛[10]。SHEN等[11]發現，疼痛條件下，IFG與視覺系統的連接性增強，可能長期疼痛刺激導致大腦神經發生了可塑性變化。本組男性CLBP患者右側三角部IFG的ALFF值較女性升高，推測與其IFG與視覺網絡連接增強有關，提示通過IFG增強轉移疼痛注意力或可減輕男性患者疼痛感。

MFG屬于大腦默認網絡區域之一，在靜息狀態時活躍，在執行任務時被抑制[12]。本組女性CLBP患者右側MFG的ALFF值明顯低于男性，推測與女性患者長期處于腰痛狀態使MFG神經元活動受到抑制，或女性患者易伴困倦、疲乏及睡眠障礙等癥狀有關。負性思維與經過個體“加工”的疼痛感知更易導致“疼痛災難化”，體現在女性過度關注疼痛，使負性情緒與慢性疼痛之間形成惡性循環，這可能是女性感知疼痛敏感性及強度均更高的潛在機制[13]。本組女性CLBP患者右側MFG的ALFF值與VAS評分呈負相關，表明隨疼痛強度增加，其疼痛調節能力下降。既往研究[14]認為CLBP患者前額葉腦功能活動減少與McGill疼痛問卷分數呈負相關，本研究結果與之相符，推測MFG的ALFF值可作為預測女性CLBP患者疼痛強度的神經標志物。

MFG和SFG均屬背外側前額葉皮層，介導認知、情感及疼痛的感覺處理。本組女性CLBP患者右側MFG和左側SFG的ALFF值均較男性降低，可能與女性疼痛抑制系統功能障礙有關。ARCHIBALD等[15]發現健康女性接受疼痛刺激時前扣帶回谷氨酸水平較男性升高，推測結構、代謝異常可能是女性CLBP發病率高的原因之一。

本研究中女性CLBP患者小腦多個腦區ALFF值較HC組顯著升高，可能是持續疼痛刺激通過反饋調節使小腦協調、平衡功能得到補償和恢復[16]，也與女性較易產生焦慮、悲傷、恐懼等情緒并增強痛感有關[17]。SANTOS等[18]研究表明，女性小腦對腰盆部肌肉運動控制能力不足，導致腰背部肌群耐力、力量及柔韌性下降，誘發女性腰痛。本研究發現男性ALFF值組間差異無統計學意義，可能與男性CLBP患者疼痛耐受性強、敏感性低有關。

綜上，不同性別CLBP患者額葉及小腦局部腦區腦功能活動存在差異。但本研究樣本量小，未對CLBP病因及類型進行分組觀察，且僅觀察了VAS評分，缺乏功能障礙指數量表等其他生活質量評價指標，有待后續進一步完善。