老年人跌倒的腦功能磁共振研究進展

李正然　沈慧聰　張寧　楊洋　王春雪

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·講座與綜述·

老年人跌倒的腦功能磁共振研究進展

李正然沈慧聰張寧楊洋王春雪

跌倒是老年人常見的傷害性事件,也是導(dǎo)致老年人傷殘、死亡的重要原因,是威脅老年人健康及生活質(zhì)量的一個重要公共衛(wèi)生問題。2005年預(yù)防跌倒歐洲共識將跌倒定義為滑倒(slip)或絆倒(trip),當事人突發(fā)、不自主、非故意的體位改變,失去平衡而使其跌落至地板、地面或更低的平面[1]。Tinetti等[2]研究表明,>65歲的老年人中30%每年跌倒≥1次,其中10%會造成嚴重損傷,跌倒的發(fā)病率從中年開始逐漸升高,>80歲老年人跌倒發(fā)生率可高達50%。在過去1年有跌倒史的患者更容易再次跌倒[3]。我國北京某社區(qū)>60歲的老年人1年中跌倒的發(fā)生率高達18%,其中8.7%的老年人因跌倒受傷[4]。跌倒的評估手段很多,如記錄跌倒次數(shù)、Tinetti平衡與步態(tài)量表、簡易體能狀況量表(short physical performance battery,SPPB)等,但僅使用單方面的評估工具無法準確地評估跌倒風(fēng)險[5]。隨著磁共振成像(MRI)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多研究腦結(jié)構(gòu)和功能的新技術(shù),其中擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI) 和靜息態(tài)功能磁共振序列(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)在評價腦的整體結(jié)構(gòu)和功能方面具有重要作用,有助于對跌倒風(fēng)險進行早期影像學(xué)評估[6]。

1　老年人跌倒的概述

老年人跌倒發(fā)生率高、后果嚴重,為社會、家庭及個人帶來了巨大負擔。老年人跌倒的相關(guān)因素很多,包括內(nèi)在因素、環(huán)境因素以及藥物等影響[7],其中內(nèi)在因素主要包括:年齡、平衡功能障礙、步態(tài)異常、視覺功能障礙、認知功能障礙及心理因素等[8-10]。隨著年齡增長,老年人下肢肌肉收縮力下降,腳跟著地,踝、膝屈曲動作緩慢,伸髖不充分,導(dǎo)致行走緩慢、不連續(xù),步幅變小,腳不能抬高到合適的高度,增加了跌倒的可能[11]。老年人腦逐漸發(fā)生老化,中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制能力下降,反應(yīng)能力、平衡能力及協(xié)同運動能力下降,增加了跌倒的危險性[12]。認知障礙也是跌倒的重要危險因素,輕度認知障礙導(dǎo)致執(zhí)行功能受損,執(zhí)行功能在姿勢控制與跌倒風(fēng)險的認知控制中起著關(guān)鍵性作用[13-14]。此外,環(huán)境的危險性、無序性及老年人適應(yīng)能力差等外在因素均可導(dǎo)致跌倒的發(fā)生[7]。藥物對跌倒的影響具有雙重性,有效地治療原發(fā)病可以減少跌倒風(fēng)險,但藥物使用不當,也會增加跌倒風(fēng)險[15]。

明確跌倒相關(guān)因素有助于跌倒風(fēng)險的準確評估,并積極采取相應(yīng)的預(yù)防及干預(yù)措施,可有效降低老年人跌倒的發(fā)生率。

2　跌倒患者的DTI研究

2.1DTI的基本原理及常用參數(shù)根據(jù)分子在不同的結(jié)構(gòu)中擴散方式不同,DTI在多個方向施加擴散梯度,分別進行采集,得出的多組數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機處理得出相應(yīng)圖像。DTI不僅反映活體組織水分子的擴散信息,一定程度上還可以反映腦白質(zhì)的微結(jié)構(gòu)及纖維走行情況,分析功能纖維與病灶的空間關(guān)系,為許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷,尤其是腦白質(zhì)病變提供重要信息[16]。O’Sullivan等[17]發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)MRI序列表現(xiàn)正常的腦白質(zhì),DTI可發(fā)現(xiàn)明顯異常的神經(jīng)結(jié)構(gòu),在發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)病變方面,DTI的敏感性明顯高于常規(guī)MRI序列。

常用的定量分析參數(shù)有表觀擴散系數(shù)(average diffusion coefficient,ADC)、部分各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)等。ADC反映了所有方向上水分子擴散的平均值,FA是表示白質(zhì)各向異性及完整性的一個度量標準,白質(zhì)纖維束退變、軸索及髓鞘損傷或丟失,均可導(dǎo)致FA值降低或ADC值升高[18]。

2.2DTI在老年人跌倒研究中的應(yīng)用腦白質(zhì)在信息傳導(dǎo)中有著重要作用,是連接皮質(zhì)及皮質(zhì)下功能區(qū)的聯(lián)絡(luò)纖維,構(gòu)成完整的功能體系。老年人隨著年齡增加,腦白質(zhì)的構(gòu)成及完整性減弱,導(dǎo)致各功能區(qū)纖維聯(lián)絡(luò)中斷,產(chǎn)生相應(yīng)的功能障礙,累及不同的腦區(qū)則引起相應(yīng)的臨床表現(xiàn)[19],而且異常的腦白質(zhì)體積越大,發(fā)生跌倒的可能性也越大[20-21]。研究發(fā)現(xiàn)，額葉側(cè)腦室周圍的腦白質(zhì)病變與平衡、步態(tài)及運動障礙密切相關(guān)[22]。Koo等[23]發(fā)現(xiàn)存在跌倒風(fēng)險的患者(Tinetti量表得分<25分),其額頂皮質(zhì)通路、胼胝體膝部和壓部、扣帶回后部、額葉前部和眶額通路以及連接額-頂-顳葉的縱向通路均可見異常的腦白質(zhì)叢集。

腦白質(zhì)病變的病理基礎(chǔ)是髓鞘腫脹或脫失,軸突破壞,可見膠質(zhì)細胞增生、小血管硬化、動脈壁纖維化及玻璃樣變性[24]。這種病理改變與腦白質(zhì)病灶的ADC和FA值密切相關(guān),因為細胞或髓鞘結(jié)構(gòu)的破壞,阻礙水分子擴散的屏障作用減弱,導(dǎo)致有序的各向異性結(jié)構(gòu)喪失[25]。而且ADC、FA值與髓鞘破壞的嚴重程度密切相關(guān),髓鞘破壞越嚴重,ADC值增加、FA值減低越明顯[16]。因此在傳統(tǒng)影像技術(shù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用DTI有助于早期發(fā)現(xiàn)ADC及FA值改變的異常腦白質(zhì)區(qū)域,對跌倒風(fēng)險進行早期評估,及時了解相關(guān)病情進展并進行早期干預(yù),減少跌倒的發(fā)生。

3　跌倒患者的rs-fMRI研究

3.1rs-fMRI的基本原理rs-fMRI是近年來新出現(xiàn)的一種fMRI技術(shù),利用內(nèi)源性血紅蛋白作為對比劑,通過血氧飽和度的變化實現(xiàn)成像,從而準確定位腦的激活區(qū)域。靜息狀態(tài)是指受試者閉眼、放松、靜止不動,并避免任何有結(jié)構(gòu)思維活動的狀態(tài)[26]。研究表明,在靜息狀態(tài)下，人腦仍存在血氧水平依賴成像(BOLD)信號波動,并且在這些自發(fā)振蕩的信號中,存在某種特定的功能連接,反映了靜息狀態(tài)下的人腦活動[27]。

目前,rs-fMRI主要用于研究不同腦區(qū)之間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互聯(lián)系,通過計算感興趣腦區(qū)產(chǎn)生的低頻波動時間序列信號的相關(guān)性可以得出腦區(qū)之間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系。在沒有明確的外部、內(nèi)部刺激條件下,大腦仍存在特殊的靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)(resting state network, RSN),其中默認網(wǎng)絡(luò)(default mode network, DMN)是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)[28]。正電子發(fā)射斷層成像(PET)證實人腦在靜息狀態(tài)下存在一種負責(zé)基礎(chǔ)狀態(tài)下的內(nèi)省、環(huán)境警覺等內(nèi)向思維活動的網(wǎng)絡(luò),即DMN,存在于大腦中軸線上的皮層區(qū),包括前額葉內(nèi)側(cè)皮層、扣帶回后部皮層、楔前葉、丘腦背側(cè)區(qū)、部分顳葉等[29]。這些腦區(qū)在靜息狀態(tài)下即存在規(guī)律的、較強烈的功能活動,即使在服用鎮(zhèn)靜劑或處于淺睡眠狀態(tài)時,DMN仍然很活躍[30]。Greicius等[31]通過功能連接分析發(fā)現(xiàn)腦活動網(wǎng)絡(luò)的中心位于后扣帶回(posterior cingulate cortex, PCC),并且該網(wǎng)絡(luò)在執(zhí)行簡單的感覺任務(wù)時不會中斷,只有在執(zhí)行復(fù)雜認知任務(wù)時才可能被中斷。

rs-fMRI無需特殊的任務(wù)設(shè)計,操作簡便,臨床實用性及病人依從性好,在臨床研究中具有巨大潛能。為研究大腦的整合功能以及探索大腦內(nèi)部的活動規(guī)律提供了新方法,也為臨床某些腦疾病的早期診斷和預(yù)后判斷提供了線索。

3.2rs-fMRI在老年人跌倒研究中的應(yīng)用rs-fMRI可用于分析老年人不同腦區(qū)的激活情況以及不同腦網(wǎng)絡(luò)的連接性改變,在腦功能層面對跌倒進行分析。靜息態(tài)功能連接(resting-state functional connectivity,RSFC)在研究腦功能方面具有很強的實用性和可靠性,腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性、多巴胺能遞質(zhì)及β-淀粉酶沉積是老年人RSFC改變的潛在因素。近年來許多研究者通過RSFC探究老齡化對靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響,發(fā)現(xiàn)RSFC可以提供關(guān)于老齡化對腦功能及認知水平影響的相關(guān)信息,其中,DMN和背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(dorsal attention network,DAN)易受到腦老化的影響,間接導(dǎo)致了記憶力和注意力下降[32]。Wu等[33]發(fā)現(xiàn)老年人的雙側(cè)扣帶皮層運動區(qū)、小腦、初級運動皮層、運動前區(qū)、輔助運動區(qū)、丘腦、蒼白球和殼核等廣泛的運動區(qū)表現(xiàn)為局部一致性顯著減低,表明在腦老化過程中會破壞靜息狀態(tài)下的運動皮層,導(dǎo)致老年人運動能力下降。老年人認知水平及運動能力的下降均使跌倒的風(fēng)險增加[8]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與無跌倒史者相比,近1年有跌倒史的老年患者靜息狀態(tài)下初級感覺運動網(wǎng)絡(luò)(primary motor sensory network,SMN)和額-頂葉腦網(wǎng)絡(luò)(fronto-parietal network,FPN)的功能連接減弱,其中右側(cè)大腦半球的SMN和FPN的功能連接減弱與隨訪12月后的認知功能(Stroop測試)及運動功能(SPPB測試)下降具有顯著相關(guān)性。近期發(fā)生多次跌倒的非癡呆老年患者提示可能有腦功能的亞臨床改變,而且隨后腦功能衰退的風(fēng)險也會增加[34]。因此,rs-fMRI可以提早發(fā)現(xiàn)跌倒患者腦功能改變,對于跌倒的預(yù)判具有指導(dǎo)意義。

隨著中國人口老齡化進程的加速,跌倒傷害成為了老年人的主要傷害之一,大幅度增加了醫(yī)療保健成本和社會資源的支出。老年人跌倒的發(fā)生率高、后果嚴重,是威脅老年人健康的重要公共衛(wèi)生問題。因此,明確老年人跌倒的危險因素、利用MRI新技術(shù)手段預(yù)測其風(fēng)險性,有助于早期評估,識別出具有跌倒風(fēng)險的患者,減少不必要的跌倒發(fā)生,對提高老年患者的生存質(zhì)量具有重要的臨床和社會意義。

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首都臨床特色應(yīng)用研究與成果推廣(Z151100004015127)

100050北京市,首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像中心(李正然,沈慧聰);神經(jīng)精神醫(yī)學(xué)與臨床心理科(張寧,楊洋,王春雪)

沈慧聰,Email:shenhuicong@126.com

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1003-9198.2016.09.020

2015-10-12)