嚴(yán)重?zé)齻竽X損害的磁共振成像研究與展望＊

1.第二軍醫(yī)大學(xué)福州總醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院 (福建 福州 350025)

2.中國人民解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 (福建 福州 350025)

皮厚山1殷 燦2陳自謙2

嚴(yán)重?zé)齻竽X損害的磁共振成像研究與展望＊

1.第二軍醫(yī)大學(xué)福州總醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院 (福建 福州 350025)

2.中國人民解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 (福建 福州 350025)

皮厚山1殷 燦2陳自謙2

燒傷一般是指由熱力包括熱液(水、油、湯等)、熱氣、火焰、熾熱金屬液體或固體等所引起的組織損傷，主要是皮膚和/或黏膜。燙傷專指由熱液、熱氣等所引起的組織損傷，是熱力燒傷的一種。熱力燒傷無論是在平時(shí)還是戰(zhàn)時(shí)都最多見，在各種燒傷原因中，其比例高達(dá)的85～90%[1]。燒傷一直嚴(yán)重威脅的人類的生存與健康，隨著人類進(jìn)化發(fā)展的每一步腳印，嚴(yán)重?zé)齻粌H對(duì)局部組織帶來巨大傷害，燒傷應(yīng)激還會(huì)引起全身多個(gè)系統(tǒng)如神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等的損傷與功能障礙，由燒傷引起的各種精神心理創(chuàng)傷給不利于患者的個(gè)體治療，也給患者家庭以及社會(huì)帶來多方面的不利影響。

人們很早就意識(shí)到燒傷后可能存在中樞神經(jīng)系統(tǒng)即腦的損害，臨床上嚴(yán)重?zé)齻缙诨颊呖沙霈F(xiàn)神智不清、昏迷等，康復(fù)期可出現(xiàn)不同程度的抑郁、恐懼、回避等精神行為的異常等，早在19世紀(jì)三、四十年的，西方醫(yī)學(xué)界就燒傷后腦部的病理變化及與臨床的聯(lián)系進(jìn)行了初步的研究，取得了一定的認(rèn)識(shí)，但直到上個(gè)世紀(jì)80年代后，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與科研綜合水平的飛躍式發(fā)展，燒傷后腦損害的研究才進(jìn)入一個(gè)新的階段。近年來，隨著磁共振技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是近年來功能磁共振成像(f-MRI)技術(shù)的飛速發(fā)展，燒傷后腦損害的研究不斷開拓新的領(lǐng)域、取得新的進(jìn)展，本文就嚴(yán)重?zé)齻竽X損害的磁共振成像研究做一綜述，并對(duì)未來的研究進(jìn)行展望。

1 研究方式

1.1 臨床研究 主要對(duì)燒傷后需住院就診的患者進(jìn)行研究，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來，我國燒傷年發(fā)病率約為1.5%～2%，即我國每年遭受不同程度燒傷的患者大約有2000萬人，其中需要住院進(jìn)行治療的患者約占5%左右[2]。嚴(yán)重?zé)齻闹委煵粌H僅是創(chuàng)面的處理，更是全身多系統(tǒng)的綜合治療與監(jiān)測(cè)。早期磁共振對(duì)嚴(yán)重?zé)齻颊吣X損害的研究著重于腦水腫及顱內(nèi)感染的診斷，功能磁共振成像技術(shù)不僅能顯示患者腦結(jié)構(gòu)的改變，還能在腦微循環(huán)及功能代謝方面進(jìn)行顯像，幾年來，國內(nèi)外已陸續(xù)開展了對(duì)嚴(yán)重?zé)齻鸬膭?chuàng)傷后應(yīng)激障礙(Post-traumatic Stress Disorder,PTSD)患者的多模態(tài)磁共振成像的研究。

1.2 實(shí)驗(yàn)研究 主要是對(duì)燒傷動(dòng)物模型的研究，在燒傷后腦損害機(jī)理的研究方面，實(shí)驗(yàn)研究較臨床研究開展的更普遍。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般選擇兔、犬、大鼠等，雖然大鼠在實(shí)驗(yàn)條件的控制及病理研究方面有較多的優(yōu)勢(shì)，但由于大鼠體形相對(duì)其他動(dòng)物較小，對(duì)磁共振場(chǎng)強(qiáng)及線圈均有較高要求，大鼠燒傷后腦損害的磁共振研究進(jìn)行的相對(duì)較少，但近年來，隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，特別是動(dòng)物專用線圈及高場(chǎng)強(qiáng)磁體的研制成功并投入臨床與科研，國內(nèi)外均已逐步開展這方面的研究。在動(dòng)物燒傷模型的制備方面，主要采用體部去毛后燙傷的方式，根據(jù)燙傷面積及燙傷時(shí)間確定燙傷分度，并予以病理切片證實(shí)。許多設(shè)備廠家都開發(fā)了針對(duì)不同動(dòng)物的專用磁共振線圈。

2 研究領(lǐng)域

2.1 腦水腫 嚴(yán)重?zé)齻缙诩纯沙霈F(xiàn)不同程度的腦水腫，其發(fā)生機(jī)制較復(fù)雜，臨床與實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，燒傷后腦水腫的原因是多方面的，根據(jù)水腫原因可分為脈管源性和細(xì)胞毒性腦水腫兩種，脈管源性水腫是因?yàn)檠鼙旧硗ㄍ感缘母淖円穑瑐笱a(bǔ)液不當(dāng)也會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)外間隙擴(kuò)大，細(xì)胞外稀釋性低鈉血癥而發(fā)生腦水腫；細(xì)胞毒性腦水腫多為燒傷產(chǎn)生的毒性物質(zhì)吸入或進(jìn)入血流，如一氧化氮(NO)及谷氨酸的產(chǎn)生過多等，引起毛細(xì)血管通透性增加而形成，同時(shí)腦內(nèi)ATP生成減少，鈉泵功能障礙導(dǎo)致細(xì)胞毒性腦水腫[3]。磁共振成像是腦水腫診斷的主要檢查方法，主要表現(xiàn)為腦回腫脹、腦溝變淺，T2WI信號(hào)增高等，近年來，磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(Diffusion-weighted Imaging,DWI)已用于早期腦水腫的診斷與預(yù)后判斷，并能在臨床癥狀出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)腦水腫，對(duì)于臨床治療有重要價(jià)值。

2.2 創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙 創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)是一種嚴(yán)重的心身障礙，最初是用來描述各類創(chuàng)傷性戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)歷后的種種結(jié)果，隨著研究的深入，逐漸發(fā)現(xiàn)在個(gè)體經(jīng)歷威脅生命事件之后，都可能出現(xiàn)上述精神障礙。嚴(yán)重?zé)齻鳛橐环N強(qiáng)烈的應(yīng)激，可在短期內(nèi)即出現(xiàn)PTSD，嚴(yán)重影響患者個(gè)體的治療、康復(fù)，并對(duì)患者家庭與社會(huì)帶來沉重負(fù)擔(dān)。有文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，PTSD的發(fā)病率約為6.8%，其中30%左右的患者終生不愈，并且近一半以上患者伴有抑郁、各種焦慮性障礙、藥物濫用及其他精神心理障礙，自殺率明顯高于普通人群[4]。對(duì)PTSD的發(fā)病機(jī)制雖然進(jìn)行了大量的研究，但目前仍未完全明了，對(duì)PTSD的觀察研究缺少客觀的生物學(xué)指標(biāo)，其診斷主要依賴于臨床癥狀評(píng)估。近年來，磁共振成像等已用于研究PTSD患者的腦功能或結(jié)構(gòu)改變，國內(nèi)外的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)PTSD患者存在腦功能和結(jié)構(gòu)的一系列異常表現(xiàn)，這些異常改變的區(qū)域主要集中在海馬、杏仁核、島葉、內(nèi)側(cè)前額葉皮層及胼胝體等部位[5]。

2.3 膿毒癥相關(guān)性腦病 燒傷導(dǎo)致患者死亡的主要原因之一就是膿毒癥和多器官功能障礙綜合征(MODS)，而膿毒癥相關(guān)性腦病(Septic Associated Encephalopathy,SAE)是嚴(yán)重?zé)齻摱景Y患者常見的并發(fā)癥，是由膿毒癥引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能障礙，研究表明，70%左右的膿毒癥患者可并發(fā)SAE[6]。SAE主要的病理生理改變?yōu)閺V泛微血管旁水腫、星形膠質(zhì)細(xì)胞尾足的斷裂以及神經(jīng)元損傷，其主要機(jī)制是細(xì)菌內(nèi)毒素刺激各種炎性遞質(zhì)的過度釋放，導(dǎo)致神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞功能障礙甚至壞死，各種炎性遞質(zhì)對(duì)血腦屏障的破壞以及局部微循環(huán)障礙也是重要原因，在此病理過程中，各種白細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元以及膠質(zhì)細(xì)胞是主要的參與者和靶細(xì)胞[7]。臨床上，磁共振成像有助于SAE的早期診斷，并對(duì)排除燒傷患者原發(fā)性顱內(nèi)疾病具有重要鑒別意義，功能磁共振成像可在早期發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)神經(jīng)元的損傷及血腦屏障的破壞。

3 磁共振研究技術(shù)

3.1 擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI) DWI是目前唯一能在活體上測(cè)量水分子擴(kuò)散并成像的方法。處于布朗運(yùn)動(dòng)的生物體內(nèi)的水分子具有擴(kuò)散各向異性與受限擴(kuò)散的特點(diǎn)，不同組織的由于成分及細(xì)胞排列各不相同，水分子的擴(kuò)散能力也不相同，當(dāng)機(jī)體組織發(fā)生病變時(shí)，由于組織細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和代謝等發(fā)生改變，影響到水分子在細(xì)胞間的擴(kuò)散能力，表現(xiàn)為水分子的擴(kuò)散受限或增加[8]。近年來，相關(guān)實(shí)驗(yàn)通過采用DWI技術(shù)結(jié)合病理切片對(duì)照對(duì)嚴(yán)重?zé)齻竽X水腫的機(jī)制進(jìn)行了較深入的研究。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，嚴(yán)重?zé)齻蟀l(fā)生腦水腫的時(shí)間約為傷后6h，但實(shí)驗(yàn)證明，嚴(yán)重?zé)齻?～4小時(shí)即可出現(xiàn)腦組織內(nèi)水分子擴(kuò)散受限，MRI表現(xiàn)為表觀彌散系數(shù)(ADC)值下降，DWI呈高信號(hào)改變；張艷偉等通過兔嚴(yán)重?zé)齻缙谀X水腫的研究表明，DWI能夠較好的反映嚴(yán)重?zé)齻竽X含水量的變化，對(duì)明確燒傷早期腦水腫的診斷具有重要參考價(jià)值[9]。

3.2 血氧水平依賴磁共振功能成像(Bold-fMRI) 磁共振功能成像(fMRI)通過檢測(cè)大腦血氧水平依賴(Blood Oxygenation Level Dependent,BOLD)信號(hào)的改變，間接反映局部腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)情況，根據(jù)其研究模式主要分為靜息態(tài)fMRI和任務(wù)態(tài)fMRI。嚴(yán)重?zé)齻缙?，患者依從性較差，基于BOLD-fMRI研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有較大的挑戰(zhàn)，近年來的研究表明BOLD-fMRI可以較好的用于燒傷后PTSD患者腦功能異常的研究。宋凌恒通過研究表明，前額葉-邊緣系統(tǒng)腦區(qū)的功能異常與燒傷后PTSD的病理生理學(xué)機(jī)制有關(guān)，燒傷可導(dǎo)致靜息狀態(tài)下大腦功能異常，推測(cè)引起嚴(yán)重?zé)齻颊吣X功能改變的重要因素就是燒傷后復(fù)雜的應(yīng)激反應(yīng)[10]。目前，燒傷后PTSD的發(fā)病機(jī)制還未完全闡明，也是我們進(jìn)一步的研究方向。

3.3 灌注加權(quán)成像(Perfusion-weighted Imaging,PWI) 灌注的定義是指單位時(shí)間內(nèi)通過一定組織的血容量，灌注既是組織的重要生理特征，又能反應(yīng)病變血管的特征，從而為診斷提供重要信息，PWI以其無放射損傷、組織分辨率高等優(yōu)點(diǎn)得到了較快的發(fā)展，根據(jù)成像原理不同，MR PWI分為動(dòng)脈自旋標(biāo)記(ASL)和動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)(DSC)兩種技術(shù)，ASL通過標(biāo)記自體動(dòng)脈血中的質(zhì)子即可評(píng)價(jià)腦組織的灌注狀況，不需要外源性對(duì)比劑，完全無創(chuàng)，特別適合兒童、腎功能不全、老年人等特殊人群，逐漸成為近年的研究熱點(diǎn)[11]。嚴(yán)重?zé)齻缙诩幢憩F(xiàn)出腦實(shí)質(zhì)及腦膜小血管不同程度的擴(kuò)張充血，嚴(yán)重?zé)齻笫蟮哪X血管還存在許多超微結(jié)構(gòu)的改變[12]，進(jìn)而出現(xiàn)腦組織灌注異常。李響等通過大鼠模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PWI檢測(cè)出腦組織發(fā)生灌注異常的時(shí)間要早于發(fā)生形態(tài)學(xué)改變的時(shí)間[13]，但對(duì)于燒傷早期腦組織的灌注改變，目前這方面的臨床與實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行的較少，原因可能與對(duì)嚴(yán)重?zé)齻竽X組織的異常灌注認(rèn)識(shí)不足有關(guān)。

3.4 磁共振波譜(magnetic resonance spectrum,MRS) 隨著MRS技術(shù)的不斷成熟，其臨床與科研應(yīng)用日趨廣泛，是目前唯一能無創(chuàng)測(cè)量體內(nèi)化合物成分的方法，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常用于神經(jīng)退行性病變、代謝性病變、缺血缺氧性腦病、腦腫瘤、顱腦損傷、精神異常等疾病的診斷與鑒別診斷。MRS的基本原理是不同的化合物因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同會(huì)產(chǎn)生不同的化學(xué)位移現(xiàn)象，在MRS譜線上會(huì)得到各不相同的波峰，波峰下的面積即代表不同代謝物的含量。顱腦MRS能檢測(cè)到的多種能體現(xiàn)腦組織代謝情況的化合物，如氮-乙酰天門氡氨酸(NAA)、肌酸(Cr)及膽堿(Cho)等，化學(xué)位移分別位于2.02ppm、3.02ppm及3.20ppm處。Cr參與能量利用和儲(chǔ)存，標(biāo)志著細(xì)胞的能量狀態(tài)，因此在大部分情況下其含量是很穩(wěn)定的，經(jīng)常被用作相對(duì)濃度比值的參照物[14]，在研究中，經(jīng)常使用NAA/Cr、Cho/Cr及NAA/(Cho +Cr)值來做NAA和Cho代謝情況的分析[15-16]。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，嚴(yán)重?zé)齻竽X組織中常見單個(gè)散在或成簇變性壞死的神經(jīng)元，對(duì)嚴(yán)重?zé)齻麆?dòng)物模型腦組織的研究顯示，燒傷6小時(shí)神經(jīng)細(xì)胞及軸突出現(xiàn)腫脹，并隨時(shí)間的延長各種改變逐漸明顯，至傷后24小時(shí)達(dá)到最高峰，表現(xiàn)最明顯[17]。除神經(jīng)元的變性壞死外，燒傷后腦組織內(nèi)還可出現(xiàn)氨基酸代謝異常，神經(jīng)肽如下丘腦室旁核、視上核β-內(nèi)啡肽的異常升高等。國內(nèi)已有學(xué)者通過7.0T磁共振對(duì)大鼠腦缺血的模型成功進(jìn)行了MRS研究[18]，但目前應(yīng)用該技術(shù)對(duì)嚴(yán)重?zé)齻髴?yīng)激性腦損害的研究較少，將是我們今后研究的重點(diǎn)。

綜上所述，嚴(yán)重?zé)齻笤缙诩纯沙霈F(xiàn)腦組織結(jié)構(gòu)與功能的異常，磁共振成像技術(shù)對(duì)燒傷后腦損害的臨床診斷與科學(xué)研究具有重要價(jià)值，近年來興起的功能磁共振成像技術(shù)對(duì)進(jìn)一步揭示燒傷后腦損害的機(jī)理潛力巨大。

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(本文編輯: 劉龍平)

R322.81

A

全軍重大專項(xiàng)課題(14ZX23)

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.04.045

2017-03-11

陳自謙