吸煙者靜息態(tài)fMRI腦功能連接研究

胡寶民，李春林，景 斌，褚水蓮，彭 朋，蔣 濤

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院放射科，北京 100020)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201709083

2010年全球有超過3億吸煙者[1]，每年超過100萬人死于與吸煙相關(guān)疾病[2]。吸煙成癮與許多重要腦區(qū)有關(guān)，特別是中腦邊緣獎賞回路。MR技術(shù)、特別是非侵入性fMRI的發(fā)展，使活體研究、揭示人的行為與大腦功能之間的關(guān)系成為可能。既往研究[3]發(fā)現(xiàn)急性尼古丁攝入可致全腦激活減低，而目前關(guān)于慢性吸煙者靜息狀態(tài)時腦功能活動的研究[4-6]較少見。本研究采用基于分?jǐn)?shù)低頻振幅(fractional amplitude of low frequency fluctuation, fALFF)的靜息態(tài)fMRI技術(shù)，探討靜息狀態(tài)下慢性吸煙者腦功能活動改變，并以改變腦區(qū)為ROI，分析相應(yīng)腦區(qū)與全腦功能連接的改變情況。

1 資料與方法

1.1 一般資料 從2016年5月—2017年3月招募53名吸煙者(吸煙組)，均為漢族男性，年齡23～40歲，平均(30.7±4.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無MR檢查禁忌證；②常規(guī)MR檢查未發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)異常(占位、梗死或缺血灶等)；③近1年每天吸煙10支以上，煙齡超過5年，或過去1年戒煙未超過3個月，符合吸煙成癮ICD-10標(biāo)準(zhǔn)[7]；④完成問卷調(diào)查，包括開始吸煙年齡、每天吸煙量及吸煙年數(shù)等；⑤完成尼古丁依賴檢測(fagerstr?m test for nicotine dependence, FTND)量表[8]測試。根據(jù)吸煙包年數(shù)(吸煙包年數(shù)=每天吸煙包數(shù)×吸煙年數(shù))將吸煙組分為少量吸煙亞組[n=26，吸煙包年數(shù)≤20，年齡23～35歲，平均(29.4±4.4)歲]和大量吸煙亞組[n=27，吸煙包年數(shù)>20，年齡26～40歲，平均(32.3±3.7)歲]；根據(jù)FTND量表將吸煙組分為輕度成癮亞組[n=23，F(xiàn)TND量表評分≤6分，年齡25～38歲，平均(32.7±4.3)歲]和重度成癮亞組[n=30，F(xiàn)TND量表評分>6分，年齡23～40歲，平均(30.7±4.9)歲]。另同期招募53名從未吸煙者為對照組，均為漢族男性，年齡24～38歲，平均(30.8±5.2)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：酒精或藥物濫用/依賴、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、頭部外傷史、精神障礙及精神藥物使用史。2組年齡(P=0.911)及受教育程度(P=0.679)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Trio Tim System 3.0T MR儀。囑受檢者平臥，閉合雙目，保持安靜。采用平面回波序列(echo planar imaging, EPI)，掃描參數(shù)：TR 2 000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，分辨率64×64，層厚3 mm，層間距1 mm，層數(shù)36，采集180個時間點。

1.3 圖像處理 采用DPARSF軟件(北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)研究所研發(fā))于MATLAB R2012a平臺進(jìn)行圖像處理。圖像預(yù)處理包括時間和空間校正、配準(zhǔn)及濾波。軟件處理圖像后自動生成受檢者在檢查中的運動情況文件，若受檢者頭部在x、y、z軸任意一軸運動超過1 mm或轉(zhuǎn)動幅度超過1°，則重新進(jìn)行采集。對配準(zhǔn)后數(shù)據(jù)采用8 mm高斯核全寬度進(jìn)行平滑處理。提取受檢者靜息狀態(tài)下腦功能活動參數(shù)，比較各組fALFF值差異。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPM 8統(tǒng)計分析軟件，以兩樣本t檢驗比較2組fALFF值，F(xiàn)WE校正P<0.05[9]。采用兩樣本t檢驗分別比較不同吸煙量亞組和不同煙癮程度亞組間fALFF值差異，Alphasim校正P<0.005。以吸煙組與對照組間fALFF值比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義的活動腦區(qū)為ROI，分析所有受檢者基于體素水平(voxel-wise)全腦功能連接(即以體素為最小單位，分析全腦與選定ROI間的功能連接增強(qiáng)或減弱變化)，采用兩樣本t檢驗比較吸煙組與對照組間腦功能連接差異，Alphasim校正P<0.005。

2 結(jié)果

2.1 2組fALFF值比較 吸煙組左側(cè)枕中回、邊緣葉及小腦后葉fALFF值較對照組顯著增加，右側(cè)額中回、顳上回、外核和左側(cè)中央后回及小腦前葉fALFF值較對照組明顯降低(表1、圖1)。

2.2 大量吸煙亞組與少量吸煙亞組間fALFF值比較 大量吸煙亞組右側(cè)顳上回、中央前回及枕葉/楔葉fALFF值較少量吸煙亞組顯著升高，雙側(cè)邊緣葉/扣帶回、額葉及小腦后葉fALFF值較少量吸煙亞組明顯降低(表2、圖2)。

2.3 輕度成癮亞組與重度成癮亞組間fALFF值比較 重度成癮亞組雙側(cè)額中回、右側(cè)額上回及左側(cè)頂下小葉fALFF值較輕度成癮亞組明顯增強(qiáng)，而左側(cè)邊緣葉/扣帶回區(qū)域fALFF值較輕度成癮亞組降低(表3、圖3)。

2.4 腦功能連接比較 與對照組相比，吸煙組枕中回與小腦后葉、顳下回、額上回及邊緣葉、中央后回連接，小腦前葉與小腦后葉連接，額中回與枕葉連接，顳上回與中央后回連接以及小腦前葉與顳葉、額葉連接明顯增強(qiáng)；而顳葉之間連接、邊緣葉與額葉連接、丘腦外核與小腦后葉連接以及中央后回與小腦前葉、額上回連接明顯減低(表4)。

圖1 吸煙組與對照組比較fALFF差異腦區(qū)圖 A.左側(cè)枕中回； B.左側(cè)邊緣葉； C.右側(cè)顳上回； D.左側(cè)中央后回 (暖色表示吸煙組較對照組fALFF值增強(qiáng)腦區(qū)，冷色表示減低區(qū)；FWE校正P<0.05)

圖2 大量吸煙亞組較少量吸煙亞組fALFF差異腦區(qū) A.右側(cè)顳上回； B.左側(cè)邊緣葉/扣帶回 (暖色表示大量吸煙亞組較少量吸煙亞組fALFF值增強(qiáng)腦區(qū)，冷色表示減低區(qū)；Alphasim校正P<0.005) 圖3 重度煙癮亞組較輕度煙癮亞組fALFF差異腦區(qū)圖 A.右側(cè)額中回； B.左側(cè)邊緣葉/扣帶回 (暖色表示重度煙癮亞組較輕度煙癮亞組fALFF值增強(qiáng)腦區(qū)，冷色表示減低區(qū)；Alphasim校正P<0.005)

fALFF值激活差異腦區(qū)內(nèi)最大激活點位置(MNI峰值坐標(biāo))xyzt值體素增高 左側(cè)枕中回―24―7865.32147 左側(cè)邊緣葉―30―39―94.27190 左側(cè)小腦后葉―15―69―393.89144減低 右側(cè)額中回3603-2.45175 右側(cè)顳上回63―4518-3.1274 右側(cè)外核12―369-3.56121 左側(cè)中央后回―9―3975-2.1146 左側(cè)小腦前葉―6―48―36-2.68126

表2 大量吸煙亞組與少量吸煙亞組fALFF值比較

表3 重度煙癮亞組與輕度煙癮亞組fALFF值比較

表4 吸煙組與對照組腦區(qū)功能連接比較

3 討論

fALFF值是反映自發(fā)性腦活動強(qiáng)度的參數(shù)，直接反映受試者靜息狀態(tài)下不同腦區(qū)的活動強(qiáng)度[10]。本研究中吸煙組左側(cè)枕中回、邊緣葉、小腦后葉fALFF值較對照組明顯升高，而右側(cè)額中回、顳上回、外核和左側(cè)中央后回、小腦前葉fALFF值明顯減低；靜息態(tài)下邊緣葉和枕葉功能變化與既往研究[11-13]結(jié)果相符，提示在靜息狀態(tài)下，吸煙者與成癮相關(guān)的腦區(qū)活動比非吸煙者更活躍。枕葉是視覺中樞，顳葉是嗅覺和聽覺中樞，兩者均與記憶和情感有關(guān)。此外，中央后回與軀體感覺相關(guān)，丘腦外核、小腦則參與運動和平衡控制[14]，故吸煙者關(guān)于吸煙感覺的異常情緒和長期記憶可能和上述腦區(qū)靜息態(tài)下的改變有關(guān)。

此外，本研究中，與少量吸煙亞組相比，大量吸煙亞組右側(cè)顳上回、中央前回、枕葉/楔葉fALFF值顯著升高，而雙側(cè)邊緣葉/扣帶回、額葉、小腦后葉fALFF值下降，提示與較少量吸煙者相比，靜息狀態(tài)下大量吸煙者與視覺和聽覺感應(yīng)相關(guān)的腦區(qū)活動增加，而與成癮和行為控制相關(guān)的腦區(qū)活動降低，這可能是慢性吸煙者自我行為控制能力下降的原因。額葉和頂葉與成癮相關(guān)。本研究中，與輕度成癮亞組相比，重度成癮亞組雙側(cè)額中回、右側(cè)上額葉及左側(cè)頂下小葉fALFF值顯著增加，而左側(cè)邊緣葉/扣帶回區(qū)域fALFF值降低，提示靜息態(tài)下與成癮相關(guān)腦區(qū)活動增加。邊緣葉、扣帶回也與成癮相關(guān)，但本研究發(fā)現(xiàn)重度成癮亞組上述腦區(qū)激活減低，這與大量吸煙者較少量吸煙者fALFF值下降腦區(qū)一致，可能是由于重度成癮者長期大量吸煙，攝入更多尼古丁，致靜息狀態(tài)下邊緣葉、扣帶回活動被抑制或受損，與Zhang等[15]研究結(jié)果一致。上述結(jié)果表明，長期吸煙可能與前額葉灰質(zhì)受損相關(guān)。

本研究中吸煙組大部分感覺腦區(qū)間(視聽嗅覺)、感覺與運動控制腦區(qū)的連接較對照組增強(qiáng)，原因有待進(jìn)一步觀察。此外，吸煙組參與軀體感覺與運動調(diào)節(jié)的腦區(qū)聯(lián)系較對照組減弱，如丘腦外核及中央后回與小腦功能連接減低，且與成癮相關(guān)的腦區(qū)間聯(lián)系減低，可能與成癮腦區(qū)內(nèi)的平衡調(diào)控有關(guān)[16]。

本研究的不足：樣本量較少，結(jié)果可能存在偏倚，后續(xù)研究將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，細(xì)化研究結(jié)果。

綜上所述，靜息狀態(tài)下，吸煙者與成癮相關(guān)的腦區(qū)激活及與吸煙感覺記憶相關(guān)的腦區(qū)激活均增加。隨著吸煙量增加，靜息狀態(tài)下與吸煙感覺記憶相關(guān)的腦區(qū)激活增加，而部分與成癮和行為控制相關(guān)的腦區(qū)活動受抑制。

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