VBM對腰間盤突出慢性期疼痛患者腦結(jié)構(gòu)的研究*

1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第二臨床學(xué)院(河南 新鄉(xiāng) 453003)

2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院(河南 新鄉(xiāng) 453002)

董帥珂1 趙洪增2

LDH是一種脊柱損傷與退行性疾病，病程較長，我國人群的平均患病率為8%～25%[1]。目前也成為青壯年人群的常見病。由LDH引起的慢性下腰痛(cLBP)使世界各地數(shù)百萬人致殘并產(chǎn)巨大的經(jīng)濟負擔(dān)[2]，并且許多患者由于疾病的反復(fù)發(fā)作，長期處在慢性疼痛的狀態(tài)中，大多會伴有緊張、焦慮、抑郁等情緒反應(yīng)，甚至出現(xiàn)焦慮癥或抑郁癥[3]。越來越多的證據(jù)表明，慢性疼痛的傷害輸入作用于不同腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)軸突上，從而可以引起不同區(qū)域的腦結(jié)構(gòu)和功能的改變[4]。盡管國內(nèi)外許多研究對慢性疼痛患者的大腦功能和結(jié)構(gòu)的改變進行了描述,但是對患有腰間盤突出患者所引起的腦皮層結(jié)構(gòu)的變化報道較少。所以本研究采用VBM對腰間盤突出慢性期疼痛患者進行腦結(jié)構(gòu)分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料所有研究對象在檢查前均簽署知情同意書。LDH組為腰間盤突出慢性期疼痛患者58例，平均年齡45～60歲。LDH組納入標準：(1)出現(xiàn)臨床癥狀并且經(jīng)過磁共振檢查診斷為腰間盤突出患者。(2)腰間盤突出伴隨疼痛并且疼痛時間≥3個月；(3)無其它慢性疼痛疾?。?4)常規(guī)MRI檢查腦實質(zhì)內(nèi)無其它異常發(fā)現(xiàn)；(5)無精神障礙疾病。

HC組為健康志愿者62名，平均年齡46-60歲。HC組納入標準：(1)無其它慢性疼痛疾?。?2)常規(guī)MRI檢查腦實質(zhì)內(nèi)無其它異常發(fā)現(xiàn)；(3)無精神障礙疾病。

LDH組及HC組排除標準：(1)體內(nèi)置入起搏器、支架等磁共振禁忌癥者以及無法耐受此項檢測者；(2)有其它慢性疼痛疾病者；(3)常規(guī)MRI檢查發(fā)現(xiàn)腦實質(zhì)內(nèi)有其它異常改變；(4)有精神障礙疾病。

1.2 影像學(xué)設(shè)備及參數(shù)利用新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放射科3.0T的磁共振設(shè)備(3.0T X-Series)進行圖像采集，掃描序列為矢狀位3DT1WI，掃描參數(shù)：層數(shù)192，層厚1mm，層間距0.5mm，F(xiàn)OV 256×256，TE 2.52ms，TR2300ms，TI 900ms。掃描時所有受試者仰臥位，應(yīng)用泡沫墊和耳塞來減少頭部運動和掃描儀噪聲；掃描過程中保持安靜狀態(tài)，閉眼，放松，盡可能心無它想。

1.3 數(shù)據(jù)處理本研究數(shù)據(jù)的處理采用的是Matlab和基于SPM8的VBM8(dbm.neuro.unijena.de/vbm/)軟件包進行。其處理過程為：將原始DICOM圖像進行格式重建后，空間標準化至蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所(MNI)制作的152個歐洲青年人大腦結(jié)構(gòu)平面圖像(ICBM)平均所得的標準模板。對標準化后的圖像進行分割，分別得到腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)和腦脊液圖像，并對灰質(zhì)和白質(zhì)圖像進行調(diào)制，使得調(diào)制產(chǎn)生的體素值能代表局部絕對灰質(zhì)及白質(zhì)體積。分別計算腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)及腦脊液的體積，顱內(nèi)總體積(total intracranial volume, TIV)為三者之和。進行平滑。并對平滑后的灰質(zhì)、白質(zhì)體積進行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析使用SPSS20.0統(tǒng)計軟件對入組對象一般情況進行統(tǒng)計分析，兩組間計數(shù)資料采用χ2檢驗，計量資料(年齡、病程)用(±s)表示，用獨立樣本t檢驗；影像學(xué)資料的統(tǒng)計分析采用REST軟件包以及AFN軟件包進行，結(jié)果采用FDR校正，矯正后P＜0.05為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

LDH組與HC組在一些腦結(jié)構(gòu)區(qū)域比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。本研究結(jié)果顯示白質(zhì)體積減少的區(qū)域：右側(cè)扣帶回、左額葉、左顳上回、左頂下小葉等區(qū)域(如表1及圖1)；灰質(zhì)體積增多的區(qū)域：右小腦前葉、右中央前回、右尾狀核等區(qū)域；灰質(zhì)體積減少的區(qū)域：右小腦后葉、左梭狀回、左額上回、右額中回、左顳中回、右扣帶回(如表2及圖2)。

3 討 論

LDH是一種退行性疾病，是慢性疼痛如坐骨神經(jīng)痛和下腰痛(LBP)的常見原因。主要臨床癥狀為腰背痛、下肢痛，持續(xù)時間長并且無明顯的定位感。慢性疼痛與延遲的組織損傷或周圍或中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的損傷有關(guān)，這是由于傷害性途徑中的許多復(fù)雜變化[5]，這些疼痛的傷害性輸入可以引起不同神經(jīng)元結(jié)構(gòu)整合，從而導(dǎo)致一定水平的大腦皮質(zhì)重組，引起大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變。

VBM近年來已廣泛用于活體腦部結(jié)構(gòu)變化的觀察和分析[6]。利用該分析方法從而可以得出哪些大腦區(qū)域存在腦結(jié)構(gòu)的差異性。進一步為理解腰間盤突出慢性期疼痛的神經(jīng)病理學(xué)機制奠定基礎(chǔ)，并可以為臨床對該類患者選擇更有效的治療方法提供一個有力的依據(jù)。

利用VBM我們的研究分析顯示：LDH組和HC組之間的腦灰質(zhì)和白質(zhì)體積在一些區(qū)域存在顯著的差異。存在差異的區(qū)域如下：(1)灰質(zhì)體積增加的區(qū)域：右小腦前葉、右中央前回、右側(cè)尾狀核；(2)灰質(zhì)體積減少的區(qū)域：右小腦后葉、左梭狀回、左額上回、右額中回、左顳中回、右扣帶回；(3)白質(zhì)體積減少的區(qū)域：右側(cè)扣帶回、左額葉、左顳上回、左頂下小葉。這些區(qū)域的結(jié)構(gòu)改變的誘發(fā)機制到目前為止仍不明確。

表1 LDH組與HC組白質(zhì)體積差異的腦區(qū)

表2 LDH組與HC組灰質(zhì)體積差異的腦區(qū)

圖1 LDH組與HC組大腦白質(zhì)差異的腦區(qū)域圖（分別為冠狀位、矢狀位、橫斷位）。圖2 LDH組與HC組大腦灰質(zhì)差異的腦區(qū)域圖（分別為冠狀位、矢狀位、橫斷位）。

本研究顯示在右側(cè)尾狀核的灰質(zhì)體積是增加的，尾狀核是紋狀體的一部分，是基底神經(jīng)節(jié)(BG)的主要組成部分。大量的證據(jù)表明，基底神經(jīng)節(jié)是唯一參與慢性疼痛的丘腦-皮質(zhì)-BG回路整合運動、情緒、自主神經(jīng)和認知方面的區(qū)域[7]。特定疼痛誘導(dǎo)激活的尾狀核被認為是大腦的痛覺調(diào)制系統(tǒng)的一個重要組成部分[8-9]。因此，發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)體積增加可能會導(dǎo)致右側(cè)紋狀體的激活增多。在這一區(qū)域的皮層下結(jié)構(gòu)變化可能與無法控制的慢性疼痛相關(guān)，這與纖維肌痛[10]和慢性外陰疼痛患者在基底節(jié)區(qū)域的灰質(zhì)增加[11]是一致的。不同疾病引起相同區(qū)域灰質(zhì)增加的一致性很可能是由于相同的神經(jīng)病理機制的過程最終導(dǎo)致慢性疼痛。但是與Luchtmann M et al[12]的研究報道是相反的。

我們的研究結(jié)論中，右側(cè)扣帶回既有白質(zhì)體積的減少又有灰質(zhì)體積的減少，這與May A et al[13]等的研究是相似的，認為扣帶回在慢性疼痛中受到影響，這引起人們對慢性疼痛神經(jīng)通路的推測。前扣帶回皮層和前島葉在經(jīng)歷和預(yù)期疼痛中是作為多重整合結(jié)構(gòu)的角色[14-15]。特別是前扣帶回皮質(zhì)有較顯著意義，因為它在疼痛調(diào)節(jié)和鎮(zhèn)痛中起決定性作用。而RACC(右側(cè)扣帶回)作為內(nèi)源性疼痛控制的關(guān)鍵部位的眾多證據(jù)已經(jīng)在疼痛調(diào)節(jié)的背景下被觀察到，包括疼痛和安慰劑鎮(zhèn)痛的預(yù)防[16-18](關(guān)于疼痛緩解的神經(jīng)刺激研究[19])。另外在大腦顳葉發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)和白質(zhì)體積的減少，Greicius.etal[20-21]認為雙側(cè)顳葉灰質(zhì)體積顯著性減少通常與疼痛處理不相關(guān)。這些區(qū)域被認為是負責(zé)視覺刺激整合的關(guān)聯(lián)區(qū)域，并且受到認知和情感處理中涉及的腦電路的影響。特別是顳上回附近的島葉后部和島蓋被認為是接受和處理脊髓丘腦系傳入刺激的部位，這些區(qū)域的灰質(zhì)損失可能導(dǎo)致穩(wěn)定的感覺輸入失衡，這可能是引起慢性疼痛的重要病理原因[22]。

額上回(SFG，superior frontal gyrus)與疼痛加工相關(guān)[23-26]，但其在慢性疼痛中的作用通常沒有討論。本研究分析的右側(cè)SFG灰質(zhì)的改變，表明：其與疼痛過程中的應(yīng)對方式相關(guān)。這與Smallwood RF etal[27]的研究結(jié)果一致。Lorenz等[28]通過PET研究發(fā)現(xiàn)，背外側(cè)前額葉激活增加與中腦、丘腦內(nèi)側(cè)的激活降低呈明顯負相關(guān)。在本研究中，雙側(cè)額葉灰白質(zhì)和體積均有減少，這與毛翠平等[29]研究分析也是一致的。

雖然越來越多的證據(jù)支持慢性疼痛與灰質(zhì)、白質(zhì)異常的關(guān)聯(lián)，但慢性疼痛和皮質(zhì)下一些區(qū)域的灰質(zhì)、白質(zhì)體積改變的因果關(guān)系尚未確定。因此，需要使用大量患者(理想情況下的入選標準)的縱向研究來探討不同部位引起的慢性疼痛對腦結(jié)構(gòu)的影響及部分區(qū)域在治療后可能存在的一些潛在的可逆性變化將是繼本研究之后的重中之重，這可以為臨床不同疾病引起的慢性疼痛患者提供不同的治療方案，進而可以盡可能的減少患者的痛苦，提高生活質(zhì)量。

本研究仍然存在一些局限性，第一：樣本量相對仍較少，可能部分影響我們的結(jié)果。其次，藥物治療以及混淆心理社會因素(抑郁和焦慮)也可能影響了我們的研究結(jié)果。第三，我們沒有區(qū)分性別差異性。最后也未區(qū)分神經(jīng)性和非神經(jīng)性疼痛。 因此，未來的研究應(yīng)該納入更多的樣本、排除性別差異的影響，分析各種疼痛類型對腦結(jié)構(gòu)的影響，盡可能評估每位患者心理因素。