失眠障礙患者記憶功能與海馬結(jié)構(gòu)及功能影像的相關(guān)性*

張丹偉 汪周兵 李月峰2 李國(guó)海

中國(guó)普通人群睡眠障礙檢出率為15.0%[1]。長(zhǎng)期失眠會(huì)大大增加車禍、工傷等事故的發(fā)生幾率，同時(shí)也會(huì)使多種內(nèi)科疾病，例如高血壓、冠心病、心臟病、腦中風(fēng)等發(fā)生明顯增多，而其對(duì)大腦的最主要的影響是認(rèn)知功能的損害，長(zhǎng)期失眠的患者記憶力下降明顯[2]。海馬是對(duì)過(guò)去回憶以產(chǎn)生記憶以及對(duì)未來(lái)暢想等神經(jīng)精神活動(dòng)的主要大腦結(jié)構(gòu)[3]。認(rèn)知存在缺陷的個(gè)體與海馬結(jié)構(gòu)及其周邊區(qū)域的損傷相關(guān)[4，5]。長(zhǎng)期慢性或周期性的睡眠剝奪既會(huì)導(dǎo)致海馬活性降低，又會(huì)使海馬神經(jīng)元細(xì)胞受到抑制而降低再生能力，從而對(duì)其記憶和學(xué)習(xí)功能再次造成負(fù)性的影響[6，7]。彌散張量成像(DTI)這一影像技術(shù)能夠顯示大腦白質(zhì)纖維走向，從而用來(lái)評(píng)價(jià)白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性[8]。而利用該技術(shù)對(duì)于失眠障礙患者腦結(jié)構(gòu)以及功能影像學(xué)研究，相對(duì)于功能磁共振(fMRI)還很鮮見(jiàn)[9～11]。本研究采用結(jié)構(gòu)影像和彌散張量成像技術(shù)，利用九盒迷宮實(shí)驗(yàn)測(cè)試，探尋失眠障礙患者記憶功能與海馬形態(tài)結(jié)構(gòu)以及功能影像的關(guān)系。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 選取2015年11月～2017年12月在鎮(zhèn)江市精神衛(wèi)生中心門診或住院的失眠障礙患者22例納入研究組。入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合美國(guó)精神障礙診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)第五版(DSM-5)中關(guān)于失眠障礙的診斷標(biāo)準(zhǔn)[12]；(2)年齡20～60歲；(3)受教育程度不低于6年，理解能力正常；(4)匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)評(píng)測(cè)總分>7分；(5)漢密爾頓焦慮量表(Hamilton Anxiety Scale，HAMA)評(píng)測(cè)總分<7分，漢密爾頓抑郁量表-17項(xiàng)版(Hamilton Depression Scale-17，HAMD-17)評(píng)測(cè)總分<7 分；(6)兩周前無(wú)鎮(zhèn)靜類、精神類、安眠類用藥史，以及影響睡眠和記憶力的其他用藥史。對(duì)照組為身體健康的本院職工或者職工親友，共納入17例。入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)要求在性別、年齡、受教育程度等基本資料上與研究組保持大體匹配；(2)與DSM-5中列出的精神疾病的各項(xiàng)診斷標(biāo)準(zhǔn)完全不符；(3)PSQI≤7分，HAMA≤7分，HAMD-17≤7分；(4)兩組成員相互間無(wú)任何血緣關(guān)系；(5)身體無(wú)嚴(yán)重疾病，或顯著的記憶力下降。所有受試者排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)近兩周有過(guò)鎮(zhèn)靜安眠類、精神類、抗癲癇類等影響記憶力的用藥史；(2)患有慢性疼痛類的各種嚴(yán)重軀體病癥者，外傷、感染程度較為嚴(yán)重者，心臟類、腫瘤類、甲狀腺類疾??；(3)抑郁癥、焦慮障礙、精神分裂癥等精神類疾病者；(4)因中樞神經(jīng)機(jī)制異常引起的失眠障礙者，如腦卒中、腦外傷、帕金森病、阿爾茨海默病、血管性癡呆等；(5)女性孕期、哺乳期者，存在視力、聽(tīng)力異常者。本研究經(jīng)過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)討論同意，并獲得所有受試者的知情同意。

1.2 方法

1.2.1 一般情況收集 采用一般資料調(diào)查表，采集入組者的性別、年齡、民族、就業(yè)狀況、受教育程度、病史、用藥史、治療史等。

1.2.2 睡眠質(zhì)量、情緒、認(rèn)知評(píng)估 研究組和對(duì)照組均采用PSQI和埃普沃思嗜睡量表(Epworth Sleepiness Scale，Ess)評(píng)估睡眠質(zhì)量，失眠嚴(yán)重程度指數(shù)量表(Insomnia Severity Index，ISI)評(píng)估失眠嚴(yán)重程度，HAMD-17和HAMA評(píng)估抑郁和焦慮水平，蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(Montreal Cognitive Assessment, MoCA)評(píng)估受試者的總體認(rèn)知功能。

1.2.3 記憶功能測(cè)試 九盒迷宮實(shí)驗(yàn)在采光良好的環(huán)境中進(jìn)行，所需物品包括一個(gè)圓形桌子、9個(gè)相同的紙杯、10件日常常見(jiàn)小物品以及5張印有上述10件物品的圖片冊(cè)。首先，在受試者面前逐一展示上述10件小物品，讓其知曉物件名稱，盡可能記住這些物體，然后隨機(jī)在兩個(gè)倒置的紙杯中分別放入隨機(jī)挑選的兩樣物品。在之后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這兩個(gè)物體和紙杯位置都不會(huì)改變，然后在另外兩個(gè)紙杯中放入其他兩樣物品，在之后的實(shí)驗(yàn)中每次放入的物品和紙杯都會(huì)改變，最后讓受試者在原地自轉(zhuǎn)2次后改變位置，對(duì)照?qǐng)D片冊(cè)指出放入紙杯的物品及其所在的紙杯位置。實(shí)驗(yàn)者分別記錄受試者指認(rèn)的物體及紙杯位置的錯(cuò)誤次數(shù)。上述步驟共重復(fù)5次(首次結(jié)果不計(jì)入統(tǒng)計(jì))，受試者在每個(gè)方位均需受到記憶檢測(cè)。在這個(gè)測(cè)試過(guò)程中，一開(kāi)始放進(jìn)紙杯的兩個(gè)物品及對(duì)應(yīng)的紙杯位置一直保持不變，形成物體參考記憶和空間參考記憶，之后放入的另外兩個(gè)物品和紙杯位置保持變化，形成物體工作記憶和空間工作記憶，統(tǒng)計(jì)每次錯(cuò)誤數(shù)。

1.2.4 影像學(xué)檢查 本研究中的所有磁共振掃描檢測(cè)，全部是由NoⅦs 3.0T超導(dǎo)磁共振(德國(guó)西門子)完成。共掃描橫、冠、矢3個(gè)方位。掃描參數(shù)：軸位自旋回波序列T2wI(TME=1 378/110 ms)，2 mm的層厚，256×256的矩陣面積，視野(FOV)=24 cm，無(wú)間距掃描；矢狀位快速場(chǎng)梯度回聲(FFE)，T1WI(TME=97/2 ms)，256×256的矩陣面積，2 mm的層厚，視野=24 cm，無(wú)間距掃描。發(fā)射和接收線圈為標(biāo)準(zhǔn)頭線圈。

1.2.4.1 海馬體積測(cè)定 依據(jù)之前掃描獲得的圖像全部傳輸至Novus影像工作站。定界海馬結(jié)構(gòu)的方法，借鑒了Watson C等[13]在研究中實(shí)施的測(cè)定方法：計(jì)算公式為：(S1+S2+……SN)×厚度=海馬的體積，該值與顱內(nèi)容積的大小關(guān)聯(lián)較大。顱內(nèi)容積的3條徑線長(zhǎng)度，在既往研究中有多種衡量標(biāo)準(zhǔn)，而較為恒定的為AC-PC線，即連合間徑(前、后連合中點(diǎn)間的連接線)。該線也是確定各軸面的標(biāo)準(zhǔn)。基準(zhǔn)軸位面為AC-PC的水平面，基準(zhǔn)冠狀面的確定以AC-PC中點(diǎn)垂直于軸位面的冠狀面，基準(zhǔn)矢狀面為AC-PC的正中矢狀面，3條線相乘的積就是顱內(nèi)容積(Intracranial Volume，ICV)的值。為了海馬體積的精確度，要先求出標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，也就是所有參與者的ICV平均值，與參與者的單個(gè)ICV實(shí)測(cè)值之比。消除不一致顱內(nèi)容積產(chǎn)生的影響后，所有單個(gè)海馬標(biāo)準(zhǔn)化體積的計(jì)算方法為：標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)×單個(gè)實(shí)測(cè)海馬體積。

1.2.4.2 DTI掃描 將之前掃描得到的DTI的原始數(shù)據(jù)圖像首先進(jìn)行變形矯正以及運(yùn)動(dòng)校正。分析軟件使用的是Philips PRIDE軟件包，進(jìn)一步應(yīng)用DoDTI軟件包，此軟件包基于Matlab7.01平臺(tái) (http：//neuroimage．yonsei．a(chǎn)c．Kr/dodti)，然后處理生成FA圖及ADC圖。對(duì)所有受試者的FA圖及ADC圖分別進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化。選取海馬作為感興趣區(qū)，分別測(cè)量其FA值及ADC值。

2 結(jié)果

2.1 兩組人口學(xué)資料及量表評(píng)分比較 對(duì)照組共入組17名，其中男9名，女8名，年齡平均(43.71±8.92)歲；研究組22例，其中男13例，女9例，年齡平均(47.55±7.84)歲。兩組性別、年齡、教育年限、ESS評(píng)分、MoCA總分比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；PSQI總分、ISI評(píng)分、HAMA評(píng)分、HAMD-17評(píng)分比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組人口學(xué)資料及量表評(píng)分比較

2.2 兩組記憶功能比較 研究組物體工作記憶、空間工作記憶均表現(xiàn)較差(P<0.05)。兩組間物體參考、空間參考及物體再認(rèn)比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表2。

表2 兩組記憶功能比較

2.3 兩組海馬體積比較 研究組左、右側(cè)及總海馬標(biāo)準(zhǔn)化體積均小于對(duì)照組(P<0.01)。見(jiàn)表3。

表3 兩組海馬體積比較

2.4 海馬體積與記憶功能的相關(guān)性分析 標(biāo)準(zhǔn)化左側(cè)及總海馬體積與空間工作記憶錯(cuò)誤數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。見(jiàn)表4。

表4 海馬體積與記憶功能的相關(guān)性分析(r)

注：*P<0.05,**P<0.01

2.5 失眠障礙患者海馬體積與病程的關(guān)系 研究組所有患者病程均超過(guò)10年，標(biāo)準(zhǔn)化左、右兩側(cè)體積及總海馬體積均與病程呈負(fù)相關(guān)(P1=0.000，P2=0.001，P3=0.000)。見(jiàn)圖1。

圖1 失眠障礙患者海馬體積與病程關(guān)系

2.6 兩組各項(xiàng)異性和表觀彌散系數(shù)比較 研究組海馬FA值小于對(duì)照組(P<0.05)，ADC值大于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表5。

表5 兩組海馬FA值與ADC值結(jié)果比較

2.7 研究組各項(xiàng)異性和表觀彌散系數(shù)與記憶功能相關(guān)性分析 研究組FA值與空間參考記憶、空間工作記憶呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。ADC值與空間工作記憶功能呈正相關(guān)(P<0.05)。見(jiàn)表6。

表6 研究組FA值、ADC值與記憶記憶功能相關(guān)性分析(r)

注：*P<0.05

3 討論

臨床工作中，失眠患者經(jīng)常會(huì)有入睡困難、睡眠維持困難、早醒、容易驚醒等主訴，睡眠障礙患者不僅僅在夜間的睡眠結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了紊亂，日間功能受損也普遍存在。兩組PSQI評(píng)分比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，ISI評(píng)分結(jié)果也顯示研究組較高。ESS量表與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，推測(cè)可能與失眠障礙患者持續(xù)的過(guò)度覺(jué)醒機(jī)制有關(guān)[14]。本研究還顯示了，研究組不僅空間工作記憶不如對(duì)照組，物體工作記憶相對(duì)于對(duì)照組也較差，結(jié)果與Noh HJ等[15]關(guān)于原發(fā)性失眠患者海馬與客觀記憶之間關(guān)系的研究結(jié)果一致。失眠障礙患者形態(tài)學(xué)研究目前并不多，是否有海馬體積的萎縮目前仍存在爭(zhēng)議[15～17]。本研究顯示，兩組受試者左、右兩側(cè)及總海馬體積對(duì)比中，研究組均小于對(duì)照組。但其具體機(jī)制仍不清楚。海馬、前額葉、內(nèi)側(cè)眶額、前扣帶回以及杏仁核等部位均屬于糖皮質(zhì)激素受體分布較多的區(qū)域，對(duì)庫(kù)欣病患者的探索中確認(rèn)了海馬萎縮和皮質(zhì)醇的平均水平相關(guān)[18]。既往部分研究指出，夜間皮質(zhì)醇較高或與睡眠效率低下相關(guān)[19]。所以通過(guò)病因?qū)W的層面來(lái)觀察，推測(cè)睡眠質(zhì)量下降有很大幾率會(huì)借助皮質(zhì)醇水平間接地對(duì)海馬體積產(chǎn)生影響。

本研究中顯示了空間工作記憶所出現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)與左側(cè)及總海馬體積表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。海馬是構(gòu)成記憶功能的重要解剖結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)生和存儲(chǔ)記憶的過(guò)程中扮演重要的角色，密切影響空間記憶能力[20]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，經(jīng)過(guò)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的睡眠剝奪之后，腦中的谷氨酸分泌細(xì)胞會(huì)更加有活力，而谷氨酸濃度較高時(shí)會(huì)使海馬受到干擾，抑制海馬的記憶功能[21]。

海馬通過(guò)白質(zhì)纖維束通路與各功能灰質(zhì)核團(tuán)產(chǎn)生廣泛的聯(lián)系，從而產(chǎn)生多種類型記憶、情感、運(yùn)動(dòng)控制以及神經(jīng)內(nèi)分泌活動(dòng)等[22]。本研究所使用的DTI成像技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的 MRI掃描方法無(wú)法評(píng)估到白質(zhì)微觀異常的缺點(diǎn)，該技術(shù)可以很好地檢測(cè)腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變，一定程度上反映病理生理學(xué)變化。FA值可以用來(lái)反映神經(jīng)纖維的完整性以及損傷情況。ADC值主要反映了組織中水分子擴(kuò)散的速度和范圍，體現(xiàn)細(xì)胞外間隙的大小，反映了髓鞘的瓦解程度和神經(jīng)軸突的受損。本研究發(fā)現(xiàn)研究組與對(duì)照組相比海馬區(qū)FA值較小，ADC值較大。提示研究組海馬腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的損傷，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步了解。

Hartley T等[23]研究發(fā)現(xiàn)大鼠海馬中存在著與空間位置信息有關(guān)的位置細(xì)胞，推測(cè)認(rèn)知地圖位于海馬區(qū)。本研究也發(fā)現(xiàn)了失眠障礙患者FA值與空間記憶功能呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明海馬區(qū)白質(zhì)纖維損傷越嚴(yán)重，患者的空間記憶能力越差。而有研究提示白質(zhì)損害在早期就可以導(dǎo)致包括記憶功能在內(nèi)的認(rèn)知功能障礙[24，25]。腦白質(zhì)的改變可以反映出認(rèn)知功能受損的程度[26]。而對(duì)于輕度認(rèn)知障礙(Mild Cognitive Impairment,MCI)的患者，F(xiàn)A值和海馬體積均能用于預(yù)測(cè)記憶力進(jìn)行性下降[27]。DTI 所檢測(cè)到的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化常常先于海馬體積的萎縮[28]。故可以推斷失眠障礙患者的記憶力減退以及認(rèn)知改變與海馬局部區(qū)域白質(zhì)損傷有密切的關(guān)系，F(xiàn)A值的減少可能是疾病的素質(zhì)性特征。

本研究雖然確定了海馬體積、彌散張量成像所反映的白質(zhì)損害與空間記憶、失眠障礙之間有一致性關(guān)系，但由于是橫斷面研究，不能分析互相之間的因果關(guān)系，以后的研究中需進(jìn)一步加大樣本量，結(jié)合PSG等多種睡眠監(jiān)測(cè)手段，以期為失眠障礙找到一項(xiàng)生物學(xué)指標(biāo)。