功能磁共振成像在急性腦梗死中應(yīng)用的研究進展

劉長英，周 莉，張根明，劉博文，莎日娜

急性腦梗死是由腦血管疾病導致的腦組織血液供應(yīng)障礙，出現(xiàn)腦組織壞死，引起肢體運動及感覺等神經(jīng)功能缺損的臨床癥狀。急性腦梗死病具有高發(fā)病率、高致殘率及高死亡率特點，對社會及家庭危害巨大。目前我國腦血管疾病發(fā)病率為120/10萬～180/10萬，由于人口老齡化日益嚴重，其發(fā)病率逐漸升高。隨著科學研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)急性期積極干預可改善病人腦組織結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)，實現(xiàn)“腦可塑”。

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是近年來迅速發(fā)展的一種可精確定位的、無創(chuàng)的人腦高級功能研究手段，可利用血氧水平依賴對比技術(shù)準確、直觀地觀察腦功能活動部位及范圍。fMRI既具有磁共振成像優(yōu)勢又具有功能成像特點，同時具有較高的空間分辨率。fMRI可從整體觀察大腦各功能區(qū)之間的網(wǎng)絡(luò)連接[1]，較多地用于評估人類腦區(qū)激活與運動、感覺及認知活動關(guān)系，也常應(yīng)用于神經(jīng)損傷及康復過程中的神經(jīng)可塑性研究[2-3]?，F(xiàn)綜述fMRI在急性腦梗死中應(yīng)用的研究進展。

1 腦網(wǎng)絡(luò)連接與運動障礙

運動障礙是腦梗死常見的后遺癥，腦梗死后肢體運動障礙發(fā)生率達60%～80%，是病殘的主要原因之一，嚴重影響病人生活質(zhì)量[4]。明確腦梗死所致運動損傷的神經(jīng)機制對病人康復至關(guān)重要。目前關(guān)于腦梗死后出現(xiàn)運動障礙主要有兩種假說：第一種認為腦梗死后大腦運動功能區(qū)控制功能損害是腦梗死后運動功能障礙的主要原因[5-6]；另一種認為經(jīng)胼胝體抑制導致腦梗死病人運動能力下降[7]。腦梗死急性期，從分子水平到網(wǎng)絡(luò)水平的大腦變化活躍，大腦自我修復過程加快。腦梗死早期康復對運動功能恢復重要，可顯著改善病人臨床預后。近年來，以fMRI為代表的多模態(tài)成像技術(shù)已廣泛用于腦梗死病人運動障礙的神經(jīng)機制研究。fMRI研究顯示腦梗死后局部激活和連接異常與運動障礙有關(guān)[8]。

正常人靜息態(tài)運動網(wǎng)絡(luò)的雙側(cè)功能連接是對稱的[9]，雙側(cè)大腦半球互相抑制，而腦梗死后這種互相抑制被破壞[10-11]，腦卒中早期患側(cè)運動皮質(zhì)受損，對健側(cè)大腦半球的抑制作用減弱，增強健側(cè)大腦半球興奮性，進而增強患側(cè)大腦半球抑制作用。戚婉等[12]研究發(fā)現(xiàn)，康復過程伴有腦功能區(qū)重建，腦梗死病人雙側(cè)大腦半球腦功能具有不對稱性，腦功能區(qū)激活部位發(fā)生變化。腦梗死急性期治療后患側(cè)肢體同側(cè)腦區(qū)激活體積減小，而對側(cè)腦區(qū)激活體積增大，隨著腦梗死不同時期變化，腦功能重組發(fā)生變化，而激活模式逐步趨于原始化。Schulz等[13]利用縱向動態(tài)因果模型研究發(fā)現(xiàn)腦梗死急性期病人雙側(cè)大腦半球間抑制性連接失衡在康復期逐漸恢復正常。Du等[14]應(yīng)用一般線性模型和動態(tài)因果模型分析急性腦梗死病人fMRI，以檢測大腦皮層運動激活和運動皮層的有效連接，結(jié)果顯示同側(cè)初級運動區(qū)(M1)激活和運動皮層興奮性增加與運動功能改善有關(guān)。在手部運動過程中，從對側(cè)到同側(cè)M1的連接性抑制與運動損傷程度相關(guān)，同側(cè)運動皮層興奮性與促進同側(cè)M1連通性增強或減少對側(cè)M1半球間抑制相關(guān)。提示局部M1功能障礙和異常的大腦半球之間的相互作用可能是急性腦梗死運動障礙的原因。曾繁勇等[15]研究發(fā)現(xiàn)急性腦梗死病人進行患側(cè)對指運動時，雙側(cè)大腦半球均可見激活，包括患側(cè)雙側(cè)運動前區(qū)皮質(zhì)和輔助運動區(qū)、健側(cè)后頂葉皮質(zhì)、初級運動皮質(zhì)。改善運動皮質(zhì)的興奮性，糾正與運動缺陷相關(guān)的異常運動網(wǎng)絡(luò)連接可能是腦梗死病人早期神經(jīng)康復的治療目標。

2 腦網(wǎng)絡(luò)連接與認知障礙

人類大腦進化和發(fā)展過程中，大腦皮層網(wǎng)絡(luò)組織支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集成和分離，局部腦回路與全腦網(wǎng)絡(luò)集成之間存在最佳平衡[16]。認知功能障礙有時難以通過梗死灶大小和部位予以解釋，分析原因可能是由于控制該功能的遠端腦區(qū)或某個網(wǎng)絡(luò)的支配神經(jīng)元受到損傷。腦梗死病人靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)改變可解釋腦梗死引起的大腦功能紊亂，腦梗死病人大腦某些區(qū)域損傷后，通過轉(zhuǎn)變功能連接至未受影響的腦區(qū)進行代償，因此，腦梗死病人fMRI中較大的功能連接轉(zhuǎn)變提示較好的認知表現(xiàn)[17-18]。

神經(jīng)影像學研究表明，急性腦梗死病人局部腦損傷導致遠離病變部位的腦區(qū)出現(xiàn)異常信息傳遞。Zhu等[19]利用fMRI和圖論分析系統(tǒng)研究急性腦梗死病人功能性腦網(wǎng)絡(luò)的拓撲特性，結(jié)果顯示與健康對照組相比，急性腦梗死病人最短路徑更低，整體效率更高。急性腦梗死病人額前回(PCUN)、額中回(MFG)、額上回內(nèi)側(cè)部(SFGmed)、額中回眶部、額下回外側(cè)部節(jié)點程度增加，額前回、額中回、額上回內(nèi)側(cè)部和角回節(jié)點效率提高。急性腦梗死病人中顳橫回節(jié)點程度降低，而節(jié)點效率無明顯降低。功能障礙主要集中于顳橫回和前額葉皮質(zhì)。急性腦梗死病人中額中回中心性改變和功能連接異常與簡易智力狀態(tài)檢查量表(MMSE)評分相關(guān)。結(jié)果提示，局部腦組織損傷后語言系統(tǒng)功能連接中斷可能導致其他腦回路拓撲結(jié)構(gòu)破壞，這可能是導致急性腦梗死病人出現(xiàn)認知障礙的原因之一。Jiang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，急性腦干梗死病人右側(cè)前額葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)(mPFC)和右側(cè)楔前葉前后默認網(wǎng)絡(luò)(DMN)功能連接性顯著降低，且腦卒中病人右側(cè)mPFC和右側(cè)楔前葉連接性降低與高同型半胱氨酸呈負相關(guān)。急性腦干梗死病人DMN功能連接性降低為明確腦梗死后認知損害的神經(jīng)機制提供了新思路。

3 腦網(wǎng)絡(luò)連接與意識障礙、缺血半暗帶

3.1 評估意識障礙 意識障礙在急性腦梗死病人中較常見，且與腦梗死后臨床結(jié)局相關(guān)，其潛在機制尚不明確，對意識受損的急性腦梗死病人腦活動和連接性變化較少。Yuan-Hsiung等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，腦梗死意識障礙病人在楔前區(qū)和后扣帶回皮質(zhì)局部一致性(ReHo)和低頻振幅(ALFF)強度及DMN連接強度顯著降低。DMN強度與發(fā)病和掃描格拉斯哥昏迷量表(GCS)得分差異高度相關(guān)。靜息態(tài)fMRI是評估急性腦梗死病人早期意識障礙的可行性工具，與此相關(guān)的腦活動和腦網(wǎng)絡(luò)變化的具體機制、含義需進一步研究。

3.2 評估缺血半暗帶 Tsai等[22]對16例首次急性腦梗死病人發(fā)病27 h內(nèi)進行磁共振掃描，分別采用彌散成像和灌注加權(quán)成像確定梗死區(qū)核心和半暗帶，各個腦區(qū)相對低頻振幅平均值與腦梗死發(fā)病后時間相關(guān)。在梗死核心組織、半暗帶組織和正常腦組織中，低頻振幅相對值存在顯著差異。低頻振幅圖像的病變位置與擴散和灌注加權(quán)成像不完全匹配，然而，這些圖像提供可用于區(qū)分半暗腦組織和正常腦組織的對比度。在半暗帶組織中發(fā)現(xiàn)腦卒中發(fā)病后時間與低頻振幅相關(guān)，而在梗死核心和正常腦組織不存在。低頻振幅反映缺血后潛在的神經(jīng)血管活動，在評估缺血后腦組織活力方面具有較大潛力；結(jié)果表明，低頻振幅有助于急性腦梗死的溶栓或神經(jīng)保護性治療。Liu等[23]報道非人靈長類動物腦梗死模型梗死周圍組織低頻振幅頻率降低和幅度增加。Yao等[24]研究表明，大腦中動脈閉塞的超急性腦梗死大鼠模型低頻振幅存在動態(tài)變化，大腦中動脈閉塞后24 h內(nèi)低頻振幅幅度增加，從缺血中心向周圍邊緣遷移，超過磁共振彌散成像(DWI)邊界。上述動物研究表明，低頻振幅測定可能具有估計和預測急性缺血性腦組織存活率和預后的潛力。

4 fMRI在中醫(yī)治療急性腦梗死中的應(yīng)用

4.1 中藥 中醫(yī)藥在治療急性腦梗死方面具有獨特優(yōu)勢。Wei等[25]研究發(fā)現(xiàn)血栓心脈片能顯著增加急性腦梗死病人運動網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部功能連接：左側(cè)初級運動皮層和右側(cè)初級運動皮層之間，右側(cè)初級運動皮層和上頂葉皮層之間，左前運動皮質(zhì)和右前運動皮層之間及左前運動皮層和右上頂葉皮層之間。這些腦區(qū)均屬于運動網(wǎng)絡(luò)，對急性缺血性腦卒中病人運動功能恢復起重要作用[26-27]。Inman等[26]研究顯示，腦卒中病人運動控制網(wǎng)絡(luò)中大腦區(qū)域的功能連接性，包括初級運動皮層和上頂葉皮層的功能連接性顯著降低。Wei等[25]研究證明血栓心脈片通過增加運動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)腦區(qū)的功能連接改善急性缺血性腦卒中病人的神經(jīng)功能缺損。任珊[28]采用靜息態(tài)功能磁共振(DTI聯(lián)合BOLD-fMRI)評價三七總皂苷注射液對急性腦梗死病人神經(jīng)功能及結(jié)構(gòu)重塑影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三七總皂苷注射液可促進急性腦梗死病人白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)重塑，細胞毒性水腫及血管源性水腫得到改善，灰質(zhì)功能得到恢復，重要部位平均擴散率(MD值)與中西醫(yī)量表分數(shù)變化之間具有一定的相關(guān)性。張晶[29]通過靜息態(tài)功能磁共振成像分析注射用丹參多酚酸對急性期腦梗死病人神經(jīng)功能缺損情況的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組低頻振幅、ReHo、ReHo global數(shù)值比較(這些指標分別反映神經(jīng)元激活情況及局部一致性)，治療組健側(cè)半球一些腦功能區(qū)數(shù)值較對照組提高，說明治療組經(jīng)藥物治療后健側(cè)半球功能區(qū)的神經(jīng)元局部一致性和神經(jīng)元激活情況較對照組明顯。

4.2 針灸 針灸作為中醫(yī)的獨特療法，治療腦梗死療效已得到肯定，近年來，應(yīng)用fMRI探討其治療腦梗死的機制日益增多。謝西梅等[30]研究發(fā)現(xiàn)腦梗死病人較多腦區(qū)ReHo存在差異；經(jīng)針刺治療后病人重要腦功能區(qū)ReHo發(fā)生明顯變化。有研究指出靜息狀態(tài)下腦梗死病人存在廣泛的大腦灰質(zhì)密度異常，實現(xiàn)靜息狀態(tài)下“默認網(wǎng)絡(luò)”及“運動網(wǎng)絡(luò)”關(guān)鍵區(qū)域腦灰質(zhì)密度的調(diào)節(jié)是針刺治療腦梗死的核心機制[31]。Li等[32]針刺腦梗死病人外關(guān)穴(SJ5)并同時進行功能磁共振掃描，根據(jù)病人感覺分為得氣組和非得氣組，得氣組激活/未激活區(qū)為左顳上回(BA39)/小腦右前葉和左丘腦，非得氣組激活區(qū)包括右額葉內(nèi)側(cè)額回(BA11)、右邊緣葉(BA30、35)和左額葉(BA47)，而唯一未激活區(qū)是右頂葉(BA40)；與非得氣組相比，得氣組小腦右前葉和右邊緣葉(BA30)明顯激活，該研究結(jié)果提示針刺得氣的臨床療效是以腦功能改變?yōu)榛A(chǔ)的。Chen等[33]發(fā)現(xiàn)針刺陽陵泉穴對右側(cè)顳極、左側(cè)舌回、左側(cè)小腦均有正性交互作用。負性交互作用主要發(fā)生在對側(cè)運動皮層和同側(cè)下肢運動皮層。針刺陽陵泉穴可增加運動認知連接，同時減少未受影響的運動皮層代償作用和同側(cè)連帶運動，從而促進偏癱和痙攣康復。Wu等[34]研究發(fā)現(xiàn)針刺引起額葉和DMN區(qū)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)重組，這可能是針刺促進運動和認知功能恢復的潛在治療靶點和機制。

5 小 結(jié)

人的大腦類似于一個復雜網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中各個控制節(jié)點與周圍區(qū)域有密切復雜的聯(lián)系，但由于個體差異可能造成不同腦梗死病人整個大腦網(wǎng)絡(luò)控制的變化，最終出現(xiàn)激活區(qū)差異。腦梗死后大腦發(fā)生一定的腦功能重組，但較有限，腦梗死后出現(xiàn)大腦皮質(zhì)功能重組是一種多機制、多層次、多水平的調(diào)控。已有較多學者在腦梗死后腦功能區(qū)的重組及神經(jīng)重塑方面進行相關(guān)研究，尚未明確其腦區(qū)激活的確切機制，有待進一步研究。目前相關(guān)研究大多集中于腦梗死恢復期及后遺癥期，對腦梗死急性期研究偏少；中醫(yī)方面主要集中于針灸及中藥注射液，中藥復方由于成分復雜，確切作用機制難以明確，恰當?shù)剡\用功能磁共振研究中藥復方的治療效果及作用機制，使結(jié)果更直接、客觀。