健康女性強(qiáng)烈排尿感腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界特征

英小倩，高軼，廖利民

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，a.泌尿外科；b.神經(jīng)泌尿科，北京市 100068；3.首都醫(yī)科大學(xué)泌尿外科學(xué)系，北京市100069

尿控是自主和非自主神經(jīng)均參與的復(fù)雜過程[1?3]。大腦作為尿控的高級(jí)中樞，一直備受關(guān)注。目前認(rèn)為，前額葉皮質(zhì)、背側(cè)丘腦、下丘腦、邊緣系統(tǒng)和腦干等是參與尿控的重要中樞結(jié)構(gòu)[4?9]。血氧水平依賴功能磁共振成像能使研究者在無創(chuàng)條件下探索大腦調(diào)控結(jié)構(gòu)和功能機(jī)制[10?11]，目前的研究多側(cè)重于腦區(qū)的激活和失活，以及功能連接的變化[12?14]，少有研究關(guān)注功能連接拓?fù)鋵傩缘淖兓瑢?duì)調(diào)控下尿路腦功能的性別差異也未達(dá)成共識(shí)[15?16]，將男性和女性的數(shù)據(jù)合并分析可能會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究采用靜息態(tài)功能磁共 振成像(resting?state functional magnetic reso?nance imaging,rs?fMRI)進(jìn)行圖論[17?18]分析，探索女性在膀胱空虛和強(qiáng)烈排尿感時(shí)大腦功能連接的拓?fù)鋵傩宰兓?/p>

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年至2018年，招募本中心健康女職工21例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①體格檢查未發(fā)現(xiàn)異常，近期無用藥物史；②連續(xù)3 d 記錄排尿日記，24 h 尿量1500～3000 ml；③24 h 排尿次數(shù)＜8 次，夜尿次數(shù)≤1 次，平均每次排尿量＞200 ml，無漏尿發(fā)生。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①神經(jīng)和泌尿系統(tǒng)相關(guān)疾病；②其他系統(tǒng)重大疾病，如心血管系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病、腫瘤等；③近期服用藥物或因其他原因接受可能引起神經(jīng)或泌尿系統(tǒng)癥狀的治療，尤其是因盆腔腫瘤接受放、化療；④妊娠試驗(yàn)陽性；⑤因幽閉恐懼癥、認(rèn)知障礙或其他原因不能配合MRI檢查。

2例因頭動(dòng)剔除，實(shí)際納入19例，年齡35～67歲，平均(53.3±7.9)歲；平均受教育時(shí)間(7.4±1.5)年；平均膀胱視覺感覺模擬評(píng)分(6.7±1.0)；平均膀胱容積(417.6±109.1)ml。

所有受試者在研究前被告知操作流程并簽署知情同意書，該研究獲得中國康復(fù)研究中心醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(No.2017?002?1)。

1.2 試驗(yàn)方法

受試者排空膀胱，平躺于磁共振掃描床上，7 Fr雙腔膀胱測(cè)壓管和直腸測(cè)壓管分別置入膀胱和直腸內(nèi)，連接至Laborie 便攜式尿動(dòng)力儀監(jiān)測(cè)膀胱腔內(nèi)壓力和腹壓，隨后進(jìn)行第1 次MRI 掃描。按模塊化方式，分4個(gè)模塊用37 ℃生理鹽水逐漸充盈膀胱，每個(gè)模塊灌注30 ml，暫停30 s，抽吸10 ml，暫停后，重復(fù)下一模塊，直至受試者報(bào)告有強(qiáng)烈排尿感時(shí)停止灌注，進(jìn)行第二次MRI掃描。采用膀胱感覺視覺模擬評(píng)分評(píng)估膀胱感覺：0 分為膀胱空虛，6 分為強(qiáng)烈排尿感，8分為急迫排尿感，10分為膀胱疼痛[19?20]。第1次掃描時(shí)，受試者膀胱感覺視覺模擬評(píng)分0 分，第2 次掃描時(shí)為6～8分。

采用IngeniaTrio 3.0 T 磁共振儀(PHILIPS 公司)，矩陣線圈掃描。受試者閉眼，平躺在檢查床上，用特制的頭盔和海綿枕將頭部固定在矩陣線圈內(nèi)，并盡量減少頭部運(yùn)動(dòng)；佩戴耳塞，調(diào)暗掃描間燈光，以減少干擾。囑受試者盡量避免特定思維活動(dòng)。先采用3D MP?PAGE 序列采集受試者頭部矢狀位像，層厚2 mm，TR 7.8 ms，TE 3.8 ms，翻轉(zhuǎn)角8°。隨后采用EPI序列，共掃描37層，184個(gè)時(shí)間點(diǎn)，層厚3.5 mm，TE 30 ms，TR 2000 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 256×256 mm，NEX=1，像素3×3×3.5 mm。

由3 名影像科醫(yī)生評(píng)定圖像質(zhì)量。掃描結(jié)束后，受試者將尿排入量杯，測(cè)量膀胱容積。

在MATLAB 2015b 平臺(tái)下，采用SPM8 對(duì)MRI 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：去除頭動(dòng)、白質(zhì)和腦脊液信號(hào)影響，去除空間位移＞2 mm，旋轉(zhuǎn)＞2°的數(shù)據(jù)。應(yīng)用GRET?NA 2.0.0 和AAL90 對(duì)大腦皮質(zhì)進(jìn)行腦區(qū)劃分，并將每個(gè)腦區(qū)作為感興趣區(qū)(regions of interest,ROI)與全腦各腦區(qū)的時(shí)間序列進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，得到每個(gè)受試者90×90 功能連接矩陣，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理，去除不相關(guān)或相關(guān)性小的功能連接。經(jīng)過Fish'sZ轉(zhuǎn)換和設(shè)定閾值T處理后，最終得到二值矩陣。采用GRET?NA 2.0.0 計(jì)算功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性：集聚系數(shù)(clus?tering coefficient,Cp)、特征路徑長(zhǎng)度(characteristic path length,Lp)、全局效率(global efficiency,Eglob)、局部效率(local efficiency,Eloc)和局部節(jié)點(diǎn)效率(nodal effi?ciency,Enodal)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。兩種狀態(tài)下小世界屬性參數(shù)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)和Bonferroni 校正。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

在膀胱空虛和強(qiáng)烈排尿感時(shí)，各受試者及整體水平的小世界屬性參數(shù)γ ＞1，λ ≈1，σ ＞1(圖2)，網(wǎng)絡(luò)具有小世界屬性。

與膀胱空虛時(shí)相比，在強(qiáng)烈排尿感時(shí)，受試者Cp、Lp和Eloc降低(P＜0.05)，Eglob增加(P=0.039)。見表1。Enodal在左島蓋部額下回、左眶內(nèi)額上回、雙側(cè)直回、右內(nèi)側(cè)扣帶回、雙側(cè)頂下緣角回和緣上回，以及右側(cè)顳中回和枕中回增加(P＜0.05,圖2)，雙側(cè)枕葉皮層和梭狀回降低(P＜0.05,圖3)。

表1 不同膀胱狀態(tài)下腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性

圖1 女性健康受試者在膀胱空虛和強(qiáng)烈排尿感時(shí)大腦功能連接的小世界屬性

圖2 Enodal增加的腦區(qū)

圖3 Enodal降低的腦區(qū)

3 討論

相對(duì)于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，具有較大Eglob和Eloc的小世界網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)低成本、高效率的網(wǎng)絡(luò)[21?24]。大腦大量神經(jīng)元以及神經(jīng)元之間的連接是小世界網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)，使人腦可以在局部和整體進(jìn)行高效的信息傳遞、加工和處理。無論在膀胱空虛還是急迫排尿感時(shí)，健康女性的大腦都具有高效、低成本或低消耗的小世界網(wǎng)絡(luò)屬性。Eglob增加而Eloc降低意味著大腦信號(hào)整體傳遞效率增加，而局部傳遞效率降低[21?23]。Enodal反應(yīng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間信息傳遞的效率，在強(qiáng)烈排尿感時(shí)，多個(gè)腦區(qū)Enodal增加。

目前認(rèn)為，下尿路傳入信號(hào)經(jīng)脊髓傳至中腦導(dǎo)水管周圍皮質(zhì)后，經(jīng)丘腦投射至大腦皮層，經(jīng)由復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)控下尿路功能[1,3,25]。前額葉皮質(zhì)涉及認(rèn)知、決策和社交行為，目前已有多項(xiàng)研究證實(shí)其在尿控中的作用[12?13,26?27]。膀胱過度活動(dòng)患者前額葉皮質(zhì)腦反應(yīng)減弱[3,28?29]。直回被認(rèn)為是前扣帶回向額葉的延伸，是內(nèi)側(cè)前額網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，可經(jīng)丘腦下行通路和腦干介導(dǎo)內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)中樞和前額感覺信號(hào)之間的相互作用[30?31]?？蹘Щ睾推渌Y(jié)構(gòu)共同組成的邊緣系統(tǒng)在調(diào)節(jié)情緒、對(duì)外界刺激的自主反應(yīng)和處理膀胱出入信息中發(fā)揮重要作用。部分研究認(rèn)為[26,32]，前或中扣帶回可通過交感神經(jīng)調(diào)控心率，推斷下尿路的調(diào)控可能也借助這種機(jī)制。Cohen等[33]認(rèn)為，在任務(wù)沖突條件下，扣帶回和運(yùn)動(dòng)前區(qū)共同調(diào)節(jié)注意力選擇。本研究中，有強(qiáng)烈排尿感或排尿欲望的女性平臥于檢查床內(nèi)行MRI掃描，這種情況不合適排尿，扣帶回興奮。緣上回所在的頂下小葉在多感覺整合、空間注意力和高級(jí)認(rèn)知、眼動(dòng)控制方面有重要作用[34]。該腦區(qū)也可能與膀胱的冷知覺有關(guān)[26]。梭狀回常與目標(biāo)識(shí)別與功能定義有關(guān)，與枕葉皮層共同完成視覺任務(wù)[35]。以往研究曾發(fā)現(xiàn)膀胱充盈時(shí)枕葉反應(yīng)[28,36]，但枕葉在尿控中的作用尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。

雖然我們僅對(duì)女性健康受試者的90個(gè)大腦皮層和皮層下腦區(qū)進(jìn)行研究，但這有助于加深對(duì)強(qiáng)烈排尿感出現(xiàn)之前和之后大腦皮層功能網(wǎng)絡(luò)變化的理解。這項(xiàng)基于健康女性的研究也可為探究各種原因?qū)е碌呐韵履蚵饭δ苷系K的致病機(jī)制奠定基礎(chǔ)。但下尿路調(diào)控機(jī)制仍然有許多未知領(lǐng)域有待探索[37]。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。