輕度認(rèn)知障礙患者嗅覺功能損害的磁共振彌散張量成像研究

周 荻, 齊 航, 邱明娟, 邵永佳, 張 玥, 李 剛, 席 芊

(1. 同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，上海 200120； 2. 同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200120)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一種以進(jìn)行性癡呆為特征的神經(jīng)退行性疾病。目前，全球已有超過5 000萬癡呆患者，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)1.52億[1]。輕度認(rèn)知損害(mild cognitive impairment, MCI)指存在記憶或其他認(rèn)知能力減退，但日常生活能力保持尚可。MCI患者是AD的高危人群，早期診斷MCI并積極干預(yù)，可改善患者的認(rèn)知功能，延緩MCI向AD進(jìn)展[2]。臨床癥狀、病史及量表測試等手段的結(jié)合應(yīng)用是目前篩選和診斷MCI的主要方法，但其主觀性較強(qiáng)，易受被試者情緒、教育背景等因素干擾。因此，探索高靈敏度、高特異度、無創(chuàng)性的早期診斷方法成為MCI領(lǐng)域研究者關(guān)注的問題。研究表明，AD早期可出現(xiàn)嗅覺功能改變，進(jìn)展出現(xiàn)高級(jí)神經(jīng)功能的下降[3-4]，因此嗅覺功能的早期改變對(duì)于診斷MCI或AD的病情具有重要意義。AD一直被認(rèn)為是兼有腦白質(zhì)及腦灰質(zhì)改變的神經(jīng)退行性疾病，其腦白質(zhì)損害也是研究的熱點(diǎn)，神經(jīng)影像學(xué)現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用在各類神經(jīng)精神疾病的研究中[5-6]，研究表明嗅覺功能減退在MCI患者中與腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化相關(guān)[7]。本研究采用彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技術(shù)，以MCI患者為研究對(duì)象，以正常老年人為對(duì)照，結(jié)合行為學(xué)指標(biāo)，研究MCI患者嗅覺功能與腦白質(zhì)改變之間的關(guān)系，為臨床MCI及AD早期診斷及準(zhǔn)確評(píng)價(jià)提供重要的信息。

1 資料與方法

1.1 一般資料

研究對(duì)象均由同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院(南院)神經(jīng)內(nèi)科于2017年3月—2019年12月在上海市浦東新區(qū)金光社區(qū)進(jìn)行普查篩選后提供，共收集MCI患者36例和正常老年人32例。MCI患者入組標(biāo)準(zhǔn)： (1) 有輕度記憶減退主訴，并有知情人證實(shí)；(2) 仍具有獨(dú)立工作及生活能力，可處理復(fù)雜任務(wù)能力；(3) 參照蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估(Montreal cog-nitive assessment, MoCA)中國老年人診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]，MoCA評(píng)分0～25分；(4) 簡易智力狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination, MMSE)評(píng)分24～27分；(5) 排除其他原因引起的認(rèn)知功能減退。MCI組及對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)： (1) 具有神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、顱腦手術(shù)史、腦卒中或腦外傷病史；(2) 較為嚴(yán)重的內(nèi)科疾??；(3) 精神狀態(tài)混亂、言語不清、嚴(yán)重聽力障礙等無法配合檢查者；(4) 患有精神分裂癥、癲癇、帕金森病等可引起認(rèn)知障礙的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。所有研究對(duì)象均為右利手，年齡均60歲以上。受試者已簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 嗅覺檢查 在通風(fēng)良好、無背景氣味及保護(hù)隱私的安靜環(huán)境中，受試者閉目閉口，鼻下放置軟尺，近端垂直鼻尖，取70%異丙醇試紙，將試紙置于受試者鼻下軟尺30 cm刻度處，囑受試者均勻呼吸，每呼吸1次，試紙沿軟尺向上靠近1 cm，直至受試者嗅到異丙醇?xì)馕?，讀取軟尺刻度為距鼻尖距離。連續(xù)測量4次，取平均值。依據(jù)鼻尖至試紙的距離為評(píng)分分值，嗅覺測試判斷標(biāo)準(zhǔn)： <10 cm為失嗅，10～15 cm為嗅覺減退，>15 cm為嗅覺正常。

1.2.2 影像檢查MR檢查 采用美國通用電氣公司M750w 3.0T磁共振及頭顱32通道相控陣線圈。掃描過程中所有被試者均取仰臥位，將頭部至于線圈正中，雙耳置入棉塞隔音，囑其盡量避免頭部運(yùn)動(dòng)。解剖像采用三維梯度回波序列，重復(fù)時(shí)間(TR) 8.5 ms，回波時(shí)間(TE) 3.2 ms，視野(FOV) 256 mm×256 mm，層厚1 mm。DTI序列掃描范圍覆蓋全腦，TR 13 701 ms，TE 114 ms，F(xiàn)OV 224 mm×224 mm，層厚2 mm，設(shè)定各向同性分布彌散敏感梯度為64，每個(gè)梯度方向掃描70個(gè)連續(xù)層面，擴(kuò)散系數(shù)： b=1 000 s/mm2及b=0。此外，完善T2WI、FLAIR及DWI序列的掃描，除外顱腦疾病。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

DTI數(shù)據(jù)處理利用英國牛津大學(xué)開發(fā)的FMRIB Software Library v5.0軟件(https：∥fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki)進(jìn)行。DTI數(shù)據(jù)預(yù)處理： (1) 頭 動(dòng)及渦流校正；(2) 非腦組織去除并制作腦組織蒙版；(3) 提取DTI參數(shù)并導(dǎo)出計(jì)算。預(yù)處理后進(jìn)行基于纖維束追蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析(tract-based spatial statistics, TBSS)處理，應(yīng)用FSL-Randomise函數(shù)獲取全腦相關(guān)參數(shù)值，具體包括各向異性分?jǐn)?shù)(frac-tional anisotropy, FA)，其反映了各向異性成分與整個(gè)彌散張量的比例關(guān)系，可評(píng)估腦白質(zhì)纖維束的完整性。平均彌散率(mean diffusivity， MD)指各個(gè)方向彌散幅度的平均值，能夠反映彌散程度和水平。軸向彌散率(axial diffusivity, DA)及徑向彌散率(radial diffusivity, DR)能夠反映髓鞘的完整性及纖維束的完整性。數(shù)據(jù)均采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 行為學(xué)評(píng)分

MCI組及對(duì)照組的性別、年齡及受教育年限差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.171，t=-0.605，t=0.5，均P>0.05)。通過對(duì)所有被試的嗅覺測試值及MoCA評(píng)分的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)MCI組與對(duì)照組之間嗅覺測試值、MoCA評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。通過皮爾森相關(guān)性檢測，發(fā)現(xiàn)MCI患者的嗅覺功能存在損害，并且其嗅覺評(píng)分與反映認(rèn)知水平的神經(jīng)心理學(xué)測試結(jié)果有關(guān)，MoCA評(píng)分與嗅覺測試呈正相關(guān)(r=0.682，P<0.05)，嗅覺測試值預(yù)測MCI的特異性較高，見表1。

表1 MCI患者及正常老年人行為學(xué)評(píng)分比較

2.2 影像學(xué)評(píng)價(jià)

MCI組與對(duì)照組分別提取出全腦DTI參數(shù)，獲得FA、DA、DR、MD均值，進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。MCI組與對(duì)照組相比，發(fā)現(xiàn)全腦分析FA值變化較為顯著(P<0.05)，見表2。MCI組FA減弱區(qū)主要位于胼胝體周圍、額葉眶額回周圍、左側(cè)枕下回周圍區(qū)域，海馬區(qū)周圍未見明顯FA減弱，見圖1。

表2 全腦DTI參數(shù)比較

圖1 TBSS結(jié)果圖Fig.1 Results of TBSS紅色為FA值減低區(qū)，黃圈為ROI區(qū)域；A： 黃圈內(nèi)為海馬及周圍區(qū)域(未見明顯FA值減低)；B： 黃圈內(nèi)為胼胝體周圍區(qū)域(FA值減低)；C： 黃圈內(nèi)為眶額回區(qū)域(FA值減低)；D： 黃圈內(nèi)為左側(cè)枕下回周圍區(qū)域(FA值減低)

2.3 行為學(xué)與影像學(xué)相關(guān)性

選取額葉相關(guān)腦區(qū)眶額回、海馬區(qū)、枕葉相關(guān)腦區(qū)枕下回、海馬旁回作為感興趣區(qū)(region of interest, ROI)，見圖1，提取感興趣區(qū)的平均FA值，與行為學(xué)指標(biāo)嗅覺評(píng)分及MoCA之間做皮爾森相關(guān)性分析。結(jié)果提示嗅覺評(píng)分與額葉眶額回的FA值相關(guān)性較為顯著(P<0.05)，其次是枕葉枕下回、海馬區(qū)，見表3。而MoCA評(píng)分與FA值的相關(guān)性沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表4。

表3 嗅覺評(píng)分與感興趣區(qū)FA值間相關(guān)性

表4 MoCA評(píng)分與感興趣區(qū)FA值間相關(guān)性

3 討 論

MCI是AD患者的臨床前期狀態(tài)，其轉(zhuǎn)化為AD的幾率較高，早期診斷、干預(yù)MCI的進(jìn)展十分有意義。目前簡易智力狀態(tài)檢查量表是應(yīng)用最廣泛的篩查量表，但其對(duì)鑒別MCI、AD及正常人時(shí)靈敏度相對(duì)較低，MoCA量表識(shí)別MCI有較高靈敏度及特異度[9]。近年來，嗅覺受損被認(rèn)為神經(jīng)退行性變的早期標(biāo)志[10]，相關(guān)研究也證明嗅覺受損與認(rèn)知功能損害間的關(guān)系[11-12]，因此嗅覺測試可協(xié)助區(qū)分MCI及AD人群[13]，并或可成為預(yù)測MCI向AD進(jìn)展的參考指標(biāo)[14]。在一項(xiàng)長達(dá)2年的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，在伴有嗅覺障礙的MCI患者中有47%進(jìn)展為癡呆，而嗅覺正常的MCI患者只有11%進(jìn)展為癡呆[15]。梅奧衰老臨床研究中心對(duì)認(rèn)知能力正常的受試者進(jìn)行嗅覺及認(rèn)知功能隨訪，在平均3.5年的隨訪中，1 430 名認(rèn)知正常受試者中有250例進(jìn)展為MCI，并且觀察到嗅覺功能減退與MCI風(fēng)險(xiǎn)增加存在相關(guān)[16]。因此發(fā)現(xiàn)嗅覺功能的早期改變對(duì)于診斷MCI或AD的病情進(jìn)展判斷具有十分重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)，嗅覺改變可早于較為典型的癡呆癥狀及顯著的認(rèn)知能力損害出現(xiàn)[17]，但其機(jī)制及病理間的聯(lián)系目前仍未明確。研究表明MCI和AD癡呆患者的嗅覺功能降低與海馬體積縮小有關(guān)有關(guān)[18]，而Heinrich等[19]認(rèn)為MCI患者嗅覺能力減低與腦白質(zhì)受損有關(guān)，與海馬萎縮無關(guān)。Yoo等[20]發(fā)現(xiàn)AD相關(guān)認(rèn)知障礙患者的皮質(zhì)萎縮在嗅覺功能障礙中起著重要作用。由此，嗅覺障礙這一臨床表現(xiàn)值得進(jìn)一步探究。

本研究發(fā)現(xiàn)，MCI組嗅覺評(píng)分與MoCA評(píng)分之間呈正相關(guān)，MoCA評(píng)分越低，嗅覺評(píng)分越低，與之前認(rèn)知功能障礙合并嗅覺功能下降的研究相一致[21]。因此發(fā)現(xiàn)嗅覺功能的早期改變對(duì)于MCI或AD的病情進(jìn)展判斷具有十分重要的意義，為早期發(fā)現(xiàn)MCI提供了新的研究方向。

神經(jīng)量表測試結(jié)果易受教育程度及配合程度等影響，神經(jīng)影像中DTI技術(shù)能夠無創(chuàng)顯示大腦白質(zhì)纖維束走行，從微觀角度更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，其結(jié)果不受主觀認(rèn)知功能影響。以往基于DTI的研究多應(yīng)用基于體素的形態(tài)學(xué)分析[22]，而TBSS在保證配準(zhǔn)的前提下，利用骨架化算法，對(duì)全腦進(jìn)行分析，優(yōu)勢在于可減小配準(zhǔn)誤差、全腦分析，對(duì)微結(jié)構(gòu)的變化靈敏度高。MCI組TBSS結(jié)果提示，與認(rèn)知記憶功能關(guān)系密切的海馬區(qū)周圍并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的TBSS激活區(qū)，說明本組MCI患者的海馬區(qū)微結(jié)構(gòu)的改變并不是十分顯著，相應(yīng)區(qū)域FA值的變化較小。MCI組FA值下降最為顯著的雙側(cè)胼胝體、扣帶束區(qū)域及眶額回周圍區(qū)域，這與Stenset等[23]的研究相一致，但其未提及眶額回的異常。雙側(cè)胼胝體、扣帶束區(qū)域作為大腦雙側(cè)半球的聯(lián)系通道，連接雙側(cè)大腦半球額葉前部；額葉作為高級(jí)腦區(qū)負(fù)責(zé)包括嗅覺、情感在內(nèi)的多種活動(dòng)。胼胝體及扣帶回結(jié)構(gòu)的異?？赡芤鹜渡涞筋~葉的神經(jīng)通路受損，從而引起嗅覺、情節(jié)記憶等相關(guān)改變，因此胼胝體結(jié)構(gòu)的異常應(yīng)作為引起嗅覺功能損傷的重要腦區(qū)之一；作為嗅覺高級(jí)中樞的眶額回區(qū)域在TBSS結(jié)果中FA值下降較為顯著，基于TBSS原理可知，TBSS結(jié)果中的異常激活區(qū)域均為FA值的下降顯著區(qū)域，提示區(qū)域內(nèi)神經(jīng)纖維的完整性降低，水分子在相同方向上的擴(kuò)散能力受限，擴(kuò)散程度降低[24]，說明本組MCI患者的眶額回區(qū)域已出現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的損害。Mascalchi等[25]研究顯示，MoCA評(píng)分與胼胝體區(qū)域的FA值呈正相關(guān)，與MD、DR、DA呈負(fù)相關(guān)，未發(fā)現(xiàn)與MMSE評(píng)分有顯著相關(guān)性。而本次實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)MoCA評(píng)分與FA值之間具有相關(guān)性?？赡苡捎诒敬螌?shí)驗(yàn)樣本量較小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果易受偏倚的影響。

本組MCI患者嗅覺功能下降，且與神經(jīng)心理學(xué)量表結(jié)果呈正相關(guān)；MCI患者嗅覺相關(guān)腦區(qū)存在腦白質(zhì)損害，記憶認(rèn)知相關(guān)腦區(qū)腦白質(zhì)損害不明顯，二者變化不一致提示嗅覺功能相關(guān)腦區(qū)白質(zhì)受損可能早于認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)白質(zhì)受損。結(jié)合認(rèn)知量表、嗅覺功能評(píng)估及影像學(xué)檢查，有望早期識(shí)別MCI患者，并且較全面評(píng)估患者病情，從而及時(shí)開展針對(duì)性干預(yù)，為AD的治療提供最佳的時(shí)間窗。