大腦中動脈供血區(qū)皮質下梗死后海馬早期繼發(fā)性改變與記憶損害研究

劉筱潔， 趙海娜， 陳蓓蕾， 鄭秋月

研究表明卒中可增加認知障礙和癡呆風險[1]。一項系統回顧表明，31%～55%的患者在第一次腦梗死3個月內存在自由回憶和記憶再認等功能障礙[2]。卒中引起的認知障礙一般發(fā)生在以下情況：大量腦組織受累，多部位損害，重要功能區(qū)域如額葉或顳葉、丘腦和角回的梗死[3,4]。在大腦中動脈(middle cerebral artery,MCA)供血區(qū)域梗死患者中，卒中后1～2 y內會出現繼發(fā)性海馬萎縮，繼而導致語義記憶的損害[5,6]。急性皮質下梗死后早期運動相關皮質和纖維通路存在繼發(fā)性損害，并可阻礙運動功能的早期恢復，但海馬是否也會出現繼發(fā)性損害并導致記憶功能下降尚未明確[7]。

本研究采用結構磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技術研究大腦中動脈供血區(qū)域皮質下梗死后早期海馬結構完整性的動態(tài)變化，并進一步探討這些改變與語義記憶功能改變的關系。

1 對象和方法

1.1 研究對象和行為學評估 自2013年3月-2019年12月，連續(xù)招募了蘇北人民醫(yī)院腦卒中中心大腦中動脈供血區(qū)急性皮質下梗死的27例患者。

1.1.1 納入標準 (1)首發(fā)的位于大腦中動脈區(qū)供血區(qū)的急性單側皮質下腦梗死(<7 d內)，經T1-加權成像(T1Weighted Image,T1WI)、T2-加權成像(T2Weighted Image,T2WI)和彌漫性加權成像(density weighted image,DWI)證實；(2)超聲和磁共振血管造影均未發(fā)現顱內外動脈閉塞；(3)年齡40～75歲。

1.1.2 排除標準 (1)心臟起搏器、動脈瘤夾、除顫器以及禁止使用的醫(yī)用植入物等核磁共振檢查禁忌；(2)合并其他神經系統疾病如癲癇、帕金森病等；(3)入組時簡易精神狀態(tài)量表(Mini-mental State Examination,MMSE)分數≤23分(受教育年限>6 y)，≤20分(受教育年限≤6 y)，或≤17分(受教育0 y)[8]；(4)抑郁癥(漢密爾頓抑郁量表)、精神病史、常規(guī)MRI顯示白質(White Matter,WM)信號異常、酒精或藥物濫用史；(5)創(chuàng)傷性腦損傷或全身性疾病，如晚期癌、腎衰竭或肝硬化；(6)其他可能影響后續(xù)認知測試的神經缺陷如失語或使用藥物或認知康復治療[8]。納入年齡、性別和教育程度相匹配的健康對照組。所有的參與者都是右利手。一名對臨床資料不知情的訓練有素的研究人員使用MMSE和中國版的Rey聽覺詞語學習測試(Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT)對受試者進行認知評估。語義記憶下降[9]的定義是在第12周即時或長時延遲的語言復述分數相對于第1周下降≥10%。江蘇省蘇北人民醫(yī)院臨床研究評審委員會批準本研究。經每位參與者本人或委托他人口頭或書面知情同意。

1.2 實驗設計 本研究涉及12 w的隨訪：癥狀出現后第1周內(<7 d)、第4周(28±4 d)和第12周(84±4 d)。 各時間點MRI檢查前均進行神經系統和認知評估。對照組只進行一次MRI采集和神經系統及認知測試。

1.3 核磁共振數據采集 MRI數據的獲取采用12通道的頭部線圈的3T掃描儀(Tim Trio,Siemens,Erlangen,Germany)。3DT1加權數據采用MPRAGE序列，掃描參數如下：重復時間(TR)/回波時間(TE)/反轉時間(TI)/激勵次數(NEX)/翻轉角度=2530 ms/3.45 ms/1100 ms/1/7°，192層，矩陣=256×256，體素大小=1×1×1 mm3。DTI掃描采用軸位彌散加權自旋回波平面回波序列，參數如下：TR/TE/翻轉角度= 7000 ms/91 ms/90°，矩陣=128×128，體素大小=2×2×3 mm3，50層，視野=256×256 mm2，b=0，梯度方向=64。

1.4 DTI數據預處理 DTI數據預處理采用PANDA軟件(Pipeline for Analyzing Brain Diffusion Images，http://www.nitrc.org/projects/panda/)[10]。預處理包括腦mask提取、渦流和頭動校正、圖像配準到對應的b=0圖像及彌散各向異性(Fractional Anisotropy,FA)和平均彌散度(Mean Diffusivity,MD)計算。最后，將個體空間下的FA和MD圖非線性配準到標準空間下的FMRIB58_FA模板上。

1.5 感興趣區(qū)(Regions Of Interest,ROI)分析 個體空間下的海馬mask獲取采用FMRIB Software Library(FSL)軟件包下的FIRST模塊完成。隨后，計算每個受試者的雙側海馬體積以及平均FA和MD值。由于3D-T1數據的一個體素大小是1×1×1 mm3，通過計算每個海馬內的體素數量進而求和即得到海馬的體積。

1.6 統計學分析 組間行為學評分比較采用非參數Mann-WhitneyU檢驗，縱向組內比較采用非參數的重復測量方法，采用Bonferroni校正法進行多重比較校正。感興趣區(qū)內的體積和彌散參數值，組間比較經過Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗后采用雙樣本的t檢驗進行分析，縱向組內比較采用重復測量方差分析， 采用Bonferroni校正法進行多重比較校正。采用Spearman相關性分析確定ROIs內的彌散參數值的變化率(%)和語義記憶分數(%)隨時間的變化之間的關系。對于這兩個變量，變化率(%)的定義如下：變化率=(第12周的得分或值-第1周的得分或值)/第1周的得分或值。所有分析均使用Windows軟件SPSS 16.0進行(SPSS,Chicago,IL,USA)，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 受試者臨床特征與行為學評估 本研究共納入27位患者，其中由于掃描中過度頭動(n=2)或早期終止掃描(n=3)共致5名患者被排除在分析之外，最終的研究樣本包括22名患者(8名女性和14名男性，中位年齡=51.6歲)和22名健康對照組(8名女性和14名男性，中位年齡=49.0歲)(見表1)。與對照組和第1周比較，第12周時MMSE評分并沒有顯著下降，但13例(59.1%)患者在第12周出現了語義記憶下降，其余9例(40.9%)患者保持了相對穩(wěn)定的語義記憶功能。第12周患者即時和延遲語義記憶平均得分顯著低于第1周和對照組(均P<0.05)。

表1 參與者的人口學信息、臨床特征以及行為得分

2.2 海馬ROI分析 在隨訪期內患者海馬體積未見明顯改變。與第1周比較，病灶同側海馬FA值在第4周時顯著下降，并進行性下降至第12周。第1周時病灶同側海馬的MD值就顯著高于對照組(P=0.008)，且第4周和12周時，同側海馬的MD值均顯著高于第1周及對照組(P<0.001)(見圖1)。

圖1 腦卒中后海馬MRI參數值比較。A:個體空間下獲得的雙側海馬感興趣區(qū)分別疊加到相應TIWI的冠狀和矢狀位上；B:海馬體積比較； C:彌散各項異性比較；D:平均彌散度比較。誤差線代表平均值的標準差。*P<0.05，相對于對照組；↑P<0.05，相對于第1周；W代表周

2.3 海馬繼發(fā)改變與語義記憶功能改變的關系 Spearman相關性結果表明，即時和延遲語義記憶分數的下降百分比與同側海馬MD值的升高百分比改變均呈負相關(即時記憶，rs=-0.683，P=0.006；延遲記憶，rs=-0.602，P=0.013) (見圖2)。

圖2 A、B:散點圖顯示了在病灶同側海馬即時記憶。A:與延遲回憶；B:百分比變化(y軸)和平均彌散度(MD)百分比變化(×軸)的散點圖。MD，平均彌散度；rs,Spearman相關系數

3 討 論

本研究發(fā)現，在沒有皮質受累的MCA供血區(qū)域梗死早期，海馬的微結構完整性進展性破壞，但海馬體積卻未發(fā)生顯著改變。海馬微觀結構完整性的破壞可能參與了卒中后早期的語義記憶功能的損害。

研究表明，在預測輕度認知障礙患者的癡呆臨床進展時，MD測量優(yōu)于海馬體積測量[11,12]。與這些研究一致，我們發(fā)現，MD測量在檢測卒中后早期海馬繼發(fā)性損傷方面比體積測量更具優(yōu)勢。此外，在揭示卒中后海馬繼發(fā)性損傷方面，MD似乎比FA更敏感，這與Fellgiebel等的研究結果一致。他們采用的更小的海馬ROIs仍然發(fā)現FA較MD的敏感度更低。這可能是因為FA主要反映了水分子沿神經纖維擴散的主要方向。海馬中存在多種不同彌散方向的纖維，這可能會影響FA的測量。鑒于這種海馬內纖維的不一致性，低FA可能不一定反映結構完整性的潛在功能障礙[13]。相反的是，MD主要反映水擴散的能力，與纖維的方向性關系不大，因而更能反映海馬部位的細微變化。

對于急性腦梗死后海馬的繼發(fā)性損害有以下幾種解釋：擴散性抑制(spreading depression,SD)和梗死周圍去極化已經在腦卒中動物模型和人類MCA梗死患者中報道[14]；最近，Xie和同事[9]證明星形膠質細胞間隙連接傳遞可能通過SD調節(jié)、谷氨酸釋放和Ca2+信號的傳播參與海馬繼發(fā)性損傷；此外，損傷腦組織周圍形成的膠質瘢痕可能作為一種直接的機械屏障中斷神經再生[15]。

本研究中，13名患者在卒中后12 w出現語義記憶功能的下降，這與一項系統評價的研究結果相似，該研究表明31%～55%的患者在第一次梗死3個月后表現出自由回憶和再認記憶功能的障礙[2]。事實上，由于練習效應的存在，這些患者在12 w的記憶損傷可能更嚴重，因為特別是在高頻重復認知測試的早期階段練習效應比較顯著的[16]。神經影像學研究揭示海馬對成功執(zhí)行自由延遲回憶任務至關重要[13,17]。本研究中，我們發(fā)現海馬彌散變化的程度與卒中后更長延遲語義記憶功能的嚴重程度顯著相關。神經影像學研究揭示海馬對成功執(zhí)行自由延遲回憶任務至關重要。不僅如此，我們還發(fā)現海馬微結構完整性與即時回憶執(zhí)行也顯著相關，這與以往的研究結果一致，提示海馬與言語編碼有關[13,18]。

大量證據表明，海馬宏觀結構改變會導致腦卒中患者的情景記憶損害[19]。我們研究結果則提示在卒中早期，海馬宏觀結構未改變之前，其微結構已經出現改變，并且這種改變可能導致患者早期語義記憶功能的下降，且海馬MD的檢測與FA檢測相比更加敏感，有望成為預測腦卒中后早期語義記憶障礙的影像學標志物。研究顯示，輕度認知損害患者海馬DTI參數的檢測可準確預測這些患者最終是否進展為阿爾茨海默病[11,20]。對于腦卒中患者，未來需要更長的隨訪期和更大樣本量前瞻性地探討海馬DTI參數對卒中后認知障礙的進展的預測價值，并且通過對海馬微結構的評估可用于指導治療性干預。