夜間遺尿癥兒童靜息態(tài)腦功能磁共振成像研究

高婷婷，王夢(mèng)星，湯偉，董遼，楊光，杜小霞，馬駿

遺尿癥(nocturnal enuresis，NE)是兒科最常見(jiàn)的泌尿系統(tǒng)疾病，臨床特征表現(xiàn)為在至少3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)兒童每周在睡眠期間至少發(fā)生兩次非自愿尿失禁[1-3]，主要的病理生理機(jī)制包括夜間多尿、膀胱功能障礙和高覺(jué)醒閾值[4]。NE是多因素導(dǎo)致的，可能受共病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及膀胱控制機(jī)制不成熟影響的疾病，除了情緒障礙、頭痛和腹痛等潛在的副作用外[5-6]，NE 兒童還存在睡眠問(wèn)題，譬如白天嗜睡過(guò)度，異態(tài)睡眠等，影響其情緒和心理狀態(tài)[7-9]，同時(shí)心理問(wèn)題對(duì)睡眠有明顯的影響，因此NE 兒童的睡眠和心理問(wèn)題都應(yīng)該得到解決[10]。

基于血氧水平依賴(lài)的靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)技術(shù)具有較高的空間分辨率、不需要特定的刺激或執(zhí)行任務(wù)等優(yōu)勢(shì)。近五年來(lái)，rs-fMRI被廣泛運(yùn)用于雙相情感障礙、阿爾茨海默病、重度抑郁癥、精神分裂癥、失眠癥等各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中[11-14]。本文擬通過(guò)rs-fMRI探究NE兒童腦功能異常與睡眠及排尿功能的聯(lián)系。作為rs-fMRI的影像學(xué)指標(biāo)之一，局部一致性(regional homogeneity，ReHo)在研究中具有較高的穩(wěn)定性，可以反映局部腦區(qū)神經(jīng)元激活的一致性，常用于腦疾病的研究。度中心性(degree centrality，DC)也是rs-fMRI的常用的影像學(xué)指標(biāo)之一，可以通過(guò)計(jì)算給定腦區(qū)的DC值來(lái)計(jì)算該腦區(qū)與大腦其他腦區(qū)之間的直接連接數(shù)，進(jìn)而來(lái)衡量該腦區(qū)在大腦網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)重要性以及對(duì)整個(gè)大腦區(qū)域的影響程度?？偟膩?lái)說(shuō)，DC和ReHo可以反映區(qū)域神經(jīng)活動(dòng)的不同方面，所以?xún)煞N方法的結(jié)合可以同時(shí)探測(cè)局部腦功能活動(dòng)和單個(gè)腦區(qū)在整個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)的重要性，點(diǎn)面結(jié)合有助于問(wèn)題的研究。Zheng等[15]研究觀測(cè)76例NE患者(n=76)和30例健康對(duì)照(health control，HC)在不同頻帶的ReHo值，NE患者左側(cè)島葉和右側(cè)丘腦的ReHo增加。Zhu等[16]觀測(cè)37名NE兒童和17名HC兒童，發(fā)現(xiàn)NE患者左側(cè)內(nèi)側(cè)眶上額葉的ALFF值降低，左側(cè)枕上回的ReHo值升高。Jiang等[17]觀測(cè)26名NE兒童和26名HC兒童發(fā)現(xiàn)NE患者在右額葉、左右側(cè)頂葉、顳頂葉和左側(cè)角回DC值較低。

目前關(guān)于NE的rs-fMRI研究十分有限，且靜息態(tài)指標(biāo)的變化與NE臨床指標(biāo)的關(guān)系，特別是睡眠評(píng)分之間的關(guān)系尚不明確。為了探索NE患者局部腦功能異常以及其與臨床指標(biāo)的關(guān)系，本研究在腦功能數(shù)據(jù)分析中結(jié)合DC和ReHo兩種指標(biāo)探究NE患者的局部及腦區(qū)間腦功能變化，同時(shí)使用《兒童睡眠習(xí)慣問(wèn)卷》(Children's Sleep Habits Questionnaire，CSHQ)對(duì)NE患者的睡眠進(jìn)行評(píng)估，探索DC和ReHo顯著變化的腦區(qū)和睡眠之間的關(guān)系，進(jìn)一步闡明睡眠功能障礙的病理生理機(jī)制提供影像學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象

招募上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心門(mén)診(患者主要來(lái)自上海及周邊地區(qū))就診的NE 患者，經(jīng)兒童保健科醫(yī)生按照《精神障礙診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》第五版的標(biāo)準(zhǔn)：5 歲以上兒童每周至少兩次于夜間睡眠時(shí)在床上排尿，確診為NE。完成參與本次試驗(yàn)的受試者有37 例7～10歲的NE患者(NE患者組)和37 例年齡、性別與NE 患者組基本匹配的HC 兒童(HC組)，受試者資料見(jiàn)表1。NE 患者組入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)夜間間歇性尿床但白天沒(méi)有不自主排尿的癥狀；(2)每周尿床至少一次并持續(xù)了三個(gè)月；(3)從未連續(xù)超過(guò)6個(gè)月不尿床(排除繼發(fā)性遺尿)；(4)尿床癥狀并非由藥物或者其他生理疾病造成。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)幽閉恐懼癥；(2)體內(nèi)植入金屬；(3)有神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如多動(dòng)障礙和自閉癥)。HC組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)從5歲以后沒(méi)有發(fā)生過(guò)尿床現(xiàn)象；(2)沒(méi)有其他泌尿系統(tǒng)疾病；(3)年齡、性別和教育程度與患者相匹配；(4)通過(guò)IQ測(cè)試，智商正常。排除標(biāo)準(zhǔn)與NE患者組相同。本研究經(jīng)華東師范大學(xué)人體實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)：HR2015/03011)。在試驗(yàn)開(kāi)始前，受試者知曉并同意本研究?jī)?nèi)容，其監(jiān)護(hù)人閱讀并簽署《未成年人知情同意書(shū)》。

表1 NE患者組和HC組的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)Tab.1 Demographic data of the enuresis group and control group

NE 患者監(jiān)護(hù)人回憶過(guò)去四周孩子的睡眠情況，并選擇比較典型的一周填寫(xiě)CSHQ 問(wèn)卷，具體評(píng)分見(jiàn)表2。CSHQ 是參考國(guó)際睡眠障礙，根據(jù)4～12 歲兒童生理特點(diǎn)編制而成的問(wèn)卷[18]。CSHQ 從八個(gè)不同層面反應(yīng)兒童常見(jiàn)的睡眠問(wèn)題：(1)就寢習(xí)慣；(2)入睡潛伏期；(3)睡眠持續(xù)時(shí)間；(4)睡眠焦慮；(5)夜醒；(6)異態(tài)睡眠；(7)睡眠呼吸障礙；(8)白天嗜睡。對(duì)于評(píng)價(jià)我國(guó)學(xué)齡兒童睡眠狀況，CSHQ 的測(cè)量學(xué)性能比較穩(wěn)定，可用于相應(yīng)人群睡眠健康的研究[8]。

表2 NE患者組《兒童睡眠習(xí)慣問(wèn)卷》評(píng)分Tab.2 Score of children's sleep habits questionnaire in enuresis group

1.2 磁共振掃描

本試驗(yàn)所有磁共振數(shù)據(jù)均在上海市磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的西門(mén)子3.0 T Prisma 儀器上采集，使用西門(mén)子20 通道頭頸線(xiàn)圈完成掃描。首先采集T2 加權(quán)像排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變，具體參數(shù)見(jiàn)表3，再對(duì)無(wú)器質(zhì)性病變的受試者采集三維高分辨率結(jié)構(gòu)像和rs-fMRI。為了讓數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到最佳，避免頭動(dòng)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，在開(kāi)始結(jié)構(gòu)像掃描前，操作員會(huì)耐心告知受試者在掃描期間做到頭部和身體盡量保持不動(dòng)，操作員將泡沫墊放置在適當(dāng)位置以達(dá)到固定受試者頭部的效果。結(jié)構(gòu)像由T1加權(quán)磁化快速梯度回波脈沖序列獲得，掃描參數(shù)見(jiàn)表3。在開(kāi)始掃描rs-fMRI圖像前，操作員會(huì)告知受試者在掃描期間保持閉眼，并且不能進(jìn)入睡眠狀態(tài)。全腦rs-fMRI 圖像掃描使用基于血氧水平依賴(lài)性對(duì)比敏感的平面回波脈沖序列獲得，掃描參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 磁共振成像序列參數(shù)Tab.3 The parameters of magnetic resonance scanning

1.3 數(shù)據(jù)分析

該試驗(yàn)主要研究受試者的rs-fMRI數(shù)據(jù)及高分辨T1結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的預(yù)處理過(guò)程是基于Matlab平臺(tái)的DPABI 5.3 軟件(http://www.rfmri.org/dpabi) SPM12(http://www.fil.ion.ucl. ac.uk/spm/software/spm12)。共分析97 名受試者數(shù)據(jù)，因存在數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題排除20人。首先，靜息態(tài)前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)由于受試者不適應(yīng)噪聲和環(huán)境等因素而不穩(wěn)定，所以要去除；接下來(lái)進(jìn)行時(shí)間層和頭部運(yùn)動(dòng)校正，頭動(dòng)大于等于2.5 mm和2.5°的3名受試者數(shù)據(jù)被排除，最終所有參與數(shù)據(jù)處理的受試者包括NE患者組37人，HC組37人。將T1加權(quán)像與rs-fMRI圖像進(jìn)行線(xiàn)性的對(duì)齊，6個(gè)頭動(dòng)參數(shù)以及白質(zhì)腦脊液信號(hào)作為協(xié)變量被回歸掉；標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)的標(biāo)準(zhǔn)腦空間，以3 mm×3 mm×3 mm的分辨率進(jìn)行重采樣；經(jīng)時(shí)域?yàn)V波(0.01～0.1 Hz)來(lái)減少低頻和高頻的呼吸影響帶來(lái)的不相關(guān)信號(hào)。上述步驟完成后計(jì)算全腦ReHo指標(biāo)，并將每個(gè)體素的ReHo值進(jìn)行Fisher-Z變換，對(duì)變換后的ReHo值進(jìn)行空間平滑處理以減小過(guò)程中帶來(lái)的誤差，平滑核選擇6 mm×6 mm×6 mm。用DPABI 5.3軟件對(duì)上述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算DC值，并將每個(gè)體素的DC值進(jìn)行Fisher-Z變換，得到每個(gè)受試者大腦灰質(zhì)DC值的Z值圖，最后以6 mm半高寬的高斯核函數(shù)進(jìn)行平滑，平滑后的圖像用于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

兩組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析均采用SPM12中的單樣本t檢驗(yàn)以檢測(cè)組內(nèi)差異，并利用雙樣本t檢驗(yàn)檢測(cè)組間差異，其中組間分析中年齡、性別作為協(xié)變量，滿(mǎn)足體素水平未校正P＜0.001，且團(tuán)塊水平多重比較校正(Family Wise Error，F(xiàn)EW)P＜0.05的體素視為顯著結(jié)果。提取NE患者的CSHQ的總評(píng)分和分量表評(píng)分與兩組差異腦區(qū)的z-分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化后的DC 值和ReHo 值，導(dǎo)入SPSS 24.0 進(jìn)行有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的皮爾遜線(xiàn)性相關(guān)性分析，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即功能MRI指標(biāo)可能與臨床癥狀存在聯(lián)系。

2 結(jié)果

t檢驗(yàn)結(jié)果表明，與HC組相比，NE患者組的DC值在海馬旁回、前扣帶回顯著降低(表4、圖1)；NE患者組的ReHo值在前扣帶回顯著降低(表4、圖2)。海馬旁回的DC值與遺尿患者的CSHQ分量表的異態(tài)睡眠評(píng)分呈正相關(guān)，(雙尾檢驗(yàn)，r=0.256，P=0.045)，與CSHQ的總分呈正相關(guān)(雙尾檢驗(yàn)，r=0.062，P=0.010)。

表4 ReHo值和DC值組間分析結(jié)果顯著的腦區(qū)Tab.4 Brain regions showing significant group differences in DC and ReHo between NE group and healthy controls

圖1 遺尿癥(NE)患者組與健康對(duì)照(HC)組度中心性(DC)差異腦區(qū)圖。NE 患者組DC 值顯著降低的腦區(qū)(NE＜HC，P＜0.05，F(xiàn)WE 校正)：海馬旁回(PHG)、前扣帶回(ACC)。L：左側(cè)；R：右側(cè)。Fig. 1 Clusters showing significant degree centrality(DC)differences between nocturnal enuresis(NE)and healthy control(HC).Compared to healthy control,brain decreased image of DC in the NE (NE＜HC, P＜0.05, FWE correct): anterior cingulate cortex(ACC),parahippocampal gyrus(PHG).L:Left.R:Right.

圖2 遺尿癥(NE)患者組與健康對(duì)照(HC)組局部一致性(ReHO)差異腦區(qū)圖。與HC 組相比，NE 患者組ReHo 值顯著降低的腦區(qū)(NE＜HC，P＜0.05，F(xiàn)WE校正)：前扣帶回(ACC)。L：左側(cè)；R：右側(cè)。Fig. 2 Clusters showing significant regional homogeneity (ReHo) differences between nocturnal enuresis(NE)and healthy control(HC).Compared to healthy control, brain decreased image of ReHo in the NE (NE＜HC, P＜0.05, FWE correct):anterior cingulate cortex(ACC).L:Left.R:Right.

3 討論

本研究通過(guò)rs-fMRI 探討NE 患者腦功能活動(dòng)變化，創(chuàng)新性在于結(jié)合DC 和ReHo 方法反映區(qū)域神經(jīng)活動(dòng)的不同方面，同時(shí)探測(cè)局部腦功能活動(dòng)和單個(gè)腦區(qū)在整個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)的重要性。首次發(fā)現(xiàn)NE患者海馬旁回的DC 值顯著降低。DC 值和ReHo 值都顯著降低的腦區(qū)為前扣帶回，通過(guò)分析海馬旁回DC 值與CSHQ 總分及異態(tài)睡眠子量表評(píng)分，發(fā)現(xiàn)海馬旁回的DC 值與受試者CSHQ 中的異態(tài)睡眠評(píng)分成正相關(guān)。提示NE患者在前扣帶回DC 值和ReHo 值的降低可能與NE 患者在排尿過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制能力下降有關(guān)，海馬旁回的DC 值下降可能造成NE 患者睡眠的變化，也可能是造成NE發(fā)生的原因之一。本研究為NE發(fā)病機(jī)制的深入研究提供客觀的影像學(xué)數(shù)據(jù)支持，并為臨床診療提供更多信息。

3.1 前扣帶回DC值和ReHo值降低的意義

功能MRI 的DC 反映了腦功能網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)在信息傳遞中的作用，更高的DC 值意味著大腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的連接更完整、更快，信息整合變得更有效[19]。因此，DC能很好地反映大腦的功能連通性。ReHo 則間接反映功能相關(guān)腦區(qū)內(nèi)神經(jīng)元時(shí)間同步性活動(dòng)[20]。Zheng等[15]的研究研究揭示了NE 患者認(rèn)知變化的腦機(jī)制。Zhu 等[16]的研究揭示異常的大腦活動(dòng)可能是兒童中性粒細(xì)胞增多癥的重要神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制。Jiang等[17]的研究提示了背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)、腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵腦區(qū)的損傷可能是NE患者注意力受損的功能成像機(jī)制。

先前的研究表明，與HC組相比，NE患者在小腦后葉、前扣帶回、額葉內(nèi)側(cè)回和左顳上回(矯正后P＜0.05)的DC 值較低[21]，其中前扣帶回降低與本研究相符。NE 患者的前扣帶回DC 值低于HC 組兒童，這表明NE 患者較HC 兒童前扣帶回的功能連通性低，ReHo 值低于HC組兒童提示NE患者可能存在神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)同步性異常。前扣帶回是突顯網(wǎng)絡(luò)的一部分[22]，其主要功能是整合各種感官信息、判斷和想法，在內(nèi)部和外部環(huán)境中規(guī)劃活動(dòng)，它在決定意識(shí)的過(guò)程中起著重要作用[23]。前扣帶回可以監(jiān)測(cè)和控制正在進(jìn)行的客觀定向行為，并在需要對(duì)沖突或錯(cuò)誤做出預(yù)期反應(yīng)時(shí)釋放信號(hào)[24]。

NE 患者在感知尿路感覺(jué)時(shí)無(wú)法達(dá)到適當(dāng)?shù)囊庾R(shí)狀態(tài)，他們不能及時(shí)向大腦發(fā)出信號(hào)來(lái)控制排尿。所以，NE 患者在前扣帶回DC 值和ReHo 值的減少可能與NE患者在排尿過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制能力下降有關(guān)。

3.2 海馬旁回DC值顯著降低的意義

本次的研究還發(fā)現(xiàn)，與HC組相比，NE患者組的海馬旁回DC值也顯著降低，這是先前的研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的。海馬是人體行為、記憶、情感等高級(jí)神經(jīng)功能活動(dòng)的調(diào)節(jié)中心，其結(jié)構(gòu)組成如下：海馬旁回—海馬—乳頭體—丘腦前核—扣帶回—海馬旁回，其中海馬旁回屬于邊緣系統(tǒng)，在海馬中發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)睡眠缺失或晝夜節(jié)律紊亂時(shí)，局部圖形度量主要在邊緣系統(tǒng)、默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)中改變[25]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)海馬旁回與睡眠障礙、情緒調(diào)節(jié)之間具有相關(guān)性[26-29]。相比于HC 兒童，NE 患者患有睡眠過(guò)度喚醒障礙、睡眠呼吸障礙、維持睡眠障礙等的比例較高，遺尿的發(fā)生與睡眠障礙顯著相關(guān)[30]。異態(tài)睡眠的發(fā)生率及癥狀出現(xiàn)的種類(lèi)與NE患者的病情嚴(yán)重程度相關(guān)，所以NE 的病情程度與患者的睡眠障礙發(fā)生率有一定關(guān)系。本研究中的37位患者存在夜間不能自行醒來(lái)排尿和夜間尿床之后不能醒來(lái)的情況，NE不能及時(shí)向大腦發(fā)出信號(hào)來(lái)控制排尿，無(wú)法達(dá)到適當(dāng)?shù)囊庾R(shí)狀態(tài)去感知尿路[21]，猜測(cè)這可能與其睡眠狀態(tài)有很大的關(guān)系。所以，本研究重點(diǎn)關(guān)注了海馬旁回DC值與異態(tài)睡眠的相關(guān)性。通過(guò)分析海馬旁回DC值與CSHQ 總分及異態(tài)睡眠分量表評(píng)分，發(fā)現(xiàn)海馬旁回的DC值與受試者異態(tài)睡眠評(píng)分成正相關(guān)。故海馬旁回的DC 值下降，代表其可能存在與其他節(jié)點(diǎn)功能連接的異常，與其相關(guān)的信息的傳輸可能存在異常，可能造成NE 患者睡眠功能的變化，也可能是造成NE發(fā)生的原因之一。

3.3 局限性

本研究有以下幾點(diǎn)不足：(1)研究中納入的樣本量較少；(2)本次研究缺乏相應(yīng)的行為學(xué)數(shù)據(jù)；(3)雖然靜息態(tài)下自發(fā)性腦活動(dòng)可以反映或預(yù)測(cè)腦功能，但如果能同時(shí)結(jié)合患兒睡眠期的腦功能情況，可能會(huì)更好地解釋NE 睡眠障礙的神經(jīng)學(xué)機(jī)制；(4)未采用更適合中國(guó)兒童的腦模板去匹配。后續(xù)研究將完善這些不足，聯(lián)合運(yùn)用多種成像方式及研究手段，并將功能神經(jīng)影像學(xué)改變與臨床指標(biāo)做相關(guān)分析，為NE 發(fā)病機(jī)制的研究提供更加詳實(shí)、可靠的證據(jù)。

綜上所述，NE 患者在前扣帶回DC 值和ReHo 值的減少可能與NE患者在排尿過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制能力下降有關(guān)，海馬旁回的DC 值下降可能造成NE 患者睡眠的變化，也可能是造成NE發(fā)生的原因之一。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無(wú)利益沖突