肝氣郁結(jié)模型大鼠正電子發(fā)射腦功能成像研究①

劉子旺，趙海濱，張秀靜，單保慈，劉華，賀立娟

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(positron emission computed tomography,PET)結(jié)合了功能、影像和解剖3方面的因素，能在活體腦上定位各功能區(qū)，其中，小動(dòng)物PET(E-plus animal PET)專門為小動(dòng)物PET顯像研究而設(shè)計(jì)制造[1-2]，是進(jìn)行動(dòng)物模型腦高級(jí)功能研究強(qiáng)有力的工具，近年來被廣泛應(yīng)用于腦高級(jí)功能(認(rèn)知、情緒和行為)和精神類疾病的實(shí)驗(yàn)研究[3]。肝氣郁結(jié)證是肝臟象最為常見的證候，大量研究證實(shí)該證與大腦皮層的興奮與抑制以及自主神經(jīng)(特別是交感神經(jīng))的功能等多種因素有密切關(guān)系[4]。我們?cè)肞ET技術(shù)對(duì)肝氣郁結(jié)證患者在腦功能改變方面進(jìn)行初步研究，并部分揭示了肝氣郁結(jié)證腦功能改變可視性依據(jù)[5]。在前期研究基礎(chǔ)上，我們利用E-plus animal PET對(duì)肝氣郁結(jié)腦功能改變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 雄性清潔級(jí)Wistar大鼠10只，7周齡，體重180～220 g，由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供(SCXK-(軍)2007-004)；氟18脫氧葡萄糖(18F-FDG)示蹤劑，由中國人民解放軍總醫(yī)院制備；異氟烷，由河北九派制藥有限公司提供；E-plus animal PET，由中國科學(xué)院高能物理研究所研制；動(dòng)物呼吸麻醉機(jī)(VME系列)，購于美國MATRX公司；自制大鼠固定器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 模型制備方法 適應(yīng)性喂養(yǎng)1周，先通過開野實(shí)驗(yàn)(Open-Field Test)將水平運(yùn)動(dòng)加垂直運(yùn)動(dòng)不足30分或超過120分的大鼠剔除，將符合條件的10只大鼠孤養(yǎng)，對(duì)大鼠施予如下刺激：禁水24 h，40℃熱烘5 min，夾尾3 min，傾斜鼠籠2 h，并墊濕輔料(濕度以傾斜后籠底見水為度)，采用自制大鼠固定器行為固定2 h，禁食24 h，電擊足底(電流強(qiáng)度1.0 mA，10 s/次，間隔1 min刺激1次，共30次)。將上述方式各反復(fù)4次，總共28種刺激方法納入隨機(jī)表格之中，每天9：00～12：00隨機(jī)施予1種刺激，持續(xù)28 d。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集 所有被試大鼠采取尾靜脈注射的方式，注入1 mCi放射性示蹤劑18F-FDG，單獨(dú)放置40 min。到達(dá)指定放置時(shí)間前5 min，將大鼠放入麻醉誘導(dǎo)盒內(nèi)，異氟烷麻醉。麻醉后，將大鼠置于E-plus animal PET掃描床，俯臥位放置，同時(shí)進(jìn)行呼吸麻醉維持。采用統(tǒng)一計(jì)數(shù)的方法作為停止掃描的條件，即設(shè)定當(dāng)PET掃描儀記錄的有效計(jì)數(shù)達(dá)到4.8×107時(shí)自動(dòng)結(jié)束掃描。采用FORE+OSEM方法得到三維重建圖像。圖像矩陣為128×128×63，圖像分辨率0.5×0.5×1，掃描層厚為1 mm，采用無間隔掃描方式，成像的FOV包含鼠腦的嗅球、大腦、小腦及腦外組織，圖像存儲(chǔ)格式為ANALYZE 7.5。于造模前后各掃描1次。

圖1 肝氣郁結(jié)模型大鼠葡萄糖代謝減低腦區(qū)激活圖(冠狀圖)

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 基于中國科學(xué)院高能物理研究所建立的大鼠FDG-PET標(biāo)準(zhǔn)腦模板和SPM2對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括：①圖像分割，使用中國科學(xué)院高能物理研究所自主開發(fā)的軟件自動(dòng)去除所有待分析圖像的腦外像素；②空間標(biāo)準(zhǔn)化，在SPM2中使用12參數(shù)仿射變換和非線性形變將每只被試大鼠的圖像標(biāo)準(zhǔn)化到Paxinos空間；③高斯平滑，使用半高寬為2×2×3的高斯核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPM2軟件對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的大鼠腦成像數(shù)據(jù)進(jìn)行18F-FDG代謝差異的統(tǒng)計(jì)分析。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)分為造模前和造模后兩組?；趶V義線性模型使用SPM2軟件對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)(P＜0.001，未校正；最小激活區(qū)域大于50個(gè)像素)。

2 結(jié)果

FDG代謝差異腦區(qū)見圖1、圖2。肝氣郁結(jié)模型大鼠葡萄糖代謝減低腦區(qū)(P＜0.001)有左側(cè)額葉、頂葉、下丘腦，雙側(cè)后扣帶回，右側(cè)前扣帶回。葡萄糖代謝升高腦區(qū)(P＜0.001)有左側(cè)海馬旁回、島葉、顳葉、額葉，右側(cè)基底核、丘腦。見表1、表2。

圖2 肝氣郁結(jié)模型大鼠葡萄糖代謝增高腦區(qū)激活圖(冠狀圖)

表1 肝氣郁結(jié)模型大鼠葡萄糖代謝減低的腦區(qū)

表2 肝氣郁結(jié)模型大鼠葡萄糖代謝增高的腦區(qū)

3 討論

能量代謝總是伴隨于機(jī)體精神活動(dòng)的始終，葡萄糖又幾乎是腦細(xì)胞能量的惟一來源。運(yùn)用PET技術(shù)可以研究腦部葡萄糖代謝率，進(jìn)而研究腦的生理功能及病理狀態(tài)，近年來被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知、情緒等疾病的研究[3]。五臟體系之中，肝與情緒異常等腦的高級(jí)功能關(guān)系最為密切：生理上相互為用，病理上相互影響，經(jīng)絡(luò)上相互聯(lián)系，治療上相互關(guān)聯(lián)。肝氣郁結(jié)證以“憂郁、沉悶、思慮無窮、善太息、流淚”等情緒、認(rèn)知腦高級(jí)功能障礙為核心癥狀。貫穿于郁證、癲狂等精神情志疾病發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸的始終。因此，我們采用E-plus animal PET技術(shù)進(jìn)行肝氣郁結(jié)證腦功能受損的實(shí)驗(yàn)研究。

從PET影像分析，如果某一腦區(qū)呈放射性濃聚集，則說明該腦區(qū)葡萄糖利用率增高，功能增強(qiáng)；反之，其功能減低。額葉是高級(jí)情感思維中樞[6]，尤以前額葉與情緒關(guān)系最為密切，本研究肝氣郁結(jié)證功能異常改變的額葉腦區(qū)集中于額上回、中央前回等前額葉腦區(qū)與之相符合。顳葉與記憶、感覺等密切相關(guān)，在認(rèn)知、記憶功能障礙性疾病中，顳葉往往存在不同程度的病變，并且常與額葉同時(shí)檢出[7]，提示存在額葉-顳葉回路缺陷。下丘腦既是自主神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)的皮質(zhì)下最高調(diào)節(jié)中樞，又是情緒軀體反應(yīng)及內(nèi)臟反應(yīng)的整合部位[8]。額葉、顳葉及下丘腦的密切聯(lián)系，構(gòu)成了情感調(diào)控的復(fù)雜體系，肝氣郁結(jié)證核心癥狀——情緒障礙可能與額葉、顳葉、下丘腦功能異常改變有關(guān)，這和以往對(duì)情緒異常疾病的腦功能影像學(xué)研究結(jié)果一致[7,9]?？蹘Щ厥菢O為重要的情緒、情感活動(dòng)整合中樞，與情緒行為、記憶和內(nèi)臟活動(dòng)等密切相關(guān)，被稱為“內(nèi)臟腦”[10]。頂葉是軀體感覺的重要調(diào)控中樞[10]，肝氣郁結(jié)證所表現(xiàn)的胸脅、乳房、少腹脹痛等軀體癥狀可能與頂葉、扣帶回功能異常改變相關(guān)。丘腦與情緒表達(dá)關(guān)系密切，它和額葉、頂葉通過投射纖維相互聯(lián)系，共同調(diào)整機(jī)體情緒、認(rèn)知功能[11]。小腦與大腦相關(guān)腦區(qū)、邊緣葉纖維聯(lián)系均十分廣泛，與認(rèn)知情感有關(guān)[12]。

本研究以肝氣郁結(jié)模型大鼠為對(duì)象在整體水平上獲得的與肝氣郁結(jié)證相關(guān)的腦區(qū)功能改變，為肝氣郁結(jié)證的腦功能變化機(jī)制提供了定位依據(jù)。

[1]Maramraju SH,Smith SD,Junnarkar SS,et al.Small animal simultaneous PET/MRI:initial experiences in a 9.4 TmicroMRI[J].Phys Med Biol,2011,56(8):2459-2480.

[2]Kwon SI,Lee JS,Yoon HS,et al.Development of small-Animal PET prototype using silicon photomultiplier(SiPM):initial results of phantom and animal imaging studies[J].JNucl Med,2011,52(4):572-579.

[3]高凱,張連峰.PET/CT影像技術(shù)在神經(jīng)退行性疾病動(dòng)物模型研究中的應(yīng)用[J].中國比較醫(yī)學(xué)雜志,2009,19(6):66-69.

[4]劉文娟,張虹,高蕭楓.柴胡對(duì)肝郁證中樞神經(jīng)遞質(zhì)作用的實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)用醫(yī)藥雜志,2009,26(1):50-51.

[5]劉子旺,王玉來,尹嶺.肝氣郁結(jié)證患者正電子發(fā)射腦功能成像研究[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐,2007,13(3):281-282.

[6]吳凡,余永強(qiáng),王海寶.情緒記憶的功能成像研究進(jìn)展[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,2010,33(1):3-5,30.

[7]余果,鮑偉民,毛穎,等.輕度左側(cè)額、顳葉挫傷患者執(zhí)行功能的評(píng)價(jià)[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2010,37(4):447-449,454.

[8]王曉英,萬順倫.11β-羥基類固醇脫氫酶1在束縛應(yīng)激大鼠下丘腦及海馬的表達(dá)[J].實(shí)用醫(yī)藥雜志,2010,27(8):727-729.

[9]Kimbrell TA,Ketter TA,George MS,et al.Regional cerebral glucore utilization in patients with a range of severities of unipolar depression[J].Biol Psychiatry,2002,51(3):237-252.

[10]白麗敏,李亞東.神經(jīng)解剖學(xué)[M].北京:中國中醫(yī)藥出版社,2003:103.

[11]劉子旺.肝氣郁結(jié)證患者功能磁共振成像和腦電非線性分析研究[D].北京:北京中醫(yī)藥大學(xué),2007.

[12]湯慈美.神經(jīng)心理學(xué)[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2001:99-101.