腦卒中后錐體束繼發性損害的磁共振研究進展

盧士平 趙海濱

腦卒中后錐體束的繼發性損害已被動物實驗、尸體解剖研究和神經影像學所證實［1～4］，然而由于研究手段和方法的限制，臨床研究發展緩慢。近年來，隨著磁共振成像(magnetic resonance imaging MRI)技術的發展，該研究在臨床上有了新的突破。

1.錐體束的繼發性損害的概念和常規磁共振的特點

錐體束繼發性損害指原發性腦損害致運動神經元或錐體束纖維受損后，繼發遠端和部分近端軸索及所屬神經髓鞘發生變性、崩解和被吞噬細胞吞噬的病理過程，有順行性和逆行性兩種方式［5～8］。凡中樞神經系統累及運動神經元或者錐體束纖維通路的病變，如腦梗死、腦出血、腦外傷、腦腫瘤、腦動靜脈畸形、腦手術后、腦白質病等均可成為致病原發灶，其中以腦卒中最為常見。目前關于神經纖維繼發性損害的機制尚未闡明，目前主要有自身調控的主動破壞學說和被動清除學說［9，10］。而遠隔區神經營養因子的缺乏［9］、以及氧化應激［11］、興奮性氨基酸毒性［11］、炎癥介質［12，13］等病理生理過程的參與是其可能的病理生理機制。錐體束繼發性損害的在常規MRI特征是在原發病灶的同側錐體束行程上出現邊界欠清、大小不等、條索狀、連續或非連續性的異常信號;不同階段，繼發性損害有不同的病理變化，MRI表現信號不同，信號強度演變的過程反映其病理變化的過程。Kuhn等［14］結合病理變化特點，將錐體束繼發性變性損害的MRI表現分為4期:第Ⅰ期發生在4周內，僅表現為軸索輕微的變化，MRI表現上無明顯變化;第Ⅱ期在損傷后4～10周間，主要為髓鞘蛋白的崩解，而髓鞘內的脂質尚完整，此時組織表現為疏水性，MRI-T2系列表現為低信號。第Ⅲ期約在10～14周內，髓鞘脂質破壞和膠質細胞增生，組織親水性增加，MRI-T2系列表現為高信號。第Ⅳ期發生在數月或者1年以后，選擇性細胞壞死，皺縮，CT/MRI表現為組織腦干非對稱性的萎縮，因此MRI在一定程度上反映繼發性損害的過程。

2.錐體束繼發性損害的磁共振研究

2.1 常規 MRI 早在1983年，Stovring［15］開始用 CT進行腦梗死后錐體束繼發性損害的研究，發現大面積幕上腦梗死一年以后，在大腦腳和腦橋出現萎縮等繼發性損害的改變，由于CT只能進行軸位檢查，而且低位腦干的顯示欠佳、檢出率低的缺陷，限制了該技術在繼發性損害的進一步研究。隨著影像學技術的發展，MRI在臨床上的應用，該研究有了進一步的發展。

常規磁共振成像包括T1、T2、及自由水抑制反轉恢復(FLAIR)等的主要反映組織質子密度變化的成像序列，以其三維連續斷層掃描，優良的信號比，所得的圖像能清晰地顯示正常組織的結構，有“活體解剖”的美譽，能夠清晰地顯示缺血、出血、炎癥、變性及新生物等不同性質的病灶所在的位置、大小、甚至能顯示病灶的性質，可以更好、更早發現繼發性損害［16～18］。1988 年，Kuhn 等［19］首先回顧性分析 23 例原發性腦損害的患者的MRI圖像，其中17例腦梗死，2例腦出血，2例腫瘤，1例運動元神經疾病和1例脫髓鞘病。發現在遠離原發病灶的同側大腦腳、腦橋等相當錐體束行程上出現條索狀的異常信號，部分出現大腦腳非對稱性萎縮，以此提出異常信號為錐體束繼發性損害。次年進行前瞻性研究表明［5］，腦卒中后急性期，大腦腳并無異常信號，而在亞急性或者慢性期(4周)以后，在大腦腳和橋腦出現異常信號，提示錐體束繼發性損害的發生和可能逐漸發展的過程。近期的MRI研究表明，部分患者中腦、腦橋的局灶性梗死后數天至數月后，在單側或雙側小腦中腳出現高信號，提示這些部位神經纖維繼發性變性的存在［20］。Pentnok JM 等［16］報道卒中發病2周，MRI可以檢測到錐體束繼發性損害，認為錐體束繼發性損害不僅與病程相關，還與錐體束受損程度有關，一般而言，錐體束受損越嚴重，繼發性損害出現越早、越嚴重。Shirotani T等［21］前瞻性研究50例腦出血和37例腦梗死患者，發現2～3個月出現錐體束繼發性損害的僅為37%，檢出率相對偏低。因此，盡管常規MRI對腦梗死后神經纖維繼發性變性的研究，大大的提高了人們在這一領域的認識，但由于常規MRI技術的局限，無法量化錐體束的受損程度和繼發性損害的程度，在該研究上仍有很大的缺陷，不利于該研究的深入。

2.2 彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)彌散是指組織內部自由水分子的不規則隨機運動，即布朗運動。體外無限均勻流體中，分子的運動完全隨機，即向各個方向運動的概率幾乎相等，稱為彌散的各向同性。這種狀態下水分子的運動可認為是無限制的，常用彌散系數表示其運動自由度，自由水分子彌散系數為25×10-4。在活體腦組織中，水總是存在于細胞內或細胞外間隙，其運動受到細胞膜、核膜、軸突纖維鞘膜以及水分子與蛋白質等大分子間相互作用的限制，其運動自由度小于自由水分子，稱為彌散的各向異性，因此用表觀彌散系數(ADC)來表示腦組織內水分子的彌散度。DWI在傳統MRI基礎上對組織內水分子的彌散性加以顯示的成像技術，可以檢測早期細胞損害時自動調節障礙及體液從細胞外向細胞內的到水分子彌散運動改變，因此對組織病變較常規MRI敏感。DWI成像序列可以更早檢測到腦梗死后神經纖維的繼發性變性［22］。Kang等［23］報道2例大腦中動脈梗死患者，在發病后12天通過DWI發現大腦腳、腦橋出現高信號，由于腦干與基底節區血管分布不同，因此推測為繼發性損害，而非原發腦梗死。Mazumdar等［24］用DWI研究6例腦損傷新生兒，損傷后2天內可以發現在患側錐體束繼發性損害的異常信號，遠遠早于常規MRI。盡管如此，DWI僅對被檢組織在一個或三個方向上施加彌散梯度磁場，只有ADC一個標量來描述組織中水分子的彌散度，尚不能準確量化所檢組織的總體彌散量，也不能反映組織水分子彌散的各向異性的特點［25］，在DWI基礎上發展起來的彌散張量成像(diffusion tensor imaging DTI)技術，使得繼發性損害研究進入一個嶄新的階段。

2.3 彌散張量成像(DTI)

2.3.1 DTI技術特征 DTI是在DWI的基礎上發展起來的新技術，是利用組織中水分子彌散運動存在的各向異性來探測組織微觀結構的成像方法，對被檢組織在多個方向上施加彌散梯度磁場，采集每個體素(voxel)水分子每一個方向上彌散的數據。在腦灰質，水分子的彌散可視為各向一致，即各向同性;在腦白質，水分子運動受到細胞膜、核膜、軸突纖維鞘膜以及水分子與蛋白質等大分子間相互作用的限制，水分子的彌散度不同，即各向異性，因此用彌散各向異性描述水分子彌散的方向特性［26～28］。DTI不僅對體素內水分子彌散度的微小改變更加敏感，而且還可以描述這種微小改變的方向特點，因而能夠發現DWI尚不能識別的微小病變，具備描述組織分子彌散各向異性的優點。DTI常用的描述指標為平均彌散量(MD or Dav)和部分彌散各向異性FA)，前者反映水分子的彌散幅度，后者代表水分子的彌散方向性。彌散張量的纖維束成像(DTT)，是將DTI所得的數據在計算機上重建，得到可見的模擬纖維束的三維纖維束圖像，能探測大腦纖維束的完整性［29］，直觀的觀察纖維束受損情況。因此DTI對活體中樞神經系統內纖維束的細微變化具有高度的敏感性，在錐體束繼發性損害研究上，尚無其他方法可以替代。

2.3.2 DTI臨床應用 2000年Werring等［30］首次應用DTI研究腦梗死后錐體束纖維繼發性變性，實驗中對5例大腦中動脈梗死，病程在2～6月的患者，以及年齡性別相匹配的健康志愿者5名，進行1次常規MRI及DTI檢查，結果發現常規MR成像中，只有1例患者在梗死灶同側大腦腳處出項輕微的信號異常，所有5例患者梗死灶同側大腦腳、腦橋在DTI的FA圖上均出現信號減弱區。DTI的數據統計結果顯示，與健側和對照組比較，梗死灶遠端椎體束(包括大腦腳、腦橋、延髓)的MD值無顯著差異，FA值明顯降低。研究結果顯示，在腦梗死遠端的皮質脊髓束的分數各向異性減少，而平均彌散系數無變化。主要是因為繼發性損害引起髓鞘溶解和軸突神經微細纖維的崩解，這些方向性結構的完整性受損，引起錐體束分數各向異性減少。同時受損組織神經膠質細胞增生而代替完整的各向異性的微觀結構，成為分數各向異性(FA)明顯減少的基礎。盡管髓鞘和軸突溶解可導致水分子的平均彌散系數增加，但是，由于軸突崩解的細胞碎片積累，可以阻礙水分子的運動，而且神經膠質細胞增生，限制了水分子的運動。因此，平均彌散系數(MD)無改變。此研究結果表明，DTI研究腦梗死后神經纖維繼發變性，不僅檢出率高，而且可以將這種變性轉變為可見的信號，同時可以對這種變性進行精確量化。Thomalla G等［31］對9例單側大腦中動脈梗死和6例健康志愿者進行前瞻性研究，患者入院時均有中到重度的神經功能缺損，分別于發病后2～16天進行常規MRI和DTI檢測，患側大腦腳、腦橋的FA與健側和健康對照者比較，均明顯降低，有顯著差異性。Dav值和常規MRI-T2則無明顯改變。發病后90天，FA值的減少與神經功能缺損程度成正相關，研究結果提示DTI可以判斷腦卒中的運動神經功能恢復的預后和錐體束繼發性損害可能阻礙神經功能的恢復。梁志堅等［32］對12例幕上腦梗死進行動態研究，分別在發病后1、4、12周進行DTI檢測和采用NIHSS、BI評估患者神經功能缺損程度，以及Fugl-Meyer(FM)評分評價錐體束受損導致的運動功能受損程度。研究結果提示，在12周內，患側錐體束的FA值逐漸降低，降低的百分數與NIHSS評分成正相關，而與FM和BI成負相關。研究結果表明腦卒中后錐體束繼發性損害在一定時間內隨時間的推移而逐漸加重，并有可能阻礙神經功能恢復。以上研究表明，DTI技術可以更早的發現和量化繼發性變性損害，并提示隨時間的推移逐漸發展和有可能阻礙神經功能的恢復。DTI是測量腦白質微觀結構的敏感方法，是評價缺血性卒中發展過程的有效指標［33］。因此，DTI技術更好的描述繼發性損害這一現象的發生發展規律，為進一步阻止繼發性損害和促進神經功能恢復提供理論依據。

3.結語

腦卒中后繼發性損害的研究提示腦卒中不僅引起局灶性損害，還繼發與其相連接的神經纖維網絡式的損害。目前，腦卒中后錐體束繼發性損害已有廣泛的研究，是否影響神經功能的恢復尚缺乏直接的依據，防治繼發性損害有可能成為腦卒中治療的第二時間窗。繼發性損害的機制尚未明確，如何防治繼發性損害及其臨床意義有待進一步研究。

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