阿爾茨海默病患者局部腦血流量及腦血管反應(yīng)性研究

高永哲， 章軍建， 吳光耀， 劉 暉， 張 洪， 熊 麗

隨著流行病學(xué)、神經(jīng)影像、病理、藥物治療學(xué)以及臨床研究的進展，越來越多的證據(jù)提示血管因素在阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色［1］，AD發(fā)生機制學(xué)說中的血管性假說也具備了越來越多的臨床和實驗研究的證據(jù)。

具有血管疾病危險因素的人群如高血壓、糖尿病、高血脂、肥胖等已被確證為罹患AD的危險人群［2］。因此有理由推測AD患者相對正常同齡者存在腦局部血流量以及腦血管反應(yīng)性的病理變化。

動脈自旋標記核磁共振(arterial spin labeling magnetic resonance imaging，ASL-MRI)是一種無創(chuàng)、定量測定腦血流量的技術(shù)，現(xiàn)已逐漸在臨床廣泛使用，它與灌注 CT(perfusion computed tomography，pCT)所測定局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)值成高度線性相關(guān)，較傳統(tǒng)的經(jīng)顱多普勒(transcranial Doppler，TCD)技術(shù)更能提供精準的量化 rCBF 值［3］。

我們通過應(yīng)用ASL-MRI技術(shù)定量測定AD患者局部腦血流量、吸入CO2后腦血流量變化所代表的血管反應(yīng)能力，以期描述AD各腦區(qū)腦血流量、腦血管反應(yīng)性(cerebrovascular reactivity，CVR)的變化特征及規(guī)律，并探討是否可作為AD臨床診斷的客觀參考指標。

1 材料與方法

1.1 一般資料 序貫收錄2009年11月 ～2011年11月在武漢大學(xué)中南醫(yī)院神經(jīng)科住院的AD患者以及非癡呆的對照組。其中AD組55例，男34例，女21例，年齡52～85歲，均值67±2.7歲;對照組58例，男35例，女23例，年齡50～87歲，均值68±2.5歲。所有志愿者或家屬(照料著)簽署內(nèi)容詳盡的知情同意書，知情同意書以及研究過程均得到武漢大學(xué)中南醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準及監(jiān)督。

AD的診斷標準采用美國神經(jīng)病學(xué)、語言障礙和卒中-老年癡呆和相關(guān)疾病學(xué)會工作組(NINCDS/ADRDA)標準［4］。每位志愿者均接受簡易智能狀態(tài)量表(MMSE)檢測，確定均未接受過膽堿酯酶抑制劑治療。同時收集所有志愿者的相關(guān)基礎(chǔ)疾病史及其他信息如高血壓、糖尿病、教育年限等資料。

1.2 ASL-MRI掃描 應(yīng)用德國西門子公司生產(chǎn)的3T核磁掃描每位志愿者的腦血流量，腦血流量的測定采用脈沖式動脈自旋標記(pulsed arterial spin labelling，PASL)技術(shù)，掃描參數(shù):QUIPSS II(定量灌注成像，使用一個單一的減法，第2版)，TI1=700毫秒(時間位于反相脈沖與周期性飽和脈沖的起始之間)，TI1s=1600毫秒(時間位于反相脈沖與周期飽和脈沖的末端之間)，TI2=1800毫秒(時間位于反相脈沖與采集的近端圖像之間)，通過一個梯度回波單次激發(fā)的EPI來顯示讀數(shù)，采集的參數(shù):TR/TE=2500/11毫秒，F(xiàn)OV=240mm，矩陣=64×64。

每位志愿者第一次掃描后，立即面罩吸入預(yù)備的5%的CO2(混合有21% 的O2及74% 的N2)，面罩在常規(guī)臨床應(yīng)用面罩的基礎(chǔ)上加有活瓣，確保吸氣時吸入預(yù)備的氣體，而呼氣時將氣體呼出面罩。吸入2min后，立即進行第二次ASL掃描。比較兩次局部腦血流量的前后變化率，可以反映該區(qū)域腦血管反應(yīng)性的能力。

在得到每位志愿者的兩次腦血流量掃描圖譜后，由一名經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)生，對圖像進行興趣區(qū)(region of interest，ROIs)的徒手劃定，界定的區(qū)域包括雙側(cè)的額、顳、頂皮質(zhì)及白皮質(zhì)下，雙側(cè)基底節(jié)區(qū)共14個興趣區(qū)。劃定興趣區(qū)同時，屏幕會自動生成該區(qū)域的腦血流量(ml/100g/min)。我們采取的公式CVR=ΔrCBF=rCBFstim-CBFrest/rCBFrest×100代表腦血管反應(yīng)能力。

1.3 統(tǒng)計處理 采用 Mann-Whitney test(GraphPad Prism 5.0，San Digeo，California，USA)，所有數(shù)據(jù)以及標準差以均數(shù)±標準差()表示，統(tǒng)計顯著性差異設(shè)定為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 AD組與對照組在性別、年齡、基礎(chǔ)疾病、受教育程度等方面相比較無顯著性差異(P＞0.05)。AD組與對照組，例數(shù):55例 vs 58例;年齡(歲):67 ±2.7 vs 68 ±2.5;性別:男 34 例vs 35例，女21例 vs 23例;受教育年限(年):8.9±2.5 vs 8.5 ±2.3。

2.2 AD組與對照組在rCBF、CVR的比較。

2.2.1 與對照組相比，AD組在雙側(cè)額葉、顳葉、頂葉的皮質(zhì)及皮質(zhì)下，rCBF(ml/100g/min)均有明顯下降(P﹤0.05):雙側(cè)額葉皮質(zhì)及皮質(zhì)下52.3±7.1 vs 72.6 ±7.1，52.1 ±6.7 vs 73.1 ±7.4，25.2±3.1 vs 35.7 ±3.4，25.1 ±2.5 vs 30.3 ±2.2;雙側(cè)顳葉皮質(zhì)及皮質(zhì)下49.7 ±7.0 vs 67.6 ±6.8，48.7 ±7.4 vs 66.4 ±6.3，24.7 ±4.1 vs 34.2 ±4.2，25.8 ±4.3 vs 39.2 ±5.2;雙側(cè)頂葉皮質(zhì)及皮質(zhì)下 49.2 ±7.1vs 61.7 ±6.4，49.9 ±7.5 vs 61.1 ±6.1，26.2 ±4.1vs 37.4 ±4.2，27.0 ±4.43 vs 6.4 ±4.6。

2.2.2 但在比較兩組在吸入 CO2后rCBF增加率(%)時，AD組僅在雙側(cè)額葉皮質(zhì)較對照組有顯著性下降:右側(cè) 27.7 ±4.1 vs 34.7 ±4.0，左側(cè)26.8 ±4.0 vs 33.1 ±4.2(見表 1)。

表1 各興趣區(qū)(ROIs)靜息狀態(tài)下rCBF值以及吸入CO2后rCBF增加率(ΔrCBF)

3 討論

阿爾茨海默病是一種在世界范圍內(nèi)發(fā)病率快速增長的疾病，其發(fā)病機制中有多個系統(tǒng)、途徑及分子機制參與其中并相互作用，如異常的蛋白加工、信號傳導(dǎo)、激活的免疫系統(tǒng)、脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運、內(nèi)皮的吞噬、凋亡、氧化損害及氧化應(yīng)激、tau蛋白、神經(jīng)元及突觸的丟失、能量代謝異常等［5］。近年來，AD的血管因素越來越受到人們的關(guān)注，不僅表現(xiàn)在AD具有血管危險因素如高血壓、糖尿病、動脈粥樣硬化、高半胱氨酸血癥等，甚至如胰島素抵抗、肥胖、腦外傷也能增加罹患 AD 的風(fēng)險［6，7］。Allen J最近提出的 AD微卒中學(xué)說(Micron Stroke Hypothesis)是AD病因?qū)W研究上的全新探索，微卒中學(xué)說首先定義的血管直徑在8～30μm，此直徑造成的卒中灶傳統(tǒng)影像學(xué)往往不能發(fā)現(xiàn)。Allen J列舉了AD歷史上的各種學(xué)說，從1990年的自由基學(xué)說到1998年的淀粉樣蛋白學(xué)說再到2004年的線粒體聯(lián)級學(xué)說，發(fā)現(xiàn)微卒中學(xué)說可以最大程度地解釋融合上述各種學(xué)說的核心要件。微卒中學(xué)說總結(jié)了AD的發(fā)生包含首要因素和次要因素，這些因素包括腦基礎(chǔ)狀態(tài)、心房纖顫、高凝狀態(tài)、低密度脂蛋白、頸動脈狹窄、吸煙、高血壓、糖尿病、炎性反應(yīng)(高C反應(yīng)蛋白及抗凝血因子Ⅲ)等，加強處理這些危險因素甚至可以在神經(jīng)影像和神經(jīng)心理測量出現(xiàn)異常前預(yù)測發(fā)生AD發(fā)生概率［8］。有學(xué)者提出AD血管性假說的兩條基本路徑。腦微循環(huán)障礙作為兩條路徑的共同始動因素，一個方向為微循環(huán)障礙致血腦屏障功能下降，致毒性物質(zhì)聚集以及清除Aβ能力下降所致的Aβ沉積;另一個方向為微循環(huán)障礙導(dǎo)致APP表達及合成增加最終致Aβ沉積，同時微循環(huán)障礙所致的腦低灌注致p-tau增加，兩條路徑的結(jié)果最終影響認知功能［9］。

根據(jù)上述研究現(xiàn)狀，我們推測AD存在血流動力學(xué)改變，首次應(yīng)用ASL-MRI技術(shù)定量測定AD各腦區(qū)rCBF值。結(jié)果表明，較正常對照組，AD患者存在廣泛的皮質(zhì)及皮質(zhì)下區(qū)域(雙側(cè)額、顳、頂葉)的rCBF下降。已有的有關(guān)AD腦血流量的研究較少，但基本支持AD患者存在不同區(qū)域、不同程度的腦血流量下降。較早的研究已發(fā)現(xiàn)在海馬、扣帶回后部灰質(zhì)、顳葉皮層在臨床早期即表現(xiàn)出CBF的下降，隨著癥狀的加重，雙側(cè)額葉也受累及［10］。較近的一個縱向研究則進一步提示在左側(cè)顳葉、扣帶回后部、雙側(cè)額葉出現(xiàn)CBF下降的AD患者，將會有更快的認知下降病程、進一步更惡化的腦局部血流量紊亂病理生理過程［11］。有趣的是，如果將CBF的下降與臨床特征關(guān)聯(lián)起來看，可能會有更多的發(fā)現(xiàn)，比如那些表現(xiàn)為異常運動行為(aberrant motor behaviour，AMB)的AD患者，特征性地表現(xiàn)雙側(cè)額葉CBF 的下降［12］。

CVR是指腦動脈對血管活性物質(zhì)慢性刺激的代償性反應(yīng)，包括血管的收縮舒張、口徑改變而影響血流動力學(xué)，此功能對維持腦循環(huán)血量的穩(wěn)定性至關(guān)重要。CVR功能損害會導(dǎo)致腦血管疾病，使卒中的風(fēng)險增加。導(dǎo)致CVR損害的危險因素包括糖尿病、高血壓、抑郁等。測定CVR是評價腦血管功能、腦血管病風(fēng)險和預(yù)后的重要指標。臨床上使用吸入CO2或注射乙酰唑胺(acetazolamide，ATZ)作為刺激源，應(yīng)用 TCD、PCT、PMRI、Blood-Oxygenation-Level-Dependent(BOLD)-fMRI等技術(shù)來測定腦血流變化，從而反映 CVR 是否受損［13，14］。經(jīng)典使用的TCD技術(shù)僅能作為反映腦血流量變化的間接指標，近年已逐步被ASL、BOLD等功能核磁所取代。本研究應(yīng)用CO2作為刺激物，通過ASL測定吸入CO2前后rCBF的變化評估反應(yīng)腦血管反應(yīng)能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對廣泛的rCBF下降，AD患者僅在雙側(cè)額葉皮質(zhì)存在明顯的CVR損害。

目前有關(guān)AD患者CVR變化的研究更少見，僅Uma S應(yīng)用BOLD技術(shù)的研究比較了AD患者與正常對照各腦區(qū)VCR的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在前腦(包括額葉、扣帶回前部、島葉皮質(zhì))出現(xiàn)了明顯的CVR下降，而且CVR受損的區(qū)域與CBF下降的區(qū)域(更明顯的是在顳葉和頂葉)在空間分布上并不一致，原因作者并未作更多的解釋，不過，他贊同如下觀點:CBF的下降更多反映的是組織代謝的紊亂，而CVR更能反映血管的健康狀態(tài)［15］。我們的結(jié)果與此研究結(jié)果類似，均突出了AD在前腦區(qū)域CVR能力的明顯下降。同時我們推測，雙側(cè)額葉皮質(zhì)無論是rCBF還是CVR的下降均可能是作為AD發(fā)生發(fā)展的前期因素而非腦萎縮后對能量代謝需求下降的結(jié)果，這也與Norbert Schuff的研究結(jié)果印證，他發(fā)現(xiàn)rCBF的下降與腦體積(萎縮程度)并不成相關(guān)性［16］。

4 結(jié)論

AD腦存在廣泛的皮質(zhì)及皮質(zhì)下區(qū)域的局部腦血流量下降，同時，特征性地在前腦特別是額葉皮質(zhì)表現(xiàn)為腦血管反應(yīng)能力的下降，這可能是繼腦脊液查淀粉樣蛋白-β(Aβ)、載脂蛋白E基因測定等之后在AD臨床診斷上又一可行的、可供參考的客觀指標。

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