職業性慢性鉛中毒腦改變的磁共振成像和磁共振波譜研究

宋 波，武柏林，徐岳宗，劉士鵬，高天陽，牛玉杰*(.河北醫科大學公共衛生學院勞動衛生與環境衛生教研室，河北 石家莊 05007；.河北醫科大學第二醫院醫學影像科，河北 石家莊 050000；.河北省河間市疾病預防控制中心，河北 河間 06450)

·論著·

職業性慢性鉛中毒腦改變的磁共振成像和磁共振波譜研究

宋 波1，武柏林2，徐岳宗3，劉士鵬1，高天陽1，牛玉杰1*
(1.河北醫科大學公共衛生學院勞動衛生與環境衛生教研室，河北 石家莊 050017；2.河北醫科大學第二醫院醫學影像科，河北 石家莊 050000；3.河北省河間市疾病預防控制中心，河北 河間 062450)

目的應用磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)和磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)技術對職業性慢性鉛中毒患者腦海馬體積和腦代謝物含量進行檢查，探討職業性慢性鉛中毒患者的海馬容量和相關區域腦代謝物改變與記憶力改變的關系。方法以8例職業性鉛中毒工人為研究對象(工齡6～37年)，按性別、年齡因素匹配健康對照者8例，利用MRS技術檢測其相關腦區N-乙酰天門冬氨酸(N-acetyl aspartate,NAA)、脂質(lipid，Lip)、膽堿(choline，Cho)、谷氨酰胺和谷氨酸復合物(glutamate and glutamine,Glx)、乳酸(lactate,Lac)和肌醇(myoinositol，MI)水平，分別與肌酸和磷酸肌酸(creatine and phosphocreatine，Cr)水平相比并以此代表該代謝物的水平。通過三維T1加權MRI測量海馬體積。利用韋氏記憶量表測試記憶能力。結果慢性鉛中毒組額葉、基底節和海馬的NAA/Cr比值，基底節和海馬的MI/Cr比值，以及海馬體積顯著區別于對照組(P<0.05)。結論職業性慢性鉛暴露可以引起腦結構和代謝的改變，這可能是記憶力損傷的原因。

中毒，神經系統，成年人；磁共振成像； 磁共振波譜學

中樞神經系統是鉛毒性最敏感的靶器官之一，鉛可引起兒童及成人學習記憶能力損傷。磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)是利用人體內豐富的氫核在強磁場內發生共振產生信號，以信號的形式反映圖像信息并能進行半定量分析，可以對腦結構變化進行高分辨率的診斷[1]。磁共振波譜(magneticresonancespectroscopy，MRS)是利用磁共振現象和化學位移作用，對一系列特定原子核及其化合物進行分析，以氫質子波譜(1H-MRS) 技術最為常用。目前，由于認識水平及檢測條件的限制，運用MRI及MRS技術對鉛中毒患者腦改變的研究還較少，現有研究結果也不一致，并且多為橫斷面研究，缺乏更有價值的縱向研究。本研究以職業性慢性鉛中毒患者為研究對象，運用MRI及MRS技術觀察其腦改變，旨在進一步揭示慢性鉛中毒患者腦改變的規律，并且將持續觀察這種改變是否具有可逆性。

1 資料與方法

1.1 一般資料：依據我國《職業性慢性鉛中毒診斷標準GBZ37-2002》及《職工工傷與職業病致殘程度鑒定GB/T16180》，選取河北省某市某冶煉廠職工2011年8月—2012年8月體檢發現的全血鉛水平>400μg/L的職工為研究對象，排除曾患腦血管病、腦外傷或其他神經系統疾病者，排除近期使用過麻醉藥品者。最終8例男性患者入選，年齡28～55歲，平均(39.41±6.25)歲；工齡6～37年，平均(18.32±2.74)年。按年齡因素進行匹配，選取8例河北省石家莊市某醫院的男性醫護人員為健康對照組，年齡22～57歲，平均(35.52±5.15)歲。2組年齡、工齡，吸煙、飲酒數量，高血壓、心臟病、糖尿病病史差異均無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2 儀器和材料：TAS-990AFG型原子吸收分光光度計(北京普析通用儀器設備有限公司)，CFH-986型石墨爐電加熱器(北京普析通用儀器設備有限公司)，MDS型微波消解儀(上海新儀微波化學科技有限公司)。SigmaEXCITE3.0T高分辨MRI(美國GE公司)，AW4.2工作站(美國GE公司)。鈣、鉛標準儲備液(1 000g/L)(北京標準物質研究所)，硝酸、過氧化氫、醋酸鉛(優級純，天津永大化學試劑有限公司)，自制三重蒸餾去離子水。

1.3 記憶力測試：采用韋氏成人記憶量表第4版(WAIS-WMS-Ⅳ)，對病例、對照者進行記憶力測試，計算其平均記憶商數[2]。

1.4 血鉛水平測定: 在記憶力測試的當天，對2組受試者進行全血鉛水平測定，取2～3mL靜脈血，抗凝，-4℃保存。鉛含量測定使用石墨爐電加熱-原子吸收分光光度法，在283.3nm波長下進行測定，方法同我們以往的研究[3]。

1.5 圖像采集：在記憶力測試的當天行MRI掃描。采用GESigma3.0TExciteHDMR系統，標準8通道頭線圈，所有患者及對照首先行純軸位FRFSE-T2WI(T2weightedimaging，T2WI)，掃描參數為TR/TE5100/118ms，層厚6mm，間隔1.0mm矩陣512×256，FOV24cm×24cm。海馬掃描采用FSPGR3DT1序列， 采用垂直于海馬長軸的斜冠狀位，掃描參數為TR1950ms，TE58ms，TI920ms，層厚4mm，無間隔(圖1)。選擇PRESS-SV短回波序列(TE35ms)行單體素MRS檢查，以純軸位T2WI定位，掃描參數為TR/TE1500/35，FOV24cm×24cm，激勵次數8次，體素大小2cm×2cm×2cm。選擇3個興趣區，分別位于額葉、基底節(殼核及蒼白球)、海馬，參照冠狀位及矢狀位相應層面選擇恰當位置，盡量避開腦池、顱骨和氣體。在興趣區切線位手動增加飽和帶(圖2)。

圖1 在垂直于海馬長軸的斜冠狀面上標出海馬尾(A)至海馬頭(B)的輪廓Figure1Theoutlineofhippocampalhead(A)andtail(B)atalllevelsofcoronal

圖2 在矢狀面垂直于海馬長軸定位3DT1WI圖像Figure2 3DT1WIwasobtainedbyperpendiculartothehippocampallongaxisinthesagittal

1.6 圖像后處理及分析：將FSPGR3DT1原始數據輸送到SigmaEXCITE3.0TADW4.2工作站系統處理。在三維定位圖像上自冠狀面上從前向后(同時參照矢狀和橫斷面圖像)逐層描繪海馬頭至海馬尾部輪廓(描繪筆尖可以精確到1mm)，去除頭皮、顱骨，待全部描繪完畢后，三維分析軟件自動保留描繪的興趣區并計算出描繪的腦體積(圖3)，本研究的體積單位為mm3。16例測量工作均由一人測量完成。具體方法同我們以前的研究[4]。MRS分析主要觀察指標包括肌酸和磷酸肌酸(creatineandphosphocreatine，Cr)、N-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)、脂質(lipid，Lip)、膽堿(choline，Cho)、谷氨酰胺和谷氨酸復合物(glutamateandglutamine,Glx)、乳酸(lactate,Lac)和

肌醇(myoinositol，MI)。工作站自帶軟件計算每個興趣區MRS譜線上Cr、NAA、Lip、Cho、Glx、Lac和MI共振峰的曲線下面積。數據采集者不了解觀察對象的分組情況。

圖3 海馬MRS興趣區的定位(A)及相應譜線(B)Figure3Theregionofinterestathippocampus(A)andthecorrespondingspectrum(B)

1.7 統計學方法：應用SPSS13.0軟件進行數據分析。2組間血鉛水平、平均記憶商數、海馬體積及MRS參數比較采用Wilcoxon符號秩和檢驗；相關分析采用Spearman秩相關。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 2組血鉛水平、記憶商數和海馬體積變化：按照我國《職業性慢性鉛中毒診斷標準GBZ37-2002》及《職工工傷與職業病致殘程度鑒定GB/T16180》，本次體檢發現的鉛中毒患者中，屬于觀察對象的(400μg≤血鉛水平<600μg/L)3例，輕度中毒的(血鉛水平≥600μg/L)3例，中度中毒的(血鉛水平≥600μg/L，輕度中毒性周圍神經病)的2例，重度中毒的0例。2例50歲以上鉛中毒病例有腦溝變寬等輕度的腦萎縮現象。1例鉛中毒患者T2WI兩側放射冠小斑片狀高信號，提示既往腔隙性腦梗死。其余患者常規MRI序列掃描未見明顯異常信號。鉛中毒組血鉛水平、記憶商數明顯高于對照組(P<0.05)，左側和右側海馬體積明顯少于對照組(P<0.05)，左右兩側海馬體積之間差異無統計學意義，見表1。

GroupsBloodlead(μg/L)MemoryquotientHippocampalvolume(mm3)LeftRightLeadpoisoned679．25±57．2961．25±13．5142071．25±219．672027．43±207．48Control76．84±10．9712．54±4．5862245．43±299．452182．97±286．44 t34．50036．00033．50036．000 P<0．05<0．05<0．05<0．05

2.2 MRS檢測結果：1H-MRS觀察到各代謝物共振峰顯示良好。Cr峰見于3.0～3.94ppm，NAA峰位于2.02ppm， Lip峰位于0.9～1.3ppm，Cho峰位于位于3.2 ppm，MI共振峰位于3.56～3.65ppm，而Glx及Lac共振峰峰高較低，難以準確辨認(圖2)。Cr共振峰比較穩定，用作內參照，分別記錄3個興趣區(額葉、基底神經節、海馬)的NAA/Cr、Lip/Cr、Cho/Cr和MI/Cr峰面積比值。與對照組比較，鉛中毒組額葉、基底節和海馬的NAA/Cr比值均明顯降低(P<0.05)，基底節、海馬的MI/Cr比值均明顯升高(P<0.05)，3個興趣區的Lip/Cr、Cho/Cr比值差異無統計學意義(P>0.05)，見表2。

2.3 相關性分析：鉛中毒組的血鉛水平與其左右兩側海馬體積的平均值、Lip/Cr比值、Cho/Cr比值之間無明顯相關(P>0.05)，與其海馬的NAA/Cr比值呈負相關(P<0.01)，與其海馬的MI/Cr比值呈正相關(P<0.01)，見表3。

GroupsFrontallobeNAA/CrLip/CrCho/CrMI/CrLeadpoisoned1．33±0．160．43±0．191．21±0．200．68±0．10Control1．59±0．210．38±0．080．96±0．120．67±0．14 t33．50032．50023．00028．500 P<0．05>0．05>0．05>0．05GroupsBasalgangliaNAA/CrLip/CrCho/CrMI/CrLeadpoisoned1．12±0．200．44±0．090．69±0．140．76±0．28Control1．35±0．090．38±0．050．73±0．060．60±0．13 t34．50031．50029．00036．000 P<0．05>0．05>0．05<0．05GroupsHippocampusNAA/CrLip/CrCho/CrMI/CrLeadpoisoned1．24±0．180．42±0．171．10±0．290．89±0．100Control1．45±0．160．38±0．070．97±0．120．77±0．12 t36．00031．00023．00033．500 P<0．05>0．05>0．05<0．05

BloodleadHippocampusvolumeLeftRightNAA/CrLip/CrCho/CrMI/Crrs-0．271-0．140-0．4640．3270．2580．523P>0．05>0．05<0．01>0．05>0．05<0．01

3 討 論

已有較多的研究證實重金屬鉛可以損傷神經系統的功能，如頭暈、頭痛、記憶力下降、全身不適等中毒性類神經征，感覺、運動障礙等周圍神經病，而且損傷會持續較長時間[5-6]。職業性鉛中毒的檢出率并不低，行業分布也較為廣泛，研究職業性鉛中毒患者的中樞神經系統形態結構、代謝狀況的改變有很重要的意義。已有研究顯示，慢性鉛暴露可以導致腦結構的改變，如有機鉛作業工人在認知功能障礙的同時，出現額葉、扣帶回、島葉等腦區灰質容積減小，以及頂葉白質容積減少[7]；來自Cincinnati Lead Study項目的資料顯示，成年人 (20.8±1.5)歲腦灰質容量的降低與其在3～6歲時的血鉛水平成正比[8]；熔鉛作業工人(工齡1～26年)中，有23%的人可以觀察到腦白質容量降低[9]；出生前染鉛組恒河猴右大腦半球白質容積明顯減少，左右兩側側腦室容積均增大[10]。本研究顯示個別鉛中毒病例有腦溝變寬等輕度的腦萎縮現象，受限于缺乏敏感的測量分析軟件，我們未能對觀察對象各腦區的形態改變進行測量。但相對來說，腦海馬體積的測量較為容易實現，結果也較為準確。本研究顯示職業性鉛中毒患者(工齡6～37年)左右兩側海馬體積均較對照組減小，左右兩側海馬體積之間差異無統計學意義。與此同時，鉛中毒組患者的記憶能力明顯低于對照組。腦海馬是學習記憶的相關中樞，海馬的體積可反映神經元的數量，海馬體積減小可認為是神經元的丟失，應該是記憶能力損傷的原因之一。本研究結果與已有的研究報道一致，證實慢性鉛中毒可導致海馬體積減小[11-14]。由于觀察例數有限，本研究未能進一步證實慢性鉛中毒病例血鉛濃度與海馬體積之間存在負相關關系。

我們認為腦海馬體積減小，并不能全部地揭示記憶能力損傷的原因。海馬與其他腦區的聯系十分緊密、復雜，我們對患者全腦的代謝改變同樣感興趣，MRS技術為我們提供了研究的機會。MRS通過采集特定體素化學位移的射頻脈沖信號分辨神經化學物質，采集到的譜線最多可以區分80多種腦代謝物或影像因素，其中1H-MRS可以區分大約15種代謝物[15]。本研究顯示鉛中毒組額葉、基底節和海馬部位的一些代謝物含量發生了改變，與對照組相比，鉛中毒組額葉、基底節和海馬的NAA/Cr比值均明顯降低，基底節、海馬的MI/Cr比值明顯升高，而同一觀察區域的Lip/Cr、Cho/Cr比值均無明顯改變。我們觀察到的NAA水平下降與已有的報道較為一致[1，6，11，16-17]。NAA下降通常被認為是神經元和軸突損害或丟失的標記。本研究顯示海馬NAA/Cr比值降低，并進一步揭示血鉛濃度與其海馬的NAA/Cr比值呈負相關，證實慢性鉛中毒損傷了海馬神經元的代謝，也解釋了我們觀察到的海馬體積減小的可能原因。我們檢測到鉛中毒組額葉、基底節NAA/Cr比值降低，但沒有觀察到其結構、體積的明顯變化，說明不同腦區可能對鉛毒性存在不同的耐受性和損傷修復能力。Lip、Cho水平的改變被認為是神經元分解、壞死，髓鞘形成和膠質增生的標志，但在有些研究報告中提到的腦內Lip、Cho水平的改變[18-19]，我們并沒有觀察到，這也許是樣本例數較少、測量軟件不同所致。我們將繼續觀察鉛中毒患者腦MRS參數的變化，以揭示鉛神經毒性的規律及機制。

神經膠質細胞對神經發育、突觸傳遞、神經組織修復與再生、神經免疫都起著十分重要的作用。我們以前的研究曾證實母體孕期低水平鉛暴露，可誘導子代大鼠海馬組織膠質原纖維酸性mRNA轉錄和蛋白表達增加，我們認為這可能提示了膠質細胞對鉛神經損傷的修復[20]。MI主要存在于神經膠質細胞，具有調節滲透壓、營養細胞、抗氧化作用及生成表面活性物質等作用。本研究顯示，與對照組相比，鉛中毒組基底節、海馬的MI/Cr比值明顯高于對照組，同時進一步證實慢性鉛中毒患者的血鉛濃度與海馬的MI/Cr比值呈正相關，這與已有的報道并完全不一致[16,21]。基底節和海馬具有較高的氧化代謝率，富含高密度的不飽和脂肪酸，特別易受自由基的攻擊，對外來化合物的毒性十分易感，我們推測本研究觀察到的MI 變化，也許反映了鉛中毒后腦內膠質增生，屬于機體對損傷的修復。神經元與神經膠質細胞的聯系十分緊密、復雜，我們推測膠質增生是鉛的毒性作用、神經元代謝持續異常所共同誘導的結果。

我們將對有關鉛中毒病例持續地進行觀察研究，以揭示腦形態、代謝改變與學習記憶能力改變的關系。

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(本文編輯：許卓文)

CENTRALNERVOUSSYSTEMDAMAGESDUETOCHRONICLEADPOISONINGANEUROIMAGINGSTUDYWITHMAGNETICRESONANCEIMAGINGANDPROTONMAGNETICRESONANCESPECTROSCOPY

SONGBo1,WUBailin2,XUYuezong3,LIUShipeng1,GAOTianyang1,NIUYujie1*
(1.DepartmentofOccupationalandEnvironmentalHealth,SchoolofPublicHealth,HebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050017,China;2.DepartmentofRadiology,theSecondHospitalofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050000,China; 3.HejianCenterforDiseasesControlandPrevention,HebeiProvince,Hejian062450,China)

ObjectiveWeexaminedtypicalchangesinhippocampusvolumeandmetaboliteratiosintheworkerschronicallyexposedtolead,andcomparedwiththoseofcontrolindividuals,usingmagneticresonanceimaging(MRI)andprotonmagneticresonancespectroscopy(1H-MRS),then,investigatedwhetheranabnormalityinbraincapacityormetabolismassociatedwithmemorychanges.MethodsThesubjectsincluded8workerschronicallyexposedtolead(jobyears6-37)and8genderageandmatchedhealthypeople,MRSwasusedintherelatedregionofthebraintodetectN-acetylaspartate(NAA),lipid(Lip),choline(Cho),glutamateandglutamine(Glx),Lactate(Lac)andmyoinositol(mI)levels,andeachitemwasexpressedrespectivelyasaratiotocreatineandphosphocreatine(Cr).Wealsoassessedthehippocampusvolumeon3DT1-weightedMRI.Neurobehavioraltestswerealsoperformedtodefinememorystatus.ResultsNAA/Crratiointhefrontallobe,basalgangliaandhippocampus,MI/Crratioinbasalgangliaandhippocampus,andthehippocampalvolumeweresignificantlydifferenttothoseofcontrolsubjects(P<0.05).Fortheworkersconformedleadpoisoned,thebloodleadconcentrationwassignificantlycorrelatedwithMI/Crratio,NAA/Crratiointhehippocampusaswellashippocampusvolume(P<0.05).ConclusionOccupationalexposuretoleadmaycausesubtlestructuralandfunctionalalterationinhumanbrains,whichmaybeonereasonofmemorylost.

leadpoisoing,nervoussystem,adult;magneticreonanceimaging;magneticresonancespectroscopy

2014-05-15；

2014-10-09

河北省科技廳基金項目(132777140)；河北省計劃生育委員會研究基金(2013-A09)

宋波(1973-)，男，河北張家口人，河北醫科大學公共衛生學院副教授，醫學碩士，從事神經毒理和遺傳毒理學研究。

*通訊作者。E-mail: yjniu@hebmu.edu.cn

R735.7

A

1007-3205(2014)11-1285-06

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.11.013