老年患者圍術期顱腦MRI改 變與術后認知功能障礙關系的研究進展

高治偉 綜述，張 英 審校

（西南醫科大學附屬中醫醫院麻醉科，四川瀘州 646000）

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction,POCD)是指麻醉手術后出現的注意力、集中力、信息處理能力等高級皮層功能的損害。2008年，Monk等研究了不同年齡段的成年患者在非心臟大手術后POCD的發生情況，結果發現，各年齡組患者在出院時POCD發生率為30.4%～41.4%，均明顯高于對照組；而術后3個月只有老年患者的POCD發生率（12.7%）明顯高于對照組[1]。隨著神經影像學的發展，實現了從傳統單純顯示解剖結構變化到反映細胞分子水平變化的飛躍，為非侵入性測量神經元活動和捕捉人腦詳細圖像提供了有用的工具[2]。磁共振成像（magnetic resonance imanging,MRI）為研究細微和微妙的神經可塑性變化與病理生理的變化提供了一個可能[3]，POCD與MRI表現的相關性，可幫助臨床醫生鑒別危險患者，降低術后死亡率。MRI，尤其是功能性磁共振成像（fMRI），近幾年被廣泛應用于POCD的研究當中，fMRI是在常規MRI的基礎上迅速發展起來的一系列新興成像技術，是以組織、器官功能狀態為成像目的的MRI技術[4]。目前，臨床上應用廣泛且成熟的fMRI包括：彌散加權成像(diffusion weighted imanging,DWI)、灌注成像(perfusion weighted imanging,PWI)、彌散張量成像(diffusion tensor imanging,DTI)、磁共振波普成像(magnetic resonance spectroscopy,MRS)和血氧水平依賴(blood oxygenation level dependant)磁共振成像等[5]。這些磁共振成像技術作為神經影像學在組織器官甚至是在細胞分子水平上的應用，為老年人POCD的早期診斷，減少POCD的發生提供了可能。

1 圍術期大腦形態學變化的MRI指標與POCD的關系

1.1 丘腦的MRI變化與POCD的關系

丘腦是各種感覺（除嗅覺外）傳導的皮質下中樞和中繼站，對各個系統和大腦皮質的活動有著重要影響。丘腦有眾多核群，其中丘腦前核為邊緣系統的中繼站，與額葉皮質、海馬等聯系廣泛，在記憶環路中起重要作用[6]。POCD的表現通常包括記憶和執行功能的下降，這些腦功能主要由高階皮層(如前額葉和顳葉)控制，丘腦則是作為這些皮質區域之間信息的中繼[7]。尤其是丘腦背內側核，對于獲取新信息和執行功能至關重要[8]，其病變容易導致注意力受損和信息處理速度降低[7]。在一些神經疾病，如中風，也發現丘腦與認知障礙有關[9]。因此，POCD中的執行功能障礙可能是由于與丘腦的功能連接減少或丘腦體積減少所致。這也得到了Graff-Radford等的贊同，他發現丘腦萎縮與開腹手術后POCD有關[10]。

在Chiho Sato等[11]的一項前瞻性研究中，32名絕經后行乳腺癌根治術的患者分別在術前（1.5±0.5）d和術后（5.6±1.2）d進行了腦結構MRI檢查，結果發現，與對照組相比，手術后的病人在丘腦區域灰質體積上存在顯著的差異。據此，Chiho Sato等指出大腦結構的改變（可能發生在手術后不久），特別是在丘腦，可能與注意力障礙有關。此外，該研究還顯示，在病人中觀察到的注意力障礙和丘腦體積減少可能是沒有廣泛認知障礙的POCD的中間表型，患者的這種變化可能是POCD的危險因素。另有研究表明，丘腦病變常引起記憶障礙,左側丘腦病變的記憶障礙比右側重,言語性記憶障礙較顯著[12]。Scherling等[8]在應用fMRI對已切除乳房的女性患者的研究中發現，額葉和丘腦激活模式的改變與工作記憶相關反應下降有一定關系。

1.2 內側顳葉的MRI變化和POCD的關系

內側顳葉屬于邊緣系統，海馬和內嗅皮質是其重要結構，與記憶、精神、行為、和內臟功能有關，發生損害時可能出現幻覺、錯覺、精神異常、情感異常、自動癥，甚至嚴重的記憶障礙等。有很多報道都表明，內側顳葉的損害、萎縮或異常與POCD的發生有很大的相關性。

Maekawa等研究顯示，內側顳葉的灰質體積減少和白質損害與心臟手術后認知功能障礙有關[13]，他們調查了28例接受心臟手術的老年患者，所有患者術前均接受了顱腦MRI掃描，其中有8例發生了術后認知功能障礙(29%)。采用基于體素-體素Z積分的分析方法，分析了兩側內側顳葉的灰質和白質，發現術后2周內發生POCD的患者在MRI檢測到的白質損傷和雙側內側顳葉灰質丟失（平均Z評分2.0±0.9，Z評分反映了灰質丟失的程度）明顯多于非POCD患者。還有一些顱腦結構性變化與MRI的相關研究表明，在輕度認知功能損害的患者中，經常觀察到包括海馬和嗅內皮質在內的內側顳葉的灰質丟失[14]。此外，一些研究表明，大腦小血管疾病患者的內側顳葉甚至是全腦小于認知正常的人[15-16]。這也就給我們一個提示，POCD患者內側顳葉灰質的丟失可能與神經元變性和病理性缺血相關。因此，估計內側顳葉中灰質丟失的程度可能對反映老年手術患者腦缺血的脆弱性有一定的意義。

Chen等的研究表明，海馬體積減少是老年患者術后認知功能障礙的危險因素[17]。Chen等在術前對36位行開腹胃腸道手術的老年患者進行了顱腦MRI掃描和海馬體積測定（根據每個患者顱腦容積大小的不同對海馬體積進行了標準化校正），術后有13名患者發生了POCD（POCD評估方法為神經心理測驗，包括韋氏成人記憶量表和韋氏成人智力量表敏感測驗、連線測驗和凹槽板測驗），發生率為36%。結果POCD組海馬體積(4.75±0.23)cm明顯小于非POCD組(5.06±0.31)cm，表明MRI測量海馬體積可作為預測老年人POCD的指標之一。有研究也發現[18]，與認知正常的老年受試者相比[其左側海馬體積為（2.73±0.52）cm，右側海馬體積為（2.77±0.6）cm]，有輕度認知損害的老年人的海馬體積[左側體積為（2.35± 0.42）cm，右側體積為（2.36± 0.38）cm]明顯減小。在一個大型的神經影像學數據庫中，Kline等發現，非心臟手術后數月海馬萎縮加速，這也與持續性POCD有關[19]。另外還有很多研究都表明，記憶和學習等認知功能的受損與海馬的萎縮是高度一致的，因為記憶和學習在很大程度上依賴于海馬及其完整性。

1.3 大腦灰質和白質的MRI變化與POCD的關系

在一項前瞻性研究中，對136例患者進行了DTI（彌散張量成像）掃描，其中29例(21%)發生POCD。DTI對白質微結構損傷敏感，研究發現，術前白質異常在幾個腦區被發現與術后認知功能障礙發病率有關[20]。Browndyke等在心臟手術組和非手術對照組間分別進行基線病變負荷、術前/術后總病變體積及校正白質損害負荷變化的獨立、雙樣本試驗，2組比較差異有統計學意義(P＜0.05）[21]。Maekawa等[13]指出，大腦白質高信號區異常的嚴重程度與POCD的發生有關。Price CC等[22]報告大腦白質高信號區體積與術后3周的執行功能下降有關，并且術后3個月有明顯變化。Goettel等[23]納入了70名老年患者進行大腦灰質體積變化與POCD關系的研究，所有患者均在術后1周和術后3個月進行神經心理學評估和大腦MRI檢測（神經心理學評估和MRI檢測在同一天進行），其中接受腹部、胸部或骨科手術的患者，其POCD的發生率在術后1周和術后3個月分別為25.8%和9.9%，其灰質體積與對照組之間差異有統計學意義。Maekawa等在進行逐步邏輯回歸分析時發現發現顳葉內側和腦梗死的灰質丟失是POCD的獨立預測因子[13]。

2 圍術期腦血管改變的MRI指標與POCD的關系

2.1 腦小血管疾病與POCD的關系

腦小血管疾病是引起認知功能障礙的一項危險因素[24]，若術前患有腦血管疾病，則術后可能會造成POCD發生率的增加。DTI技術也可通過對皮層下動脈硬化性腦?。╯ubcortical arteriosclerotic encephalopathy,SAE）特定腦白質病變區域的FA值的測定，在一定程度上反映SAE患者的神經纖維損害程度，并且可以間接反映SAE患者病灶區FA值與認知功能障礙之間的關系[25]。此外，一項Meta分析顯示，腦小血管疾病與POCD之間存在著一定的相關性，但這種關聯的程度相對較弱[26]。一項MRI研究顯示，手術后24 h內血腦屏障被破壞，這種破壞可能會導致更多的促炎細胞流入大腦，促進POCD的發生。腦小血管病的神經影像學特征包括最近的小皮層下的梗死灶、白質超強度、血管周圍空間微出血和腦萎縮[27]。此外，在長期不受嚴格控制的2型糖尿病患者中，其腦小血管改變所導致的腦白質MRI高強度與患者認知功能（主要包括執行功能和處理速度）有關[28]，因此，腦小血管改變可能是一種潛在的認知疾病的發生機制。

2.2 腦梗死與POCD的關系

隱性腦梗死會在一定程度上造成認知功能的損傷，有研究計算了62對隱性腦梗死患者和良好匹配的健康對照組的灰質體積（GMV），發現與對照組相比，腦梗死患者存在一定程度的認知缺陷，并且在左額下回、左顳上回、右中顳上回、雙側海馬回等方面表現出較差的GMV[29]。類似的研究證實了術前陳舊性皮質腦梗死與POCD發生的關系，他們將參與者按梗死狀態分組(靜默性腦梗死、癥狀性腦梗死或無腦梗死)，無癥狀腦梗死組POCD較無腦梗死組更為常見[23]。Maekawa等進行了術前彌散加權成像，檢查急性梗死是否與POCD的發生有關,他們發現術前急性腦梗死與POCD之間沒有關聯[13]。并且，在Patel[30]的一項回顧性研究中，大多數研究都表明術后急性腦梗死與POCD無關。Price RS等[31]的報告同時還指出術后執行功能下降與腔隙性梗死體積有關，并且術后3個月有明顯變化。由此可以得出，隱性或者無癥狀性腦梗死可能是術后認知功能障礙的危險因素，而急性腦梗死與POCD無關，采用MRI測量腦灰質體積可能是一項判別無癥狀性腦梗死和急性腦梗死的無創且有效的方法。

3 結 論

隨著影像學的不斷發展，通過非侵入性的神經影像學方法來對POCD進行預測和提供直觀的診斷依據成為可能，目前的很多研究都證實了MRI在辨別大腦形態及其功能與術后認知功能障礙關系的可能性。但是，若要將這項無創技術推廣到臨床上所有的手術病人，其可行性還有待考量。一方面所有的這些關于顱腦結構的MRI研究證據都相對薄弱，還不足以作為臨床上進行POCD診斷的一項依據；另一方面，臨床上MRI檢測的費用高昂，推廣到每一個手術病人容易造成醫療資源的浪費和過度醫療。因此，在未來，還需要進一步加強現有神經影像學的應用和開發MRI新技術，為POCD的預防和診斷提供更可靠、更有效的檢查手段。