肌萎縮側索硬化上運動神經元損害對F波的影響

王恒恒 陳娜 翦凡 張磊 王穎 張在強 潘華

肌萎縮側索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）的病理機制之一是谷氨酸誘導的興奮性毒性,累及皮質、腦干和脊髓運動神經元，引起運動神經元的過度興奮[1-3]。同時，皮質上運動神經元（upper motor neuron，UMN）病變可通過運動神經環路影響脊髓下運動神經元 （lower motor neuron，LMN）的興奮性[4]，也可導致脊髓運動神經元興奮性增高。F波不僅可反映運動神經元傳導通路全程的傳遞狀況，還可以反映脊髓前角細胞的興奮性[5]，從而間接反應UMN受累狀況[6]。但該方面研究較少。本研究的目的是通過 F波來研究 ALS前角細胞興奮性的病理生理變化，在UMN和 LMN功能障礙的背景下解釋 F波各項指標變化，重點分析UMN損害與F波改變的相關性。

1 對象與方法

1.1 研究對象 收集2016年7月至2018年5月就診于天壇醫院，經隨訪后最終診斷為確診和很可能ALS患者52例作為ALS組。ALS入組標準：①符合世界神經病學聯盟ALS臨床診斷標準（修訂的EI Escorial診斷標準）[7]；②首診時至少一側拇短展肌（abductor pollicis brevis，APB）肌力≥3 級[英國醫學研究委員會（Medical Research Council，MRC）肌力分級法]，ALS 功能量表（ALS functional rating scale，ALSFRS）≥25分。排除標準：排除頸椎病、腦血管病、糖尿病或其他代謝性原因所致神經系統疾病。另選健康志愿者37名為對照組。對照組入組標準：根據病史、神經系統查體及肌電圖、影像學檢查證實無神經系統損害的健康者。排除有腦梗死、腦炎、外傷、頸椎病、周圍神經病等累及神經系統疾病病史的對象。

根據上肢有無錐體束征，把ALS組分為有錐體束征組和無錐體束征組兩病例亞組。上肢錐體束征定義為肌張力增高和/或上肢腱反射活躍或亢進和/或病理征陽性。

1.2 臨床評估和電生理檢查

1.2.1 臨床評估 收集患者首次就診資料。采用ALSFRS（總分40分）評估ALS患者的功能狀態。采用MRC肌力分級法評估患者APB肌力。

1.2.2 常規神經運動傳導檢測 采用Nicolet EDX肌電圖儀進行常規肌電圖檢查。受試者仰臥位，保持皮膚溫度＞32℃。進行正中、尺、腓總和脛神經傳導檢測。收集參數包括與臨床評估同側肢體的正中神經末端運動潛伏期 （distal motor latency，DML）、腕部復合肌肉動作電位（compound muscle action potential，CMAP）峰-峰波幅。

1.2.3 F波檢測 正中神經F波檢測是在腕橫紋近端3 cm處進行。連續40次[8]的超強脈沖刺激[9]，刺激頻率1 Hz，刺激時限為0.1 ms。測定參數設置：靈敏度為 200～500 μV/格，掃描速度為 5 ms/格，濾波范圍為 20～10 kHz。收集 F波出現率（F persistence，Fp）、F 波最小潛伏期（F wave minimal latency，FLmin）、F波最大峰-峰波幅（F wave maximal peak-to-peak amplitude，FAmax）、FAmax/M 波峰-峰波幅比（F／M）、F 波重復率（index repeater F wave，Frep）、神經元重復率（index repeating neuron，Nrep）、巨大F波百分比。

重復F波為潛伏期、波幅和波形相同的F波，代表一種運動神經元放電，F波重復率為重復F波總和/所有引出的F波數；神經元重復率為重復F波代表運動神經元數目總和/所有引出F波代表的運動神經元數目。巨大F波定義為F波峰-峰波幅超過健康志愿者最大F波峰-峰波幅加2倍標準差的F波。本研究計算所得正中神經巨大F波峰-峰波幅為1.45 mv[10]。

1.3 統計學方法 采用SPSS 21.0進行統計學分析。采用單樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗數據的正態性。符合正態分布的計量資料采用±s表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；非正態分布的計量資料采用中位數和四分位數[M（QL，QU）]表示，采用Mann-Whitney U檢驗。計數資料以百分比表示，采用檢驗。分析參數之間的關系采用Spearman相關分析。檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 臨床資料 ALS組病程 12（8，19）個月，ALSFRS評分（32.0±4.8）分，APB 肌力（3.9±1.0）級，屬于發病早期。有錐體束征組患者34例，其中上肢和下肢起病各14例，球部起病6例。無錐體束征組18例，上肢起病10例，下肢起病3例，球部起病5例。

2.2 電生理檢測結果 與對照組比較，ALS出現DML（P=0.019）、FLmin（P=0.001）輕度延長，CMAP、Fp 顯著下降（P＜0.001），F/M 顯著升高（P＜0.001），F 巨大波（P=0.006）與重復波（P=0.001）百分比明顯增加，且有統計學差異（表1）。

表1 ALS組與對照組基本資料與電生理檢測

2.3 影響ALS患者F波的相關因素分析 分析病程、ALSFRS評分、APB肌力、正中神經DML、CMAP與FLmin、Fp、FAmax、F/M、Frep、Nrep、巨大F波百分比的相關性：APB肌力與Frep（r=-0.386，P=0.020）和Nrep（r=-0.347，P=0.038）相關，病程、ALSFRS評分、正中神經DML、CMAP與F波各指標無統計學相關（P＞0.05）。

2.4 上運動神經元損害對F波的影響

2.4.1 有錐體束征組和無錐體束征組基本資料 兩組患者性別構成、年齡、身高、病程、ALSFRS評分、APB肌力、正中神經DML、CMAP均無統計學差異（P＞0.05）（表2）。

表2 有錐體束征組和無錐體束征組基本資料與電生理檢測

2.4.2 有錐體束征組和無錐體束征組兩組F波 與無錐體束征組比較，有錐體束征組的FAmax、F/M、Frep及Nrep均顯著增高（P＜0.05），且有統計學差異（表3）。有錐體束征組中有13（38%）例患者正中神經可見巨大F波，無錐體束征組未見巨大F波。

表3 有錐體束征組和無錐體束征組及對照組F波比較

3 討論

本研究提示，與對照組比較，ALS患者F波潛伏期輕度延長，出現率顯著下降，FAmax、F/M、重復波與巨大F波百分比顯著增加，并且F波波幅與重復波的增加與UMN損害有關。

既往有研究報告F波波幅增加為純上運動神經元疾病，如急性腦損傷患者的典型電生理特征，這歸因于脊髓運動神經元興奮性和抑制性突觸后電位的不平衡[11]。而在 ALS中，脊髓運動神經元興奮性增加受谷氨酸興奮性毒性及皮質UMN病變通過運動神經環路的雙重影響[4]，同時合并LMN受累，那么F波波幅將如何改變？

F波的幅度可因運動單位（motor union，MN）增大和運動神經元興奮性增高而升高[12]，同時因LMN損害的肌肉萎縮而降低，F/M受肌肉萎縮影響小，減少了LMN影響，更能敏感反映脊髓運動神經元興奮性。本研究中，與對照組比較，無錐體束征組FAmax下降、F/M增高，反映LMN損害導致F波波幅輕度下降。可能因本研究中納入ALS患者ALSFRS評分、APB肌力較高，屬于病程早期，主要以快纖維損害為主[13]，神經再支配的側支芽生導致MN增大作用不明顯[14-15]，導致無錐體束征組 FAmax下降。然而，有錐體束征組與對照組比較，FAmax、F/M增高，提示有錐體束征組在存在與無錐體束征組同等程度的LMN損害前提下（兩病例亞組CMAP無差異），FAmax、F/M仍明顯升高，說明早期脊髓神經元池興奮性增高是F波波幅增加的主要影響因素，并且這種興奮性增高與UMN損害密切相關。同樣，巨大F波也是F波波幅增高的一種形式，本研究中無錐體束征組未見巨大F波，而有錐體束征組巨大F波百分比增加，說明UMN損害才是神經元興奮性增高的關鍵性因素，最終引起F波波幅增加。

皮質功能障礙和過度興奮現在被認為是ALS的早期診斷跡象[16]。本研究中，FAmax、F/M與病程無相關，提示脊髓神經元興奮性增高引起的F波波幅增加在疾病早期即可出現。前文提到，F波波幅增加可能間接反映UMN損害，有助于ALS的識別，尤其適用于LMN損害掩蓋了UMN證據的患者。另外，FAmax、F/M與APB肌力、ALSFRS評分無相關，可能與納入的ALS患者臨床神經功能損害輕有關；而且F波僅總體反映運動神經元的興奮性，不能準確測量興奮性的短期變化[6]。因此F波波幅不能作為ALS疾病進展的標志。

重復F波提示產生F波的運動神經元放電的選擇性。本研究中，與對照組比較，無錐體束征組Frep、Nrep輕度增加，而有錐體束征組明顯增加，說明相較于LMN損害所致神經元的減少，UMN損害導致脊髓神經元池興奮性增加引起的神經元放電頻率增加[17]，對F波重復性的增加影響更大。另外，重復性與APB肌力呈負相關，提示早期ALS患者，隨著疾病進展，脊髓神經元池興奮性增加，并且保留的運動神經元的數目減少，也加重F波的重復；同時，本研究中重復的F波波幅差異較大，因此參與形成重復F波的未受損的運動神經元大小與興奮性具有異質性。

ALS患者FLmin輕度延長，與早期快傳導的大運動神經纖維優先受累有關[13]；Fp下降，主要反映LMN損害[18]。因此本研究，兩病例亞組的FLmin、Fp無統計學差異。

根據既往研究，ALS患者存在UMN損害的肢體常常高于臨床查體評估，所以，本研究選擇早期上肢輕-中度受累的患者，以避免嚴重的LMN損害掩蓋UMN體征。當然，將來進一步結合運動誘發電位評估錐體束損害、并且通過運動單位計數定量評估LMN損害，可以進一步準確驗證F波的特點與UMN、LMN損害的關系。

結論：本研究提示，早期ALS患者UMN損害是脊髓運動神經元池興奮性增加的關鍵因素，可表現為FAmax、F/M增高，巨大F波及重復F波百分比增加。F波在常規肌電圖檢查中簡單易行，可以間接反映UMN損害，并且在早期ALS患者中即可出現，有利于ALS的識別。