紀(jì)東旭，趙博峰，宋揚(yáng)，倪紅艷，尹建忠*

1.天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院 天津市第一中心醫(yī)院放射科，天津市影像醫(yī)學(xué)研究所，天津 300192

2.天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院 天津市第一中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，天津300192

隨著生活和醫(yī)療水平的提高，我國人口平均壽命不斷延長(zhǎng)，人口老齡化日益加重，老年期疾病發(fā)病率不斷提高。而且老年癡呆也逐漸被大眾所認(rèn)識(shí)，老年癡呆主要包括阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、血管性癡呆(vascular dementia，VaD)和混合型癡呆三大類。其中阿爾茨海默病約占50%，VaD約占20%，另外約有20%的老年癡呆患者同時(shí)存在AD和VaD兩種病理改變，即混合型癡呆，余下的10%癡呆患者主要是由其他原因所致，如帕金森、路易小體癡呆等[1-2]。隨著腦血管病發(fā)病率的不斷增加和醫(yī)療水平的發(fā)展，腦血管病患者大部分能度過急性期得以存活，但遺留肢體和認(rèn)知功能損害癥狀，VaD也就越來越成為影響患者后期生活質(zhì)量的重要因素。

多種神經(jīng)退行性疾病，包括AD、特發(fā)性帕金森和路易小體性癡呆等均可表現(xiàn)出嗅覺障礙，嗅覺過程中涉及到嗅覺系統(tǒng)的外周和中樞結(jié)構(gòu)兩部分。嗅覺閾值很可能是由嗅覺系統(tǒng)的外周結(jié)構(gòu)支配，而嗅覺識(shí)別是由嗅覺中樞結(jié)構(gòu)處理的，認(rèn)為是一定程度的認(rèn)知任務(wù)[3]。除嗅覺高級(jí)中樞之外，嗅覺的傳入纖維經(jīng)嗅球、嗅束至嗅覺的初級(jí)中樞即初級(jí)嗅覺皮層(primary olfactory cortex，POC)，某些病理改變累及該區(qū)的神經(jīng)元，將導(dǎo)致該區(qū)的神經(jīng)元退行性變及數(shù)量減少，以致該區(qū)的神經(jīng)元代謝水平降低，臨床即可出現(xiàn)嗅覺功能障礙。最近，關(guān)于POC區(qū)的功能的fMRI逐漸成為研究的熱點(diǎn)，Wang等[4]和Li等[5]應(yīng)用fMRI研究AD患者的POC區(qū)的功能，進(jìn)而評(píng)價(jià)AD患者的嗅覺功能。而且fMRI已經(jīng)逐漸成為一種具有較高空間時(shí)間分辨率的非創(chuàng)傷性神經(jīng)影像檢查手段，來檢測(cè)腦神經(jīng)元的功能。所以嗅覺MRI可以根據(jù)血氧濃度水平(blood oxygen level dependent，BOLD)原理檢測(cè)嗅覺相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)水平，進(jìn)而評(píng)價(jià)受試者的嗅覺功能，從而反映嗅覺相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)元的病理改變。

筆者也將POC區(qū)作為感興趣區(qū)(ROI)，聯(lián)合全腦區(qū)的嗅覺激活一起評(píng)價(jià)VaD患者的嗅覺功能情況，為下一步進(jìn)行具有嗅覺功能損害疾病的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 受試對(duì)象

2012年8月至2013年10月，選擇于天津市第一中心醫(yī)院就診的12例VaD患者(VaD組)，同期招募15名健康同齡正常老年人(NC組)。所有受試者均接受MMSE (Mini-Mental Status Examination)[6]、MoCA (Montreal Cognitive Assessment)[7]和CDR(Clinical Dementia Rating Scale)[8]量表的標(biāo)準(zhǔn)化神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試和相關(guān)病史采集，VaD組患者由高年資神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師進(jìn)行診斷，符合美國國立神經(jīng)科障礙及卒中研究所與國際神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)(NINDS-AIREN)工作小組制定的VaD診斷標(biāo)準(zhǔn)，Hachinski缺血指數(shù)在7分以上。

受試者均排除腦外傷、鼻竇炎活動(dòng)期與呼吸道阻塞及精神分裂、抑郁癥等影響神經(jīng)心理和嗅覺的疾病，以及吸煙者、有精神藥物服用史者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者或是法定監(jiān)護(hù)人均簽署知情同意書。

1.2 成像參數(shù)

采用Siemens 3.0 T MR掃描儀和32通道頭線圈，采集圖像序列如下：常規(guī)頭橫斷面T2WI：TR 6000 ms，TE 93 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣256×256，層厚5 mm，層距 0.75 mm 層數(shù)20；薄層矢狀面T1WI結(jié)構(gòu)像，TR 1900 ms，TE 2.5 ms，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，反轉(zhuǎn)角30°，矩陣256×256，層厚1.0 mm，無間隔掃描，層數(shù)176層；嗅覺BOLD像，TR 3000 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，反轉(zhuǎn)角90°，層厚 5.0 mm，層距 0.75 mm，矩陣80×80，層數(shù)20，共250幀圖像，F(xiàn)LAIR：TR 9290 ms，TE 93 ms，TI 2500 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，反轉(zhuǎn)角30°，矩陣256×256，層數(shù)25，層厚4.0 mm。

1.3 嗅覺fMRI實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

此項(xiàng)研究采用薰衣草作為嗅覺刺激劑，分別被稀釋成三種濃度(0.10%、0.33%和1.00%)。稀釋過的薰衣草通過特制的嗅覺刺激器聚乙烯管給予，將其放置在受試者鼻子的前方約1 cm處，流速維持在8 L/min。采用較短的刺激持續(xù)時(shí)間和較長(zhǎng)的刺激間隔時(shí)間：首先給予42 s的潔凈空氣氣流作為刺激間隔，然后給與6 s的含有薰衣草氣味的嗅覺刺激，以此循環(huán)，重復(fù)15次，每種濃度連續(xù)刺激5次，按由低到高的順序依次分為三組進(jìn)行刺激，總的刺激時(shí)間為90 s。

圖1 初級(jí)嗅覺皮層的范圍，MNI坐標(biāo)：左側(cè)24±17、0±11、－17±10；右側(cè)－24±17、0±11、－17±10。Fig.1 The range of the primary olfactory cortex, MNI: left 24±17, 0±11,-17±10; right -24±17,0±11,-17±10.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

首先在全腦水平觀察NC組和VaD組兩樣本間激活差異。然后選擇雙側(cè)初級(jí)嗅覺皮層(primary olfactory cortex，POC)作為ROI，觀察NC與VaD兩組的POC區(qū)的嗅覺激活差異。POC區(qū)由神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師、放射科醫(yī)師和神經(jīng)解剖學(xué)專家共同制定(圖1)，包括嗅核、梨狀皮層、嗅結(jié)節(jié)、杏仁核、杏仁核周圍皮層及內(nèi)嗅皮層[9]。

采用Matlab 7.11.0版本及SPM 8軟件進(jìn)行圖像分析，先進(jìn)行BOLD圖像的頭動(dòng)校正、圖像對(duì)齊、空間標(biāo)準(zhǔn)化和高斯平滑的預(yù)處理；對(duì)預(yù)處理后的BOLD圖像建立激活模型，將NC組和VaD組兩樣本全腦區(qū)全部濃度的激活進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)組分析。其次將兩組POC區(qū)全部濃度的激活進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)組分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0 軟件，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組受試者的基本資料、神經(jīng)心理學(xué)評(píng)分以及POC區(qū)的全部濃度的激活體素?cái)?shù)進(jìn)行分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

表1 兩組受試者的基本信息和認(rèn)知評(píng)分情況Tab.1 Demographic information and neurocognitive tests results of two groups

表2 NC與VaD兩組間的全腦激活體素差異Tab.2 The difference of activated voxels in the whole brain between the NC and VaD groups

圖2 NC組與VaD組的激活差異圖(兩組樣本t檢驗(yàn))Fig.2 The fMRI activation differences maps between NC and VaD groups (two-sample t test).

2.1 受試者基本情況

NC和VaD兩組受試者在性別、教育年限均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P值分別為0.763，0.166。兩組之間的神經(jīng)心理學(xué)量表MSSE和MOCA得分，NC組的得分明顯高于VaD組，P值均<0.01，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，如表1所示。

2.2 VaD和NC組的總體嗅覺fMRI差異

NC組和VaD組兩樣本全部濃度相減(NC-VaD時(shí)作為正性激活，VaD-NC時(shí)作為負(fù)性激活)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)組分析，選擇全腦作為ROI，觀察NC組與VaD組的激活區(qū)域差異，結(jié)果顯示NC組的全腦有28簇激活體素，共計(jì)1486個(gè)體素，而VaD組的全腦有13簇激活體素，共計(jì)149個(gè)體素，明顯低于NC組，NC組多于VaD組即屬于正性激活，這些區(qū)域主要位于額葉皮層下的白質(zhì)、額下回、中央前回、中央后回、扣帶回以及顳葉前部，例如島葉、顳上回等結(jié)構(gòu)，如圖2及表2所示；而負(fù)性激活為0。

2.3 VaD和NC組的POC區(qū)激活差異

將POC區(qū)的激活體素?cái)?shù)分別進(jìn)行分析，進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)組分析，NC組的POC區(qū)0.10%～1.00%整體濃度激活的體素?cái)?shù)與VaD組的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.231，P<0.01；表3)，結(jié)果顯示VaD組的整體激活程度明顯低于NC組，提示VaD組也存在嗅覺功能損害(圖3；表3)。

3 討論

本組結(jié)果顯示，VaD患者的全腦激活體素?cái)?shù)較NC明顯減低，VaD患者的激活減低區(qū)主要位于額葉皮層下的白質(zhì)、額中回、額下回以及顳上回、島葉、邊緣葉的扣帶回等結(jié)構(gòu)。這些區(qū)域主要是VaD患者的梗死灶、腦白質(zhì)稀疏病灶，然而人類嗅覺系統(tǒng)的高級(jí)中樞主要位于眶額回、內(nèi)側(cè)顳葉前部。因此，病變只要累及額葉及顳葉前部時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出嗅覺識(shí)別障礙[10]。血管性病理改變累及這些部位，導(dǎo)致嗅覺識(shí)別功能減低甚至消失[3]。另外，VaD患者的額葉中央前回的白質(zhì)、頂葉中央后回的灰質(zhì)激活減低較明顯，這可能與VaD患者的軀體感覺、認(rèn)知障礙有關(guān)，以致嗅覺產(chǎn)生的軀體感覺及相關(guān)認(rèn)知的激活減低。而且NC的嗅覺閾值高于年輕人，嗅覺敏感性也降低[11-12]，而VaD老年患者的老齡化進(jìn)一步加重，VaD患者的嗅覺閾值會(huì)更高，所以激活會(huì)低于NC。

圖3 NC與VaD組的POC區(qū)激活差異Fig.3 The activation differences in the POC between the NC and VaD groups.

除此之外，以POC區(qū)作為ROI，因?yàn)镻OC區(qū)是初級(jí)嗅覺中樞，是不經(jīng)過丘腦直接接受來自嗅球所傳導(dǎo)的嗅覺刺激的皮層結(jié)構(gòu)，嗅覺纖維在此交換神經(jīng)元后向更高級(jí)嗅覺中樞投射，與正常嗅覺功能有密切的關(guān)系，是嗅覺編碼的特異性區(qū)域[13-15]，也是AD病理改變?cè)缙诶奂暗哪X區(qū)[16]，對(duì)于同一種氣味連續(xù)刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生嗅覺適應(yīng)[17-18]；因此，筆者為了避免嗅覺適應(yīng)效應(yīng)的產(chǎn)生，選擇同一種香劑的三種不同濃度由低到高依次刺激嗅覺。結(jié)果顯示，NC組的POC區(qū)激活體素明顯多于VaD組，可能是由于血管性病變累及了POC區(qū)，致使這部分神經(jīng)元代謝減低、甚至消失，嗅覺功能受損。另外，嗅覺中樞系統(tǒng)存在廣泛的神經(jīng)纖維聯(lián)系，嗅覺從位于鼻腔黏膜的內(nèi)嗅細(xì)胞的一級(jí)神經(jīng)元開始發(fā)出嗅絲，穿過篩孔止于嗅球，嗅球內(nèi)的第二級(jí)神經(jīng)元發(fā)出纖維組成嗅束，嗅覺的傳入神經(jīng)纖維經(jīng)嗅球、嗅束至初級(jí)嗅覺皮層(POC)，可以廣泛地向海馬回鉤及其附近皮質(zhì)、丘腦背內(nèi)側(cè)核投射，并且通過邊緣系統(tǒng)和丘腦背內(nèi)側(cè)核投射至眶額回等高級(jí)嗅覺中樞。而且，嗅覺中樞除了接受嗅覺的傳入神經(jīng)纖維以外，實(shí)際上還與很多其他腦功能區(qū)，包括海馬、丘腦、扣帶回、島葉等存在著廣泛的內(nèi)在聯(lián)系，從而參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種功能。因此，當(dāng)血管性病理改變累及以上這些結(jié)構(gòu)時(shí)，均可導(dǎo)致其與POC區(qū)的功能連接的減少、初級(jí)嗅覺皮層神經(jīng)元的功能減弱或喪失，最終出現(xiàn)嗅覺功能障礙，所以VaD患者的POC區(qū)嗅覺激活體素?cái)?shù)低于NC，表現(xiàn)出嗅覺障礙。

表3 NC和VaD組的POC區(qū)激活體素差異Tab.3 The activated voxels difference in POC between the NC and VaD groups

VaD主要是由“動(dòng)脈硬化性癡呆”一詞發(fā)展而來，是由腦血管病，如腦梗死、腦出血及皮層下白質(zhì)缺血性改變等引起癡呆表現(xiàn)的臨床綜合征。VaD的神經(jīng)病理改變主要包括缺血性和出血性腦損害所致癡呆和低血氧-低灌流性癡呆。而臨床上以多發(fā)性腦梗死性癡呆(multiple infarct dementia，MID)多見，流行病學(xué)調(diào)查顯示多于1/3的中風(fēng)患者會(huì)發(fā)展為癡呆。腦白質(zhì)稀疏和腔隙性腦梗死是微循環(huán)缺血性疾病，而且隨著年齡或是其他危險(xiǎn)因素(高血壓、糖尿病以及基因因素等)的增長(zhǎng)而逐漸加重[19-21]，血管性損害患者的各項(xiàng)機(jī)能及生活質(zhì)量較正常老年人均明顯下降，例如輕度血管性認(rèn)知障礙(mild vascular cognitive impairment, MVCI)患者的計(jì)算能力較正常老年人明顯下降，且相關(guān)腦區(qū)的fMRI激活明顯減低[22-23]。腦白質(zhì)稀疏強(qiáng)烈提示缺血及VaD，且腦白質(zhì)稀疏、動(dòng)脈粥樣硬化及隱匿性腔隙性腦梗死(silent lacunar infarcts，SLI)均與患者的認(rèn)知下降有著密切的關(guān)系[24-26]，如果在疾病早期階段即腦白質(zhì)稀疏及腔隙性腦梗死階段給予臨床干預(yù)，VaD的發(fā)生率會(huì)降低。但是，目前關(guān)于VaD的診斷標(biāo)準(zhǔn)主要是建立在高危因素、神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)和病因機(jī)制等的專家意見基礎(chǔ)之上的，其主要目的是與AD臨床表現(xiàn)相比而取得較高的診斷特異度和敏感度。按照目前VaD的診斷標(biāo)準(zhǔn)，患者得到診斷時(shí)往往病情已很嚴(yán)重，行為能力明顯受限，錯(cuò)過了治療的最佳階段。而且這些診斷標(biāo)準(zhǔn)主要是用于鑒別VaD和AD，但是對(duì)于是AD還是VaD，有時(shí)臨床鑒別起來比較困難，特別是由于長(zhǎng)期的低氧-低灌注所致癡呆及隱匿性腔隙性腦梗死的鑒別，因此需要更多客觀依據(jù)的支持。

通常認(rèn)為，嗅覺功能損害存在于AD、帕金森及路易小體性癡呆等多種神經(jīng)退行性疾病中，本研究結(jié)果表明VaD患者同樣存在嗅覺功能損害。應(yīng)用嗅覺fMRI可以間接反映嗅覺相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)，評(píng)價(jià)VaD患者的嗅覺功能可為進(jìn)一步探討伴有嗅覺功能損害疾病的發(fā)病機(jī)制提供依據(jù)，特別是對(duì)于早期鑒別診斷VaD和AD意義重大。

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