王進平 李光勤 吳士明 晏加林 李 莉賀 曦△

(1重慶市急救醫(yī)療中心神經內科，重慶400014；2重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經內科，重慶 400016；3第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院疼痛科，重慶400038）

周圍神經痛通常源自外周神經的損傷或功能障礙，并且與中樞神經連接的改變有關[1～3]。帶狀皰疹后神經痛 (postherpetic neuralgia, PHN) 是一種常見的神經痛類型，是機體在抵抗力低下時潛伏在脊神經后根感覺神經節(jié)或腦神經節(jié)內水痘-帶狀皰疹病毒(varicella-zoster virus, VZV)被激活所致，皮疹愈合后持續(xù)1個月及以上[4]。約9%～34%的帶狀皰疹病人會發(fā)生PHN，發(fā)病率及患病率均有隨年齡增加而逐漸升高的趨勢[5]。與其他神經病理性疼痛類似，PHN病人的外周和中樞系統(tǒng)都表現出多種神經病理性改變，包括神經系統(tǒng)損傷后的過度興奮性或異常放電、神經源性炎癥、交感神經系統(tǒng)功能變化和周圍或中樞神經系統(tǒng)敏感化[6]。目前由于探討PHN對腦活動影響的研究較少，因此我們對于PHN病人的腦網絡功能改變情況還知之甚少。既往神經影像學研究提供的大量證據表明，慢性疼痛與多個腦網絡結構、功能以及神經生化的改變有關[7,8]，本研究將采用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)的方法，以后扣帶回作為種子區(qū)域來識別參與PHN的腦默認網絡(default mode network, DMN)，并且通過測量靜息態(tài)神經活動的時間同步性來探討PHN病人腦默認網絡靜息態(tài)功能連接(resting state functional connectivity, RSFC)模式的改變，為探索PHN發(fā)病的中樞機制和解釋相應臨床表現提供了一個全新的思路。

方 法

1.一般資料

收集就診于重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經內科、第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院疼痛科和重慶市急救中心神經內科門診的帶狀皰疹后神經痛(PHN)病人26例，其中男性10例，女性16例，帶狀皰疹病人均為胸背部皰疹，神經分布區(qū)域從C7到T11，其中左側皰疹者11例，右側皰疹者15例。病人在皰疹急性期均給予非甾體抗藥物（洛芬待因片、美洛昔康片、塞來昔布片、依托考昔片）、三環(huán)類抗抑郁藥（阿米替林）、抗驚厥藥物（加巴噴丁片、普瑞巴林片）、抗病毒藥物（阿昔洛韋注射液、更昔洛韋注射液、膦甲酸鈉注射液）治療。有4例病人曾經給予局部神經阻滯治療。

入組標準：①漢族，年齡45～60歲，右利手，初中及以上文化程度；②有水痘-帶狀皰疹病毒感染病史；③急性帶狀皰疹消退后疼痛持續(xù)＞ 1月；④存在自發(fā)性的持續(xù)性疼痛，疼痛模擬評分（visual analogue scale, VAS）在5 分以上；⑤漢密爾頓抑郁量表17項(Hamilton Depression Rating Scale, HAMD)和漢密爾頓焦慮量表17項(Hamilton Anxiety Rating Scale, HAMA)評分均＜ 7分。

排除標準：①伴嚴重心衰、急性心肌梗死、嚴重心律失常、呼吸衰竭、嚴重哮喘、COPD急性發(fā)作期、嚴重肝腎功能障礙、嚴重感染病人；②惡性腫瘤的病人；③自身免疫性疾病的病人；④應用免疫抑制劑的病人；⑤有精神疾病病史或癡呆的病人；⑥合并或伴發(fā)有焦慮抑郁等相關癥狀的病人；⑦存在MRI掃描禁忌者。

招募與病例組年齡、性別以及文化程度相匹配的健康志愿者33名。本研究通過重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院倫理委員會的批準，所有被試在研究實施前均簽署了知情同意書。

2.靜息態(tài) fMRI 數據采集

本研究fMRI圖像數據的采集由放射科具有副高職稱的專業(yè)技術人員在重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科3.0T磁共振室完成。采用美國GE 公司Signa HDxt 3.0T (General Electric Medical Systems,USA) 磁共振掃描儀，于臨床評估診斷以及VAS和心理量表評定后采集顱腦磁共振數據1次。采集數據之前由放射科專業(yè)人員對被試進行磁共振安全檢查評估，確定無檢查禁忌證后，具體講解檢查流程和注意事項，在被試明白、理解檢查過程后開始進行掃描。受試者在掃描時保持清醒狀態(tài)、安靜閉眼平臥于檢查床上，均勻呼吸，盡量保持頭部不動，同時盡量不進行主動思維活動。海綿墊固定受試者頭部, 納米海綿球塞耳，減少噪音對實驗的影響。具體掃描序列、參數和順序以及過程如下：①常規(guī)T1加權成像：采用快速自旋回波序列(FSE)，具體掃描參數為：重復時間(Time of Repeat, TR) = 500 ms，回波時間(Time of Echo, TE) = 14 ms, 視野(Field of View, FOV) = 240 mm×240 mm，矩陣(Matrix) =256 × 126，翻轉角(Flip Angle，FA) = 45°，層厚(slice thickness) = 5.0 mm，層間距(slice gap) = 0 mm，采集次數(NEX) = 1，軸面從顱底到頂葉共22層，采集1次，成像時間為26s。②3D-T1全腦結構成像：采用快速毀損梯度回波序列(fast spoiled gradient echo, FSPGR)，3D采集，掃描參數如下：TR =24 ms，TE = 9 ms，層厚1 mm，層間隔0 mm，156層，FOV = 240 mm×240 mm，激勵次數1，矩陣256 × 256，FA = 90°，掃描156層，采集時間為6 min 53 s。所有受試者均未發(fā)現腦結構異常。③靜息態(tài)fMRI成像：采用單次激發(fā)梯度回波-平面回波序列(gradient echo and echo planner imaging, GRE-EPI)。掃描方式為軸位掃描，掃描參數如下：TR = 2 000 ms，TE = 40 ms, FOV = 240 mm×240 mm，FA = 90°，層厚/間距= 4.0/0 mm，矩陣64 × 64，共33層，采集240個時間點，掃描時間共8 min。

3.數據分析

從磁共振機器得到原始的DICOM數據后由重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科主治醫(yī)師檢查所有被試者的圖像數據，無明顯偽影和變形。首先用MRIcroN軟件里面的dcm2niigui將DICOM格式數據轉換成數據分析用的3D NIFTI (neuroimaging informatics technology initiative, NIFTI)格式；然后在Matlab7.8.0 (Mathworks, Inc)環(huán)境下運行DPARSFA軟件[Data Processing Assistant for Resting-State fMRI Advanced Edition, http://www.restfmri.net (Chao-Gan and Yu-Feng, 2010)]對fMRI數據進行預處理。具體預處理的過程包括：①去除時間點(remove first time point)：本研究選取去除前面10個時間點，剩余的230個時間點數據作進一步預處理；②時間校正(Slice Timing)；③頭動校正(realignment)；③空間標準化(normalization)：為了克服不同被試腦的大小、形狀之間的差異，需要通過空間標準處理把腦fMRI圖像配準到標準腦模版上，將其轉化為大小和方向都相同的標準化圖像；④空間平滑(smoothing)；⑤去線性漂移(detrend)；⑥濾波( filter)。其中需要去除頭動超過1 mm的被試者圖像數據，除此之外，每個被試者的結構圖像需要作圖像配準、解剖圖像分割并且變換到由加拿大蒙特利爾神經病學研究所(montreal neurological institute,MNI)所提出的標準腦上，然后把結構圖像分割得到的信息來做功能像的空間標準化，從而將功能圖像配準到分割的相應解剖圖像上，然后進一步配準到MNI空間模版，同時標準化后的圖像還需要進行重采樣處理，重采樣后功能圖像空間分辨力為3 mm × 3 mm × 3 mm大小，進而映射到標準腦，進行4 mm ×4 mm ×4 mm高斯平滑。由于低頻濾波后的靜息態(tài) fMRI 信號具有重要的生理學意義，可能反映了自發(fā)的神經活動，故本實驗采用0.01～0.08 Hz的低頻段波以去除高頻信號呼吸心跳的影響以及高頻噪聲。

功能連接(functional connectivity, FC)的計算運用北京師范大學開發(fā)的基于Matlab平臺REST1.9軟件[http://www.restfmri.net (Songet al, 2011)]進行分析。選取腦默認網絡內的關鍵腦區(qū)后扣帶回(posterior cingulate cortex, PCC)為作為感興趣區(qū)(ROI)，對應的MNI峰點坐標為(-5，-49，40)，以該感興趣腦區(qū)為中心選取半徑為6 mm的球體作為種子點，進行基于種子點的功能連接分析(seed-based FC analysis)。具體分析方法為：將感興趣區(qū)內所包含的各個體素所對應的血氧水平依賴信號時間序列的平均值作為該種子點的時間序列，然后進行基于體素(voxel-wise)的全腦功能連接分析，即通過計算每個種子點的時間序列與腦內其他大腦體素的時間之間的相關性系數r，可得到功能連接腦圖(FC map) 。為了消除每個體素時間上可能存在的差異，利用線性回歸分析的方法進一步去除協變量，協變量包括腦白質、腦脊液和頭動參數。同時為了使每個體素的時間相關系數r服從正態(tài)分布，采用Fisherz變換的方法，將相關系數r轉換為服從正態(tài)分布的z變量，便于下一步的統(tǒng)計分析，其計算公式為：

這里r就是FC值。

4.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對PHN組和HC組的人口學資料和臨床量表評分行X2檢驗和獨立樣本t檢驗。使用REST軟件對兩組的zFC腦圖進行獨立單樣本t檢驗(one-samplettest)，采用AlphaSim多重比較矯正，將校正后P＜ 0.05，激活閾值＞ 10（對應體素大小為 972 mm3）視為存在顯著差異腦區(qū)。然后取兩組單樣本t檢驗的并集，作為組間分析時的mask。采用REST 軟件獨立樣本t檢驗(two-samplettest)比較兩組之間功能連接的差異。將AlphaSim校正后P值＜ 0.05，體素簇(cluster size) ＞ 158 voxels（對應體素大小為 4 266 mm3）的腦區(qū)認為是兩組間功能連接存在統(tǒng)計學差異的腦區(qū)。提取兩組間zFC存在差異腦區(qū)的平均時間序列，與臨床量表評分之間行 Pearson相關性分析。將P＜ 0.05設定為存在統(tǒng)計學差異標準。

結 果

1.一般人口學資料及臨床量表比較

本研究中PHN組共納入26例，其中男性10例，女性16例，平均年齡(50.63±3.65)歲，VAS評分為(6.86±3.93)分， MMSE評分為(28.69±1.22)分，HAMD 評 分 為 (5.14±1.02)分， HAMA評分 為(3.24±1.57)分。PHN組 與HC組 在 性 別(P= 0.513)、年齡(P= 0.584)、受教育年限(P= 0.289)、HAMD、HAMA和MMSE評分上差異無統(tǒng)計學意義，但PHN組的VAS評分顯著高于HC組(P= 0.036，見表1)。

表1 PNH和HC兩組一般人口學資料及臨床心理量表比較Table1 Comparison of general demographic data and clinical psychological scale between PHN group and HC group

2.PHN與HC兩組間zFC差異腦區(qū)分析

基于PCC為種子點的功能連接分析發(fā)現，與HC組相比，PHN組PCC與左側額上回內側(left superior frontal gyrus, L-SFG-Med)、左側額中回(left middle frontal gyrus, L-MFG)、左側頂上回(left superior parietal gyrus, L-SPG)和右側楔前葉(right precuneus, R-PCUN)的功能連接增強（見表2、圖1）。

表2 PHN、HC兩組間與PCC靜息態(tài)功能連接(RSFC)存在差異腦區(qū)Table2 Difference of resting state functional connectivity of PCC between PHN group and HC group

圖1 顯示PHN組較HC組的PCC靜息態(tài)功能連接(RSFC)顯著增強的腦圖Fig.1 Increased resting state functional connectivity of PCC in PHN group compared to HC group

3.差異腦區(qū)的zFC與臨床量表相關性分析

差異腦區(qū)靜息態(tài)功能連接值與臨床量表評分之間行相關性分析發(fā)現，PHN組PCC與左側額上回(PCC-SFG_L)的功能連接值與VAS評分之間呈正相關(r= 0.31,P= 0.024)，與HAMA、HAMD和MMSE等臨床量表之間不具有相關性(P＞ 0.05)。而PCC與其余腦區(qū)間功能連接與臨床評估量表之間均無相關性（P＞ 0.05，見圖2）。

圖2 A:顯示PHN組PCC與L-SFG的功能連接較HC組增加B:顯示PHN組PCC和L-SFG的功能連接與VAS評分呈正相關Fig.2 A: Functional connectivity of PCC and L-SFC is increased in PHN groupB: Functional connectivity of PCC and L-SFC is positively correlated with VAS in PHN group

討 論

帶狀皰疹后神經痛(PHN)是一種較劇烈的頑固性疼痛，主要表現為自發(fā)性閃電樣疼痛、刀割樣疼痛、燒灼樣疼痛和混合性疼痛，由于目前PHN致病機制不清故臨床療效往往較差。

目前PHN機制主要有以下幾種[9～11]：①神經損傷：神經組織損傷后產生的病理性沖動傳向神經中樞，引起脊髓側角、丘腦和大腦皮層處于過度興奮狀態(tài)，包括反射性交感神經萎縮癥、灼性神經痛和幻肢痛等；②組織損傷： 組織缺血或炎癥時，細胞變性壞死釋放致痛物質，包括鉀離子、氫離子、組織胺、緩激肽等；③理化刺激：酸堿、冷熱和電流等對人體的傷害性刺激，經感覺神經傳入中樞引起痛覺或形成疼痛惡性循環(huán)造成頑固性疼痛；④機械刺激末梢神經：局部張力增高或組織炎癥水腫壓迫刺激末梢神經產生疼痛。疼痛發(fā)生發(fā)展過程離不開神經遞質的參與，遞質的變遷是疼痛產生的基礎，這些遞質主要包括乙酰膽堿、去甲腎上腺素、多巴胺、γ-氨基丁酸、組織胺、前列腺素、阿片肽和P物質等。其中神經損傷機制是PHN最重要的一個機制，神經系統(tǒng)包括周圍神經系統(tǒng)與中樞神經系統(tǒng)，研究發(fā)現帶狀皰疹病毒同時作用于這兩個系統(tǒng)[12～14]。在周圍神經系統(tǒng)方面有研究表明PHN皮膚患區(qū)能夠增強外周皮膚化學感受器的興奮性。而對PHN皮區(qū)行熱刺激試驗發(fā)現熱刺激引起的痛覺過敏以疼痛最嚴重的皮區(qū)最為顯著，且熱刺激痛覺過敏病人的疼痛分級和痛覺超敏的嚴重程度都顯著增高，且一些非傷害刺激（如溫熱、微冷）即可引起嚴重疼痛。雖然臨床上采用神經根切斷術阻斷周圍神經系統(tǒng)傳入的痛覺信號來治療難治性帶狀皰疹后神經痛，但是PHN依然存在，說明其中存在中樞性原因。中樞神經系統(tǒng)是機體各種疼痛信息處理的最高部位。無論是外周性疼痛還是中樞性疼痛，雖然各種刺激的部位不同，但最終都將以生物電的形式傳導至大腦內相應的腦區(qū)，經過不同大腦功能區(qū)對信號的整合處理最終形成主觀上的“疼痛”概念。近年來的大量研究提示，中樞痛覺的形成是一個由多個腦區(qū)大量神經元的活動共同完成的動態(tài)過程。痛覺形成同樣涉及中樞多個腦區(qū)的網絡編碼活動[15]。所以中樞神經系統(tǒng)在神經病理性疼痛中具有最關鍵性的地位，尤其是中樞致敏在神經病理性疼痛的發(fā)病過程中起重要作用。中樞敏化的疼痛機制與 RVM（延髓頭端腹后內側核）處的星型膠質細胞及小膠質細胞的活化增殖、腦源性神經生長因子的釋放、p38MAPK 的磷酸化及 CCK（膽囊收縮素）的表達上調有關系。

既往有關PHN的功能影像學研究主要是從局部腦功能活動特征來探討PHN病人局部腦激活模式。Liu等[16]應用功能磁共振對PHN病人進行的基于靜息態(tài)功能磁共振研究結果發(fā)現PHN病人左側紋狀體，右側丘腦，左側頂下小葉，右側初級軀體感覺皮層，左側島葉，左側杏仁核，左側軀體運動皮層等腦區(qū)的血流量較正常對照明顯增加；廖翔等[17]利用功能磁共振成像低頻振蕩(Amplitude of Low Frequency Fluctuation, ALFF)技術觀察PHN病人的基礎腦區(qū)活動，結果顯示額葉中下回的ALFF增高與慢性疼痛強度和時間相關，研究認為，涉及疼痛的情緒、警覺行為、注意的腦區(qū)在帶狀皰疹后遺痛慢性疼痛的產生和維持中發(fā)揮重要的作用。梁豪文等[18,19]利用靜息態(tài)功能磁共振技術，比較帶狀皰疹急性期、后遺神經痛期不同階段大腦神經功能學差異發(fā)現對比后神經痛組與急性期組的ReHo結果，前者較后者ReHo值升高的區(qū)域有：雙側丘腦、右側小腦、右側海馬體、右側梭狀回、右側腦島。他認為小腦、腦島、丘腦可能與 PHN 痛覺過敏形成機制相關，海馬體可能參與疼痛記憶的形成。而本研究首次采用靜息態(tài)功能連接分析(functional connectivity, FC)的方法來探討PHN潛在的中樞機制。研究發(fā)現，PHN的發(fā)生與腦默認網絡(DMN)內功能連接的改變有關；也進一步表明腦DMN內功能連接的改變在PHN的病理生理機制中的發(fā)揮了重要作用。腦默認網絡是人類意識、認知以及記憶等重要功能活動的神經基礎，參與了情景記憶的評價、內省、外部環(huán)境的監(jiān)控、情緒的加工以及認知控制等神經生理過程，其主要腦區(qū)包括內側前額葉皮層(medial prefrontal cortex, MPFC)、后扣帶回與楔前葉(posterior cingulate/precuneus, PCC/Pc),以及兩側頂下小葉 (inferior parietal lobe, IPL)等[20～22]。本研究顯示PHN病人的PCC與左側額上回內側、額中回和頂上回以及右側楔前葉的功能連接增加，這說明PHN發(fā)生的中樞神經機制與靜息態(tài)腦默認網絡功能連接的增強有關。

神經影像學研究表明，慢性疼痛病人存在腦結構-功能屬性的改變。Loggia等[23]采用雙重回歸概率的獨立成分分析(independent component analysis)方法對PHN病人動脈自旋標記數據進行靜息態(tài)功能連接研究。結果發(fā)現，PHN病人基線狀態(tài)的腦DMN，包括前扣帶回膝前部、左側頂下小葉和右側腦島(right insular, rINS)的連接增強，并且DMN-rINS的連接強度與臨床疼痛呈正相關，因此，研究認為靜息態(tài)DMN的連接可以作為慢性疼痛感覺的一個潛在的神經影像學標記。DMN腦區(qū)活動受行為相關刺激的調控，近來的一些研究提示，在給予實驗性疼痛刺激時，DMN的基線腦活動和功能連接增強預測其具有較高的疼痛敏感性[24,25]。 研究也為PHN的慢性持續(xù)疼痛進一步提供了不同的神經影像學證據，具體來說，靜息態(tài)DMN的功能連接可以預測持久不消的臨床疼痛的易感性。DMN的連接增強這一神經生物學基礎介導了實驗性和臨床疼痛的高敏感性。DMN連接增強預測較強的臨床疼痛的機制可以這樣進行解釋，DMN是一個參與內省和自我導向認知的神經網絡[26]，我們可以推測，DMN內連接增強可能反映出其更加關注和聚焦臨床疼痛。事實上，注意的焦點已被廣泛證明會影響疼痛的知覺，對疼痛的過度關注是慢性疼痛的一個潛在的異常機制在既往研究中亦被探討[27,28]。此外，DMN的功能連接也參與了負性情緒的加工處理過程，這提示情緒的加工對刺激期后的持續(xù)疼痛也有一定的促進作用。

總之，本研究表明DMN的連接增強介導了PHN慢性持續(xù)疼痛的神經生物學過程，是其產生的神經基礎和潛在的腦影像學標記。未來的研究需要進一步證實本研究所觀測的這些影像學指標的臨床意義，從而進一步評估DMN的連接增強能否作為一種生物指標來預測哪些亞臨床或急性疼痛病人會繼續(xù)發(fā)展成慢性疼痛。