李丹陽，孫雨美，劉婉晴，胡冰，伍建林，張清

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是指在睡眠過程中部分或完全的上呼吸道阻塞為特征的慢性睡眠呼吸障礙性疾病，反復(fù)上呼吸道阻塞會導(dǎo)致夜間間歇性缺氧和睡眠碎片化。流行病學(xué)研究顯示此病的男性發(fā)病率為13%～33%，女性發(fā)病率為6%～19%[1-3]。OSAHS患者由于長期急性/慢性間歇性缺氧，可導(dǎo)致與調(diào)節(jié)情緒、自主神經(jīng)、認(rèn)知和呼吸控制相關(guān)的腦白質(zhì)損傷[4]，進(jìn)而出現(xiàn)焦慮、注意力障礙和日間嗜睡等問題[5]。其中焦慮是OSAHS最常見的癥狀之一，發(fā)病率可達(dá)11%～70%[6]。自動纖維量化(automated fiber quantification，AFQ)技術(shù)是由Yeatman團(tuán)隊開發(fā)的一款基于Matlab平臺的開源軟件(https://github.com/jyeatman/AFQ)，可自動識別并量化分析腦白質(zhì)纖維通路[7]，它可以自動、高效提取全腦20條主要神經(jīng)纖維束，并將每一條神經(jīng)纖維束細(xì)分為100個等距節(jié)段，之后再將FA等擴散張量指標(biāo)映射到纖維束的每一個細(xì)分節(jié)段，從而實現(xiàn)將纖維束張量成像指標(biāo)異常改變的準(zhǔn)確定位。由于疾病可以僅造成局部纖維束發(fā)生改變，所以對于全腦纖維束擴散張量成像指標(biāo)的測量就更加需要進(jìn)一步的精細(xì)研究[7]。近年來AFQ技術(shù)已在阿爾茲海默病、癲癇、抑郁癥及原發(fā)性失眠等疾病的相關(guān)神經(jīng)影像領(lǐng)域的研究中得到較為廣泛的應(yīng)用[8-11]。但是在OSAHS領(lǐng)域尚未見相關(guān)報道。本研究首次利用AFQ分析方法來探究OSAHS患者腦白質(zhì)纖維束的具體損傷情況，并分析這種損傷程度與焦慮量表評分之間的相關(guān)性，旨在通過此方法為OSAHS相關(guān)腦白質(zhì)損傷提供更多精準(zhǔn)信息，并揭示其可能的神經(jīng)病理學(xué)基礎(chǔ)，為臨床診治提供客觀的影像信息。

材料與方法

1.基本臨床資料

于2018年10月—2019年7月在本院耳鼻喉科門診招募33例經(jīng)臨床確診的中重度OSAHS患者。其中，男29例，女4例；年齡(40.15±8.52)歲，同期招募了28例性別、年齡和受教育年限與患者組相匹配的無障礙睡眠者(no sleep disorder，NSD)作為正常對照組。本項研究已經(jīng)得到本院倫理委員會的批準(zhǔn)，且每例受試者在進(jìn)行實驗之前簽署了知情同意書。

中重度OSAHS組的納入標(biāo)準(zhǔn)：①根據(jù)2012年中華醫(yī)學(xué)會呼吸病學(xué)分會睡眠呼吸障礙學(xué)組《阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征診治指南(2011年修訂版)》的診斷標(biāo)準(zhǔn)[12]，經(jīng)夜間(>7h)多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀(polysomnography，PSG)監(jiān)測顯示低通氣指數(shù)(apnea hypopnea index，AHI)>15次/小時；②首次就診，且未接受過針對此疾病的任何形式的治療；③年齡25～60歲，受教育年限>9年，右利手，體重<125kg；④無OSAHS之外的其它類型的睡眠障礙性疾病；⑤無精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，未服用過精神類藥物；⑥無磁共振檢查禁忌證。OSAHS組的排除標(biāo)準(zhǔn)：①有高血壓、糖尿病、嚴(yán)重心血管疾病及阿爾茲海默癥等疾病史；②顱內(nèi)腦結(jié)構(gòu)有異常改變(嚴(yán)重的腦白質(zhì)病變、腦萎縮、 腦梗死、腦外傷、腦血管性及腫瘤性病變)。

NSD組的納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡25～60歲，受教育年限>9年，右利手，體重<125kg；②經(jīng)臨床診斷無OSAHS等睡眠障礙性疾病，且AHI<5次/小時；③無精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，無服用精神類藥物史。NSD組的排除標(biāo)準(zhǔn)同OSAHS組。

2.PSG檢查

在行頭顱MRI檢查前于本院耳鼻喉科睡眠監(jiān)測室使用Philips Alice 6多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀對受試者進(jìn)行整晚睡眠監(jiān)測，監(jiān)測當(dāng)日禁服興奮或催眠類藥物。

3.焦慮癥狀評分

采用焦慮自評量表(self-rating anxiety scale，SAS)對受試者的焦慮癥狀進(jìn)行評估，以50分作為界值[13]。受試者均在MRI檢查前進(jìn)行測試，且處于清醒狀態(tài)下(無倦怠、困意感等)，在安靜、柔和的光線環(huán)境下完成此量表的填寫，并由經(jīng)過培訓(xùn)的人員進(jìn)行評估。

4.MRI檢查方法

使用Siemens Magnetom Verio 3.0T磁共振掃描儀和12通道相控陣頭線圈，使用海綿墊固定受試者頭部以減少運動偽影。DTI采用單次激發(fā)SE-EPI序列，掃描參數(shù)：TR 6000 ms，TE 95 ms，層厚3.0 mm，矩陣128×128，翻轉(zhuǎn)角90°，視野230 mm×230 mm，帶寬1502 Hz/Px，b=0和1000 s/mm2，30個擴散梯度方向。同時采用3D高分辨率預(yù)磁化快速梯度回波(magnetization-prepared rapid acquisition with gra-dient echo,MPRAGE)序列行矢狀面薄層T1WI，為前-后連合(anterior commissure-posterior commissure,AC-PC)的定位提供解剖信息，掃描參數(shù)：TR 1900 ms，TE 2.79 ms，層厚1.0 mm，矩陣384×384，視野259 mm×259 mm，翻轉(zhuǎn)角9°。

5.AFQ數(shù)據(jù)處理

首先利用牛津大學(xué)腦功能磁共振成像軟件FSL(http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/)進(jìn)行圖像處理[14]，計算4項DTI指標(biāo)，包括各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、平均擴散系數(shù)(mean diffusivity,MD)、軸向擴散系數(shù)(axial diffusivity,AD)及徑向擴散系數(shù)(radial diffusivity,RD)。AFQ技術(shù)識別和量化分析纖維束的過程主要有以下步驟[7]：①運用確定性流線型纖維追蹤算法(streamlines tracking algorithm,STT)對每一例被試進(jìn)行全腦纖維束追蹤[15-16]；②基于Waypoint ROI程序進(jìn)行全腦纖維束的分割[17]，同時穿過兩個Waypoint ROI則被定義為一條特定的纖維束；③通過概率性纖維圖譜來進(jìn)行纖維的細(xì)分[18]，并將概率性圖譜轉(zhuǎn)換到個體空間上；④利用迭代次數(shù)來刪除由于數(shù)據(jù)中的噪聲、纖維束方向區(qū)域的復(fù)雜性及模糊的停止標(biāo)準(zhǔn)所造成的纖維示蹤技術(shù)的誤差；⑤在每條纖維束上確定100個等距節(jié)段，并根據(jù)每個節(jié)段的平均位置確定出纖維束的核心位置；⑥在纖維束上通過取加權(quán)平均值來計算出每個節(jié)段的擴散張量特征值。

6.統(tǒng)計分析

使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用獨立樣本t檢驗對兩組受試者的基本臨床資料及焦慮抑郁量表評分進(jìn)行統(tǒng)計分析，兩組間性別構(gòu)成的比較采用卡方檢驗。對兩組間采用AFQ分析方法獲得的20條纖維束上每一節(jié)段的DTI指標(biāo)值進(jìn)行500次的隨機置換檢驗[19]，最終進(jìn)行TFCE多重對比校正。將具有組間差異的纖維節(jié)段的DTI指標(biāo)值與患者的焦慮量表評分進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

OSAHS組和NSD組間基本臨床資料的比較結(jié)果見表1。兩組之間性別、年齡、受教育年限和SAS量表評分的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩組間體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。

表1 兩組受試者基本臨床資料的比較

采用AFQ分析結(jié)果顯示(圖1)：與NSD組比較，OSAHS組的胼胝體大鉗第77～78節(jié)段FA值減低，右丘腦輻射第23～24節(jié)段的MD值增高，右下額枕束第54～57節(jié)段和右上縱束第66～68節(jié)段的AD值增加，組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

將OSAHS組中受損纖維節(jié)段的擴散張量指標(biāo)值與患者的SAS評分進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示(圖2)：胼胝體大鉗第78節(jié)段的FA值與SAS量表評分呈正相關(guān)(r=0.447，P=0.009)；右下額枕束第56節(jié)段的AD值與SAS量表評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.434，P=0.013)。

討 論

OSAHS患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性發(fā)生改變，可能是因為深部腦白質(zhì)的血供來源于穿通動脈，這些動脈是一些細(xì)小的分支(直徑100～400μm)，缺乏吻合和有效的側(cè)支循環(huán)，很容易受到血流和壓力變化的影響，OSAHS患者夜間間歇性缺氧和腦血流減少，會造成這些小動脈發(fā)生急性或慢性缺血，進(jìn)而造成腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變。既往關(guān)于OSAHS患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的研究中多采用基于全腦體素(voxel-based analysis，VBA)和基于纖維束空間統(tǒng)計(tract-based spatial statistics，TBSS)的分析方法，其結(jié)果顯示OSAHS患者的腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變可以出現(xiàn)在多個腦區(qū)，如Macey等[20]采用VBA方法發(fā)現(xiàn)胼胝體前部、前后扣帶皮質(zhì)和扣帶回束、穹窿右柱、腹側(cè)前額葉、頂葉和島葉皮質(zhì)、雙側(cè)內(nèi)囊、小腦中腳和皮質(zhì)脊髓束及小腦深核等部位出現(xiàn)白質(zhì)纖維完整性的改變。但是，VBA方法存在配準(zhǔn)誤差及平滑問題，并且由于受試者之間長程纖維束的形態(tài)不一，因此容易導(dǎo)致它在個體水平上沒有足夠的準(zhǔn)確性。為了提高對白質(zhì)病變的檢出特異性TBSS方法應(yīng)運而生，它具有主觀誤差低和精準(zhǔn)度高等優(yōu)點，有學(xué)者[21]采用該方法發(fā)現(xiàn)OSAHS患者腦白質(zhì)改變主要發(fā)生在胼胝體、內(nèi)外囊、放射冠和矢狀束區(qū)域[20,22-23]。但是TBSS法也存在一定的局限性：它無法確保每個體素都對應(yīng)著不同受試者相同的腦區(qū)。總的來說在沿著每條纖維束進(jìn)行白質(zhì)完整性的研究中基于體素水平的技術(shù)無法提供定位的特異性。而AFQ克服了兩者的局限性，它可以量化一條纖維束上多個位置的擴散特性，以便更好的定量分析并為研究提供更多的信息。

在DTI的4個指標(biāo)中，F(xiàn)A值是反映組織各向異性最敏感的指標(biāo)，當(dāng)它減低時代表纖維束完整性受到破壞。本研究中發(fā)現(xiàn)胼胝體大鉗的FA值減低，提示白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性破壞。在既往關(guān)于OSAHS患者腦白質(zhì)改變的研究中，已有較多結(jié)果顯示胼胝體纖維的完整性受損[20,24]，早在2008年Macey等[20]就報道了胼胝體前部的FA值減低，并且有研究顯示胼胝體體積亦減小[25]。雖然既往關(guān)于OSAHS患者腦白質(zhì)損傷的部位尚未有統(tǒng)一結(jié)論，但是相關(guān)研究中較一致的結(jié)論是胼胝體損傷是OSAHS中最常見的表現(xiàn)。胼胝體(callosum forceps)是大腦的主要聯(lián)合纖維，負(fù)責(zé)連接左右大腦半球，它由大約2億條重要神經(jīng)纖維髓鞘組成[26]。胼胝體的不同區(qū)域由不同的神經(jīng)纖維組成，其中壓部和體部的神經(jīng)纖維直徑較大，有溝通兩側(cè)大腦半球間的感覺纖維穿過，可進(jìn)行信息的高速交換[27]，其主要功能是調(diào)節(jié)情緒狀態(tài)、運動、感覺能力和注意力，因此胼胝體損傷會導(dǎo)致相應(yīng)功能的下降。有研究報道，OSAHS患者胼胝體前部微結(jié)構(gòu)的完整性與較差的前瞻記憶和持續(xù)注意力有關(guān)[24]。在本研究中我們發(fā)現(xiàn)胼胝體大鉗部分損傷節(jié)段的FA值減低與SAS量表評分呈正相關(guān)，既往也有研究發(fā)現(xiàn)高危焦慮人群的腦白質(zhì)異?？衫奂半蓦阵w前部[28]。這些結(jié)果表明胼胝體損傷會造成大腦半球之間缺乏半球間的交流，進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)功能異常，如情緒紊亂等。

AD值主要代表了軸突損傷的情況。由于OSAHS的主要特征——在睡眠期間發(fā)生反復(fù)的氣道阻塞伴隨著持續(xù)的膈肌活動進(jìn)而呼吸暫停，會導(dǎo)致持續(xù)暴露于間歇性缺氧中，隨后在呼吸恢復(fù)時再進(jìn)行復(fù)氧，這就會造成供給腦組織氧氣需求不匹配，使細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)鈉和鉀離子發(fā)生變化，進(jìn)一步會影響細(xì)胞內(nèi)、外水分子的分布，導(dǎo)致細(xì)胞和軸突腫脹，減少胞外/軸突間隙而出現(xiàn)相應(yīng)的AD值改變。既往研究結(jié)果顯示OSAHS患者AD值改變出現(xiàn)在多個腦區(qū)[29]，如雙側(cè)后扣帶回、右側(cè)顳上回和右側(cè)顳下回等；Chen等[30]在最近的一項研究中發(fā)現(xiàn)OSAHS患者右皮質(zhì)脊髓束AD值增加。在本研究中我們發(fā)現(xiàn)右下額枕束及右上縱束局部AD值增加，與Chen等[30]的研究中AD值的變化趨勢是一致的。既往有研究報道OSAHS患者認(rèn)知損害主要表現(xiàn)為延遲回憶及注意力、語言能力、視空間、執(zhí)行功能和抽象能力的損害[31]，而上縱束主要參與調(diào)節(jié)運動行為、空間注意、視覺動眼功能、頂葉和運動皮質(zhì)之間的體感信息傳遞等，因此我們推測OSAHS患者視空間及注意力等的減低與上縱束的損傷可能存在一定的相關(guān)性，有待今后進(jìn)一步的研究。下額枕束起于額葉前方皮層及額下回，與鉤束上緣毗鄰，走行于外囊，后方大部分纖維束到達(dá)枕葉，少部分到達(dá)頂葉。它可以將聽覺和視覺相關(guān)皮質(zhì)整合到前額葉皮質(zhì)，因其通過外囊區(qū)將枕顳(和頂葉)區(qū)連接到額葉，這種解剖部位的特殊性使其比其他纖維束更容易受到損傷。在本研究中，右下額枕束的AD值與SAS量表評分呈負(fù)相關(guān)。既往已有較多文獻(xiàn)報道，下額枕束的損傷與焦慮癥狀有關(guān)[32-33]。在一項關(guān)于青少年廣泛性焦慮癥的報道中[34]，就發(fā)現(xiàn)右下額枕束完整性受損。因此我們推測可能是因為右下額枕束受損時導(dǎo)致枕葉與額葉的連接減少，干擾感覺統(tǒng)合和對感覺刺激的認(rèn)知或情緒調(diào)節(jié)，進(jìn)而會使患者出現(xiàn)相應(yīng)的功能障礙。

MD主要反應(yīng)水分子擴散的平均速率，與纖維束的方向無關(guān)，它對細(xì)胞數(shù)量、水腫和壞死較敏感[35]，可以將缺氧/缺血后的急性期與慢性期區(qū)分開來，急性期數(shù)值降低，亞急性期數(shù)值與正常情況相似，慢性期數(shù)值增加[36]，因此，MD比FA能更敏感地區(qū)分病理分期，有助于確定OSAHS患者腦損傷的病理性質(zhì)[37]。有研究報道OSAHS患者M(jìn)D值增加出現(xiàn)在多個部位，如右側(cè)皮質(zhì)脊髓束、右上縱束等，可能是因為OSAHS患者低氧血癥慢性階段的脫髓鞘或軸突丟失將減少組織屏障，增加細(xì)胞外體積，并加劇血管源性水腫，這些都將導(dǎo)致MD值增加[30]。然而也有研究發(fā)現(xiàn)，島葉、扣帶回束、胼胝體、顳葉、枕葉和放射冠區(qū)的MD值減低[21]，這可能是由于OSAHS患者處于低氧血癥的亞急性期伴隨細(xì)胞毒性水腫，導(dǎo)致組織屏障的增加而MD值降低。本研究結(jié)果顯示右丘腦輻射的MD值增加，可能是因為本組OSAHS受試者為中重度患者，且大部分病程較長，根據(jù)低氧血癥的嚴(yán)重程度，大多數(shù)軸突和細(xì)胞可能會長期發(fā)展為慢性病理狀態(tài)，因此，會出現(xiàn)OSAHS患者受損纖維MD值的增加。

除了上述研究結(jié)果以外，本研究中OSAHS組的BMI高于NSD組，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。既往有研究表明肥胖是易患OSAHS的一個主要高危因素[38]，這可能與肥胖患者頸部呼吸道周圍的脂肪堆積，造成氣道形態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致呼吸氣道狹窄有關(guān)。在本研究中我們發(fā)現(xiàn)BMI與SAS量表評分存在一定的相關(guān)性(正相關(guān))，但是并沒有發(fā)現(xiàn)BMI與差異纖維節(jié)段的DTI指標(biāo)值之間具有相關(guān)性，這與秦芳等[39]的研究結(jié)果一致，排除了BMI對腦白質(zhì)損傷的影響，但研究結(jié)果同樣受研究對象及樣本量等客觀問題的限制，因此或許不能完全反映出肥胖因素對腦白質(zhì)的影響，同時本研究中女性被試較少，并且中青年患者相對較多，因此仍需擴大樣本量進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

綜上所述，本研究基于DTI成像技術(shù)首次采用AFQ數(shù)據(jù)分析處理方法發(fā)現(xiàn)了OSAHS患者腦白質(zhì)纖維束受損的特定位置，并且胼胝體大鉗及右下額枕束的部分損傷纖維節(jié)段與SAS量表評分具有一定的相關(guān)性，從而提示OSAHS患者出現(xiàn)的焦慮癥狀與其特定的白質(zhì)纖維束損傷有關(guān)。因此，AFQ能夠成為檢查和監(jiān)測OSAHS疾病發(fā)生發(fā)展有用性的潛在工具，并可以促進(jìn)目前對于OSAHS患者神經(jīng)病理學(xué)基礎(chǔ)的認(rèn)識。