王琴，陳光斌，敖鋒，張自力，李勝，熊妍希

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)損害主要表現(xiàn)為認(rèn)知障礙及神經(jīng)精神異常。OSAHS可引起不同程度的認(rèn)知功能障礙，主要表現(xiàn)為注意力、記憶力、警覺性、語言能力、執(zhí)行能力、視覺空間構(gòu)建能力和信息處理能力等功能受到不同程度的損害[1]。由于白日嗜睡、注意力不集中和警惕性下降等，OASHS患者工業(yè)事故及交通事故的發(fā)生率較高[2-3]。另有研究表明，OSAHS可伴有焦慮、煩躁、抑郁和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等多種神經(jīng)精神癥狀，且能夠促進癲癇、阿爾茨海默癥和帕金森病的進展[4-6]。因此，OSAHS的CNS損害對患者的生存質(zhì)量及生命安全造成了極大威脅，但目前其神經(jīng)病理學(xué)機制尚未闡明。因此，尋找客觀有效的早期診斷OSAHS患者CNS損害的方法并探索其潛在的神經(jīng)病理機制對指導(dǎo)臨床治療具有重要意義。

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)主要通過腦組織新陳代謝的改變引起腦局部皮層磁共振信號的改變來反映腦功能狀態(tài)?！办o息態(tài)”是指在清醒、安靜、放松且沒有特定任務(wù)刺激時大腦神經(jīng)元的自發(fā)性活動。由于靜息態(tài)fMRI(resting state fMRI,rs-fMRI)具有任務(wù)設(shè)計簡單、檢查者配合度高、能夠無創(chuàng)性地將腦功能活動影像化等優(yōu)點，可用來探討OSAHS的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而進一步探索OSAHS腦功能損害的神經(jīng)病理學(xué)機制。在OSAHS的rs-fMRI研究中常用的數(shù)據(jù)處理方法有局部方法、功能連接以及圖論方法等[7]?；隗w素水平的度中心度(degree centrality，DC)方法是從圖論方法衍生而來的一種反映全腦網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)分析方法[8]。DC法不需要先驗假設(shè)，能夠直接評估全腦網(wǎng)絡(luò)的功能連接模式。但目前有關(guān)DC法應(yīng)用于OSAHS腦功能研究的相關(guān)文獻報道較少，故筆者設(shè)計了此項研究。目前廣泛認(rèn)為，OSAHS的腦功能異常具有明顯的性別差異[9]。為了避免性別差異的影響，我們僅納入了男性O(shè)SAHS患者及健康志愿者；且為了避免左、右利手者腦功能本身的差異造成的偏倚，我們僅納入了右利手患者。

材料與方法

1.研究對象

實驗組為2019年9月-2020年12月在本院就診、經(jīng)多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(polysomnography，PSG)初次確診且未經(jīng)治療的OSAHS患者，共30例。所有患者符合美國睡眠醫(yī)學(xué)會2012年頒布的OSAHS患者診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]。選取同時間段經(jīng)PSG監(jiān)測為睡眠正常、且年齡和受教育年限與患者組相匹配的30例男性志愿者作為正常對照(normal control，NC)組。

OSAHS患者納入標(biāo)準(zhǔn)：①右利手；②男性；③年齡30～60歲；④AHI≥5次/小時。 NC組納入標(biāo)準(zhǔn)：①右利手；②男性；③年齡30～60歲；④AHI<5次/小時；⑤經(jīng)家屬或室友證實無打鼾癥狀。

OSAHS患者和GN組的排除標(biāo)準(zhǔn)：①非OSAHS的其它類型的睡眠呼吸疾??；②左利手；③有糖尿病、嚴(yán)重的心腦血管及呼吸系統(tǒng)疾病等病史；④有神經(jīng)或精神系統(tǒng)疾??；⑤有酗酒史；⑥服用精神類藥物；⑦常規(guī)MRI掃描顯示有腦實質(zhì)病變(如腫瘤、腦梗死和囊腫等)；⑧有MRI掃描禁忌證。

本研究經(jīng)十堰市人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者自愿參與并簽署了知情同意書。

2.PSG監(jiān)測

所有受試者在行磁共振掃描前一天接受PSG，檢測時間不少于7 h，且檢測當(dāng)天不喝酒、不吃安眠藥、不喝咖啡類飲料等。采用Alice 5 LE睡眠系統(tǒng)檢測儀，記錄睡眠相關(guān)指標(biāo)：呼吸紊亂指數(shù)(apnea hypopnea index，AHI)、微覺醒指數(shù)(arousal index，AI)、最低血氧飽和度(minimal arterial oxygen saturation,Mini-SaO2)。

3.認(rèn)知量表評估

所有受試者在進行PSG前均需完成蒙特利爾量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)評分，以評估認(rèn)知功能改變情況。

4.MRI數(shù)據(jù)采集

使用Siemens Skyra 3.0T磁共振儀，對受試者進行腦MRI數(shù)據(jù)采集。受試者平躺于檢查床上，佩戴眼罩和耳塞，固定頭部，安靜閉目、保持清醒但盡量不去思考特定的事情。首先行常規(guī)序列(T2WI、T1WI和T2-FLAIR)橫軸面平掃，所獲得的圖像用以排除有腦實質(zhì)性病變(腫瘤、炎癥和梗死等)的受試者；然后，采集靜息態(tài)全腦血氧水平依賴(blood oxygen level dependent，BOLD)數(shù)據(jù)，翻轉(zhuǎn)角90°，層間距1.2 mm，共采集240個時間點，總掃描時間8 min 6 s；最后，采集矢狀面T1WI，翻轉(zhuǎn)角設(shè)置為9°，間距設(shè)置為0 mm，總層數(shù)176層，掃描時間為5 min 12 s。各序列掃描參數(shù)詳見表1。

表1 掃描序列及參數(shù)

5.BOLD數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用MRIcro軟件包(www.MRIcro.com)查看原始數(shù)據(jù)，去除不合格的數(shù)據(jù)；然后，基于Matlab2014a平臺的SPM12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)和DPARSFA(http://rfmri.org/DPARSF)軟件包對fMRI數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。具體步驟見圖1。

圖1 BOLD數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖。

6.基于體素水平的DC值計算

DC分析采用杭州師范大學(xué)開發(fā)的RestPlus(http://restfmri.net/forum/restplus)軟件來完成。每個體素作為一個節(jié)點，任意兩個體素間的功能連接作為邊。對于每一個被試者，計算默認(rèn)灰質(zhì)模板內(nèi)任意兩個體素間的Pearson相關(guān)系數(shù)，從而構(gòu)建整個大腦功能連接矩陣，為了符合正態(tài)高斯分布，將每個受試者的體素型DC值轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)，最后進行空間平滑，得到標(biāo)準(zhǔn)化的DC圖，用于統(tǒng)計分析。

7.統(tǒng)計分析

使用IBM SPSS 25.0軟件對OSAHS組與NC組人口學(xué)及PSG睡眠監(jiān)測指標(biāo)進行比較。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用兩獨立樣本t檢驗，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用秩和檢驗，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

利用SPM12軟件對OSAHS組與NC組的標(biāo)準(zhǔn)化DC圖進行兩獨立樣本t檢驗，記錄組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義腦區(qū)的大小及其MNI坐標(biāo)，統(tǒng)計閾值設(shè)定為經(jīng)FDR校正后簇水平P<0.001、體素水平P<0.001、簇大小≥40個體素，并使用Rest軟件進行結(jié)果呈現(xiàn)。

將有差異的腦區(qū)作為感興趣區(qū)域，使用RestPlus軟件包分別提取這些ROI的DC值，并將其與MoCA評分、PSG睡眠監(jiān)測指標(biāo)采用IBM SPSS 25.0軟件進行相關(guān)性分析，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.臨床資料

OSAHS組和NC組臨床資料的比較見表1。兩組被試者的年齡和受教育年限的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而體質(zhì)指數(shù)(body mass index,BMI)、AHI、AI、Mini-SaO2和MoCA評分的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

2.DC分析結(jié)果

OSAHS組與NC組之間DC值有顯著差異腦區(qū)的分布情況見表2。與NC組相比，OSAHS組DC值增加的腦區(qū)有左側(cè)腦橋、右側(cè)邊緣葉、左側(cè)顳上回、右側(cè)額下回、左側(cè)額上回和右側(cè)額上回；DC值減低的腦區(qū)有右側(cè)小腦后葉和左側(cè)楔葉(圖2)。

表2 兩組被試者臨床資料的比較

圖2 OSAHS組與NC組比較DC值有顯著差異腦區(qū)的分布情況。紅色為OSAHS組DC值增高的腦區(qū)，藍(lán)色為OSAHS組DC值減低的腦區(qū)。a)橫軸面腦區(qū)激活差異圖；b)矢狀面腦區(qū)激活差異圖；c)大腦3D重建模型圖。

3.相關(guān)性分析結(jié)果

相關(guān)性分析結(jié)果見圖3。右側(cè)小腦后葉DC值與MoCA評分呈顯著正相關(guān)(r=0.656，P<0.001)；左側(cè)楔葉DC值與Mini-SaO2呈顯著正相關(guān)(r=0.519，P=0.003)。

圖3 OSAHS組臨床資料與DC相關(guān)性分析散點圖。a)右側(cè)小腦后葉DC值與MoCA評分呈顯著正相關(guān)；b)左側(cè)楔葉DC值與Mini-SaO2呈顯著正相關(guān)。

表3 OSAHS組與NC組比較DC值有顯著差異腦區(qū)的分布情況

討 論

在患者的臨床資料分析中，OSAHS組的BMI值明顯高于NC組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，表明肥胖可能是OSAHS的誘因之一，這與既往的研究結(jié)果一致[11]。此外，OSAHS組與CN組之間AHI、AI、Mini-SaO2和MoCA評分的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。有學(xué)者認(rèn)為[12]，間歇性的缺氧與再復(fù)氧，低碳酸血癥和高碳酸血癥反復(fù)交替，伴有腦血灌注改變和睡眠破碎是OSAHS患者睡眠時常見的病理生理變化，亦可能是OSAHS患者腦功能損害的基礎(chǔ)。但OSAHS的腦功能損傷通常隨時間累積。這些病理生理變化對認(rèn)知和情緒的影響取決于腦功能是處在代償或失代償?shù)膭討B(tài)階段。近些年來，rs-fMRI的興起為識別OSAHS患者腦功能異常提供了新方法，為探究OSAHS患者CNS損傷的機制開拓了新道路。

基于體素水平的DC法是從圖論方法衍生而來的一種全腦網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)分析方法[8]。DC法不需要先驗假設(shè)，能夠直接評估全腦網(wǎng)絡(luò)的功能連接模式，從而探索大腦內(nèi)在功能框架的生理基礎(chǔ)[13]。DC值是描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要性的度量指標(biāo)，DC值越大，表明該節(jié)點在全腦網(wǎng)絡(luò)中的地位越重要。DC法能夠基于體素水平找出大腦網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點并評估其是否異常。

人腦是一個極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是提供各種信息處理和心理表征的生理基礎(chǔ)?；趫D論的研究表明，OSAHS患者的中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default-mode network，DMN)、凸顯網(wǎng)絡(luò)以及等多個腦功能網(wǎng)絡(luò)均出現(xiàn)了異常[14-15]。腦的功能(hubs)區(qū)域是大腦網(wǎng)絡(luò)中處理信息的核心部位，其受損會導(dǎo)致信息傳遞效率下降，從而引起相關(guān)腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常。Li等[16]研究表明，在不同閾值下，OSAHS患者跟正常人具有高度相似的腦功能hubs區(qū)域，且這些腦功能hubs區(qū)域與DMN存在高度的吻合，是靜息態(tài)下腦神經(jīng)元激活部位[13,17]。DMN由前DMN和后DMN兩個獨立空間的子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，前DMN主要負(fù)責(zé)情緒管理和自我參照，后DMN主要負(fù)責(zé)認(rèn)知加工和記憶提取[18]。由此可以推測OSAHS患者的DMN功能異?？赡苁瞧湔J(rèn)知功能障礙的基礎(chǔ)。而我們的研究發(fā)現(xiàn)OSAHS患者部分DMN腦區(qū)出現(xiàn)代償，未見明顯損害，推測可能是Li等[16]研究的是重度OSAHS患者，而本組病例中大多數(shù)為輕～中度患者，DMN核心腦區(qū)的腦功能尚處于代償狀態(tài)。

小腦參與廣泛的任務(wù)，包括感覺運動控制、語言、空間和執(zhí)行功能[19]。小腦前葉主要從事運動控制，小腦蚓部參與情感加工，小腦后部參與復(fù)雜的認(rèn)知功能。Park等[20]研究表明，小腦內(nèi)部(蚓部Ⅲ和Ⅵ之間)及小腦與大腦之間的功能連接(functional connectivity，F(xiàn)C)明顯減少，推測OSAHS患者小腦內(nèi)以及小腦與大腦之間FC受損可能會破壞更高級別的認(rèn)知過程。在我們的研究中，OSAHS組右側(cè)小腦后葉DC值減低，且右側(cè)小腦后葉的DC值與MoCA評分呈顯著正相關(guān)。推測可能是右側(cè)小腦內(nèi)部FC減少而引起的網(wǎng)絡(luò)異常，與患者認(rèn)知功能障礙有關(guān)，這與Park等[20]提出的小腦可能是OSAHS患者最容易損害部位的觀點不謀而合。

枕葉是視覺皮質(zhì)中樞，主要是參與視覺信號處理，但也有研究表明，枕葉參與了語言信息加工、工作記憶以及運動知覺等活動，額葉可能參與處理概念性記憶，枕葉可能參與知覺性內(nèi)隱記憶[21]。我們的研究發(fā)現(xiàn)，OSAHS患者左側(cè)枕葉(BA18/19)的DC值顯著減低，BA18屬于次級視覺皮質(zhì)，可以將初級視覺皮質(zhì)接收到的視覺信息轉(zhuǎn)化為知覺信息，而BA19屬于高級視覺皮質(zhì)，負(fù)責(zé)全面整合聽覺信息、其他感覺信息、語言等，構(gòu)成對事物綜合信息的認(rèn)知[22]。研究表明，OSAHS患者的視覺感知、視覺空間構(gòu)建以及視覺運動表現(xiàn)等方面均有不同程度的損害[23]，中重度OSHAS患者的視野損害高于健康人群，OSHAS患者的有效視野受限[24]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)OSAHS可能是青光眼以及某些視網(wǎng)膜病變的危險因素[25-28]，推測這可能與本研究中發(fā)現(xiàn)的OSAHS患者枕葉DC值減低有關(guān)，需進一步探究其相關(guān)性及可能存在的機制。此外，Li等[16]亦發(fā)現(xiàn)OSAHS患者左側(cè)枕中回的DC值減低，且減低的DC值與AI及AHI呈顯著負(fù)相關(guān)。Qin等[29]研究發(fā)現(xiàn)右側(cè)枕中回的低頻振幅值與Mini-SaO2水平呈負(fù)相關(guān)。本研究結(jié)果顯是左側(cè)楔葉的DC值與Mini-SaO2呈顯著正相關(guān)。上述這些研究結(jié)果均提示，反復(fù)慢性缺氧和睡眠中頻繁覺醒可能是導(dǎo)致OSAHS患者枕葉腦功能損傷的原因。

除了發(fā)現(xiàn)多個腦區(qū)的DC值顯著減低外，我們還發(fā)現(xiàn)OSAHS患者的左側(cè)腦橋、右側(cè)邊緣葉鉤回、左側(cè)顳上回、右側(cè)額下回和雙側(cè)額上回DC值顯著增加。

額葉皮層在大腦功能中扮演著至關(guān)重要的角色，參與情緒、決策、獎賞及懲罰、社會認(rèn)知和精神病理等多方面作用[30-31]。研究發(fā)現(xiàn)前額葉皮層的激活與情感刺激的主觀情緒體驗相關(guān)，前額葉皮層的損傷會損害與情緒相關(guān)的學(xué)習(xí)、行為和主觀情緒狀態(tài)，在調(diào)節(jié)情緒、意識、記憶和內(nèi)省方面起著重要作用[32]。Li等[16]對重度OSAHS患者的腦功能進行研究，結(jié)果顯示左側(cè)額上回減低的DC值與MoCA評分呈正相關(guān)，表明前額葉皮層紊亂的功能連接可能與OSAHS患者執(zhí)行功能障礙有關(guān)。而在本研究中，OSAHS組雙側(cè)額上回和右側(cè)額下回DC值顯著增高，可能是OSAHS患者執(zhí)行功能障礙、記憶力低下、抑郁和焦慮發(fā)生率相對較高的潛在機制。

腦干是生命中樞，對調(diào)節(jié)OSAHS患者的呼吸頻率及模式起重要作用[33]。我們的研究首次發(fā)現(xiàn)OSAHS患者的腦橋存在異常，與NC組相比，左側(cè)腦橋的DC值顯著增高，推測可能是OSAHS頻繁多次的呼吸暫停引起了腦橋的功能代償。有研究表明，OSHAS患者的腦干可因周期性缺氧而引起神經(jīng)元變性[34]。因此，腦橋DC值的升高也可能是其內(nèi)神經(jīng)元變性的早期表現(xiàn)。

邊緣系統(tǒng)與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和大腦皮質(zhì)有廣泛聯(lián)系，不僅能參與內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)，還參與高級神經(jīng)、情緒反應(yīng)以及記憶活動[35-36]。邊緣葉和邊緣旁回路功能障礙，會導(dǎo)致嗜睡、過度思考、內(nèi)部引導(dǎo)或自我產(chǎn)生的想法、以及白天對外部刺激或任務(wù)的喚醒或注意力減少，邊緣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)異?？赡苁悄承┚耦惣膊〉纳窠?jīng)病理學(xué)基礎(chǔ)[37]。既往有MRS研究結(jié)果顯示，與健康人群比較，OSAHS患者的海馬、丘腦和殼核等大邊緣系統(tǒng)內(nèi)神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)水平存在差異，表現(xiàn)為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)中N-乙酰天冬氨酸(NAA)降低，興奮性神經(jīng)遞質(zhì)中谷氨酸(Glu)水平升高，表明邊緣系統(tǒng)腦神經(jīng)元興奮性增加[33]。Song等[38]研究發(fā)現(xiàn)，OSAHS患者的邊緣-紋狀體-皮質(zhì)功能連接的改變與其行為和神經(jīng)心理變量有關(guān)，DC值有潛力作為預(yù)測OSAHS認(rèn)知功能障礙的無創(chuàng)性指標(biāo)之一。在本研究中，OSAHS患者邊緣葉的DC值增高可能是該腦區(qū)神經(jīng)元活動增強的結(jié)果，是其內(nèi)在功能連接改變的體現(xiàn)。

本文采用DC法對OSAHS患者靜息態(tài)腦功能改變進行了研究，結(jié)果顯示與健康人群比較，OSAHS患者的度中心度發(fā)生了顯著改變，并推測這些改變可能是OSAHS患者CNS損害的神經(jīng)病理學(xué)基礎(chǔ)，DC值有潛力成為早期識別OSAHS患者CNS損害的無創(chuàng)性指標(biāo)，為探究OSAHS患者腦功能損害機制提供了新視角、新思路與新方法。然而，本研究的樣本量相對較少，僅局限于比較患者與健康對照者之間腦功能的差異，未以病情分度為亞組進行深入分析，尚需在將來聯(lián)合應(yīng)用多種方法對大樣本量、處于不同病程的OSAHS患者的腦功能進行綜合分析，以闡明其潛在的神經(jīng)病理學(xué)機制。

綜上所述，本研究的主要研究結(jié)果為OSAHS患者的多個腦區(qū)度中心度改變，右側(cè)小腦后葉度中心度減低可能與認(rèn)知功能的減低有關(guān)，左側(cè)楔葉的度中心度減低可能與缺氧密切相關(guān)。