邱翔，曾學文，秦夢，鄧利俊，蔡葉

終末期腎病(end stage renal disease,ESRD)是各種慢性腎臟疾病的終末階段，患者的腎小球濾過率通常低于15 mL/(min·1.73m2)[1]。ESRD患者通常需要通過透析或腎臟移植進行替代治療。維持性血液透析(maintenance hemodialysis，MHD)為終末期腎病患者首選治療方案，通過排出機體內毒素和改善電解質紊亂的方式，達到減輕癥狀、延緩疾病進展的目的。但MHD患者認知功能障礙的發(fā)生率較高[2-3]，常出現(xiàn)不同程度的認知功能障礙，如注意力障礙、記憶力和任務執(zhí)行能力降低等，嚴重影響了生活質量，后期可能伴發(fā)癡呆、癲癇發(fā)作、昏迷甚至死亡[4-7]。

皮質神經元興奮直接引起腦內小動脈和毛細血管擴張，這種自發(fā)性功能性充血的功能稱為神經血管耦合(neurovascular coupling,NVC)[8]。NVC的功能破壞是多種中樞神經系統(tǒng)疾病的重要發(fā)病機制之一。NVC存在3種腦血流的神經血管調控機制：①皮質內神經元-神經遞質調控機制；②皮質下核團-神經遞質調控機制；③外周交感/副交感神經節(jié)后神經元-血管活性物質調控機制。血管周間隙和血腦屏障等生理結構的破壞以及血管緊張素等體液因素的異常均可導致NVC功能障礙[8]。NVC具有多結構參與、多通路調控的特征，與大腦內穩(wěn)態(tài)的維持密切相關。NVC這種優(yōu)勢特征在探索神經、精神疾病發(fā)病機制中得到廣泛應用，如阿爾茲海默病、焦慮癥和慢性疼痛等[9-11]。雖然腎移植是目前治療ESRD最有效的方式，可能有助于改善MHD患者認知功能障礙，但費用昂貴[12-13]。對于不能移植的MHD患者，需要了解認知功能障礙的發(fā)生機制，并探索有效的干預措施來改善認知功能。外源性神經刺激可能成為恢復NVC功能的潛在干預途徑[8]。因此本研究將NVC用于探索MHD患者認知功能障礙的神經病理生理機制，為臨床發(fā)現(xiàn)早期MHD患者認知功能障礙提供新的依據，從而制訂個體化治療方針及早期干預患者認知功能異常。

材料與方法

1.研究對象

將2021年1月-2021年11月川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院血液透析中心收治的29例ESRD維持性血液透析患者納入本研究。其中，男14例，女15例；年齡21～66歲，平均(41.24±12.59)歲。同期招募29例性別、年齡相匹配的健康志愿者作為正常對照組。其中，男13例，女16例；年齡19～66歲，平均(41.10±12.23)歲?；颊呓M納入標準：①根據慢性腎臟病的腎臟病預后質量指南(kidney disease outcomes quality initiative，K/DOQI)分類確診為終末期腎病[14]；②接受維持性血液透析(每周3次，每次>3.5 h)至少3個月；③沒有腎移植或急性腎衰竭病史；④右利手；⑤無腦外傷、腦卒中、腦腫瘤、顱內感染、重大精神疾病及其它慢性疾病史；⑥無藥物或酒精濫用史；⑦臨床和實驗室檢查資料完整，采用穩(wěn)定透析間實驗室數據(以減少潛在偏倚的影響)；⑧無MRI檢查禁忌證，如體內有心臟起搏器和心臟支架及有幽閉恐懼癥者；⑨能配合MRI檢查，且MRI檢查前一天能完成神經心理學測試。所有受試者自愿參加本研究并簽署知情同意書。

2.認知功能評估

由一位接受過培訓的神經內科醫(yī)師采用蒙特利爾認知評估量表(montreal cognitive assessment scale，MoCA)對所有MHD患者進行評估，此量表的評估內容包括視空間和執(zhí)行功能、命名、注意、語言、抽象思維、延遲回憶和定向共7個子項目，總分為30分，26分以下診斷為認知功能障礙，為校正文化程度的影響，若患者受教育年限在12年以下，最終得分加1分[15]。

3.MRI檢查方法

使用GE Discovery MR750 3.0T磁共振儀和32通道顱腦線圈。囑受試者在放松狀態(tài)下閉眼但保持清醒，避免系統(tǒng)性思維活動。使用軟墊固定頭顱并用軟耳塞以減少噪音。①首先行常規(guī)序列顱腦MRI掃描，排除顱腦內有明顯異常病變的受試者。②采用三維顱腦容積成像(three-dimension brain volume imaging,3D-BRAVO)序列3D-T1WI獲得高分辨率腦結構圖像，掃描參數：層數136，TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，翻轉角12°，視野240 mm×240 mm，矩陣256×256，層厚1.2 mm，層間距0 mm，激勵次數1。③采用EPI序列進行靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional MRI,rs-fMRI)掃描，掃描參數：240個時間點，TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉角90°，視野240 mm×240 mm，矩陣64×64，層厚4.0 mm，層數33。④三維準連續(xù)動脈自選標記(three-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling,3D-pCASL)掃描參數：TR 4632 ms，TE 10.5 ms，視野240 mm×240 mm，層厚4.0 mm，帶寬62.5 Hz/pixel，激勵次數3，標記延遲時間(post labeling delay time,PLD)1.8 s，層數32。

4.圖像后處理

rs-fMRI數據的預處理及低頻振蕩振幅(amplitude of frequency fluctuation,ALFF)的計算采用MATLAB_2013b平臺上加載的DPABI和SPM8工具包，數據預處理步驟包括格式轉換、去除前10個時間點數據、時序校正、頭動校正(排除頭動平移大于1.5 mm及轉動角度大于1.5°被試)、功能像配準、空間標準化、平滑(6 mm半寬高)及去線性趨勢，將得到的基礎圖像轉換為Z值，頻段選取0.01～0.08 Hz，使其保持低頻振蕩振幅。

3D-pCASL序列的圖像經隨機軟件處理后得到腦血流量(cerebral blood flow,CBF)圖像，基于Matlab_2013b平臺選用SPM8工具包，對患者組和對照組的CBF數據進行預處理，主要步驟包括檢查CBF圖像質量、空間標準化(配準到SPM工具包自帶PET全腦灌注圖)、檢查標準化后CBF的圖像質量、數據歸一化和平滑(6 mm半寬高)。然后將ALFF圖及CBF圖重采樣(體素大小2 mm×2 mm×2 mm)，分別計算每例受試者灰質模板內CBF與ALFF的比值，得到單位低頻振蕩振幅需要消耗的血流，即神經血管耦合圖。

5.統(tǒng)計學分析

采用SPM8軟件中的雙樣本t檢驗分析神經血管耦合圖，加入年齡、性別和受教育年限作為協(xié)變量，結果進行FDR矯正，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。最后采用DPABI軟件依據自動解剖標記(AAL)模板將大腦分為90個腦區(qū)，提取MHD組與對照組神經血管耦合圖上差異腦區(qū)，并提取差異腦區(qū)的NVC值。使用SPSS 22.0 統(tǒng)計學軟件，對MHD組和對照組的臨床資料、神經心理學資料和NVC值進行分析，計量資料采用均數±標準差進行描述。采用Pearson相關性分析評估MHD組有差異腦區(qū)的NVC值與臨床資料和MoCA評分相關性。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.兩組受試者的臨床資料

MHD組和對照組主要臨床資料的比較結果見表1。兩組間年齡、性別和受教育年限的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。MHD組的MoCA評分低于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。

表1 兩組受試者臨床數據及神經心理測試評分比較

2.兩組間NVC比較

與對照組相比，MHD組的雙側海馬、雙側顳下回、雙側豆狀殼核、左側梭狀回、右側海馬旁回、右側內側和旁扣帶回及右側尾狀核的NVC值明顯減小(P<0.05, FDR校正)。MHD組未發(fā)現(xiàn)有NVC升高的腦區(qū)(表2、圖1)。

表2 MHD組較對照組NVC值有差異的腦區(qū)

3.相關性分析

對有差異腦區(qū)的NVC值與臨床資料和MoCA評分進行相關性分析，有統(tǒng)計學意義的結果詳見表3。MHD組左側顳下回和右側海馬旁回的NVC值與視空間和執(zhí)行能力評分呈負相關；右側豆狀殼核的NVC值與語言功能評分呈正相關；左側海馬和左側梭狀回的NVC值與血肌酐水平呈正相關，與透析時長呈負相關；右側尾狀核的NVC值與透析時長呈負相關(P均<0.05)。

圖1 腦組織內的藍色區(qū)域為MHD組較對照組NVC值減低的腦區(qū)(P<0.05，F(xiàn)DR校正)，主要包括左側海馬(①)、右側海馬(②)、左側顳下回(③)、右側顳下回(④)、左側豆狀殼核(⑤)、右側豆狀殼核(⑥)、左側梭狀回(⑦)、右側海馬旁回(⑧)、右側內側和旁扣帶回(⑨)及右側尾狀核(⑩)。

表3 MHD組有差異腦區(qū)的NVC值與臨床資料和MoCA評分的相關性分析結果

討 論

本研究結果顯示ESRD維持性血液透析患者存在認知功能障礙，并通過神經血管耦合方式發(fā)現(xiàn)MHD患者雙側海馬、雙側顳下回、雙側豆狀殼核、左側梭狀回、右側海馬旁回、右側內側和旁扣帶腦回及右側尾狀核的NVC值減小。這些腦區(qū)主要位于邊緣系統(tǒng)和腦基底神經節(jié)。未發(fā)現(xiàn)MHD患者較正常對照組NVC值增高的腦區(qū)，這與Jin等[2]的研究結果基本一致。此外，本研究結果顯示MHD患者的神經血管耦合值與視空間和執(zhí)行能力評分、語言能力評分、血肌酐水平和透析時長具有相關性(P均<0.05)。以往對慢性腎病患者出現(xiàn)認知功能障礙的發(fā)生機制主要有2種假說，即血管性假說和神經退行性假說[16]。但本研究結果顯示MHD患者的NVC功能發(fā)生了改變，表明MHD患者出現(xiàn)認知功能障礙可能是神經血管相互作用的結果。

皮質內神經元-神經遞質調控通路介導NVC通路具有“快速響應”的特點，為大腦多種重要活動提供支持[8]。既往有許多研究證實ESRD患者多伴有邊緣系統(tǒng)連接功能受損[16-18]。邊緣系統(tǒng)參與情緒、學習和記憶等功能活動的調節(jié)過程[19]。吳寶林等[16]發(fā)現(xiàn)ESRD患者旁邊緣-邊緣網絡、右側顳橫回和左側顳上回的節(jié)點效率較對照組明顯減低。MHD患者出現(xiàn)焦慮和抑郁狀態(tài)的比例較高，合并抑郁情緒的ESRD患者杏仁核-前額葉-后扣帶回皮層-邊緣系統(tǒng)環(huán)路受損[17]。Zheng等[18]發(fā)現(xiàn)ESRD引起的腸道生態(tài)失調與促炎細胞因子、杏仁核功能異常與情緒表現(xiàn)密切相關。本研究發(fā)現(xiàn)終末期腎病MHD患者的邊緣系統(tǒng)NVC功能受損，可能是邊緣系統(tǒng)NVC皮質內調控通路受損所致，從而導致患者出現(xiàn)認知功能障礙。

皮質下核團-神經遞質調控通路參與維持腦實質內血管基礎舒縮張力，調控腦實質內血流[8]。以往研究發(fā)現(xiàn)通過興奮皮質下基底節(jié)區(qū)膽堿能纖維，能夠激活皮質內血管毒蕈堿M受體及尼古丁N受體，擴張皮質血管并增加腦血流[8]。本研究發(fā)現(xiàn)MHD患者雙側豆狀殼核和右側尾狀核的NVC值較正常對照組減低，且右側尾狀核的NVC改變與語言能力相關。推測終末期腎病MHD患者可能通過基底節(jié)區(qū)NVC皮質下核團-神經遞質調控通路參與認知功能調節(jié)。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)左側海馬和左側梭狀回的NVC改變與血肌酐和透析時長相關，右側尾狀核的NVC改變與透析時長相關。血液透析會導致快速液體轉移，往往導致血壓大幅波動。透析過程中的低血壓與腦萎縮有關，而血液透析中的血流動力學不穩(wěn)定與腦損傷有關[20]。Dong等[21]研究發(fā)現(xiàn)腎功能可能是預測腦組織結構變化的關鍵因素。較低的腎小球濾過率和蛋白尿的存在與嚴重的認知功能障礙有關[22]。大腦內血管周間隙代謝物清除率下降、血管緊張素增加，會損傷NVC功能，并導致大腦內穩(wěn)態(tài)失衡[8]。本研究結果表明MHD患者腎功能及透析時長與部分腦區(qū)的NVC改變具有相關性，筆者分析可能是由于腎功能異常及透析時長影響機體代謝，間接損害NVC功能，從而參與MHD患者認知功能障礙的發(fā)生。

本研究存在一定的局限性：本實驗樣本量較小，需多中心、大樣本實驗對本研究結果進行驗證；其次，本研究中僅選用維持性血液透析患者作為受試者，未對透析前及透析后遠期神經血管耦合的改變進行縱向研究。最后，腎臟疾病的病因可能會對大腦功能產生影響，故需要今后根據不同病因進行分類研究。

綜上所述，維持性血液透析患者神經血管耦合改變與認知功能損害有關，NVC通過不同神經血管調控通路調節(jié)MHD患者的認知功能。此外透析時長、血肌酐水平可能與NVC功能受損具有相關性。上述研究結果為維持性血液透析患者認知功能障礙的潛在病理生理機制提供了一個新的視角，NVC有可能成為潛在的影像學生物標記物。