劉金昊，祁永紅，楊國(guó)財(cái)

作者單位：青海省人民醫(yī)院磁共振室，西寧 810007

0 前言

輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impairment, MCI）被認(rèn)為是正常衰老和阿爾茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的過(guò)渡階段，目前雖無(wú)特效治療藥物，但早期干預(yù)能延緩甚至阻止其進(jìn)展。高海拔低氧環(huán)境對(duì)認(rèn)知功能如短時(shí)記憶力、注意廣度、思維判斷能力等方面產(chǎn)生損害作用[1]。由于人類大腦高度回旋折疊，在認(rèn)知障礙發(fā)病的早期階段，常規(guī)MRI 上通?？床怀雒黠@的結(jié)構(gòu)改變[2-3]，當(dāng)臨床上應(yīng)用常規(guī)MRI檢查發(fā)現(xiàn)腦萎縮時(shí)，患者大多數(shù)都已進(jìn)展到癡呆的中、晚期階段[4-5]，長(zhǎng)期處于高海拔低壓低氧環(huán)境會(huì)引發(fā)人體一系列的病理變化，可導(dǎo)致過(guò)度灌注和血管性水腫，從而引起血腦屏障的損傷，生活在海拔4000 多米的個(gè)體中出現(xiàn)腦自動(dòng)調(diào)節(jié)損傷，最終導(dǎo)致腦結(jié)構(gòu)的累積性變化[3,6]，甚至引起認(rèn)知功能改變[7]。結(jié)構(gòu)磁共振成像（structural magnetic resonance imaging, sMRI）可為檢測(cè)MCI 提供可靠的腦成像特征[5]。既往有研究對(duì)顱內(nèi)總體積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后灰質(zhì)（gray matter, GM）密度與GM 體積改變相一致，GM 密度降低提示腦組織神經(jīng)元的減少和退化[8-9]，先前有學(xué)者對(duì)MCI 患者的腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，但未見(jiàn)針對(duì)高海拔地區(qū)MCI 腦結(jié)構(gòu)的報(bào)道，本文分析了高海拔地區(qū)MCI 患者與健康對(duì)照（healthy controls, HC）者的腦結(jié)構(gòu)差異，旨在為進(jìn)一步求證高海拔低氧環(huán)境腦自動(dòng)調(diào)節(jié)甚至腦結(jié)構(gòu)改變提供影像學(xué)證據(jù)，指導(dǎo)臨床醫(yī)師早期認(rèn)識(shí)低氧腦損傷的關(guān)鍵腦區(qū)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

2020年10月至2021年11月，前瞻性納入世居高海拔地區(qū)的MCI患者91例（MCI組）、HC 95例（HC組）。所有入組者均在青海省人民醫(yī)院行頭顱MRI檢查。

MCI 診斷標(biāo)準(zhǔn)：（1）存在一個(gè)或多個(gè)認(rèn)知功能域損害的客觀證據(jù)；（2）復(fù)雜的工具性日常能力可以有輕微損害，但保持獨(dú)立的日常生活能力；（3）尚未達(dá)到癡呆，且MCI 組簡(jiǎn)易精神狀態(tài)（Mini-Mental State Examination, MMSE）量表評(píng)分為20～26分，蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）量表評(píng)分＜26 分。MCI 組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）世居高海拔地區(qū)（3700～4300 米）；（2）符合MCI 診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）存在神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如腫瘤、畸形、卒中等；（2）有藥物濫用史；（3）酗酒者；（4）服用了影響認(rèn)知功能的藥物；（5）掃描圖像或臨床信息不完整。

HC 組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）世居高海拔地區(qū)（3700～4300 米）；（2）無(wú)認(rèn)知功能障礙的臨床表現(xiàn)；（3）無(wú)日常生活能力受損表現(xiàn)；（4）MMSE評(píng)分＞27分。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有頭部外傷史；（2）酒精成癮者；（3）慢性失眠者；（4）掃描圖像或臨床信息不完整。

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)過(guò)青海省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，批準(zhǔn)文號(hào)：2020-113，受試者均簽署了知情同意書。

1.2 神經(jīng)心理學(xué)量表

所有入組對(duì)象均由同一神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試，包括MMSE、MoCA評(píng)分。

1.3 MR儀器及檢查方法

應(yīng)用德國(guó)西門子3.0 T Skyra 磁共振儀對(duì)入組者行頭顱檢查，利用T1WI、T2WI、T2 液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（T2 fluid attenuated inversion recovery,T2-FLAIR）序列除外神經(jīng)系統(tǒng)疾病如腫瘤、畸形、卒中等，其參數(shù)如下：T1WI（TR 2000 ms，TE 20.0 ms）、T2WI（TR 4300 ms，TE 105.9 ms）、T2-FLAIR（TR 8502 ms，TE 158.1 ms），F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚5 mm，層間隔1.5 mm。sMRI 掃描采用3D T1WI-MP RAGE 序列，掃描參數(shù)如下：TR 1900 ms，TE 2.43 ms，TI 900 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm，翻轉(zhuǎn)角9°，體素大小1 mm×1 mm×1 mm。

1.4 圖像后處理與分析

使用基于Matlab (R2019b)的SPM 12（https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/）中的計(jì)算解剖工具箱（CAT12,http://dbm.neuro.uni-jena.de/cat12/）對(duì)3D-T1 加權(quán)圖像進(jìn)行預(yù)處理，將T1 圖像空間配準(zhǔn)到組織概率圖（tissue probability maps, TPM），將其分割為GM、白質(zhì)和腦脊液，對(duì)圖像進(jìn)行配置，然后進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化；使用8 mm 的高斯核對(duì)GM 圖像進(jìn)行平滑處理。使用自動(dòng)解剖標(biāo)記圖譜116 模板將皮層劃分為116個(gè)腦區(qū)，得到每個(gè)腦區(qū)的GM密度。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行人口學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，將兩組的年齡、MMSE評(píng)分及MoCA評(píng)分進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。得到116 個(gè)腦區(qū)的GM 密度后，對(duì)MCI 組和HC組的GM 密度進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，得出差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)。

2 結(jié)果

2.1 MCI組和HC組基本信息

MCI 組和HC 組受試者年齡均≥50 歲、受教育年限均≥6 年、右利手。MCI 組91 例，年齡（64.0±6.7）歲，HC 組95 例，年齡（61.7±7.2）歲。MCI 組和HC 組的MMSE、MoCA 評(píng)分測(cè)試差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05），見(jiàn)表1。

表1 MCI組和HC組基本信息Tab.1 Demographic data of MCI patients and HC

2.2 MCI組與HC組不同腦區(qū)GM密度的比較

比較MCI 組和HC 組的116 個(gè) 腦 區(qū)GM 密度，得到GM 密度存在顯著差異的腦區(qū)（表2），顯示MCI 組的左側(cè)海馬（圖1A）、左側(cè)海馬旁回（圖1B）、左側(cè)梭狀回（圖1C）、左側(cè)小腦（圖1D）、右側(cè)小腦（圖1E）的GM 密度明顯低于HC組（P＜0.05，Bonferroni校正）。

圖1 MCI組與HC組腦區(qū)GM密度分析（藍(lán)色柱狀圖為MCI，黃色柱狀圖為HC）。MCI：輕度認(rèn)知障礙；HC：健康對(duì)照；GM：灰質(zhì)。Fig.1 Analysis of GM density in the brain of MCI patients and HC group (blue bar chart is MCI, yellow bar chart is HC).MCI: mild cognitive impairment; HC:healthy controls; GM: grey matter.

表2 MCI組與HC組不同腦區(qū)灰質(zhì)密度的比較Tab.2 Comparison of gray matter density in different brain regions between MCI and HC group

3 討論

本研究應(yīng)用sMRI對(duì)高海拔地區(qū)MCI患者和HC的腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析MCI 與HC 的腦結(jié)構(gòu)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MCI組的左側(cè)海馬、左側(cè)海馬旁回、左側(cè)梭狀回、左側(cè)小腦、右側(cè)小腦的GM 密度明顯低于HC 組，首次發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)MCI患者的腦結(jié)構(gòu)改變，為進(jìn)一步求證高海拔低氧環(huán)境腦自動(dòng)調(diào)節(jié)甚至腦結(jié)構(gòu)改變提供了影像學(xué)證據(jù)。

3.1 高海拔地區(qū)MCI患者海馬和海馬旁回的改變

本研究發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)（3700～4300 米）MCI 患者左側(cè)海馬和海馬旁回GM 密度較HC 組明顯減低。海馬是學(xué)習(xí)和記憶功能的關(guān)鍵腦區(qū)，還參與情緒反應(yīng)、情緒控制，記憶力與海馬的相關(guān)性最強(qiáng)，特別是對(duì)長(zhǎng)期記憶的形成至關(guān)重要[10-11]，海馬旁回接收來(lái)自下顳葉皮質(zhì)的傳入纖維，在記憶的編碼和提取中有重要的作用，參與空間記憶過(guò)程[12-13]，可見(jiàn)海馬和海馬旁是內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)的重要組成部分[12,14-15]。本研究發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)（3700～4300 米）MCI 患者左側(cè)海馬和海馬旁回GM 密度較HC 組明顯減低，與之前的sMRI研究中發(fā)現(xiàn)與HC相比MCI患者中海馬和海馬旁回GM 體積減小[14,16-18]相一致。VALDéS HERNáNDEZ等[12]的研究也表明MCI 患者和HC 組的GM 體積在海馬和海馬旁回之間存在顯著差異。SHU 等[19]對(duì)遺忘型MCI 患者的研究顯示雙側(cè)顳極和左海馬、海馬旁回的GM體積較HC組減小。基于體素的形態(tài)學(xué)分析中顯示MCI 的額中回和顳回及雙側(cè)海馬和海馬旁回和HC 組之間存在很大的總體差異[20-21]。JI 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在海拔4300米，SD大鼠海馬和腦皮層的神經(jīng)元損傷、細(xì)胞凋亡增加、Caspase-3 蛋白異常表達(dá)、氧化應(yīng)激和自由基顯著增加導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙，而在中等海拔（2260 米）環(huán)境中沒(méi)有觀察到認(rèn)知功能的改變，與處在海拔450米的大鼠相比，神經(jīng)元凋亡和相關(guān)蛋白表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，為神經(jīng)元在缺氧誘導(dǎo)下發(fā)生退化導(dǎo)致認(rèn)知功能損傷提供了證據(jù)。一項(xiàng)關(guān)于高原缺氧的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示暴露于高海拔缺氧地區(qū)的大鼠空間記憶功能受損，多模態(tài)MRI分析顯示大鼠海馬區(qū)域GM 體積減小，海馬的腦結(jié)構(gòu)與大鼠的行為改變有關(guān)[23]。

3.2 高海拔MCI患者梭狀回的改變

本研究發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)MCI 患者左側(cè)梭狀回GM密度較HC明顯降低。梭狀回是參與高級(jí)視覺(jué)加工的腦區(qū)，如面孔感知、肢體識(shí)別、物體識(shí)別、文字識(shí)別和視覺(jué)語(yǔ)言感知等，左側(cè)梭狀回主要負(fù)責(zé)對(duì)熟悉的人的面孔識(shí)別，右側(cè)海馬、右側(cè)楔前葉與左側(cè)梭狀回存在著顯著的功能連接[24-25]。在SUN 等[26]的研究中，左側(cè)梭狀回、顳中回、內(nèi)嗅皮層的平均皮質(zhì)厚度值從正常對(duì)照-單個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域損害-多個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域損害-AD呈下降趨勢(shì)。一項(xiàng)功能研究表明MCI 組左梭狀回的腦信號(hào)復(fù)雜度規(guī)律性降低[27]。一項(xiàng)關(guān)于世居高海拔居民與平原地區(qū)居民的腦血管反應(yīng)性差異比較顯示二者間左側(cè)梭狀回存在顯著差異[28]，間接驗(yàn)證了梭狀回是高海拔缺氧相關(guān)腦結(jié)構(gòu)改變的關(guān)鍵腦區(qū)。

3.3 高海拔MCI患者小腦的改變

本研究顯示MCI患者較HC組腦GM密度差異的腦區(qū)主要位于左側(cè)半球。一直以來(lái)小腦被認(rèn)為是一個(gè)協(xié)調(diào)完成運(yùn)動(dòng)功能的重要結(jié)構(gòu)，而越來(lái)越多的研究表明小腦不僅對(duì)運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)記憶具有十分重要的意義[29-31]，而且小腦與其他參與認(rèn)知功能至關(guān)重要的大腦網(wǎng)絡(luò)有緊密連接[32-33]，如前額葉皮層和杏仁核[21]。有研究表明小腦與運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)皮質(zhì)以及前額葉和頂葉皮質(zhì)有功能連接，提高了認(rèn)知功能[33]。也有研究表明與HC 組相比，MCI 患者小腦后部Ⅰ、Ⅱ區(qū)體積減小，小腦前部體積也減小[21]。一項(xiàng)基于體素的MRI分析顯示，MCI進(jìn)展組的雙側(cè)小腦皮層、右顳葉皮層和雙側(cè)島葉皮層的GM 體積減小[22]。遺忘型MCI 轉(zhuǎn)化為癡呆組在小腦Ⅰ/Ⅱ和蚓部（Ⅳ和Ⅶb）中出現(xiàn)了顯著的雙側(cè)GM體積丟失的現(xiàn)象[21]。在MCI狀態(tài)下，小腦GM體積和認(rèn)知功能測(cè)試顯示出直接關(guān)聯(lián)[29]。有研究發(fā)現(xiàn)，在調(diào)整了年齡、性別、受教育程度、海馬體積和APOE4 狀態(tài)之后，MCI 患者的小腦體積與認(rèn)知能力有關(guān)，表明小腦網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)調(diào)節(jié)疾病早期的認(rèn)知功能[33]，組織病理學(xué)研究表明AD患者小腦可能發(fā)生神經(jīng)退行性和神經(jīng)病理變化，包括小腦皮質(zhì)內(nèi)淀粉樣斑塊沉積、浦肯野細(xì)胞密度損失、分子和顆粒細(xì)胞層萎縮[34]。

本研究顯示MCI組較HC組腦GM密度差異的腦區(qū)主要位于左側(cè)半球。此外，MCI 組和HC 組間GM 密度比較顯示左側(cè)半球的腦區(qū)比右側(cè)半球差異更顯著，這表明左側(cè)半球可能更容易受到MCI的損傷[35-36]。另外一項(xiàng)關(guān)于高海拔地區(qū)認(rèn)知和腦影像的研究表明由于兩側(cè)半球存在血供的差異，左側(cè)半球比右側(cè)半球更容易發(fā)生缺氧和梗死以及對(duì)慢性高海拔缺氧更敏感[37]。

一項(xiàng)神經(jīng)病理學(xué)研究表明MCI 在額葉、頂葉、顳葉、海馬和內(nèi)嗅區(qū)的神經(jīng)炎斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)增加[38]，支持MCI 的神經(jīng)病理學(xué)改變與腦結(jié)構(gòu)改變的部位存在重疊。研究表明高海拔暴露不僅影響GM 結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響腦內(nèi)的功能連接、腦區(qū)間的功能整合，這應(yīng)該是MCI患者認(rèn)知能力受損的基礎(chǔ)。

3.4 本研究的不足及展望

本研究?jī)H對(duì)高海拔MCI 組和HC 組進(jìn)行腦結(jié)構(gòu)的研究，但未對(duì)高海拔地區(qū)與平原地區(qū)MCI患者腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，下一步我們將對(duì)這一方面進(jìn)行研究。

4 結(jié)論

高海拔地區(qū)MCI患者具有腦結(jié)構(gòu)上的退化特征，這可能是引起慢性高海拔暴露相關(guān)的認(rèn)知功能改變的基礎(chǔ)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：楊國(guó)財(cái)設(shè)計(jì)本研究的方案，對(duì)稿件重要的智力內(nèi)容進(jìn)行了修改；劉金昊起草和撰寫稿件，獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)，獲得了青海省衛(wèi)生健康委員會(huì)指導(dǎo)性計(jì)劃課題的資助；祁永紅獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)，對(duì)稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對(duì)本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠(chéng)信。