董 培,崔方圓,譚中建,蔣根娣,張 華,鄒憶懷

臨床上,腦梗死有很高的致殘率,但同時(shí)也發(fā)現(xiàn),在梗死發(fā)生后的一段時(shí)間,受損的神經(jīng)功能會(huì)有一定程度的恢復(fù)?，F(xiàn)代基礎(chǔ)研究將這種腦自行修復(fù)的能力歸結(jié)為腦的可塑性,其機(jī)制很復(fù)雜,與年齡、功能康復(fù)訓(xùn)練、梗死位置等諸多因素相關(guān)。本研究通過(guò)對(duì)健康人與腦梗死后痙攣期患者左側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)的BOLD-fMRI對(duì)照研究,試圖說(shuō)明在運(yùn)動(dòng)通路損傷后,肢體運(yùn)動(dòng)所反應(yīng)的激活腦區(qū)的特異性改變,進(jìn)而初步探討腦梗死后腦功能重塑在痙攣期的特點(diǎn)及其機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 偏癱組:偏癱患者6例,均為2008年3月—2009年3月于北京中醫(yī)藥大學(xué)附屬東直門醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院患者。其中男5例,女1例,年齡43歲～85歲。均為左側(cè)痙攣性偏癱者。經(jīng)頭顱CT或磁共振成像(MRI)診斷為腦梗死,病程2周至6個(gè)月,均為首次發(fā)作腦血管病,病灶均在右側(cè)基底節(jié)和(或)放射冠,無(wú)意識(shí)障礙及視聽(tīng)障礙,Brunnstrom分級(jí)在1級(jí)～4級(jí)(上肢)。另設(shè)正常組為對(duì)照組。以上兩組受試在試驗(yàn)前均無(wú)不適,除偏癱組1例男性患者在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)煩躁、壓抑感而脫落外,余受試在試驗(yàn)過(guò)程中均未出現(xiàn)明顯不適,配合完成試驗(yàn)任務(wù)。受試前均簽署知情同意。

1.2 試驗(yàn)方法 應(yīng)用東直門醫(yī)院Simens Novus 1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀采用組塊設(shè)計(jì)模式進(jìn)行掃描。在試驗(yàn)前被告知試驗(yàn)?zāi)康呐c方法,講解左上肢運(yùn)動(dòng)的方法、力度、幅度及頻率,

Brunnstrom分級(jí)在1級(jí)～2級(jí)的患者進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng),Brunnstrom分級(jí)在3級(jí)～4級(jí)的患者進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)動(dòng),受試者主動(dòng)或被動(dòng)左上肢運(yùn)動(dòng)的頻率為從平臺(tái)上勻速自然抬起角度約45°～60°,經(jīng)過(guò)前期訓(xùn)練30 s內(nèi)約運(yùn)動(dòng) 8次。受試者靜息休息10 min～15 min后進(jìn)入核磁室,平臥位,視聽(tīng)封閉狀態(tài),線圈固定,保持頭位不動(dòng)。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)像掃描,然后進(jìn)行連續(xù)不間斷的左上肢主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)動(dòng)任務(wù)的fMRI的掃描。三維結(jié)構(gòu)成像掃描采用 T1WI序列,掃描全腦。

1.3 Bold fMRI圖像處理及分析 采用BrainVoyager軟件對(duì)fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)效應(yīng)模式統(tǒng)計(jì)處理。首先進(jìn)行頭動(dòng)校正,對(duì)處理過(guò)的圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)算各像素的t值,P＜0.05同時(shí) voxel≥4的像素被認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 正常組隨機(jī)效應(yīng)模式分析 可見(jiàn)左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的激活腦區(qū)在小腦的分布以左側(cè)為主,包括小結(jié)、蚓部、后葉;右小腦激活區(qū)域以前葉、小腦扁桃體為主。在大腦皮層的激活區(qū)域以右側(cè)中央前回(BA4)、中央后回(BA2,3,4,5,40)為主,而左側(cè)大腦皮層未見(jiàn)明顯激活簇。詳見(jiàn)表1。

表1 正常組左上肢運(yùn)動(dòng)腦激活區(qū)像素?cái)?shù)與t值

正常組左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)腦功能抑制區(qū)以左右兩側(cè)邊緣系統(tǒng)為主,包括前扣帶回(BA24)、扣帶回(BA23,31,32)、后扣帶回(BA23,29,30,31)、海馬(BA19,27,34,35,36,37,38)、杏仁核;左側(cè)大腦皮層分布包括額下回(BA8,9)、中央前回(BA6,9)、頂枕楔前葉(BA7,23,31,39)、頂葉角回(BA39)、枕葉楔葉(BA18,30)、枕顳內(nèi)側(cè)回(BA19,22)、顳葉(BA13,20,21,22,41)、島葉(BA13,22),激活簇較小;右側(cè)大腦皮層包括額中回(BA6,8)、頂枕楔前葉(BA 23,31)、顳上回(BA 38),激活簇較小。詳見(jiàn)表2。

表2 正常組左上肢運(yùn)動(dòng)腦抑制區(qū)像素?cái)?shù)與t值

2.2 對(duì)偏癱組隨機(jī)效應(yīng)模式分析 可見(jiàn)左上肢運(yùn)動(dòng)的激活區(qū)包括:小腦蚓部、左小腦前后葉有明顯激活,右小腦后葉有較小激活簇;邊緣葉扣帶回有較小激活簇;左右蒼白球、殼核、左右丘腦及左島葉(BA13)有明顯激活;左側(cè)大腦皮層激活簇分布于左中央前回、中央后回(BA2,3,4)、頂下小葉(BA40)、枕葉楔葉(BA17,18,19,23)、顳葉上、中回(BA21,22);右側(cè)大腦皮層分布區(qū)為頂下小葉(BA40)、頂葉下部(BA40),上述區(qū)域激活程度較高,右枕葉楔葉和舌回(BA17,18)有少量激活。詳見(jiàn)表3、圖3。

表3 偏癱組左上肢運(yùn)動(dòng)腦激活區(qū)像素?cái)?shù)與t值

對(duì)偏癱組左上肢活動(dòng)抑制區(qū)分析可見(jiàn),腦干髓質(zhì)、左尾狀核體和左島葉(BA13)有少量負(fù)激活簇。詳見(jiàn)表4。

表4 偏癱組左上肢運(yùn)動(dòng)腦抑制區(qū)像素?cái)?shù)與t值

兩組受試在執(zhí)行左上肢運(yùn)動(dòng)任務(wù)在中央前回、后回(BA3,4區(qū))有共同激活簇。應(yīng)用BrainVoyager軟件中的ANOVA random effects analysis(F檢驗(yàn)),對(duì)兩組的腦激活體素與兩組的刺激和靜息基線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),激活區(qū)分布于每組內(nèi)分析結(jié)果相符合。詳見(jiàn)表5～表7。

表5 兩組左上肢運(yùn)動(dòng)共同腦激活區(qū)

表6 兩組左上肢運(yùn)動(dòng)興奮腦區(qū)

表7 兩組左上肢運(yùn)動(dòng)抑制腦區(qū)

3 討 論

正常組左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)腦激活區(qū)主要分布在右側(cè)初級(jí)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層(SM1)及左側(cè)小腦。另外,次級(jí)軀體感覺(jué)皮層(BA5區(qū))及后頂葉皮層(BA40區(qū))亦見(jiàn)大面積激活簇。本試驗(yàn)中,左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)在右側(cè)SM1有明顯激活,并且沿中央前后回中上1/3分布,符合已知的皮層軀體定位排列方式。位于優(yōu)勢(shì)半球的BA5區(qū)屬于次級(jí)軀體感覺(jué)皮層的一部分,其作用是整合到達(dá)初級(jí)感覺(jué)皮層的信息,并與原有記憶信息對(duì)比而成為經(jīng)驗(yàn)的一部分。由于本試驗(yàn)設(shè)計(jì)為組塊設(shè)計(jì),此區(qū)的激活可能與運(yùn)動(dòng)任務(wù)的重復(fù)性相關(guān)。頂葉皮層的BA40區(qū)在優(yōu)勢(shì)半球被認(rèn)為是較高的第三級(jí)聯(lián)合區(qū),推測(cè)運(yùn)動(dòng)覺(jué)、觸覺(jué)、前庭覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)在此進(jìn)行最高水平的整合,并且此區(qū)可發(fā)出纖維直接投射到運(yùn)動(dòng)前區(qū)(BA6區(qū)),從而形成與錐體系和錐體外系的直接和間接聯(lián)系[1]。這與已有研究認(rèn)為的一些原來(lái)只參與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備的次級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū),如輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(SMA)、前運(yùn)動(dòng)皮層(PMC)、次級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)(PPC)也參與運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行[2]的結(jié)果相符。在小腦激活區(qū)中以左側(cè)舊小腦為著。舊小腦主要接受來(lái)自脊髓小腦通路的傳入沖動(dòng),而其傳出的沖動(dòng)可以調(diào)節(jié)抗重力肌群的活動(dòng),提供運(yùn)動(dòng)時(shí)維持平衡的肌張力強(qiáng)度。由于本試驗(yàn)采用左上肢抬舉運(yùn)動(dòng),并要求運(yùn)動(dòng)保持一定的頻率和速度,因而肢體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要維持一定的肌張力,這可能是舊小腦激活的原因。

雖然多數(shù)研究表明同側(cè)半球運(yùn)動(dòng)皮層在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和運(yùn)動(dòng)控制方面起作用,如SMA在利手和非利手運(yùn)動(dòng)時(shí)都表現(xiàn)雙側(cè)激活[3],同側(cè)半球可能有控制精確運(yùn)動(dòng)的作用[4],并且左側(cè)優(yōu)勢(shì)半球的作用更強(qiáng)[5]。更有研究發(fā)現(xiàn)右利手者即使在左手運(yùn)動(dòng)時(shí)左腦的激活程度強(qiáng)于右腦。這與本試驗(yàn)結(jié)果略有差異,考慮原因:首先不同于其他試驗(yàn),本試驗(yàn)任務(wù)為左上肢的抬舉運(yùn)動(dòng),而非精細(xì)的對(duì)指運(yùn)動(dòng),因此優(yōu)勢(shì)半球沒(méi)有發(fā)揮較強(qiáng)的協(xié)調(diào)作用;其次,為了避免單個(gè)人的左側(cè)半球激活簇小而且分散的情況,本試驗(yàn)分析采取嚴(yán)格的組群隨機(jī)效應(yīng)的方法,從而造成左側(cè)大腦激活效應(yīng)被剔除。

偏癱組左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起雙側(cè)大腦運(yùn)動(dòng)皮層的明顯激活,激活區(qū)包括雙側(cè)初級(jí)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層、運(yùn)動(dòng)前區(qū)和次級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū),雙側(cè)丘腦、小腦蚓部、右側(cè)小腦、右側(cè)島葉、殼核,以及健側(cè)大腦的蒼白球、扣帶回。與正常組相比,偏癱組的激活區(qū)域出現(xiàn)明顯泛化的情況,而且為雙側(cè)激活。這與以往的研究結(jié)果相符,如Kim等[6]發(fā)現(xiàn)卒中患者患側(cè)手運(yùn)動(dòng)會(huì)引起雙側(cè)初級(jí)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層的激活。Butefisch等[7]發(fā)現(xiàn)卒中患者患肢運(yùn)動(dòng)時(shí)引起雙側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)和初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的激活。兩組左上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)還出現(xiàn)了一些負(fù)激活的腦區(qū),分布于扣帶回后部(BA31)、楔前葉(BA7)、左側(cè) BA39、左側(cè) BA19、左額葉背外側(cè)(BA8)等腦區(qū)。以上腦區(qū)被認(rèn)為是靜息態(tài)腦活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一部分[8-10],其確切功能尚不清楚,但與大腦對(duì)內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測(cè)、情節(jié)記憶及自我意識(shí)相關(guān)。

由于大腦是個(gè)復(fù)雜的聯(lián)絡(luò)體系,各功能區(qū)間存在功能以及解剖結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系,因此,當(dāng)某一腦區(qū)受損后,大腦皮層出現(xiàn)動(dòng)態(tài)的功能重組以適應(yīng)這一變化。目前研究認(rèn)為主要存在三種皮層重組的類型:一是患側(cè)受累及的主要運(yùn)動(dòng)區(qū)發(fā)生移位;二是患側(cè)未受累及的主要運(yùn)動(dòng)區(qū)仍有激活;三是非主要運(yùn)動(dòng)區(qū)的功能明顯激活[11]。結(jié)合本研究分析其原因:腦梗死后患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)有賴于錐體系以及錐體外系的共同作用,在隨意運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的過(guò)程中,張力、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、控制能力起到關(guān)鍵作用。本研究中偏癱組均為痙攣性偏癱患者,與正常組相比,偏癱組在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)時(shí)需要中樞神經(jīng)系統(tǒng)更多的協(xié)調(diào)、控制作用,因此相應(yīng)的腦區(qū)出現(xiàn)較多激活;本研究中偏癱組的運(yùn)動(dòng)激活區(qū)出現(xiàn)了何運(yùn)動(dòng)感覺(jué)皮層后方移動(dòng)的現(xiàn)象,根據(jù)Ziemann等[13]的研究,這可能與本研究選取的病灶部位均在皮層下相關(guān)。

腦梗死后腦功能的重塑依賴于皮層功能的有機(jī)重組,受到多方面因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)偏癱組較正常組出現(xiàn)更多的錐體外系及次級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活,從而推測(cè)腦梗死后腦功能重塑的機(jī)制在于通過(guò)功能區(qū)的轉(zhuǎn)移和次級(jí)功能區(qū)的功能代償,這與以往的研究結(jié)果相符。但研究中也出現(xiàn)了一些無(wú)法用已有知識(shí)解釋的激活或負(fù)激活區(qū)域,如靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的腦區(qū),這需要大樣本的研究以闡明其機(jī)制。

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