王丹萍　宋毓飛　李亞迪　任　輝　沈曉伶　黃志剛

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·論著·

磁共振成像技術在分析腸易激綜合征患者腦功能中的應用

王丹萍宋毓飛李亞迪任輝沈曉伶黃志剛

311200杭州市蕭山區(qū)第一人民醫(yī)院消化內科(王丹萍)；315040寧波市醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院消化內科(宋毓飛，任輝，沈曉伶，黃志剛)，影像科(李亞迪)

摘要：目的應用腦部功能性磁共振成像(fMRI)技術探究腸易激綜合征(IBS)的病理生理機制中大腦功能區(qū)變化，并評價精神心理因素在其發(fā)病中的意義。方法 收集31例IBS患者和20位正常對照者在不同容量直腸氣囊刺激下獲得的fMRI圖像，并應用醫(yī)院焦慮抑郁量表(HADS)進行精神心理因素評分，對結果進行統(tǒng)計學分析。結果IBS患者的fMRI圖像在不同容量地刺激下存在差異，并且腦部激活區(qū)域隨著直腸氣囊擴張容量的增加而不斷擴大，激活區(qū)域的顯示也越來越明顯；而在正常對照者中的差異無統(tǒng)計學意義。結論IBS患者的內臟敏感性與大腦皮質的活動性相關，但需要更大的樣本量驗證。而IBS患者內臟敏感性的程度是否與精神心理因素有必然的聯(lián)系，還有待進一步的研究及驗證。

關鍵詞：腸易激綜合征；功能性磁共振成像技術；醫(yī)院焦慮抑郁量表

腸易激綜合征(IBS)是一種常見的功能性胃腸病，以腹部不適，伴有大便性狀改變，但又缺乏可解釋的形態(tài)學、影像學及內鏡改變?yōu)樘攸c。對IBS患者的調查研究發(fā)現(xiàn)其焦慮及抑郁癥狀的比例較高。

本研究主要探討腦-腸軸在IBS發(fā)病機制中的作用。由Ogawa等[1]在1990年首先提出的血氧水平依賴性功能性磁共振成像(BOLD-fMRI)技術是目前研究腦部活動的較好的工具之一。本文對功能性磁共振成像(fMRI)技術在IBS的病理生理機制研究中應用的可行性進行評估，并評價精神心理因素在其發(fā)病中的意義。

1材料和方法

1.1研究對象

收集自2013年7月至2014年8月在寧波大學醫(yī)學院附屬李惠利醫(yī)院就診的31例IBS患者以及20位健康志愿者。所有入選者均為右利手，且均應用醫(yī)院焦慮抑郁量表(HADS)[2]進行臨床精神心理評估，并被告知將要進行的研究內容及相關風險，并簽署了知情同意書。其中健康志愿者包括男性11例，女性9例，年齡25～59歲，平均年齡(43.05±14.49)歲；IBS患者包括男性13例，女性18例，年齡17～69歲，平均年齡(44.13±13.39)歲。IBS的診斷標準為羅馬Ⅲ標準[3]：(1)反復發(fā)作腹痛伴腹部不適，在最近3個月內每月至少3 d，且伴有以下兩條或兩條以上：①排便后改善；②發(fā)作時伴排便次數(shù)的改變；③發(fā)作時伴排便性狀的改變。(2)目前的癥狀持續(xù)至少3個月，且診斷前至少6個月曾有過1次發(fā)作。下述癥狀可支持IBS的診斷：(1)異常的排便頻率，每周≤3次排便或者每日>3次排便；(2)異常的糞便性狀，塊狀便/硬便或者松散便/稀水便；(3)排便費力；(4)排便急迫感或排便不盡感；(5)排出黏液；(6)腹脹。根據(jù)研究資料的特點，采用HAD-A≥9分作為焦慮劃界分，HAD-D≥9分作為抑郁劃界分。所有量表均由研究對象自行閱讀完成，無任何誘導文字及言語。

1.2方法

受試者腸道準備后平臥于fMRI檢查床上，首先檢查由雙氣囊三腔導管改良后的肛門直腸氣囊是否漏氣，隨后將其置于距肛門約10 cm的直腸內，然后用150 mL注射針筒向氣囊內快速注氣。給予刺激時直腸內氣囊的充氣量分別為40 mL、80 mL和120 mL[4]。應用美國通用電氣公司的Discovery MR750 3.0T超導型磁共振成像系統(tǒng)和八通道頭顱線圈進行fMRI檢查。刺激方式采取“基線-刺激”的試驗模式。靜息30 s，刺激30 s，氣囊擴張刺激持續(xù)30 s，此為一個周期。反復刺激3個周期作為一個序列。靜息時排空氣囊內氣體。研究對象共完成3個序列，分別以40 mL、80 mL、120 mL拉丁方順序刺激。每個序列用時3 min，手工注氣5 s內完成，以減少注氣刺激對fMRI信號的干擾。結構像為3D Bravo序列。翻轉角15°，矩陣128×128，刺激1次，層厚5 mm，無間距，視野24 cm，掃描時間為3 min，范圍全腦。功能像為回波平面成像脈沖序列(EPI)。掃描基線為前后聯(lián)合斜切，模式2D；回波平面成像重復時間3 000 ms，回波時間40 ms，翻轉角90°。所有原始圖像轉換為DICOM圖像。經過分區(qū)及圖像轉換后進入SPM8軟件進行圖像后處理及統(tǒng)計分析，獲得感興趣區(qū)域(ROI)的面積差異，定量分析信號強度及定位。

1.3統(tǒng)計學處理

2試驗結果

2.1兩組的臨床病理特征

本研究中IBS組患者的平均年齡高于健康者組，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。IBS組的平均焦慮評分高于健康者組，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)；IBS患者組的平均抑郁評分高于健康者組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。(見表1)

表1　IBS患者及健康者的臨床病理特征的相關性

2.2IBS患者在不同刺激容量時所激活的區(qū)域比例

隨著直腸氣囊擴張容量的增加，IBS組患者腦部被激活的區(qū)域越來越大。頂葉、前額葉皮層(PFC)及小腦相對其他腦部區(qū)域更加敏感，且在不同的容量刺激下，頂葉、PFC及小腦所占比例均較多。直腸氣囊擴張容量的不斷增加，導致前扣帶回皮層(ACC)、島葉、丘腦等疼痛認知區(qū)域也逐漸被激活。枕葉(視覺中樞)、顳葉(聽覺中樞)這兩個腦部區(qū)域也隨著刺激容量的增加而被激活。(見圖1)

注：百分數(shù)表示各個激活區(qū)域所占百分比；為避免人為區(qū)分而造成統(tǒng)計誤差，故不予區(qū)分左右

圖1IBS患者在不同刺激容量時所激活的區(qū)域所占比例A予40 mL氣體刺激時B予80 mL氣體刺激時C予120 mL氣體刺激時

2.3在不同刺激容量下兩組腦部激活區(qū)域的變化

隨著直腸氣囊擴張容量的增加，IBS組患者腦部的激活區(qū)域越來越大，且激活區(qū)域顯示得越來越明顯；但健康組腦部的激活區(qū)域未見明顯改變。比較IBS組患者腦部激活區(qū)域在不同容量刺激下的感覺強度發(fā)現(xiàn)，在分別予以40 mL和80 mL氣體刺激時，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；分別比較120 mL與40 mL、120 mL與80 mL氣體刺激時發(fā)現(xiàn)，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。但在健康者組中，分別予以40 mL、80 mL與120 mL氣體刺激時，感覺強度的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。(見圖2)

圖2不同刺激容量下兩組顯示的腦功能圖AIBS組在予40 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，未見明顯變色區(qū)域BIBS組在予80 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，可見明顯變色區(qū)域CIBS組在予120 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，可見明顯變色區(qū)域D健康者組在予40 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，未見明顯變色區(qū)域E健康者組在予80 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，未見明顯變色區(qū)域F健康者組在予120 mL氣體刺激時所呈現(xiàn)的fMRI圖，未見明顯變色區(qū)域G比色標，顏色越深代表此顏色所在區(qū)域激活越明顯，即感覺越明顯

3討論

fMRI技術早在18年前就被開始應用于腦-腸軸相互作用方面的研究。fMRI具有靈敏度高，空間和時間分辨率高等優(yōu)勢[5]，是目前用于研究神經系統(tǒng)與內臟刺激信號相互關聯(lián)的一種較廣泛的技術。Rapps等[6]研究發(fā)現(xiàn)，IBS患者對于內臟感覺刺激的感知所激活的腦部區(qū)域與健康者相似，主要激活區(qū)域為ACC、島葉皮層(IC)、PFC、初/次級軀體感覺皮層(SⅠ/Ⅱ)和丘腦。而ACC、IC、PFC、丘腦恰恰是組成腦部內臟感覺的神經中樞。有研究發(fā)現(xiàn)，IBS與心理障礙是可以并存的，而且IBS至少合并一種常見精神疾病的概率為40%～60%，甚至有報道表示這個概率可高達80%[7]。

本研究對入選的健康者和IBS患者進行臨床特征的評價、精神心理評估及腦功能成像分析，結果提示頂葉、PFC及小腦相對其他腦部區(qū)域更加敏感；而隨著直腸氣囊擴張容量的增加，ACC、島葉、丘腦等疼痛認知區(qū)域也逐漸被激活。枕葉、顳葉這兩個腦部區(qū)域也隨著刺激容量的增加而激活。而健康者組的腦功能成像中腦部的激活區(qū)域卻未見明顯改變。

目前認為腦部內臟感覺的神經中樞包括ACC、IC、枕葉、丘腦、腦干、杏仁核(AM)等區(qū)域，并且研究提示IBS患者在這些區(qū)域的直腸容量刺激信號異常[8]。Aizawa等[9]利用fMRI和動態(tài)因果模型(DCM)技術表明，IBS患者可能因為背外側前額葉(DLPFC)、島葉和海馬的活性改變及DLPFC與輔助運動區(qū)之間連接的損傷而存在認知靈活性上的潛在障礙。本研究提示IBS患者腦功能圖像中的頂葉、PFC、小腦、ACC、島葉、丘腦、枕葉、顳葉等區(qū)域均逐漸被激活，而在目前應用fMRI技術對IBS的研究中關于頂葉、枕葉及顳葉被激活的現(xiàn)象仍少有報道。

本研究通過應用fMRI技術發(fā)現(xiàn)IBS患者的內臟敏感與大腦皮質的活動性相關，但 IBS患者的內臟敏感性的程度是否與精神心理因素有必然的聯(lián)系，還有待進一步的研究及驗證。因此，fMRI可以較為客觀和準確地評價因直腸擴張氣囊刺激所致的內臟感知而引起的腦功能改變，但目前仍沒有明顯的證據(jù)表明精神心理因素是IBS的發(fā)病機制之一。

參考文獻

1 Ogawa S, Lee TM, Nayak AS, et al. Oxygenation-sensitivecontrast in magnetic resonance imaging of rodent brain at high magnetic fields[J]. Magn Reson Med, 1990, 14: 68-78.

2 Kjaergaard M, Arfwedson Wang CE, Waterloo K, et al. A study of the psychometric properties of the Beck Depression Inventory-Ⅱ, the Montgomery and ?sberg Depression Rating Scale, and the Hospital Anxiety and Depression Scale in a sample from a healthy population[J]. Scand J Psychol, 2014, 55: 83-89.

3 Drossman DA. The functional gastrointestinal disorders and the RomeⅢ process[J]. Gastroenterology, 2006, 130: 1377-1390.

4 Larsson MB, Tillisch K, Craig AD, et al. Brain responses to visceral stimuli reflect visceral sensitivity thresholds in patients with irritable bowel syndrome[J]. Gastroenterology, 2012, 142: 463-472.

5 Bonaz B. Visceral sensitivity perturbation integration in the brain-gut axis in functional digestive disorders[J]. J Physiol Pharmacol, 2003, 54: 27-42.

6 Rapps N, Van Oudenhove L, Enck P, et al. Brain imaging of visceral functions in healthy volunteers and IBS patients[J]. J Psychosom Res, 2008, 64: 599-604.

7 Dekel R, Drossman DA, Sperber AD. The use of psychotropic drugs in irritable bowel syndrome[J]. Expert Opin Investig Drugs, 2013, 22: 329-339.

8 Van Oudenhove L, Coen SJ, Aziz Q. Functional brain imaging of gastrointestinal sensation in health and disease[J]. World J Gastroenterol, 2007, 13: 3438-3445.

9 Aizawa E, Sato Y, Kochiyama T, et al. Altered cognitive function of prefrontal cortex during error feedback in patients with irritable bowel syndrome, based on FMRI and dynamic causal modeling[J]. Gastroenterology, 2012, 143: 1188-1198.

(本文編輯：周駿)

基金項目：寧波市社會發(fā)展基金(2011C50069)

通信作者：黃志剛，Email: Huangzg@foxmail.com

DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2016.03.012

(收稿日期：2015-10-15)

Magnetic resonance imaging to analysis of brain function in irritable bowel syndrome

WANGDanping.

DepartmentofGastroenterology,TheFirstPeople’sHospitalofXiaoshanDistrict,Hangzhou(311200),China;

SONGYufei,RENHui,SHENXiaoling,HUANGZhigang.

DepartmentofGastroenterology,NingboMedicalCenter,LihuiliHospital,Ningbo(315040),China;

LIYadi.

DepartmentofImaging,NingboMedicalCenter,LihuiliHospital,Ningbo(315040),China

Abstract：ObjectiveThis paper intents to study the visceral sensitivity in irritable bowel syndrome(IBS) and its activity in the cerebral cortex by using the functional magnetic resonance imaging(fMRI) and further estimate the role of psychological factors in its pathogenesis. MethodsThe changes of the cerebral functional area of 31 patients with IBS and 20 healthy people were obtained by using fMRI. In addition, the psychological status were evaluated by using hospital anxiety and depression scale(HADS). ResultsIt was discovered that the area of activating brain regions increased with the increase of the volume of rectal balloon dilation. But no significant difference was found in normal individuals. ConclusionsThe visceral sensitivity of IBS is relevent to the activity of cerebral cortex, while this result needs larger samples for further demonstration. It is also necessary to illuminate the relationship between the visceral sensitivity and the psychological factors of IBS patients.

Key words：Irritable bowel syndrome; Functional magnetic resonance imaging; Hospital anxiety and depression scale