蘇曉艷，趙蓮萍，謝宇平*，方燕燕，張文文，周麗雅，惠培林，王旭斌

作者單位：1.甘肅省人民醫(yī)院睡眠醫(yī)學(xué)中心，蘭州 730000；2.甘肅省人民醫(yī)院放射科，蘭州 730000；3.甘肅省人民醫(yī)院腦電圖室，蘭州 730000

原發(fā)性失眠(primary insomnia，PI)是指以失眠為幾乎唯一的癥狀，睡眠時間少于6 h/天，上述睡眠障礙至少3晚/周并持續(xù)3個月以上[1]。大腦在睡眠中起重要作用，其中丘腦在清醒與睡眠的轉(zhuǎn)換中起重要作用，研究已經(jīng)證明丘腦神經(jīng)元與睡眠紡錘波的產(chǎn)生以及睡眠和覺醒的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)有關(guān)[2]。海馬與睡眠關(guān)系密切[3]，且與記憶儲存有關(guān)，PI 患者表現(xiàn)出記憶缺陷[4]。有研究發(fā)現(xiàn)PI 患者海馬、丘腦、前額葉等區(qū)域[5]神經(jīng)解剖發(fā)生改變，雙側(cè)海馬體積明顯減小[6]。但是，PI患者大腦代謝產(chǎn)物有無改變，與失眠的發(fā)生發(fā)展有無關(guān)聯(lián)，目前這方面的研究較少。僅國內(nèi)有研究發(fā)現(xiàn)PI 患者左、右兩側(cè)額葉氮-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)/肌酸(creatine，Cr)水平均低于正常健康對照(healthy control，HC)組；右側(cè)額葉膽堿復(fù)合物(choline-containing compounds，Cho)、Cho/Cr 水平均高于HC 組，從而認(rèn)為雙側(cè)額葉NAA 和右側(cè)額葉Cho 均可能與PI 的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[7]。氫質(zhì)子磁共振波譜成像(proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)能夠無創(chuàng)傷測定活體特定組織區(qū)域神經(jīng)生化物質(zhì)的濃度。因此，為填補此空白，本研究采用多體素1H-MRS技術(shù)半定量研究未經(jīng)藥物治療的PI患者雙側(cè)丘腦、海馬和殼核區(qū)NAA、Cho和Cr濃度，用以探討PI的發(fā)病機(jī)制，為PI的機(jī)制研究補充內(nèi)容。

1 資料與方法

1.1 研究對象

連續(xù)性納入2018 年6 月至2021 年6 月就診于甘肅省睡眠醫(yī)學(xué)中心的PI 患者和廣告招募的PI 患者，并通過廣告招募年齡、性別匹配的健康志愿者作為對照組，保證2組成員無血緣關(guān)系。所有受試者第一天22:00 由同一個專業(yè)睡眠技師進(jìn)行多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(polysomnography，PSG)，次日7:00 結(jié)束，第二天22:00行顱腦1H-MRS掃描。

PI組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合《美國精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊》第5版的PI 診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]；(2)小學(xué)以上文化，漢族，右利手；(3)年齡18～65 歲。HC 組 納 入 標(biāo) 準(zhǔn)：(1)睡眠質(zhì)量良好，近2 周內(nèi)無熬夜；(2)小學(xué)以上文化，漢族，右利手；(3)年齡18～65 歲。排除標(biāo)準(zhǔn)(兩組均適用)：(1)由于其他精神障礙以及酒精或藥物、毒物等引起的繼發(fā)性失眠；(2)伴有嚴(yán)重軀體疾病患者；(3)近期遭受重大心理刺激應(yīng)激性失眠者；(4) PSG監(jiān)測結(jié)果顯示主觀性失眠患者；(5) 呼吸暫停低氧指數(shù)(apnea hypopnea index，AHI)＞15者；(6)頭部外傷史者。

對所有受試者的睡眠質(zhì)量及情緒障礙等進(jìn)行以下量表評估：(1)匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)量表(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)；(2)失眠嚴(yán)重程度指數(shù)量表(Insomnia Severity Index，ISI)；(3)狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表(State-Trait Anxiety Inventory，STAI)；(4)貝克抑郁量表(Beck Depression Inventory，BDI)。

本研究為前瞻性研究，經(jīng)由甘肅省人民醫(yī)院院倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號：sy1120150043)，且所有受試者均簽署了知情同意書。

1.2 研究方法

PSG 監(jiān)測、分圖及各項數(shù)據(jù)計算方法：睡眠監(jiān)測使用多導(dǎo)睡眠監(jiān)測記錄儀(Alice5 型，美國飛利浦公司)，由接受過專業(yè)培訓(xùn)的睡眠技師連接導(dǎo)聯(lián)并分圖，睡眠分期按照美國睡眠醫(yī)學(xué)會頒布的《睡眠及其相關(guān)事件判讀手冊(2.3 版)》[8]的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。其中，總睡眠時間(total sleep time，TST)=臥床時間-總醒覺時間；睡眠潛伏時間(sleep latency，SL)=(入睡記錄幀-熄燈記錄幀)/2；睡眠效率(sleep efficiency，SE)=(總睡眠時間/臥床時間)×100；腦電覺醒反應(yīng)指數(shù)(EEG Arousal Response Index，ArI)=腦電覺醒反應(yīng)總數(shù)×60/總睡眠時間；各期睡眠百分比(N1、N2、N3、REM%)=(N1、N2、N3、REM 期睡眠時間/總睡眠時間)×100。

1H-MRS 數(shù)據(jù)采集：所有受試者安排睡眠監(jiān)測次 日22:00 進(jìn) 行1H-MRS 掃 描，采 用3.0 T 磁 共 振(MAGNETOMSkyra，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)進(jìn)行多體素2D1H-MRS掃描。掃描時受試者靜息閉眼但保持清醒。選擇丘腦、海馬、殼核為感興趣區(qū)(圖1)。所有操作采用雙盲設(shè)計，操作醫(yī)師/審核醫(yī)師及志愿者均不清楚當(dāng)前掃描志愿者所入的組別。所有掃描由同一名經(jīng)驗豐富的影像科主治醫(yī)師操作，掃描后由同一名影像科副主任醫(yī)師審核。成像參數(shù)：頻率編碼方向A/P；發(fā)射頻率10；相位10；層厚10 mm；間隔10 mm；視野為24 cm×24 cm；TR/TE為1000 ms/144 ms；矩 陣18×18。掃 描 時 間5 min 28 s。

圖1 1H-MRS掃描區(qū)域。1A:丘腦；1B：海馬區(qū)；1C：殼核區(qū)。Fig.1 1H-MRS scanning area.1A:thalamus;1B:hippocampus area;1C:putamen area.

MRS 數(shù)據(jù)分析：使用美國通用公司ADW 4.5 工作站Functool 軟件進(jìn)行后處理，測定代謝物NAA、Cho和Cr的相對水平，并計算NAA/Cr和Cho/Cr比值。

1.3 統(tǒng)計分析

運用IBM SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。P＜0.05 為有統(tǒng)計學(xué)意義。將測量到的波譜數(shù)據(jù)(定量資料)進(jìn)行正態(tài)性及方差齊性檢驗。對本研究中所有量表得分、PSG 數(shù)據(jù)和丘腦、海馬、殼核區(qū)NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr 數(shù)據(jù)分析，若滿足正態(tài)性及方差齊性，則PI 組和HC 組間比較采用獨立樣本t檢驗。若不滿足正態(tài)性及方差齊性，則使用Wilcoxon 秩和檢驗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。檢驗水準(zhǔn)α=0.05，雙側(cè)檢驗。NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr 和PSQI、ISI、狀態(tài)焦慮量表(State Anxiety Inventory，SAI)、特質(zhì)焦慮量表(Trait Anxiety Inventory，TAI)、BDI 評分相關(guān)性，以及和PSG 數(shù)據(jù)的相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)r 絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)，相關(guān)強(qiáng)度范圍：0.8≤|r|＜1.0 時極強(qiáng)相關(guān)，0.6≤|r|＜0.8 時較強(qiáng)相關(guān)，0.4≤|r|＜0.6時中等相關(guān)，0.2≤|r|＜0.4時較弱相關(guān)，0≤|r|＜0.2極弱相關(guān)或無相關(guān)。

2 結(jié)果

2.1 基線數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理時PI 組2 人、HC 組1 人因MRS 掃描時部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失而剔除，最終收集PI組38人，HC組39人，PI 組與HC 組年齡、性別、BMI 相比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；ISI、PSQI、BDI、TAI、SAI 量表評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05) (表1)。

表1 PI組和HC組基線資料Tab.1 Baseline data of PI group and HC group

2.2 PI患者睡眠特點

PI患者存在入睡困難[SL=(92.87±45.82) min]，總睡眠時間少[TST=(282.07±47.13) min]，睡眠效率低 下(SE=52.24%±8.73%)，夜 間 反 復(fù) 覺 醒[ArI=(13.91±5.84) 次/h]。

2.3 1H-MRS掃描結(jié)果

2.3.1 丘腦1H-MRS掃描結(jié)果

PI 組左側(cè)丘腦Cr、Cho 值及右側(cè)丘腦Cho 值高于HC組(P＜0.05)，均表現(xiàn)為濃度高于正常組；而雙側(cè)丘腦NAA、NAA/Cr、Cho/Cr 值以及右側(cè)丘腦Cr 值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05) (表2)。

表2 丘腦1H-MRS掃描結(jié)果Tab.2 1H-MRS scan results of thalamus

2.3.2 海馬區(qū)1H-MRS掃描結(jié)果

與HC 組相比，PI 組雙側(cè)海馬NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05) (表3)。

表3 海馬區(qū)1H-MRS掃描結(jié)果Tab.3 Hippocampal 1 H-MRS scan results

2.3.3 殼核區(qū)1H-MRS掃描結(jié)果

與HC 組相比，PI 組雙側(cè)殼核NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05) (表4)。

表4 殼核區(qū)1H-MRS掃描結(jié)果Tab.4 Putamen 1H-MRS scan results

2.4 大腦各區(qū)域與睡眠的相關(guān)性分析

（1）丘腦代謝與睡眠：失眠患者左側(cè)丘腦NAA 值與TST、SE%負(fù)相關(guān)(r=-0.384，P=0.017)，左側(cè)丘腦NAA/Cr 值與REM%呈負(fù)相關(guān)(r=-0.387，P=0.016)，右側(cè)丘腦Cho/Cr 值與SL 呈正相關(guān)(r=0.380，P=0.019)，丘腦NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值與各量表評分未見明顯相關(guān)。

（2）海馬代謝與睡眠：失眠患者左側(cè)海馬Cho 值與ArI 呈正相關(guān)(r=0.348，P=0.044)；右側(cè)海馬Cho 值(r=-0.334，P=0.047)、Cr 值(r=-0.445，P=0.007)與BDI評分呈負(fù)相關(guān)。

（3）殼核代謝與睡眠：失眠患者左側(cè)殼核NAA 值與N3%呈正相關(guān)(r=0.340，P=0.037)；左側(cè)殼核Cr 值與TAI 呈正相關(guān)(r=0.447，P=0.005)；左側(cè)殼核NAA/Cr值與N1%(r=-0.344，P=0.047)、TAI評分(r=-0.521，P=0.001)、SAI 評分(r=-0.400，P=0.013)呈負(fù)相關(guān)；左側(cè)殼核Cho/Cr 與TAI 評分(r=-0.527，P=0.001)、SAI評分(r=-0.434，P=0.007)呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

本研究使用1H-MRS 技術(shù)對38 名PI 患者和39 名HC 志愿者進(jìn)行丘腦、海馬區(qū)、殼核區(qū)掃描，結(jié)果顯示：丘腦Cho 濃度PI 組左右兩側(cè)均高于HC 組；左側(cè)丘腦Cr濃度PI組高于HC組。而海馬及殼核NAA、Cr、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr 未見明顯差異。目前國內(nèi)外無類似丘腦、海馬及殼核的代謝研究。本研究進(jìn)一步對PI患者丘腦、海馬、殼核各腦區(qū)代謝物NAA、Cr、Cho 及NAA/Cr、Cho/Cr 與睡眠監(jiān)測相關(guān)參數(shù)及各量表評分進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：PI 患者PSG 監(jiān)測SE%低者丘腦NAA 濃度高，REM%低者左側(cè)丘腦NAA/Cr 越高，N3%多者左側(cè)殼核NAA 濃度高，N1%少者左側(cè)殼核NAA/Cr 高，SE%高者右側(cè)Cho/Cr 越高，PSG 監(jiān)測顯示睡眠質(zhì)量較好者右側(cè)丘腦NAA/Cr 越高，夜間ArI 高者左側(cè)海馬Cho 濃度高，BDI 低者右側(cè)海馬Cho、Cr 濃度越高，TAI高者左側(cè)殼核Cr濃度高，SAI及TAI低者左側(cè)殼核NAA/Cr、Cho/Cr 高。組間差異的參數(shù)與失眠各量表評分及PSG 睡眠參數(shù)未見明顯的相關(guān)性。因此認(rèn)為，丘腦和殼核區(qū)域代謝物水平與睡眠結(jié)構(gòu)有相關(guān)性；殼核和海馬區(qū)域代謝物水平與失眠患者情緒相關(guān)性更明顯。

3.1 PI患者大腦代謝特點

由于PI 發(fā)病率很高，加上急性失眠能達(dá)到50%[9]，失眠會導(dǎo)致社交活動減少[10]，認(rèn)知能力(如記憶力、注意力和定向力)出現(xiàn)缺陷[11-12]，甚至引起重大安全事故，對全球經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失，因此失眠得到國內(nèi)外學(xué)者的重視。眾多學(xué)者應(yīng)用神經(jīng)影像技術(shù)對PI 患者的皮質(zhì)[13]等各腦區(qū)代謝物及功能連接[14-16]等進(jìn)行研究，結(jié)果顯示失眠患者某些腦區(qū)結(jié)構(gòu)(尾狀核、伏隔核、后殼核、海馬、丘腦和杏仁核區(qū)域等[17])、功能、代謝等出現(xiàn)異常。其中大部分代謝物研究集中在額葉和枕葉的γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)，而結(jié)果對于GABA 升高和降低并不統(tǒng)一[18-22]。國內(nèi)學(xué)者采用GE 1.5 T Signa HD MR 對所有研究對象額葉及海馬進(jìn)行頭顱磁共振波譜掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PI患者左、右兩側(cè)額葉NAA/Cr水平均低于正常HC 組；右側(cè)額葉Cho、Cho/Cr 水平均高于HC 組，從而認(rèn)為雙側(cè)額葉NAA 和右側(cè)額葉Cho 均可能與PI的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[7]。本研究發(fā)現(xiàn)PI 患者睡眠分期及睡眠效率等與丘腦區(qū)域代謝物Cho 及Cr 相關(guān)性明顯，提示PI患者丘腦Cho及Cr代謝紊亂。

3.2 PI患者情緒與大腦代謝的關(guān)系

臨床中顯見，長期失眠患者都伴隨明顯的情緒障礙。而情緒調(diào)節(jié)與丘腦、海馬區(qū)密切相關(guān)，丘腦更是睡眠-覺醒障礙病理生理的主要區(qū)域[2]，背側(cè)紋狀體由尾狀核和殼核組成，其與丘腦緊密相連，是調(diào)節(jié)睡眠-覺醒的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[23]。大鼠睡眠剝奪后海馬神經(jīng)元發(fā)生抑制[24]。PI 患者的海馬灰質(zhì)體積顯著減少，也有研究發(fā)現(xiàn)兩組腦區(qū)海馬體積無差異[25]。睡眠障礙患者存在大腦代謝異常[26]，大腦代謝與情緒以及認(rèn)知之間存在相關(guān)性[27-28]。本研究發(fā)現(xiàn)：PI患者焦慮抑郁等情緒與海馬和殼核區(qū)域的代謝有一定相關(guān)性。

因此本文得出結(jié)論：PI 患者丘腦Cho 及Cr 代謝紊亂，客觀睡眠影響丘腦區(qū)域代謝，而患者情緒障礙主要影響到海馬和殼核區(qū)域的代謝。

作者利益沖突聲明：全部作者均申明無利益沖突。