核磁共振技术诊断和评估情感障碍的研究进展

符 俏 综述,文国强 审校

(海南省人民医院神经内科,海南 海口 570311)

情感障碍可分为原发或继发,原发属功能性,继发则被推测为大脑或躯体疾病引起的[1]。原发情感障碍可分为单向和双向情感障碍,双向情感障碍(Bipolar disorder)的临床特征是不同时期有抑郁或躁狂,还可有情感正常,这是世界上引起残疾的第六位病因。单向情感障碍的主要亚型是重度抑郁障碍,重度抑郁障碍是导致美国首要经济负担,在全世界处于第四位经济负担的疾病,它的临床特征是兴致缺乏、负罪感、注意力缺陷、乏力、失眠和自杀念头[2-3]。情感障碍对个体身心健康的危害及给社会造成的巨大负担早已为世人瞩目,对情感障碍的诊断多依靠临床表现,近年来国内外学者对情感障碍患者影像学方面的研究逐渐增多,以期为情感障碍的诊断提供客观可靠的诊断依据及对本病作出恰当的评估。核磁共振(Magnetic resonance,MR)技术在心理疾病已经应用了 30年,几个以 MR为基础的技术已为人们了解神经生物的现象提供了实体的证据,如磁共振形态图(Magnetic resonance morphometry)、弥散张量成像(Diffusion-tensor imaging,DTI)、功能磁共振(Functional magnetic resonance imaging,fMRI)和磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy,MRS)。本文对情感障碍患者的 MR研究进展作一综述。

1 双向情感障碍(Bipolar disorder,BD)

MR应用于情感障碍的大脑结构异常诊断已较普遍。一个对 141项 MR研究的集合研究发现,BD大脑结构异常最可重复和明确的异常是侧脑室和第三脑室容量增加、胼胝体的横切面积减少、白质区的高信号增加。与 BD有关的 MR最一致报道是高信号多在皮质(经常在额叶)和皮质下区,而不是脑室周围白质区[4]。白质区的高信号是非特异的,它反映脑血管损伤,星形胶质细胞增生,血管间隙扩大和脱水鞘[5]。尽管成人和儿童 BD白质区的高信号是正常对照的 2.5倍[6],但是,也并不是所有 BD患者都有白质区的高信号。更薄的影像断层和液体衰减反转回复序列已被提倡用来增加 MR检测的敏感度[7]。许多 BD的体积测定研究已经揭示前额皮质、颞中回和边缘叶异常区域的不同,前额皮质可被分为多个明确的组织结构和功能区域,这些区域将服务于几个更高指令的认知功能,包括奖赏引导行为、注意力、短期记忆、策略制定、认知灵活性。然而,因为目前 MR的空间分辨力是 1 mm3,结构 MR结果不可能用来区分前额皮质的这些亚区域。事实上,患有 BD的患者与精神分裂症患者比较,眶额皮质可能有变化而不是背外侧前额皮质[8]。基于体素形态测定研究结果表明,前额皮质变薄在所有年龄的波谱和第一次发病的 BD患者均存在[9-10]。BD一个常见和重要的病变脑区是前扣带回皮质。组织学研究显示与心理健康人群比较,BD患者在扣带回皮质膝下部(自腹侧至胼胝体膝部)的胶质细胞密度和数量减少,而神经元数量不变,这些发现提示胶质细胞异常是情感障碍的基础而不是神经元异常[11]。锂剂是治疗急性躁狂的主要药物,它能增加 BD患者的灰质容量[12]。颞中回结构如杏仁核、海马、基底节和纹状体与前额皮质存在广泛的连结,已经有报道 BD患者杏仁核、纹状体体积扩大和海马体积正常,但这些并不是普遍的结果[13-14]。另有研究发现在青少年 BD、第一次发病或多次发病的 BD患者纹状体扩大,因此纹状体扩大可能是 BD的遗传易感因素[15]。

目前运用磁共振成像技术特别是 DTI及 fMRI技术不但能够提供相关病理改变信息,还可以追踪疾病发展及预测治疗效果。BD的两个主要特征是心境不稳定和认知控制下的执行能力差,记忆力缺失和执行能力差已经定位在前额皮质、前扣带回皮质和海马的下属区域。因此,以 DTI为基础的部分各向异性值(Fraction anisotropy,FA)和表观弥散系数(Apparent diffusion coefficient,ADC)的检测为前额皮质和内囊不同部位的白质破坏提供强有力的证据。研究结果表明额 -皮质下环路存在解剖上的不连续[16-18],但是在 DTI中单独引用 FA或 ADC指数可能会引起误导,因为低的 FA和 ADC值通常提示白质超微结构的丧失,正常 ADC或高 FA值并不提示结果正常[19]。结构异常的脑区并不一定解释行为的改变,而结构正常的大脑不能保证正常的功能,fMRI检查就很有必要。BD的 fMRI检查观察到的突出表现为:引起心境不稳定的杏仁核异常的活性增高和引起认知缺损的前额皮质下区异常的活性减低。已有报道,可怕的面部表情反应可能引起杏仁核活性增加,并伴随前扣带回和背外侧前额皮质活性降低[20-21]。在躁狂患者降低其腹外侧前额皮质活性和增加杏仁核活性,患者出现夸大的情绪反应(缺乏抑制),提示这种反应是腹外侧前额皮质活化不足造成的[22]。抗癫痫药物如拉莫三嗪在青少年的 BD能降低杏仁核的活性,在稳定的 BD的患者能改善前额皮质功能[23-25]。

MR波谱成像(MRS)是目前能够无创地从活体组织中获得神经生化信息的分子影像学方法之一,能够观察到的代谢改变明显早于脑内形态学的变化[26],代谢产物包括 N-乙酰天门冬氨酸(NAA),胆碱复合物(Cho)、肌醇 (mI)、谷氨酰胺和谷氨酸复合物(Glx)、谷氨酸(Glu)和肌酸(Cr)。已经有报道在成人、青少年 BD和患有 BD危险的人群前额皮质和海马的 N-乙酰天门冬氨酸(NAA)水平降低[27]。基于 MRS研究发现,未给药的 BD患者和急性躁狂患者的背外侧前额皮质、额叶、基底节和灰质的 Glu和 Glx升高[28]。有研究显示 BD患者的纹状体和前扣带回皮质的 Cho升高,用抗抑郁药物和锂剂后 Cho水平能正常或降低[29]。BD患者异常的肌醇水平也得到特别关注,因为用锂剂可降低肌醇的水平[30]。mI/Cr水平的变化可能反映异常的细胞膜代谢和细胞内信号机制[31]。有研究发现对于 BD患者,MRS检测 NAA、Cho、mI和 Glx水平降低,伴随磷脂代谢改变,强有力说明从氧化磷酸化到糖酵解的变化是由于线粒体功能受损[32]。

2 重度抑郁障碍(Major depressive disorder,MDD)

广义来说,MDD是没有躁狂发作的情感疾病,表现为夸大反应的负性情感:感觉失望、负罪感、绝望。这些症状与边缘结构和前额皮质有关,而下丘脑和部分脑干(蓝斑、Periacqueductal灰质)的改变将造成植物神经的症状(如失眠、纳差、乏力)和神经内分泌的改变。MRI在 MDD中的应用亦很广泛,特别是形态学表现与 BD的表现类似。在 MDD的情感处理和认知障碍中,前额皮质和前边缘结构是主要病变区域,大多数的体积测定研究提示在所有年龄段的 MDD前额皮质、颞中回、杏仁核和海马的下属区域的灰质丢失和体积减少[33-34]。研究表明 MDD患者存在边缘系统 -皮层 -纹状体 -苍白球 -丘脑通路(limbic-cortical-striata-pallidal-thalamic tract)的结构及功能异常,特别是额叶、前扣带皮层、海马及基底核的改变[35-36]。海马、杏仁核和眶额皮质体积的减少与未用药的、儿童的和有 MDD风险的患者有稳定的相关关系,MDD患者的基底节和丘脑变小,但与别的报道不一致[37]。DTI研究提示有早期症状的 MDD的 FA值减少[38]。有研究表明海马体积变小可能与下丘脑 -垂体 -肾上腺的机能亢进有关,皮质醇增多症导致谷氨酸能神经元凋亡是海马萎缩的机制之一[39]。一项 fMRI的研究表明,MDD患者静息状态下的杏仁核、前扣带回皮质和前额皮质的活性较低[40]。MRS几项研究发现 MDD有异常的 Glx浓度和 γ-氨基丁酸(GABA)高峰值,与BD一样,MDD患者 Glu的水平降低[41]。亦有研究发现 MDD患者在前额皮质、前扣带回皮质和枕叶皮质的 Glx和 GABA水平低[42]。

综上所述,情感障碍的 MRI表现研究如表 1所示。

表1 情感障碍最多报道的 MRI发现

3 存在的问题和展望

MR检查为情感障碍的诊断提供了实体的证据,也为情感障碍提供了神经病理基础(见表 1)。但是,MR技术还不能为情感障碍的不同疾病进行鉴别诊断。尽管这些发现为 MR的诊断提供了依据,但是还需要用可对比的大样本同种人群的方法进行检测(包括采集和后处理),使 MR诊断结果更精确和可靠。以下因素可能导致情感障碍的 MR结果不一致和不可比:第一,病人特征,如性别、用药情况(如不用药、单一药物或多种药物等)、IQ、社会地位、发病年龄、家族史和滥用药物等,这些因素均可导致MR结果的差异。第二,情感障碍的临床症状轻重不一,有同种病的患者可能存在不同的症状群(如抑郁、焦虑),在情感障碍的诊断,通常应用量表进行诊断,但是由于个人特性的不同,他们可能不能严格进行评估从而影响研究目的。第三,影像参数和磁共振强度对影像的空间和对照分辨率起重要的作用。第四,数据的后处理是一个重要的步骤,使 MR影像能操作和得出可说明问题的结果,一些高端的计算机化的方法和人工操作的方法也在应用:如不同的阈值、过滤器和模板。第五,大多数认知活动任务还不能用单一个体来证实,需增加方法学的稳定性和统计学力度。第六,功能 MR是基于减影分析,它是假定基线和激活状态能够被区分为互相排斥的成分。第七,平均结构和功能 MR的数据已被定位在标准化的大脑模板,也就是说可介导由于容量成分引起的错误。例如,在功能 MR,血氧水平依赖的信号是与脑血流变化相关的,神经元活动发生在几百毫秒内,尽管刺激后血流动力学反应马上发生,这种反应需要 5 s才达到高峰,这就妨碍了精确的神经元活动的定位。上述这些问题都有待于 MR的研究者进一步探索和解决。

应用 MR技术在情感障碍诊断和评估已有广泛的前景,尽管由于 MR设备和技术的差异造成 MR结果的不一致,但是,一些通用的 MR模式已经应用潜在的生物标志和内在表型来区分不同的情感障碍。未来的 MR研究在心理疾病方面应该是多面性的方法,新的 MR技术(如 7T或更高)能够增强解剖的、功能的显像和波谱分辨力,同时改进统计学和数据处理的技术,为数据分析提供可靠的软件,更好地对情感障碍患者作出客观的诊断和评估。

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