健康成年人脑葡萄糖代谢性别差异的SPM分析*

徐卫平， 徐 浩， 李金花， 王淑侠， 朱林波

(1广东省人民医院核医学科, 广东 广州 510080; 2暨南大学附属第一医院核医学科, 广东 广州 510630)

1000-4718(2012)03-0538-04

2011-06-29

2012-01-09

广东省普通高校人文社会科学“十一五”规划重点研究项目(No.06ZD74001)；广东省哲学社会科学规划心理学研究项目(No.06SXY005)

△ 通讯作者 Tel: 020-38688405; E-mail: txh@jnu.edu.cn

健康成年人脑葡萄糖代谢性别差异的SPM分析*

徐卫平1,2， 徐 浩2△， 李金花2， 王淑侠1， 朱林波1

(1广东省人民医院核医学科, 广东 广州 510080;2暨南大学附属第一医院核医学科, 广东 广州 510630)

目的采用统计参数图(SPM)法分析健康成年人安静状态下大脑葡萄糖代谢水平的性别差异。方法对306例健康成年人进行静息状态下的18氟-脱氧葡萄糖(18F-FDG) 正电子发射型计算机断层(PET) 脑显像。采用SPM 5软件将男性组(n=218)和女性组(n=88)PET脑显像数据进行基于体素水平的图像分析。男、女性之间脑代谢水平进行两独立样本t检验，获得有差异区域的Talairach坐标值，并查出各坐标所对应的脑功能区。结果女性组总体脑葡萄糖代谢水平较男性组高。男性组脑葡萄糖代谢水平较女性组增高的脑区为右额叶旁中央小叶，而较女性组减低的脑区为左扣带后回、右颞叶中央后回、左额叶中央前回和右额叶上回。结论安静状态下健康成年人脑葡萄糖代谢水平存在明显的性别差异。

脑葡萄糖代谢； 性别差异； 统计参数图

男女两性的大脑有着明显的差异，这些差异广泛存在于大脑结构、大脑化学物质和大脑功能等诸多方面[1-2]。正电子发射型计算机断层(positron emission tomography，PET)脑显像是一种能无创反映活体大脑葡萄糖代谢的功能性神经影像学手段[3-4]。目前关于正常健康人大脑葡萄糖代谢特征的PET影像学研究结果大多不一致[4-10]。统计参数图(statistical parametric mapping, SPM)法是基于体素水平的脑功能图像处理软件,具有较强的客观性和可重复性,已成为研究正常人脑功能或脑神经、精神疾病引起脑功能异常的常用方法[11]。本研究采用SPM法分析218例男性和88例女性健康成年人安静状态下18氟-脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxy glucose，18F-FDG) PET 脑显像结果, 以探讨健康成年人大脑葡萄糖代谢水平的性别差异。

材 料 和 方 法

1研究对象

正常健康者共306例(其中男性218例，年龄29～83岁，女性88例，年龄25～78岁，均为右优势手)均来自广东省人民医院核医学科PET中心1999～2004年健康体检者。检查前签署知情同意书。根据病史及相应的临床和实验室检查、脑部X 线计算机断层(X-ray computed tomography，CT)或磁共振显像(magnetic resonance imaging，MRI)等影像学检查,排除中枢系统器质性病变、感染性、血管性病变及其他认知功能障碍的精神和神经系统疾病。所有受试者均无心、肺、肝、胰、肾等脏器的严重疾病。

2脑18F-FDGPET显像方法

PET显像仪为Siemens公司生产ECAT7 HR+型扫描仪。显像剂18F-FDG的制备由CTI公司生产RDS111型回旋加速器加速产生18F负离子，再通过亲核取代反应合成。所有受试者检查前空腹6 h 以上,于暗光、安静环境条件下休息30 min,肘静脉注射18F-FDG 185～370 MBq，在暗室静卧休息45 min 后进行PET 脑显像。扫描范围包括整个大脑和小脑，并且使定位线平行于颅脑OM 线,并用绑带固定患者头部以保持位置不动。采用脑3D模式采集，散射扫描6分钟/床位，穿透扫描40%，衰减校正源68Ga，迭代法重建脑数据3次，获得横断面、冠状面及矢状面影像。

3数据处理及SPM分析

将重建后脑数据通过文件传输协议(file transfer protocol，FTP)软件从PET工作站导入计算机，图像格式为ECAT7格式；采用MRIcro专用软件对脑图像资料格式转换成Analyze格式。SPM图像处理及分析步骤：(1)采用SPM5软件对转换后的图像先归一化(Normalize)，再进行平滑(Smooth)处理；(2)分别建立男女性别组的两两对照模型，采用两独立样本的t检验，对纳入的受试者的脑数据进行组间分析；(3)查看结果：统计阈值概率设定为P<0.01，有效范围的阈值设定为50个像素，获得平均差异图，结果显示有差异脑区域的透视图、投影图及其Talairach坐标；(4)采用Talairach计算软件得到坐标所对应的脑功能区(对有差异的脑功能区进行定位)，若坐标所对应脑区为白质区则予剔除。

结 果

男性组相对于女性组的脑皮质葡萄糖代谢水平减低的脑区有：左侧扣带后回(Brodmann 31区)、右侧颞叶中央后回(Brodmann 40区)、左侧额叶中央前回(Brodmann 6区)、右侧额叶上回(Brodmann 6区),见图1、表1。男性组相对于女性组的脑皮质葡萄糖代谢水平增高的脑区为右侧额叶旁中央小叶(Talairach坐标：x=2，y=-26，z=52；t=3.77，P<0.01)，见图2。

表1男性组脑葡萄糖代谢水平较女性组降低的脑区

Table 1. Regions with lower cerebral glucose metabolism in the male group than the female group

Talairachcoordinate(mm)xyzAnatomicalstructureBrodmann’sareaP-16-6616LeftposteriorcingulateBrodmann31<0.01-38-654LeftfrontalprecentralgyrusBrodmann6<0.01241256RighttemporalpostcentralgyrusBrodmann6<0.0132-3656RightsuperiorfrontalgyrusBrodmann40<0.01

Figure 1. Regions with lower cerebral glucose metabolism in the male group than the female group. A：perspective drawing；B：projective drawing.

图1男性组相对于女性组脑葡萄糖代谢水平降低的脑区

Figure 2. Regions with higher cerebral glucose metabolism in the male group than the female group. A：perspective drawing；B：projective drawing.

图2男性组较女性组脑葡萄糖代谢水平增高的脑区

讨 论

大脑的发育具有性别差异，性激素对大脑神经细胞组织具有结构化和激活两种作用。当某种特定的性激素活动或一组性激素共同活动时，会使神经元增殖、轴突生成和局部一些神经元组织存活等，而当生物组织不去积极使用或停止使用这些性激素时，大脑中的某种特殊功能也会随之降低或逐渐消失[12]。一般认为，女性的口语能力和言语流畅性优于男性，而男性擅长于视觉空间处理;在数学能力上男性优于女性;在情感调节机制中，男性倾向于具体化表达他们的感情，而女性则倾向于通过声乐等抽象的方式进行调节。这些男女两性在认知和情感处理过程中的差异被认为可采用功能神经影像学技术得以客观显示。

PET脑显像是一种能无创反映活体大脑葡萄糖代谢的功能性神经影像学手段。由于人类大脑活动的物质基础是能量代谢，葡萄糖几乎是脑细胞能量的唯一来源，脑的生理活动或病理过程都伴随着葡萄糖代谢水平的变化。神经细胞对葡萄糖的摄取量与细胞的功能状态密切相关，大脑神经元的活动需要以葡萄糖作为能量供应，神经元的活性与葡萄糖代谢率成正比。大脑某一区域神经元活动越强，葡萄糖消耗就越多，局部脑血流量也越大。因此，局部葡萄糖代谢率的变化能反映该脑区的能量代谢情况，间接反映出局部的神经元活动，并可客观地反映脑局部功能状态。因此，观察大脑神经细胞的葡萄糖代谢状况是揭示男女思维方式和行为方式差异的有效、直接的重要科学手段之一。

PET脑显像测量葡萄糖代谢率的显像剂多选择18F-FDG，PET扫描图像脑内各区域的放射活性的量与该区内葡萄糖摄取和代谢相关，因而测定的脑区内放射活性的量就代表该区内葡萄糖代谢。目前有关正常健康人大脑葡萄糖代谢特征的PET影像学研究结果大多不一致。国外部分学者的研究结果表明，女性大脑的葡萄糖代谢率高于男性，但大脑某些区域的葡萄糖代谢率男性高于女性[6-9]。也有研究结果表明，男性与女性整体的大脑葡萄糖代谢率是相似的，不存在性别差异[5,10]。不一致的原因可能是由于其研究对象数量不足、采取的定量分析方法不同所致。

在18F-FDG PET脑显像的研究中，用来表示大脑功能的是脑皮质及神经核团的葡萄糖代谢程度，即葡萄糖的利用率，其定量分析方法主要包括传统的感兴趣区(region of interest，ROI)分析法和SPM法。ROI分析法是对研究区域进行量化分析，用手动方式画出特定区域，计算该区域的放射性计数，对这些数据做统计分析，从中得到这些区域的脑功能信息。但由于人工方法受到图像分辨率和人为因素的影响，主观性强、重复性较差，易漏掉图像间小区域像素差别，往往不能准确地定位脑部激活区的解剖位置，对于研究不同对象间脑区功能差异的误差较大。SPM法是以脑功能成像图像的像素为基本单位，逐像素对数据做统计分析，得到某个显著性水平下的脑激活图，并可以此为基础给出某些激活区的生理信号时间变化或任务相关曲线。由于是逐像素分析，不存在人为因素，并可由计算机自动处理。其结果较ROI法有更强的客观性和可重复性。因此，基于SPM分析的PET等功能显像已成为研究正常人脑功能或脑神经、精神疾病引起脑功能异常的常用方法[8]。

采用SPM分析正常人脑安静状态下葡萄糖代谢性别差异的国内外文献报道不多。Kawachi等[9]采用SPM研究了44例健康志愿者在安静状态下的脑葡萄糖代谢的性别差异，结果表明男女性之间存在明显的差异，男性右侧岛叶、颞中回和额中回局部脑葡萄糖代谢率较女性明显增高，女性下丘脑的局部脑葡萄糖代谢率较男性明显增高。但也有文献报道脑葡萄糖代谢不存在明显的性别差异[4]。本研究采用SPM法观察了218例男性和88例女性健康成年人在安静状态下的脑葡萄糖代谢水平，结果也表明安静状态下女性大脑总体葡萄糖代谢高于男性，与国外大多数学者研究结果一致[5-9]。

本研究还显示部分局部区域葡萄糖代谢男女也存在差别，女性部分脑区(如左侧扣带后回、右侧颞叶中央后回、左侧额叶中央前回、右侧额叶上回)的葡萄糖代谢高于男性，而男性右侧额叶旁中央小叶的葡萄糖代谢高于女性。这提示大脑在静息状态下葡萄糖代谢的性别差异以及区域代谢的不对称性，表明男女两性的大脑有着不同的生理学基线，例如在额叶，女性的大脑葡萄糖代谢高于男性，这可能与男女两性不同的情感处理模式有关。在本文中我们仅对静息状态下的大脑功能进行了研究，没有进行任务状态的探测。在任务状态下检测时大脑功能的性别差异将可能变得更加显著。静息状态下的大脑活动将影响任务状态下大脑的激活，反映了大脑在认知或情绪过程中的神经基础，有助于解释在行为学方面的性别差异。

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Analysisofsexdifferencesincerebralglucosemetabolisminnormaladultsusingstatisticalparametricmapping

XU Wei-ping1,2, XU Hao2, LI Jin-hua2, WANG Shu-xia1, ZHU Lin-bo1

(1DepartmentofNuclearMedicine,GuangdongGeneralHospital,Guangzhou510080,China;2DepartmentofNuclearMedicine,TheFirstAffiliatedHospitalofJinanUniversity,Guangzhou510630,China.E-mail:txh@jnu.edu.cn)

AIM: To investigate the sex differences in regional cerebral glucose metabolism in normal adults under the resting state by statistical parametric mapping (SPM).METHODSCerebral glucose metabolic images were obtained by positron emission tomography (PET) with18F-fluorodeoxy glucose (18F-FDG) in 306 normal subjects (218 males and 88 females). All individual data were transferred to standard space. The data between male group and female group were compared by SPM (P<0.01). The coordinates of regions of sex difference were obtained, and then the brain function locations of these regions were checked by Talairach software.RESULTSThe total cerebral glucose metabolism in male group was lower than that in female group. The glucose metabolism in right paracentral lobule gyrus in male group was higher than that in female group. However, in male group, the glucose metabolism in some regional cortexes including left posterior cingulate, left frontal precentral gyrus, right temporal postcentral gyrus and right superior frontal gyrus was lower than that in female group.CONCLUSIONThere is sex difference of glucose metabolism between males and females at resting state.

Brain glucose metabolism; Sex differences; Statistical parametric mapping

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2012.03.027