慢性阻塞性肺疾病患者旁正中丘脑氢质子磁共振波谱分析研究

王存强，谭西英，王　宇，贺顺岭，顾韵泽，原子扬

（河南省新乡市第一人民医院1.磁共振科，2.神经内科，3.呼吸内科，河南新乡453000）



慢性阻塞性肺疾病患者旁正中丘脑氢质子磁共振波谱分析研究

王存强1，谭西英2，王宇3，贺顺岭1，顾韵泽1，原子扬1

（河南省新乡市第一人民医院1.磁共振科，2.神经内科，3.呼吸内科，河南新乡453000）

摘要：目的研究慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者旁正中丘脑氢质子磁共振波谱（1H-MRS）的特点。方法随机选取2012年2月-2015年1月在该院就诊的32例COPD患者和30例健康志愿者分别纳入研究组和对照组。采用1H-MRS检测双侧旁正中丘脑的N-乙酰基天门冬氨酸（NAA）、胆碱复合物（Cho）和肌酸复合物（Cr）。结果研究组双侧旁正中丘脑NAA/Cr值低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；研究组双侧旁正中丘脑Cho/Cr值高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论COPD患者存在旁正中丘脑神经元的代谢异常。

关键词：慢性阻塞性肺疾病；氢质子磁共振波谱分析；旁正中丘脑

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）是呼吸内科的常见病和多发病，主要表现为不完全可逆的气流受限，长期病情控制不佳可引起多种组织、器官的结构和功能改变。近年来，由COPD导致的慢性脑功能和结构损害成为研究热点［1］。氢质子磁共振波谱分析（proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS）作为一种无创的功能检查方法，可研究感兴趣区（region of interest，ROI）的脑神经递质浓度和代谢情况，为临床上脑结构和功能的研究提供一种新的手段。目前仅有关的动物实验见诸报道，国内外鲜见临床病例报导。本研究旨在探讨COPD患者旁正中丘脑1H-MRS的特点，以期为COPD患者中枢系统损害的神经生物学研究提供参考，现报道如下。

1　资料与方法

1.1 一般资料及分组

1.1.1 研究组选取2012年2月-2015年1月在本院住院的COPD患者。纳入标准：①参照美国胸科协会和欧洲呼吸病学会共同制定的COPD诊断标准［2］；②年龄50～80岁；病程＞5年；③未服用能够影响脑内神经递质的药物；④无脑卒中等病史；⑤无重要脏器异构或功能异样病史。入组32例，其中，男性16例，女性16例；年龄50～80岁，平均（67.7± 11.8）岁；受教育年限0～11年，平均（6.2±4.9）年。

1.1.2 对照组为同时期内的本院职工及附近社区的健康居民。入组30例，其中，男性16例，女性14例；年龄50～80岁，平均（66.3±12.6）岁；受教育年限0～11年，平均（5.9±5.0）年。两组的年龄、性别构成比、受教育年限比较，差异无统计学意义（P＞ 0.05）。

附图　右侧旁正中丘脑ROI波谱分析图像

1.2 实验方法

本实验采用病例-对照研究设计，进行横断面研究。由新乡市第一人民医院呼吸科2位经过正规培训的主治医师严格根据纳入标准确定入组对象。采用荷兰Philips公司1.5 T超导型磁共振成像系统，运用NV-16头颈联合相控阵线圈，检查室温度18～22℃，受检者口腔温度36.6～37.5℃。患者取仰卧位，舒服体位，真空枕及固定带固定头部，软垫固定膝下及后颈部。检查前根据局部解剖图谱定义和描述，利用空间定位技术在三维T1加权成像上选取双侧旁正中丘脑对称部位相同容积的ROI，保证同一受检者左、右侧及不同受检者之间的一致性。检查采用点分辨波谱（point resolved spectroscopy，PRESS）序列行单体素2D1H-MRS扫描，采用1个体素为10 mm×10 mm×10 mm的体积为测量单位。成像参数：重复时间（repetition time，TR）1 500 ms，恢复时间（echo time，TE）为144 ms，平均采集次数（number of signal averaged，NSA）128次，视野230mm。机器自动匀场，水抑制及调谐。信号经系统软件处理后转换为数据和波谱图来反应N-乙酰基天门冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA）、胆碱复合物（Choline，Cho）与肌酸复合物（creatine-phosphocreatine，Cr）的相对水平，数字用1×10-6表示，用随机软件测量NAA、Cho、Cr的峰下面积，以Cr峰为参照，计算机自动完成NAA/Cr、Cho/Cr比值的计算（见附图）。

1.3 统计学方法

采用SPSS 16.0统计软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示，组内比较用配对t检验，组间比较采用独立样本配对t检验；旁正中丘脑NAA/Cr、Cho/Cr与病程的相关性，符合正态分布的用Pearson相关分析，检验水准为ɑ=0.05，双侧检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1 两组NAA/Cr、Cho/Cr比较

两组NAA/Cr、Cho/Cr比较，经独立样本t检验，差异有统计学意义（P＜0.05），研究组双侧旁正中丘脑NAA/Cr低于对照组，研究组双侧旁正中丘脑Cho/ Cr高于对照组。见附表。

附表　研究组和对照组各研究指标比较（±s）

附表　研究组和对照组各研究指标比较（±s）

组别Cho/Cr左侧旁正中丘脑　　左侧旁正中丘脑　　右侧旁正中丘脑研究组（n=32）　1.13±0.36　1.15±0.42　1.66±0.37　1.61±0.41对照组（n=30）　1.62±0.41　1.66±0.46　1.32±0.45　1.32±0.38 t值　4.966　4.855　3.474　3.020 P值　0.008　0.024　0.015　0.048 NAA/Cr右侧旁正中丘脑

2.2 研究组各研究指标与发病年限的相关性分析

研究组左、右两侧旁正中丘脑NAA/Cr与病程呈负相关（r=-0.705和-0.669，P=0.035和0.027），研究组左、右两侧旁正中丘脑Cho/Cr与发病年数呈正相关（r=0.772和0.714，P=0.009和0.011）。

3　讨论

20世纪90年代以来，1H-MRS作为无创性的功能检查方法广泛用于脑科学的研究。目前，仅有COPD大鼠模型的1H-MRS研究相关报道［3］，鲜有相似的临床研究报道。

NAA位于神经元内，浓度降低提示神经元的结构破坏、功能异常等。LIU等［4］认为NAA减少可能与神经元结构破坏有关，而轻度的NAA减少可能与神经元功能异常有关。本研究结果显示，患者组左侧旁正中丘脑1H-MRS的NAA/Cr值为（1.13±0.36）（n=32），右侧NAA/Cr值为（1.15±0.42）（n=32）；对照组左侧旁正中丘脑1H-MRS的NAA/Cr值为（1.62±0.41）（n=30），右侧的NAA/Cr值为（1.62± 0.41）（n=30），经t检验，差异有统计学意义（左侧：t=4.966，P=0.008；右侧：t=4.855，P=0.024）。所以COPD患者NAA/Cr较对照组显著降低，并且随着病程延长，NAA/Cr值下降的幅度越大，提示COPD患者双侧旁正中丘脑均存在神经元的结构损害、功能异常及大量神经元凋亡，推测旁正中丘脑代谢异常可能是COPD并发慢性脑功能损害的早期病理改变之一。目前，有关COPD患者NAA浓度降低的机理尚不清楚。NAA在神经元的线粒体合成，线粒体的功能状态对NAA含量有重要影响［5］，因此推测NAA降低可能与COPD患者线粒体代谢异常有关。COPD患者多伴有不同程度的动脉硬化改变，旁正中丘脑区脑供血不足可能与NAA浓度降低有关，不能排除COPD患者在某些物质代谢过程中存在消耗增多的可能。凌学锋等［3］通过COPD大鼠模型的海马MRS研究证实COPD大鼠存在海马脑神经元的代谢异常，与本研究结果一致。目前尚未见以COPD患者为研究对象的研究报道，需要进一步扩大样本量，进行多中心大样本研究证实。

Cho反映总胆碱含量，亦反映细胞膜脂质的转换。BERNARDI等［6］认为Cho与维持神经细胞髓鞘的完整性相关。Cho值的升高具有病理学意义。NAJM等［7］认为Cho升高与大脑神经退行性变、反应性胶质细胞增生和星状细胞增多有关。ALGIN等［8］认为其增高可能与局部代谢率变化有关。本研究证实，COPD患者双侧旁正中丘脑Cho/Cr均较对照组病理学增高。有关COPD患者Cho增高的机制亦不清楚。张磊等［9］认为组织缺氧性病变可能导致氧自由基的大量堆积，进而导致细胞膜的破坏增加。凌学锋等［3］认为Cho的增高亦可能与血红蛋白过多糖基化有关。本研究结果证实，COPD患者双侧旁正中丘脑可能存在神经元细胞膜的损伤、能量代谢异常和胶质细胞的增生等，与凌学锋等［3］的研究究结果不一致。国内外亦未见与本研究相似的文献报道，其发生的机制尚需进一步深入研究。

本研究尚有很多不足之处，如样本量偏少、脑区选择单一等，需要进一步优化实验设计，扩大样本量，建立更科学的对照进行综合研究。

参考文献：

［1］TIFFANY L，TSAI B A，SANDS L P，et al. An update on postoperative cognitive dysfunction［J］. Adv Anesth，2010，28（1）: 269-284.

［2］朱蕾，冯玉麟.客观评价慢性阻塞性肺疾病的肺功能诊断标准［J］.中国呼吸与危重监护杂志，2009，7（4）: 315-317.

［3］凌学锋，林勇，孙思庆，等. COPD大鼠模型海马组织代谢研究［J］.东南大学学报（医学版），2011，63（7）: 732-736.

［4］LIU H S，CHOU M C，CHUNG H W，et al. A proton MR spectroscopy and diffusion-tensor imaging study［J］. Radiology，2011，260（2）: 531-540.

［5］郑华.抑郁症首次发病患者丘脑磁共振质子波谱成像的研究［J］.神经疾病与精神卫生，2008，8（6）: 414-416.

［6］BERNARDI S，ANAGNOSTOU E，SHEN J，et al. In vivo1H-magnetic resonance spectroscopy study of the attentional networks in autism［J］. Brain Res，2011，22（3）: 198-205.

［7］NAJM I M，WANG Y，HONG S C，et al. Temporal changes in proton MRS metabolites after kainic acid induced seizure in rat brain［J］. Epilepsy，1997，38（1）: 87-94.

［8］ALGIN O，TASKAPILIOGLU O，HAKYEMEZ B，et al. Structural and neurochemical evaluation of the brain and pons in patients with Wilson's disease［J］. Jpn J Radiol，2010，28（9）: 663-671.

［9］张磊，刘家传，杨艳艳，等.缺氧预处理对颅脑损伤大鼠脑组织HIF-1α及其HO-1表达的影响［J］.中国微侵袭神经外科杂志，2014，24（2）: 566-569.

（童颖丹编辑）

A proton magnetic resonance spectroscopy imaging study on paramedian thalamus in patients with chronic obstructive pulmonary disease

Cun-qiang Wang1，Xi-ying Tan2，Yu Wang3，Shun-ling He1，Yun-ze Gu1，Zi-yang Yuan1
（1. Department of Magnetic Resonance，2. Department of Neurology，3. Department of Respiratory Medicine，the First People's Hospital of Xinxiang，Xinxiang，Henan 453000，China）

Abstract:Objective To identify the metabolite levels on paramedian thalamus in patients with COPD by proton magnetic resonance spectroscopy（1H-MRS）. Methods Thirty-two patients with COPD in our hospital from February 2012 to January 2015 were randomly selected and 30 normal controls were also selected.1HMRS was used to detect N-acetyl aspartate（NAA），choline complex（Cho）and creatine complex（Cr）in paramedian thalamus of all the subjects. The ratios of NAA/Cr and Cho/Cr were determined. Results The NAA/Cr ratio in the bilateral paramedian thalamus of the patients with COPD was significantly lower than that in the normal controls（P＜0.05）. The Cho/Cr ratio in the patients with COPD was higher than that in the normal controls，the difference was statistically significant（P＜0.05）. Conclusions Metabolisms of neurons in paramedian thalamus are abnormal in patients with COPD.

Keywords:chronic obstructive pulmonary disease；proton magnetic resonance spectroscopy；paramedian thalamus

中图分类号：R563.9；R445.2

文献标识码：B

DOI:10.3969/j.issn.1005-8982.2016.11.018

文章编号：1005-8982（2016）11-0085-04

收稿日期：2016-01-12