重复经颅磁刺激对急性脑梗死后吞咽障碍的影响及与其功能磁共振成像变化的关系

焦勇钢 戴颖仪 胡芳芳 袁明贤

广东省第二人民医院神经内科（广州510317）

吞咽障碍是急性脑梗死后常见的并发症，约25%～45%的患者在急性卒中后发生吞咽障碍，而且吞咽障碍与急性脑梗死后发生吸入性肺炎、营养不良和病死率增高的风险密切相关［1］。早期发现和处理可以减少后续并发症的发生，并有助于缩短住院时间，因此，吞咽障碍的早期干预和治疗对于提高急性脑梗死后进一步的预后至关重要。重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）技术是经颅磁刺激技术的一种，rTMS发出的磁信号可无衰减地透过颅骨到达目标脑组织区域，兴奋或抑制局部大脑皮质功能，加强与行为相关的突触效率，调节大脑神经元功能性变化，达到治疗疾病的目的［2］。既往本课题组研究［3］发现采用双侧重复经颅磁刺激能进一步改善急性脑梗死后患者的吞咽功能，但其具体的机制仍需明确。

目前主要通过临床观察、脑电图、脑磁图等来探索与吞咽功能障碍与相关大脑区域的关系。近年，功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）已经成为评价脑部活动的重要方法，也能评估吞咽期间的大脑皮层功能［4］。既往有研究［5］采用fMRI评估吞咽过程中的大脑皮质激活区域，表明fMRI是一种能用于研究吞咽期间双侧半球神经活动变化的有效影像方法。本研究旨在评价rTMS治疗急性脑梗死后吞咽障碍中fMRI相关指标的变化，以探讨rTMS治疗急性脑梗死后吞咽障碍的潜在机制。

1 对象与方法

1.1 研究对象和分组 选取2018年6月至2019年6月于广东省第二人民医院神经内科住院的急性脑梗死后吞咽障碍的患者共40例，纳入标准：（1）符合急性脑梗死的诊断标准，且经影像学明确诊断［6］；（2）脑梗死后 3 d内出现WST评定3级或以上的吞咽困难；（3）年龄＞ 60岁；（4）接受rTMS治疗；（5）获得患者知情同意并签署知情同意书。排除标准：（1）由其他神经系统疾病或器质病变引起的吞咽障碍；（2）合并严重意识障碍的患者；（3）合并机体感染或病情危重无法配合康复治疗的患者；（4）严重心肝肾功能不全；（5）拒绝rTMS治疗；（6）合并MRI检查禁忌证的患者。按照随机原则将40例患者分为rTMS组和假刺激组，每组20例，另外选择20例正常体检年龄相近的志愿者的MRI图像作为对照，本研究获得医院伦理委员会审核通过。

1.2 干预方法 所有患者采用基本的康复训练，具体包括吸吮训练、咽部冷刺激训练、发音训练、面肌训练、颈部训练和进食训练。rTMS组：采用高频rTMS刺激患者病变侧大脑半球的头颅前外侧皮质，至初级运动区皮质面部代表区前尾侧，以及中央前回最下部和额下回后部组成的区域的头颅体表投影区，具体刺激频率为3 Hz，刺激强度80%运动域值，时间为3 s，具体间隔17 s，每次时间为20 min；然后根据患侧部位在对侧大脑进行相同的处理，干预时间一致。康复训练和rTMS刺激每天1次，治疗5 d，每周休息2 d，1周为1个疗程，共2个疗程，具体的干预方案与既往研究［3］一致。假刺激组：采用与rTMS组相同位置的刺激方法进行假刺激，具体干预时间和疗程与rTMS组一致。

1.3 评价指标 （1）采用PHILIPS 1.5T磁共振成像仪，在入院时及治疗两个疗程后对患者进行头颅MRI扫描。扫描过程中嘱患者平卧于扫描床上，嘱患者闭眼、放松、平静呼吸、大脑不刻意进行思考活动、保持不动；带耳塞降低噪音，固定头颅。MRI扫描内容包括T1、T2加权图像，T2 Flair图像，DWI，静息态BOLD。fMRI图像采用自旋回波梯度平面成像方法进行数据采集；将采集到的原始图像转换，在MATLAB上采用SPM 8软件对fMRI数据进行预处理。选取感兴趣区：将治疗前后两组患者的ALFF图像进行比较，得到与吞咽功能相关的差异区，并以差异区的峰值坐标为中心选取感兴趣区域。（2）吞咽功能评价：对比两组患者干预前和干预后的吞咽功能，采用临床吞咽困难量表（clinical dysphagia scale，CDS）、吞咽困难预后和严重程度量表（dysphagia outcome and severity scale，DOSS）评定患者干预前后的吞咽功能，CDS量表共8项，分数越高表明吞咽功能障碍越严重。DOSS量表共7级，级别与分数相对应，分数越低表明功能越差。分析干预前后CDS和DOSS变化值与ALFF之间的相关性。

1.4 统计学方法 应用SPSS 24.0软件统计，正态分布的计量资料以均数±标准差表示，两组比较采用t检验，计数资料比较使用χ2检验，两组干预后的CDS和DOSS评分的比较应用干预前的CDS和DOSS评分作为协变量进行协方差分析，利用SPM8软件对两组处理后标准化的低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）图，采用t检验比较两组间ALFF图差异。采用Spearman相关性分析治疗前后ALFF值与CDS、DOSS评分变化的关系，P＜0.05为有差异统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料对比 两组的性别比例、平均年龄、平均卒中时间、病变部位和偏瘫肢体比例以及Fugl-Meyer运动评分对比差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

2.2 治疗后两组患者的吞咽功能评价 将治疗前CDS和DOSS评分指标作为协变量，采用协方差分析比较两组干预后的评分，其中rTMS组的CDS和DOSS评分低于假刺激组，差异具有统计学意义（P＜0.001）。见表2。

表1 两组患者的一般资料对比Tab.1 Comparison of general data between the two groups of patients ±s

表1 两组患者的一般资料对比Tab.1 Comparison of general data between the two groups of patients ±s

组别rTMS组假刺激组χ2/t值P值例数20 20男/女例）11/9 10/10 0.100 0.752年龄（岁）62.9±4.2 63.4±4.6 0.359 0.722卒中时间（周）3.8±1.4 3.6±1.1 0.502 0.618病变部位（幕上/幕下，例）16/4 14/6 0.533 0.465偏瘫肢体（左侧/右侧，例）8/12 11/9 0.902 0.342 Fugl-Meyer评分56.8±6.7 57.1±5.2 0.158 0.875

表2 两组治疗后的CDS和DOSS评分对比Tab.2 Comparison of CDS and DOSS scores after treatment in both groups±s

表2 两组治疗后的CDS和DOSS评分对比Tab.2 Comparison of CDS and DOSS scores after treatment in both groups±s

例数20 20组别rTMS组假刺激组F值P值CDS评分32.3±5.2 50.1±6.0 12.652＜0.001 DOSS评分4.44±0.52 3.21±0.45 8.763＜0.001

2.3 干预前卒中患者与正常对照患者ALFF差异 采用t检验比较两组治疗前ALFF图的差异，干预前卒中患者较正常对照患者ALFF增强的脑区包括小脑蚓部、右侧小脑半球、左侧尾状核、左侧豆状核、左侧额上回和左侧额下回（P＜0.05）；ALFF减弱的脑区包括右侧颞下回、右侧眶回、右侧海马和右侧顶叶（P＜0.05）。见表3、图1。

表3 干预前卒中患者ALFF变化脑区Tab.3 ALFF significantly changed brain regions in patients with stroke before intervention

2.4 rTMS干预组患者与假刺激组患者的ALFF差异 以干预前的数据为协变量，采用协方差分析比较两组干预后两组患者的ALFF差异，rTMS干预后卒中患者较假刺激组患者ALFF增强的脑区包括双侧尾状核、双侧豆状核和双侧额上回（P＜0.05），ALFF减弱的脑区包括左侧直回、左侧眶回、左侧颞中回、左侧额上回和左侧额下回（P＜0.05）。见表4、图2。

图1 干预前fMRI显示卒中患者较正常对照组ALFF差异的脑区Fig.1 Before intervention，fMRI showed brain regions with differences in ALFF in stroke patients compared with normal controls

2.5 rTMS干预后fMRI变化指标与CDS和DOSS评分变化关系 通过Spearman相关性分析fMRI变化指标与CDS和DOSS评分变化的关系，其中rTMS组患者干预后在双侧尾状核、豆状核和额上回的ALFF变化与CDS评分和DOSS评分变化存在相关性（P＜0.05），而左侧直回、眶回、颞中回、额上回和额下回的ALFF变化与CDS评分和DOSS评分变化无相关性（P＞0.05），见表5。

表4 rTMS干预与假刺激患者的ALFF变化脑区Tab.4 rTMS intervention and sham-stimulated patients with ALFF significantly changed brain regions

图2 干预后fMRI显示rTMS组较假刺激组ALFF差异的脑区Fig.2 After intervention，fMRI showed brain regions in which the rTMS group differed from the sham-stimulated group by ALFF

表5 ALFF变化与CDS和DOSS评分的相关性分析Tab.5 Correlation analysis between ALFF changes and CDS and DOSS scores

3 讨论

急性脑梗死后吞咽障碍是由于脑血管神经受损后导致反射性活动退化，吞咽肌群不协调，进而影响机体功能。急性脑梗死后吞咽障碍直接导致了营养不良、吸入性肺炎、气道阻塞甚至窒息死亡的风险增加，是导致患者预后不良的主要因素［7］。目前rTMS技术被用于神经生理学研究中的常规诊治中［8-15］。rTMS是一种安全且非侵入性的技术，它通过磁信号磁兴奋或抑制局部大脑皮质功能，加强与行为相关的突触效率，并且诱导足以使浅表轴突去极化并激活皮质神经网络的电场［16］。既往的研究［3］显示了采用双侧高频rTMS干预可以显著改善急性脑梗死患者的吞咽障碍，但rTMS治疗急性脑梗死吞咽障碍的潜在机制并未明确。本研究通过fMRI探讨了急性脑梗死吞咽障碍患者的脑部相关区域变化，并进一步分析了ALFF指标变化与吞咽功能变化之间的相关性，结果显示rTMS能改善急性脑梗死患者的CDS和DOSS评分，其与大脑双侧尾状核、豆状核和额上回功能连接增强具有密切关系。

不同脑区之间的相互联系，转化为良好协调肌肉活动。既往研究显示，吞咽的中枢神经控制被认为几乎完全依赖于脑干反射机制［17］。但近年来，大脑皮层在吞咽中的作用得到了越来越多的认可［18］。在麻醉的动物中使用皮质半球的侵入性电微刺激皮质吞咽区域，能够诱导完全吞咽反应，这为吞咽肌肉组织在皮质水平上双侧控制提供了直接的证据。在狗中进行吞咽的非侵入性研究表明，使用rTMS可通过头皮表面激活大脑皮层可引起完全吞咽反应［19］。而在健康的人体中，大脑皮质中的人类吞咽肌肉支配区被证明是离散的并且是双侧的，具有显着的半球间不对称性。近年来，神经影像学和神经刺激研究提供了吞咽序列和肌肉活动的激活模式的见解，并验证了早期的结果［20］。而本研究中干预前脑梗死患者的小脑蚓部、右侧小脑半球、左侧尾状核、左侧豆状核、左侧额上回和左侧额下回均具有增强，而右侧颞下回、右侧眶回、右侧海马和右侧顶叶脑区ALFF减弱。吞咽受双侧大脑调控，但双侧调控又不是绝对对称的，本研究的结果也同时表明卒中后吞咽障碍的患者在fMRI图像中脑区功能连接出现不一致的变化，表明卒中后阻碍了脑区的连接功能。既往研究［21］显示利用fMRI检测可发现rTMS治疗后患者健侧M1区与辅助运动区的功能性连接增强，运动功能改善；经过rTMS治疗后，脑卒中患者脑区的神经元活动激活现象有从健侧M1区向患侧M1区转移的趋势，表明fMRI能评估rTMS治疗产生的神经功能改变。

本研究中，rTMS干预急性脑梗死患者2周后，患者的CDS和DOSS评分均改善，本研究结果也与既往研究［3］结果相一致。采用双侧rTMS刺激后双侧尾状核、双侧豆状核和双侧额上回的激活增加，表明rTMS具体是刺激了患者的这几个脑部功能区域，潜在地发挥了促进吞咽功能恢复的作用。早期的研究显示，吞咽困难的卒中患者涉及到吞咽中枢的相关皮质和皮质下区域，从rs-fMRI显示出运动控制相关的功能性脑网络被破坏［22］。研究人员使用fMRI对吞咽困难的急性和慢性卒中患者进行脑成像研究，他们提出恢复吞咽与完整半球、同侧前小脑及对侧皮质中脑激活增加有关［23］。本研究的患者治疗后吞咽功能改善，这与脑功能激活连接增强有关。同时，进一步分析双侧尾状核、双侧豆状核和双侧额上回的ALFF值也与CDS和DOSS评分存在相关性。双侧尾状核和豆状核是大脑皮层调控舌肌及相关肌群的关键节点，而额上回主要发挥肌肉调节反射作用，本研究的fMRI首次表明rTMS主要是通过激活双侧尾状核、豆状核和额上回以促进患者的吞咽功能恢复。

本研究纳入研究的患者较少，仍需进一步加大样本量评估，同时对于rTMS干预的时间比较短，对于更长时间的rTMS干预对患者脑fMRI相关指标的影响仍需进一步评估。综上，rTMS治疗急性脑梗死患者吞咽障碍的患者可以促进大脑双侧尾状核、豆状核和额上回连接功能增强和激活。