健康女性强烈排尿感脑功能网络的小世界特征

英小倩，高轶，廖利民

1.首都医科大学康复医学院，北京市 100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，a.泌尿外科；b.神经泌尿科，北京市 100068；3.首都医科大学泌尿外科学系，北京市100069

尿控是自主和非自主神经均参与的复杂过程[1‑3]。大脑作为尿控的高级中枢，一直备受关注。目前认为，前额叶皮质、背侧丘脑、下丘脑、边缘系统和脑干等是参与尿控的重要中枢结构[4‑9]。血氧水平依赖功能磁共振成像能使研究者在无创条件下探索大脑调控结构和功能机制[10‑11]，目前的研究多侧重于脑区的激活和失活，以及功能连接的变化[12‑14]，少有研究关注功能连接拓扑属性的变化，对调控下尿路脑功能的性别差异也未达成共识[15‑16]，将男性和女性的数据合并分析可能会影响结果的准确性。本研究采用静息态功能磁共 振成像(resting‑state functional magnetic reso‑nance imaging,rs‑fMRI)进行图论[17‑18]分析，探索女性在膀胱空虚和强烈排尿感时大脑功能连接的拓扑属性变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年至2018年，招募本中心健康女职工21例。

纳入标准：①体格检查未发现异常，近期无用药物史；②连续3 d 记录排尿日记，24 h 尿量1500～3000 ml；③24 h 排尿次数＜8 次，夜尿次数≤1 次，平均每次排尿量＞200 ml，无漏尿发生。

排除标准：①神经和泌尿系统相关疾病；②其他系统重大疾病，如心血管系统疾病、呼吸系统疾病、糖尿病、肿瘤等；③近期服用药物或因其他原因接受可能引起神经或泌尿系统症状的治疗，尤其是因盆腔肿瘤接受放、化疗；④妊娠试验阳性；⑤因幽闭恐惧症、认知障碍或其他原因不能配合MRI检查。

2例因头动剔除，实际纳入19例，年龄35～67岁，平均(53.3±7.9)岁；平均受教育时间(7.4±1.5)年；平均膀胱视觉感觉模拟评分(6.7±1.0)；平均膀胱容积(417.6±109.1)ml。

所有受试者在研究前被告知操作流程并签署知情同意书，该研究获得中国康复研究中心医学伦理委员会的批准(No.2017‑002‑1)。

1.2 试验方法

受试者排空膀胱，平躺于磁共振扫描床上，7 Fr双腔膀胱测压管和直肠测压管分别置入膀胱和直肠内，连接至Laborie 便携式尿动力仪监测膀胱腔内压力和腹压，随后进行第1 次MRI 扫描。按模块化方式，分4个模块用37 ℃生理盐水逐渐充盈膀胱，每个模块灌注30 ml，暂停30 s，抽吸10 ml，暂停后，重复下一模块，直至受试者报告有强烈排尿感时停止灌注，进行第二次MRI扫描。采用膀胱感觉视觉模拟评分评估膀胱感觉：0 分为膀胱空虚，6 分为强烈排尿感，8分为急迫排尿感，10分为膀胱疼痛[19‑20]。第1次扫描时，受试者膀胱感觉视觉模拟评分0 分，第2 次扫描时为6～8分。

采用IngeniaTrio 3.0 T 磁共振仪(PHILIPS 公司)，矩阵线圈扫描。受试者闭眼，平躺在检查床上，用特制的头盔和海绵枕将头部固定在矩阵线圈内，并尽量减少头部运动；佩戴耳塞，调暗扫描间灯光，以减少干扰。嘱受试者尽量避免特定思维活动。先采用3D MP‑PAGE 序列采集受试者头部矢状位像，层厚2 mm，TR 7.8 ms，TE 3.8 ms，翻转角8°。随后采用EPI序列，共扫描37层，184个时间点，层厚3.5 mm，TE 30 ms，TR 2000 ms，翻转角90°，FOV 256×256 mm，NEX=1，像素3×3×3.5 mm。

由3 名影像科医生评定图像质量。扫描结束后，受试者将尿排入量杯，测量膀胱容积。

在MATLAB 2015b 平台下，采用SPM8 对MRI 数据进行预处理：去除头动、白质和脑脊液信号影响，去除空间位移＞2 mm，旋转＞2°的数据。应用GRET‑NA 2.0.0 和AAL90 对大脑皮质进行脑区划分，并将每个脑区作为感兴趣区(regions of interest,ROI)与全脑各脑区的时间序列进行Pearson 相关性分析，得到每个受试者90×90 功能连接矩阵，通过标准化处理，去除不相关或相关性小的功能连接。经过Fish'sZ转换和设定阈值T处理后，最终得到二值矩阵。采用GRET‑NA 2.0.0 计算功能网络的小世界属性：集聚系数(clus‑tering coefficient,Cp)、特征路径长度(characteristic path length,Lp)、全局效率(global efficiency,Eglob)、局部效率(local efficiency,Eloc)和局部节点效率(nodal effi‑ciency,Enodal)。

1.3 统计学分析

采用SPSS 22.0 统计软件分析数据。两种状态下小世界属性参数比较采用配对t检验和Bonferroni 校正。显著性水平α=0.05。

2 结果

在膀胱空虚和强烈排尿感时，各受试者及整体水平的小世界属性参数γ ＞1，λ ≈1，σ ＞1(图2)，网络具有小世界属性。

与膀胱空虚时相比，在强烈排尿感时，受试者Cp、Lp和Eloc降低(P＜0.05)，Eglob增加(P=0.039)。见表1。Enodal在左岛盖部额下回、左眶内额上回、双侧直回、右内侧扣带回、双侧顶下缘角回和缘上回，以及右侧颞中回和枕中回增加(P＜0.05,图2)，双侧枕叶皮层和梭状回降低(P＜0.05,图3)。

表1 不同膀胱状态下脑功能网络的小世界属性

图1 女性健康受试者在膀胱空虚和强烈排尿感时大脑功能连接的小世界属性

图2 Enodal增加的脑区

图3 Enodal降低的脑区

3 讨论

相对于随机网络和规则网络，具有较大Eglob和Eloc的小世界网络是一个低成本、高效率的网络[21‑24]。大脑大量神经元以及神经元之间的连接是小世界网络的结构和功能基础，使人脑可以在局部和整体进行高效的信息传递、加工和处理。无论在膀胱空虚还是急迫排尿感时，健康女性的大脑都具有高效、低成本或低消耗的小世界网络属性。Eglob增加而Eloc降低意味着大脑信号整体传递效率增加，而局部传递效率降低[21‑23]。Enodal反应单个节点与目标节点间信息传递的效率，在强烈排尿感时，多个脑区Enodal增加。

目前认为，下尿路传入信号经脊髓传至中脑导水管周围皮质后，经丘脑投射至大脑皮层，经由复杂的大脑网络调控下尿路功能[1,3,25]。前额叶皮质涉及认知、决策和社交行为，目前已有多项研究证实其在尿控中的作用[12‑13,26‑27]。膀胱过度活动患者前额叶皮质脑反应减弱[3,28‑29]。直回被认为是前扣带回向额叶的延伸，是内侧前额网络的重要组成部分，可经丘脑下行通路和脑干介导内脏运动中枢和前额感觉信号之间的相互作用[30‑31]。扣带回和其他结构共同组成的边缘系统在调节情绪、对外界刺激的自主反应和处理膀胱出入信息中发挥重要作用。部分研究认为[26,32]，前或中扣带回可通过交感神经调控心率，推断下尿路的调控可能也借助这种机制。Cohen等[33]认为，在任务冲突条件下，扣带回和运动前区共同调节注意力选择。本研究中，有强烈排尿感或排尿欲望的女性平卧于检查床内行MRI扫描，这种情况不合适排尿，扣带回兴奋。缘上回所在的顶下小叶在多感觉整合、空间注意力和高级认知、眼动控制方面有重要作用[34]。该脑区也可能与膀胱的冷知觉有关[26]。梭状回常与目标识别与功能定义有关，与枕叶皮层共同完成视觉任务[35]。以往研究曾发现膀胱充盈时枕叶反应[28,36]，但枕叶在尿控中的作用尚不清楚，需要进一步研究。

虽然我们仅对女性健康受试者的90个大脑皮层和皮层下脑区进行研究，但这有助于加深对强烈排尿感出现之前和之后大脑皮层功能网络变化的理解。这项基于健康女性的研究也可为探究各种原因导致的女性下尿路功能障碍的致病机制奠定基础。但下尿路调控机制仍然有许多未知领域有待探索[37]。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。