脑电图在糖尿病脑损伤患者中的应用

【摘要】 神经系统损伤是糖尿病（diabetes mellitus，DM）最严重的并发症之一，临床表现形式多种多样，常见有意识障碍、癫痫、脑水肿、脑血管意外、代谢性脑病、认知功能障碍等。糖尿病脑损伤的早期发现和及时治疗对患者的预后具有重要影响。脑电图（electroencephalography，EEG）是一种无创且便捷的脑功能检查方法，能够反映大脑皮层中众多神经细胞的电生理活动，对脑功能的评估及癫痫的诊断具有重要意义。本文围绕EEG在DM脑损伤患者中的应用进行简要综述。

【关键词】 糖尿病 脑损伤 脑电图

Application of Electroencephalogram in Patients with Diabetic Brain Injury/ZHOU Bin. //Medical Innovation of China， 2025， 22（05）： -164

[Abstract] Nervous system injury is one of the most serious complications of diabetes mellitus （DM）， and its clinical manifestations are varied， including consciousness disorder， epilepsy， cerebral edema， cerebrovascular accident， metabolic encephalopathy， cognitive dysfunction， etc. Early detection and timely treatment of diabetic brain injury have an important impact on the prognosis of patients. Electroencephalography （EEG） is a non-invasive and convenient method of brain function examination， which can reflect the electrophysiological activities of many nerve cells in the cerebral cortex， and is of great significance for the evaluation of brain function and diagnosis of epilepsy. This article reviews the application of EEG in DM patients with brain injury.

[Key words] Diabetes mellitus Brain injury Electroencephalogram

First-author's address： Department of Pediatric Intersive Care Center， Xiamen Children's Hospital， Xiamen 361006， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.05.038

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是在遗传、免疫、环境、饮食及生活习惯等多因素作用下，胰岛素出现绝对或相对缺乏，从而导致糖、脂肪及蛋白质代谢异常的一种代谢性疾病，临床上以血糖升高为主要表现，可造成多种急慢性并发症而影响患者生命健康[1]。目前全世界约有5亿人患有DM，预计到2030年，这一数字将增加25%[2]，而全球用于DM的直接卫生支出已达7 600亿美元，预计到2030年，将增至8 250亿美元[3]。DM已成为一种长期且严峻的社会公共卫生健康问题。

DM造成的急慢性并发症涉及神经、肾脏、心血管和眼睛等多器官。其中神经系统损害最为特殊，急剧的血糖浓度变化不仅可造成脑细胞的损伤，同时还能对脑血管造成损害，引起多种脑功能病变[4]。DM所致的脑功能损害形式多种多样，包括意识障碍、癫痫、脑水肿（cerebral edema，CE）、脑血管意外（cerebrovascular accident，CVA）、代谢性脑病、认知功能障碍等[5-8]，不同的脑损伤之间不仅有着相似的发病机制，同时还互为因果。早期发现并评估脑功能损伤程度，对DM的预后具有重要意义。

1 DM脑损伤的形式及发病机制

CE是DM急性期常见的一种脑损伤形式，多见于糖尿病酮症酸中毒（diabetic ketoacidosis，DKA）患者。有研究表明，DKA患者中CE的患病率约为1.44%[5]，而CE致DM儿童的死亡率高达50%～90%[9]。轻度的CE可导致患者出现头痛、头晕、精神倦怠等不适，重度的CE可导致患者出现意识障碍，严重时可导致认知和记忆功能损伤。目前研究认为，DM患者出现CE的机制与以下因素有关：（1）脑细胞炎症性损伤。当血糖急剧升高时，神经元细胞内外渗透压显著改变，使神经系统无氧代谢增加，导致脂质过氧化增强、活性氧产生和抗氧化酶失活，造成细胞代谢异常和脑细胞膜稳定性破坏，从而引起脑细胞水肿，患者可在短时间内出现意识障碍[10]。（2）脑血管调节功能障碍。高血糖引起的脑血管高渗透性和酸中毒状态可刺激脑微血管内皮细胞中Na-K-Cl协同转运蛋白活性，使它们受到损伤，导致脑血管调节功能异常。同时还可以导致血管活性物质的释放异常，使脑血管通透性增加，导致CE发生[11]。（3）缺血再灌注损伤。在DM急性期脑细胞呈缺氧脱水状态，如果在短时间内予以大量低渗性液体补液治疗，脑细胞可出现缺血再灌注损伤，引起脑细胞水肿而加重意识障碍[12]。同时，发病年龄、起病的急缓、血糖水平、酸中毒程度及治疗时机等因素均会对DM患者CE严重程度及预后产生严重影响。

CVA是一种急性脑血管疾病，根据发病机制可分为缺血性和出血性两类。在儿童和青少年DKA患者中，其患病率为0～7%[13]。DKA所致的高血糖及严重酸中毒状态可引起氧化应激反应，引发全身炎症反应及激活凝血纤溶系统，造成血管功能障碍、凝血功能异常，从而引起脑血管出血、缺血风险[14-15]。同时，由于DM补液治疗，脑灌注恢复时，可能出现缺血再灌注损伤，可能加重CVA[16]。

代谢性脑病是指在没有原发性结构功能障碍的情况下，由于脑代谢受损而引起的弥漫性或整体脑功能障碍[17]。临床上可表现为定向力障碍、精神行为异常、意识障碍等，甚至可出现惊厥、去脑强直。研究表明，DM患者出现CE时可使Na-K-Cl共转运及小胶质细胞激活，而脑缺血再灌注损伤可导致脑细胞乳酸水平升高，N-乙酰天冬氨酸（NAA）/肌酸（Cr）水平降低[7]，这些细胞功能异常均可导致脑血管炎症性损伤、脑血管通透性改变，从而使脑细胞代谢异常。

认知功能障碍是DM患者远期并发症，是一种不可逆的脑组织损害。磁共振成像研究表明，DM急性期可引起大脑星形胶质细胞增生和小胶质细胞激活，以海马体中病变最为突出，导致海马体微结构永久性改变，从而影响认知功能[8]。此外，DM可导致大脑皮层的神经元永久性丢失，使学习及记忆识别功能受损[18]。相关研究还表明，DM患者大脑结构和认知能力损伤与患者发病年龄、低血糖发作、高血糖程度、DKA发病次数、血糖控制情况等密切相关[19]。

糖尿病性癫痫（epileptic seizures due to diabetes，ESD）是指糖尿病伴发癫痫或癫痫持续状态[20]，其在非酮症性高血糖症（non-ketotic hyperglycemia，NKH）患者中较为常见，发病率高达15%～40%[21]，多见于老年人，常以局灶性发作为主要表现形式[22]。ESD的产生与以下因素有关：（1）氧化应激。迅速发生的高血糖及高渗状态，使神经系统无氧代谢增加，神经元细胞膜钠钾泵功能出现异常，导致细胞内钠离子蓄积、钾离子丢失，神经元细胞异常去极，激发皮层神经元异常放电，出现癫痫发作[23]。同时脑细胞能量代谢异常，脑细胞中的葡萄糖转化为三梨醇、果糖增多，而肌醇减少，可致脑细胞水肿，促使癫痫发作。（2）脑部微血管病变。长期DM导致不同程度的脑动脉硬化和脑功能受损，局部脑血流的调节功能下降，其可能是癫痫发作的基础因素。同时，血糖过高时血浆纤维蛋白原含量明显增加，血小板易聚集，血流动力学产生改变，使得血液处于高凝状态，加重了局部缺血和微循环障碍。并且，神经系统小动脉及静脉出现透明样病理改变和功能失调，血流自动调节受损加重脑缺血缺氧损害，神经元细胞内环境破坏导致相应功能变化，成为对代谢紊乱敏感和易导致异常放电的“癫痫细胞”，导致癫痫发作[24]。（3）免疫异常。研究发现在ESD患者中发现有谷氨酸脱羧酶自身抗体存在，因此，有学者认为免疫功能异常参与了ESD的发生[25]。

2 脑电图（electroencephalography，EEG）的作用及波形特点

DM患者出现神经系统损伤的表现形式多种多样，如何早期识别并动态评估对患者的预后具有重要意义。EEG是一种无创且便捷的脑功能检查方法，对人大脑功能状态的变化有很高的敏感度，能够反映大脑皮层中众多神经细胞的电生理活动，对脑功能的评估及癫痫的诊断均有重要意义[26]。

振幅脑电图（amplitude-electroencephalography，aEEG）是近几十年发展起来的脑电技术，通过记录单通道脑电信号，能在床旁长时间进行脑功能监测[27]。与传统EEG相比，其使用的电极少，操作方便，可对脑电背景波形进行分类，图形直观，结果容易判读，并且其受外界环境干扰较少，能客观直接反映脑功能状态。目前，aEEG已广泛应用于脑功能监测，能判断脑发育情况、明确脑损伤严重程度及预测损伤结局[28-29]。

EEG是通过记录大脑皮层神经元群体的电位差变化来反映脑功能状态。其以波形的形式呈现，而不同的波形代表着不同的生理或病理状态。EEG中常见的波形有以下几种：（1）α波。其频率8～13 Hz，波幅20～100 μV，多见于成年人的清醒放松状态。α波主要分布在枕叶和顶叶区域，其波幅较高，反映了大脑皮层神经元的同步化放电活动，当个体进入深度放松、闭眼静息或即将入睡时，α波会进一步增强；而当个体处于警觉状态或进行认知活动时，α波会受到抑制。（2）β波。频率13～30 Hz，波幅通常较低，为5～20 μV，是大脑在正常觉醒状态下的主要波形。β波可分为低频和高频两个子频段，分别称为β1和β2。β1波主要出现在额叶和中央区，与运动控制和主动注意有关，β2波则广泛分布在整个皮层，与认知加工、警觉性和工作记忆等功能密切相关。当个体处于紧张、焦虑或专注状态时，β波的活动增强。（3）δ波。频率低于

4 Hz，波幅较大，可达到20～200 μV，主要出现在深度睡眠阶段和非快速眼动睡眠的第二阶段。在清醒状态下，δ波的出现通常与严重的脑损伤、中毒或代谢紊乱等病理情况有关。此外，婴儿和幼儿的大脑中也存在大量的δ波，随着年龄的增长，δ波的波幅逐渐减小。（4）θ波。频率为4～8 Hz，波幅一般在10～60 μV，主要出现在儿童和成年人的睡眠过程中。θ波与深层睡眠、学习记忆过程有关，异常的θ波可能出现在特定的睡眠障碍或认知功能下降中。当大脑前额区域出现5～7 Hz中-高波幅的正弦样θ节律并持续1 s以上，称作额中线θ（frontal midline theta，FMT）震荡[30]。

3 不同形式DM脑损伤的EEG特点

DM患者EEG表现与其脑功能损伤形式有关。对于DM急性CE患者，因脑细胞水肿、脑代谢异常，EEG可表现为脑波波幅弥漫性降低、慢波广泛性增多[31]。有实验研究发现，实验小鼠使用胰岛素发生严重低血糖后出现CE表现，EEG中的θ和δ波幅逐渐降低，严重时可出现δ爆发完全抑制，即使低血糖恢复后CE仍可能继续进展[32]。因DM致脑细胞缺血、脑动脉硬化，进而出现脑血流障碍，导致脑细胞代谢速度减慢，导致EEG的频率出现变化，EEG可表现为α波慢化，θ波增多[33-34]。对于认知功能异常的患者，FMT的幅度高低可反映认知功能的强弱。有研究发现，当血糖浓度显著升高时，FMT出现降低，长期的高血糖状态可导致患者的认知功能减退[35]。ESD患者的EEG表现形式多样，可表现为弥漫性慢波增多，额-颞区夹杂尖波和棘波发放，也可以表现为发作间期额区、颞区或枕区见少量中高幅幅欠规则尖波活动、尖慢波发放[36-37]。

DM患者出现代谢性脑病时，EEG检查可出现典型的三相波改变。三相波为1～2.5 Hz的中高波幅慢波，多出现在慢活动（θ或δ）背景波上，其第一相为波幅较低的负相波，第二相为一个突出的正相波，第三相为时限长于第二相的负相慢波[38]。三相波产生机制可能与皮层和丘脑神经元之间形成异常“震荡环路”有关。研究表明：患者意识清楚，大脑无病症时，EEG以α节律为主节律；患者轻度意识障碍时，EEG会出现广泛θ节律；浅昏迷时，EEG会在慢波基础上出现三相波；深度昏迷时，EEG会呈现高幅度δ波、发作波、爆发-抑制波，甚至发展为电静息[39-41]。三相波的出现往往预示脑部出现严重损害，患者预后好坏主要取决于导致三相波的基础疾病的可治愈程度，大多数患者预后不良，仅有极少数患者脑功能可恢复至原来水平。三相波出现后，如果通过积极的临床干预，脑电波向θ活动甚至α活动发展，患者往往预后较好，如果δ波持续出现并且波幅逐渐降低、进而出现爆发-抑制甚至普遍癫痫样活动，往往预后较差。

4 总结与展望

DM脑损伤形式多种多样，其EEG表现也各不相同，在疾病早期及时进行EEG检查对评估脑功能状态及预后具有重要意义。然而，目前临床上对DM脑损伤患者的EEG检查并不重视，同时也缺乏相关的前瞻性临床研究进一步分析DM脑损伤的EEG表现。因此，本文通过对EEG在DM脑损伤患者中的应用进行简要综述，以提高临床医师对DM脑损伤的早期评估及治疗能力，更好地促进DM患者的康复。

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（收稿日期：2024-06-19） （本文编辑：陈韵）