運動通路損傷后腦梗死后激活腦區(qū)的改變

運動通路損傷后腦梗死后激活腦區(qū)的改變

臨床上，腦梗死的致殘率很高，但也證實，在梗死后一段時間內(nèi)，受損的神經(jīng)功能有所增加?，F(xiàn)代基礎(chǔ)研究將這種腦自行修復(fù)的能力歸結(jié)為腦的可塑性,其機制很復(fù)雜,與年齡、功能康復(fù)訓(xùn)練、梗死位置等諸多因素相關(guān)。本研究通過對健康人與腦梗死后痙攣期患者左側(cè)上肢運動的BOLD-fMRI對照研究,試圖說明在運動通路損傷后,肢體運動所反應(yīng)的激活腦區(qū)的特異性改變,進(jìn)而初步探討腦梗死后腦功能重塑在痙攣期的特點及其機制。1數(shù)據(jù)和方法1.1臨床表現(xiàn)及受試情況偏癱組:偏癱患者6例,均為2008年3月—2009年3月于北京中醫(yī)藥大學(xué)附屬東直門醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院患者。其中男5例,女1例,年齡43歲～85歲。均為左側(cè)痙攣性偏癱者。經(jīng)頭顱CT或磁共振成像(MRI)診斷為腦梗死,病程2周至6個月,均為首次發(fā)作腦血管病,病灶均在右側(cè)基底節(jié)和(或)放射冠,無意識障礙及視聽障礙,Brunnstrom分級在1級～4級(上肢)。另設(shè)正常組為對照組。以上兩組受試在試驗前均無不適,除偏癱組1例男性患者在試驗過程中出現(xiàn)煩躁、壓抑感而脫落外,余受試在試驗過程中均未出現(xiàn)明顯不適,配合完成試驗任務(wù)。受試前均簽署知情同意。1.2brunnstrom分析應(yīng)用東直門醫(yī)院SimensNovus1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀采用組塊設(shè)計模式進(jìn)行掃描。在試驗前被告知試驗?zāi)康呐c方法,講解左上肢運動的方法、力度、幅度及頻率,Brunnstrom分級在1級～2級的患者進(jìn)行被動運動,Brunnstrom分級在3級～4級的患者進(jìn)行主動運動,受試者主動或被動左上肢運動的頻率為從平臺上勻速自然抬起角度約45°～60°,經(jīng)過前期訓(xùn)練30s內(nèi)約運動8次。受試者靜息休息10min～15min后進(jìn)入核磁室,平臥位,視聽封閉狀態(tài),線圈固定,保持頭位不動。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)像掃描,然后進(jìn)行連續(xù)不間斷的左上肢主動或被動運動任務(wù)的fMRI的掃描。三維結(jié)構(gòu)成像掃描采用T1WI序列,掃描全腦。1.3隨機效應(yīng)模式統(tǒng)計處理采用BrainVoyager軟件對fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機效應(yīng)模式統(tǒng)計處理。首先進(jìn)行頭動校正,對處理過的圖像進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,計算各像素的t值,P<0.05同時voxel≥4的像素被認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。2結(jié)果2.1小鼠精神激活區(qū)域可見左上肢主動運動的激活腦區(qū)在小腦的分布以左側(cè)為主,包括小結(jié)、蚓部、后葉;右小腦激活區(qū)域以前葉、小腦扁桃體為主。在大腦皮層的激活區(qū)域以右側(cè)中央前回(BA4)、中央后回(BA2,3,4,5,40)為主,而左側(cè)大腦皮層未見明顯激活簇。詳見表1。2.2腦激活試驗結(jié)果可見左上肢運動的激活區(qū)包括:小腦蚓部、左小腦前后葉有明顯激活,右小腦后葉有較小激活簇;邊緣葉扣帶回有較小激活簇;左右蒼白球、殼核、左右丘腦及左島葉(BA13)有明顯激活;左側(cè)大腦皮層激活簇分布于左中央前回、中央后回(BA2,3,4)、頂下小葉(BA40)、枕葉楔葉(BA17,18,19,23)、顳葉上、中回(BA21,22);右側(cè)大腦皮層分布區(qū)為頂下小葉(BA40)、頂葉下部(BA40),上述區(qū)域激活程度較高,右枕葉楔葉和舌回(BA17,18)有少量激活。詳見表3、圖3。對偏癱組左上肢活動抑制區(qū)分析可見,腦干髓質(zhì)、左尾狀核體和左島葉(BA13)有少量負(fù)激活簇。詳見表4。兩組受試在執(zhí)行左上肢運動任務(wù)在中央前回、后回(BA3,4區(qū))有共同激活簇。應(yīng)用BrainVoyager軟件中的ANOVArandomeffectsanalysis(F檢驗),對兩組的腦激活體素與兩組的刺激和靜息基線進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析發(fā)現(xiàn),激活區(qū)分布于每組內(nèi)分析結(jié)果相符合。詳見表5～表7。3腦梗死后同側(cè)腦的激活正常組左上肢主動運動腦激活區(qū)主要分布在右側(cè)初級感覺運動皮層(SM1)及左側(cè)小腦。另外,次級軀體感覺皮層(BA5區(qū))及后頂葉皮層(BA40區(qū))亦見大面積激活簇。本試驗中,左上肢主動運動在右側(cè)SM1有明顯激活,并且沿中央前后回中上1/3分布,符合已知的皮層軀體定位排列方式。位于優(yōu)勢半球的BA5區(qū)屬于次級軀體感覺皮層的一部分,其作用是整合到達(dá)初級感覺皮層的信息,并與原有記憶信息對比而成為經(jīng)驗的一部分。由于本試驗設(shè)計為組塊設(shè)計,此區(qū)的激活可能與運動任務(wù)的重復(fù)性相關(guān)。頂葉皮層的BA40區(qū)在優(yōu)勢半球被認(rèn)為是較高的第三級聯(lián)合區(qū),推測運動覺、觸覺、前庭覺、視覺、聽覺在此進(jìn)行最高水平的整合,并且此區(qū)可發(fā)出纖維直接投射到運動前區(qū)(BA6區(qū)),從而形成與錐體系和錐體外系的直接和間接聯(lián)系。這與已有研究認(rèn)為的一些原來只參與運動準(zhǔn)備的次級運動區(qū),如輔助運動區(qū)(SMA)、前運動皮層(PMC)、次級運動區(qū)(PPC)也參與運動的執(zhí)行的結(jié)果相符。在小腦激活區(qū)中以左側(cè)舊小腦為著。舊小腦主要接受來自脊髓小腦通路的傳入沖動,而其傳出的沖動可以調(diào)節(jié)抗重力肌群的活動,提供運動時維持平衡的肌張力強度。由于本試驗采用左上肢抬舉運動,并要求運動保持一定的頻率和速度,因而肢體運動過程中需要維持一定的肌張力,這可能是舊小腦激活的原因。雖然多數(shù)研究表明同側(cè)半球運動皮層在運動協(xié)調(diào)和運動控制方面起作用,如SMA在利手和非利手運動時都表現(xiàn)雙側(cè)激活,同側(cè)半球可能有控制精確運動的作用,并且左側(cè)優(yōu)勢半球的作用更強。更有研究發(fā)現(xiàn)右利手者即使在左手運動時左腦的激活程度強于右腦。這與本試驗結(jié)果略有差異,考慮原因:首先不同于其他試驗,本試驗任務(wù)為左上肢的抬舉運動,而非精細(xì)的對指運動,因此優(yōu)勢半球沒有發(fā)揮較強的協(xié)調(diào)作用;其次,為了避免單個人的左側(cè)半球激活簇小而且分散的情況,本試驗分析采取嚴(yán)格的組群隨機效應(yīng)的方法,從而造成左側(cè)大腦激活效應(yīng)被剔除。偏癱組左上肢主動運動引起雙側(cè)大腦運動皮層的明顯激活,激活區(qū)包括雙側(cè)初級感覺運動皮層、運動前區(qū)和次級運動區(qū),雙側(cè)丘腦、小腦蚓部、右側(cè)小腦、右側(cè)島葉、殼核,以及健側(cè)大腦的蒼白球、扣帶回。與正常組相比,偏癱組的激活區(qū)域出現(xiàn)明顯泛化的情況,而且為雙側(cè)激活。這與以往的研究結(jié)果相符,如Kim等發(fā)現(xiàn)卒中患者患側(cè)手運動會引起雙側(cè)初級感覺運動皮層的激活。Butefisch等發(fā)現(xiàn)卒中患者患肢運動時引起雙側(cè)運動前區(qū)和初級運動皮層的激活。兩組左上肢主動運動時還出現(xiàn)了一些負(fù)激活的腦區(qū),分布于扣帶回后部(BA31)、楔前葉(BA7)、左側(cè)BA39、左側(cè)BA19、左額葉背外側(cè)(BA8)等腦區(qū)。以上腦區(qū)被認(rèn)為是靜息態(tài)腦活動網(wǎng)絡(luò)的一部分,其確切功能尚不清楚,但與大腦對內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測、情節(jié)記憶及自我意識相關(guān)。由于大腦是個復(fù)雜的聯(lián)絡(luò)體系,各功能區(qū)間存在功能以及解剖結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系,因此,當(dāng)某一腦區(qū)受損后,大腦皮層出現(xiàn)動態(tài)的功能重組以適應(yīng)這一變化。目前研究認(rèn)為主要存在三種皮層重組的類型:一是患側(cè)受累及的主要運動區(qū)發(fā)生移位;二是患側(cè)未受累及的主要運動區(qū)仍有激活;三是非主要運動區(qū)的功能明顯激活。結(jié)合本研究分析其原因:腦梗死后患者運動功能的恢復(fù)有賴于錐體系以及錐體外系的共同作用,在隨意運動恢復(fù)的過程中,張力、運動協(xié)調(diào)、控制能力起到關(guān)鍵作用。本研究中偏癱組均為痙攣性偏癱患者,與正常組相比,偏癱組在執(zhí)行運動任務(wù)時需要中樞神經(jīng)系統(tǒng)更多的協(xié)調(diào)、控制作用,因此相應(yīng)的腦區(qū)出現(xiàn)較多激活;本研究中偏癱組的運動激活區(qū)出現(xiàn)了何運動感覺皮層后方移動的現(xiàn)象,根據(jù)Ziemann等的研究,這可能與本研究選取的病灶部位均在皮層下相關(guān)。腦梗死后腦功能的重塑依賴于皮層功能的有機重組,受到多方面因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)偏癱組較正常組出現(xiàn)更多的錐體外系及次級運動區(qū)的激活,從而推測腦梗死后腦功能重塑的機制在于通過功能區(qū)的轉(zhuǎn)移和次級功能區(qū)的功能代償,這與以往的研究結(jié)果相符。但研究中也出現(xiàn)了一些無法用已有知識解釋的激活或負(fù)激活區(qū)域,如靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的腦區(qū),這需要大樣本的研究以闡明其機制。正常組左上肢主動運動腦功能抑制區(qū)以左右兩側(cè)邊緣系統(tǒng)為主,包括前扣帶回(BA24)、扣帶回(BA23,31,32)、后扣帶回(BA23,29,30,31)、海馬(BA19,27,34,35,36,37,38)、杏仁核;左側(cè)大腦皮層分布包括額下回(BA8,9)、中央前回(BA6,9)、頂枕