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来源:戴云蕊,陈军.磁共振成像在肠易激综合征相关脑改变中的研究进展[J].影像诊断与介入放射学,,29(02):-.
肠易激综合征(irritablebowelsyndrome,IBS)是一种胃肠道疾病,表现为反复发作的腹痛,与排便相关或伴随排便习惯改变。典型的排便习惯异常可表现为便秘、腹泻,或便秘与腹泻交替,同时可有腹胀的症状。目前,IBS的诊断主要根据罗马Ⅳ诊断标准,尚缺乏明确的诊断标志物。
根据最近一项流行病学研究显示,美国、加拿大和英国约4.4%~4.8%人口符合罗马Ⅳ关于IBS的诊断。IBS是具有复杂病理生理机制的多因素疾病,越来越多的研究认为,中枢神经系统和肠道(脑-肠轴)的双向作用的改变在IBS病理生理学中起着重要作用。由于无法直接评估“脑-肠轴”的功能,在一定程度上阻碍了中枢神经系统与肠道互动的研究。磁共振成像技术的出现,为进一步研究IBS相关中枢神经系统改变提供了有力工具。本文将对磁共振成像技术在IBS相关脑改变的主要研究及进展进行综述。
1.肠易激综合征的病理生理及病因学研究
IBS不是单一疾病,而是一组由多种病理学引起的,缺乏形态学和生化学异常改变的症状群。对于发病机制,既往初步研究多集中于可解释疾病症状的感染,饮食因素,心理压力,胃肠动力改变和内脏高敏感性。随着对潜在机制的深入研究,目前普遍认为IBS的发病机制包括胃肠动力改变、肠道菌群失调、肠道炎症和免疫激活、胆汁酸代谢紊乱、感染、内脏超敏反应、饮食因素、脑-肠相互紊乱、遗传和社会心理状态的改变等。
2.脑-肠轴理论概述
随着测序和代谢组学技术的进步,近十年来对肠道微生物在调节脑功能中作用的研究迅速增加。研究表明大脑和肠道通过脑-肠轴紧密联系,是一个涉及神经和体液机制的双向交流系统。神经连接涉及中枢神经系统、自主神经系统和肠道神经系统。其中肠道神经系统可独立于大脑运行,被称为“第二个大脑”。
体液成分包括下丘脑-垂体-肾上腺轴、肠内分泌系统和黏膜免疫系统,对肠道和大脑功能有广泛的影响。这种双向交流系统使大脑能够影响胃肠功能以及免疫功能,而IBS等慢性胃肠道疾病会使患者产生焦虑、抑郁等情绪。因此,研究中枢神经系统对IBS肠道功能的调控及IBS患者的脑改变,有利于深入探讨IBS的发病机制,为临床诊断和治疗提供潜在靶点和可靠的诊断依据。
3.结构磁共振成像的应用
1)高分辨率结构磁共振成像
高分辨率结构磁共振成像(structuralMRI,sMRI)可用于量化和系统比较大脑结构的形态差异,已成为研究脑解剖学的一种具有强大潜能的工具。最常用的方法是基于体素的形态学测量(voxel-basedmorphometry,VBM),可定量检测出脑组织各组分的密度或体积,现已被广泛应用于各项疾病的研究。
最近一项研究利用Siemens3.0TMR扫描仪12通道头线圈进行图像采集,使用VBM探讨IBS患儿大脑结构的改变,研究结果显示患有IBS的女孩在感觉、突显和默认模式网络相关的大脑关键区域的灰质体积(graymattervolume,GMV)减小,主要集中在丘脑、尾状核、伏隔核、中扣带回和背外侧前额叶区域。
另一项使用3.0TMR仪对老年IBS患者脑结构的研究表明老年IBS患者GMV变化可能反映了IBS不同的病理生理过程,包括慢性疼痛相关机制(岛叶GMV减少),相关的情绪唤醒增加(海马GMV减少),以及对躯体和内脏刺激的敏感性增加(初级体感皮层GMV增加)。在更大的样本中,Seminowicz等在3.0TMR扫描仪上采集大脑图像,使用VBM和皮质厚度分析对55名女性IBS患者与48名健康对照者的大脑解剖结构差异进行分析,结果显示患者存在较多脑区灰质密度(graymatterdensity,GMD)的改变,但当考虑到焦虑和抑郁因素时,仅存在前额叶和后顶叶皮质的GMD减低。
鉴于东西方人群对于疼痛耐受性的不同,有学者对亚洲女性IBS患者皮质厚度的特异性变化进行研究,使用3.0TMR扫描仪进行扫描,结果表明IBS组左楔叶、左额中回吻侧部、左缘上回、右前扣带回和双侧岛叶皮质厚度较健康对照组明显变薄,这些脑区与疼痛、焦虑及抑郁有关。此外,大脑皮层厚度与腹痛的严重程度和持续时间呈负相关,提示皮质厚度的差异可能为调节IBS患者的腹痛提供有用的信息。
2)扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)
DTI利用水分子的固有特性沿着神经元纤维束以各向异性的方式扩散,从而能非侵入性地显示人类大脑的微观结构变化。该技术使用多个参数来定性和定量测量白质(whitematter,WM)的大小、方向性和总体结构完整性。其中各向异性分数(fractionalanisotropy,FA)被认为是衡量WM完整性的一个指标;平均扩散率(meandiffusivity,MD)是测量给定体素内的扩散速率,并与细胞外间隙内的水分含量有关,因此它与膜密度成反比;而径向扩散系数(radialdiffusivity,RD)可能是脱髓鞘/髓鞘异常化的指标。
Ellingson等采用3.0TMR扫描仪对成人IBS患者进行大脑扫描,结果显示IBS患者丘脑、基底节和感觉/运动/整合区FA值较对照组减低,额叶和胼胝体FA值增高。此外,患者苍白球内的MD值减低,丘脑、内囊和投射到感觉/运动区的放射冠MD值增高,且女性患者更为明显,这些结果提示IBS慢性复发性疼痛患者存在大脑微结构的改变,特别是在与感觉信息整合和皮层-丘脑调节相关的区域。
另一项使用3.0TMR进行扫描的研究对比了便秘型IBS和功能性便秘患者脑白质微结构的改变,结果表明便秘型IBS患者出现胼胝体FA值减低及RD值增高,且功能性便秘患者表现出更多的微结构异常区域。Hubbard等首次对青少年IBS患者进行DTI分析,使用32通道头线圈和3.0TMR扫描仪获得扩散加权图像并进行数据处理,结果显示与对照组相比,青少年IBS患者右中扣带回FA值减低,表明其WM完整性发生改变,这与在成年IBS患者中观察到的变化不同。作者认为可能是该疾病的初步影响,或者只是反映了青春期大脑的可变性。目前的研究结果普遍认为IBS患者存在脑结构上的异常改变,但关于IBS患者不同病程时期的脑形态学研究相对较少,还需要进一步研究。
4.功能磁共振成像的应用
功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)是用来评估大脑内局部氧合和血流变化的成像方法之一。血氧水平依赖(bloodoxygenation-level-dependent,BOLD)是最常用的技术,可检测具有顺磁性的脱氧血红蛋白,并识别其依赖于神经元激活的区域分布的变化。fMRI可分为任务态和静息态两种。
1)任务态功能磁共振
任务态fMRI多采用直肠气囊充气的方法,可观察直肠气囊扩张时大脑功能的改变,为探究IBS症状的发生机制提供有力的手段。早期一项使用1.5TMR扫描仪进行任务态fMRI的研究观察IBS患者与对照组在痛性及非痛性直肠扩张时大脑激活的区域,结果显示直肠刺激使大多数受试者的前扣带回、前额叶、岛叶皮质和丘脑的活动增加。与对照组相比,在IBS受试者中,疼痛导致前扣带回皮质显示出更大的激活,表明IBS患者脑-肠轴的疼痛敏感度升高。
Tillisch等使用Meta分析来确定基于fMRI和正电子发射型计算机断层显像(positronemission