慢性持续期哮喘儿童脑功能失调的功能磁共振成像研究.pdf

263 教育生物学杂志 2023 年 7 月第 11 卷第 4 期 Journal of Bio-education，Jul.2023，Vol.11 No.4慢性持续期哮喘儿童脑功能失调的功能磁共振成像研究朱 琳，周 明*，上官秋苓，江凯华，熊建新南通大学附属常州儿童医院儿内科（中国常州 213003）摘要 目的 采用功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）技术研究慢性持续期哮喘儿童脑功能失调的可能机制。方法 选取 30 例慢性持续期哮喘儿童（哮喘组）和 30 例非哮喘健康儿童（对照组）作为研究对象。收集两组儿童的 fMRI 检查和注意行为学测试的数据，分析和比较两组儿童的比率低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation,fALFF）及持续性操作任务（continuous performance task,CPT）的反应时间和正确个数。结果 哮喘组儿童左侧小脑后叶和左侧枕下小叶的 fALFF 低于对照组儿童，左侧边缘叶的fALFF 高于对照组儿童，差异均有统计学意义（P0.05）。与对照组儿童比较，哮喘组儿童的 CPT 反应时间较长，正确个数较少，差异均有统计学意义（P0.05）。结论 哮喘儿童出现注意力缺陷和学习记忆力下降可能与左侧小脑后叶和左侧枕下小叶的功能异常有关，而左侧边缘叶则可能对此有一定的代偿作用。关键词 功能磁共振成像；比率低频振幅；哮喘；儿童Functional magnetic resonance imaging study on brain dysfunction in children with chronic persistent asthmaZHU Lin,ZHOU Ming*,SHANGGUAN Qiuling,JIANG Kaihua,XIONG JianxinDepartment of Pediatrics,Changzhou Childrens Hospital of Nantong University,Changzhou 213003,Jiangsu Province,ChinaAbstract Objective To study the mechanism of brain dysfunction in children with chronic persistent asthma by functional magnetic resonance imaging（fMRI）.Methods A total of 30 children with chronic persistent asthma and 30 normal children were enrolled.The childrens data of fMRI and attention behavioral test were collected.The response time and correct number of fractional amplitude of low-frequency fluctuation（fALFF）and continuous performance task（CPT）in the two groups were analyzed and compared.Results The fALFF values in the left posterior cerebellar lobe and left inferior occipital gyrus of the asthma group were significantly lower than those of the control group（P0.05）.But fALFF values in the left limbic lobe of the asthma group were significantly higher than those of the control group（P0.05）.The CPT reaction time of asthmatic children was significantly longer than that of the normal children,and the correct number was significantly lower than that of the normal children（P0.01 Hz，0，0.25 Hz）范围的各个频率的能量，得到的是每个体素的fALFF。最后是标准化处理全脑体素，即将每个体素的 fALFF 除以全脑信号幅值的平均值，这样就可以达到消除个体间全脑 fALFF 值总体水平差异的目的。1.3 注意行为学测试1.3 注意行为学测试采 用 AX 型 持 续 性 操 作 任 务（continuous performance task-AX,CPT-AX）测 试 CPT 反 应 时间和正确个数。刺激内容：数字 09，以数字1 为提示，靶（Go 刺激）为出现在数字 1 后面的9；非靶（Nogo 刺激，即分心刺激）为出现在数字 1 后面的 0、2、3、4、5、6、7、8。刺激呈现方式：刺激共包括 400 个数字。刺激为 19 的数字伪随机地在屏幕上显示。具体时间常数如下：刺激呈现 200 ms，刺激间隔 1 300 ms。被试需要对 1 后紧接出现的 9 作按键反应，而 1 后面出现其他数字，或其他数字后出现的 9 不需要按键。CPT 测试（Go-Nogo 任务）呈现模式见图 1。1.4 统计学方法 1.4 统计学方法 采用 SPSS 22.0 软件对哮喘组和对照组进行CPT 反应时间、正确个数的独立双样本 t 检验分析。利用 SPM8 软件对哮喘组和对照组标准化后的 fALFF 进行独立双样本 t 检验分析。P0.05 表图1 CPT测试（Go-Nogo任务）呈现模式 265 教育生物学杂志 2023 年 7 月第 11 卷第 4 期 Journal of Bio-education，Jul.2023，Vol.11 No.4示差异有统计学意义。将所得的 MNI（Montreal Neurological Institute）坐标转换为 Talairach 坐标6，查看脑区解剖位置。2 结果2.12.1 注意行为学测试结果注意行为学测试结果哮喘组和对照组CPT反应时间分别为（476.53 80.57）ms 和（427.7176.01）ms，两组间差异有统计学意义（t=2.41,P=0.019）；哮喘组和对照组CPT 正确个数分别为 34.502.53 和 36.502.53，两组间差异有统计学意义（t=-3.06,P=0.003）。2.2 fMRI 检查结果2.2 fMRI 检查结果哮喘组与对照组 fALFF 比较有统计学差异的脑区为左侧小脑后叶、左侧枕下小叶、左侧边缘叶，其中，哮喘组左侧小脑后叶和左侧枕下小叶脑区的 fALFF 低于对照组，而左侧边缘叶的 fALFF 高于对照组。详见表 1 和图 2。表1 哮喘组与对照组fALFF比较 脑区体积（m3）Brodmann分区MNI坐标t值xyz左侧小脑后叶17-18-93-33-5.93左侧枕下小叶3918-33-90-12-6.57左侧边缘叶27-24-9216.87注：双样本 t 检验（FDR 校正，P10 mm3；t 值负值表示 fALFF 哮喘组 对照组。图2 哮喘组与对照组儿童fMRI影像注：蓝色和红色均为 fALFF 哮喘组 对照组的脑区。3 讨论fALFF 是在低频振幅基础上进一步优化的一种技术，其优势是在探测大脑自发活动或低频信号时具有更高的特异度和灵敏度。本研究中，注意行为学测试结果显示，与对照组比较，哮喘组儿童的 CPT 反应时间较长，正确个数较少，提示哮喘儿童存在注意力缺陷；fMRI 检查 fALFF 分析结果显示，哮喘组左侧小脑后叶、左侧枕下小叶的fALFF 明显低于对照组，而左侧边缘叶的 fALFF显著高于对照组。小脑在传统意义上的功能是协调运动。然而，越来越多的研究显示它与认知过程有着密切相关性，特别在时间监测、空间记忆方面起着重要作用9。Wyciszkiewicz 等10发现，注意缺陷多动障碍（attention deficit and hyperactive disorder,ADHD）儿童的小脑体积小于正常对照儿童。Kumar 等11使用 fMRI 技术证实 ADHD 患儿小脑的激活程度明显降低。也有研究者12-13发现，ADHD 儿童存在 双侧小脑 fALFF 降低的表现。这进一步说明 ADHD 儿童小脑存在静息态功能活动的异常。小脑影响认知的机制尚未完全清楚，小脑与额叶等脑区的6.476.085.695.304.914.52-4.5-4.9-5.3-5.6-6.0-6.4-35 mm-10 mm+15 mm-30 mm-5 mm+20 mm-25 mm+0 mm+25 mm-20 mm+5 mm+30 mm-15 mm+10 mm+35 mm 266 教育生物学杂志 2023 年 7 月第 11 卷第 4 期 Journal of Bio-education，Jul.2023，Vol.11 No.4连接功能失调是可能 ADHD 患儿发生认知功能障碍的原因之一14。相关研究7,15发现，哮喘患儿易出现 ADHD，且注意力缺陷程度与哮喘的控制程度相关。本研究发现，哮喘组儿童左侧小脑后叶的 fALFF 低于对照组儿童，提示哮喘儿童存在小脑的活动度降低，这可能是哮喘儿童出现注意缺陷的原因之一。枕叶是人类的视觉管理中枢，视觉信息的处理在学习、记忆等高级脑功能方面有着不可替代的作用16。Stores 等17研究发现，反复发作的哮喘会降低患儿的学习记忆能力，而通过 4 周积极有效的抗哮喘治疗后，记忆能力得到改善。Guo 等18通过动物实验发现哮喘会损害未成熟小鼠的学习和记忆能力。方环海等19通过对前人的研究总结发现，枕叶在语言分析、加工、整合等各方面有重要作用，提示枕叶参与了人类语言的发育。刘芳6通过对哮喘儿童进行韦氏智力测试及视听整合持续操作测试，分析哮喘对儿童智力和注意力的影响，结果发现，哮喘会影响儿童的言语智商发育，哮喘儿童的总智商水平低于正常健康儿童。本研究发现，哮喘组儿童左侧枕下小叶的fALFF 明显低于对照组儿童，提示其出现学习记忆力下降可能与枕叶受损有关。边缘叶位于大脑半球内侧面，为脑干连接部和胼胝体旁的环周结构，由扣带回、海马回、钩回组成，与杏仁核、丘脑前核、乳头体核等皮质下结构共同组成边缘系统20-21。边缘系统与默认网络有着广泛联系，参与高级神经、精神（情绪和记忆等）活动22-25。Tang 等26发现，ADHD患儿默认网络中的扣带回区域的同质性变化与正常对照组相比，差异具有统计学意义。杨硕 等27发现，ADHD 患儿的扣带回与内侧前额叶皮质的连接功能明显降低。由此可以推断边缘叶中的扣带回受损将会导致默认网络的功能异常，进而引发注意、认知及记忆功能方面的缺陷。此外，孙悦等28通过对 60 例 ADHD 儿童及 92 例健康对照儿童的 fALFF 数据研究发现，默认网络与感觉运动网络连接功能增强对 ADHD 儿童的运动控制力受损和感觉刺激高敏感性有代偿性作用。本研究中哮喘组儿童左侧边缘 fALFF 高于对照组儿童，推测可能是对哮喘儿童左侧小脑后叶、左侧枕下小叶出现损伤后的一种代偿性表现。综上所述，哮喘儿童出现注意力缺陷与左侧小脑后叶损伤有关，而左侧枕下小叶的功能异常使其出现学习记忆力下降，而左侧边缘叶则可能对此有一定的代偿作用。本文从能量角度出发，采用 fALFF 对慢性哮喘持续期儿童进行研究，发现脑区改变对哮喘儿童脑功能变化的影响，这对哮喘患儿脑功能异常的早期发现及干预有一定的临床价值。在进一步的研究中，将对哮喘儿童病程中不同时期的 fMRI 指标进行分析，探索哮喘对认知改变的短期及长期影响；并将哮喘严重程度与脑功能指标进行相关性研究，详细了解哮喘对儿童认知水平的影响。参考文献1 中华医学会儿科学分会呼吸学组,中华儿科杂志 编辑委员会.儿童支气管哮喘诊断与防治指南（2016年版）J.中华儿科杂志,2016,54（3）:167-181.2 REN Y F,LI H,XING X H,et al.Preliminary study on pathogenesis of bronchial asthma in children J.Pediatr Res,2015,77（4）:506-510.3 MOGENSEN N,LARSSON H,LUNDHOLM C,et al.Association between childhood asthma and ADHD symptoms in adolescence:a prospective population-based twin study J.Allergy,2011,66（9）:1224-1230.4 IRANI F,BARBONE J M,BEAUSOLEIL J,et al.Is asthma associated with cognitive impairments?A meta-analytic review J.J Clin Exp Neuropsychol,2017,39（10）:965-978.5 谢庆玲,刘淑君,秦 岭,等.哮喘儿童睡眠紊乱和注意缺陷多动障碍特征及相关性研究 J.临床荟萃,2020,35（7）:633-638.6 刘 芳.哮喘对学龄期儿童认知功能影响的研究 D.沈阳:中国医科大学,2010.7 吕培培,李淑英,刘欢欢,等.青少年首发抑郁症患者静息态脑功能局部一致性研究 J.中华行为医学与脑科学杂志,2016,25（2）:139-143.8 韦秋香,阎 锐,刘海燕,等.男性单相与双相抑郁障碍患者静息态局部脑区低频振幅差异的观察 J.临床精神医学杂志,2018,28（5）:289-292.9 UDDIN L Q,KELLY A M,BISWAL B 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