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2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种慢性代谢性疾病,特征是高血糖。根据国际糖尿病联盟(IDF)的估计,2017年世界糖尿病人数约4.25亿,其中90%为T2DM。我国是世界上T2DM患者数量最多的国家,且患病率呈逐年上升的趋势。研究表明,T2DM患者在多个认知领域的功能下降,如执行功能、运动功能、记忆功能和信息处理功能等,并且T2DM患痴呆的风险增高,给社会和家庭造成巨大的经济负担。揭示T2DM发生认知损害的神经生理学机制,将有助于该疾病的诊断、预防和治疗,降低痴呆的发生机率。目前为止,T2DM认知损害相关的神经发生机制仍未阐述明确。静息态功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)是一种无创性的影像检查手段,已经广泛用于T2DM患者脑功能异常的研究,然而目前的研究对T2DM伴和不伴认知损害的分组研究较少,更多集中于T2DM和健康受试者的对比研究,T2DM不同认知状态的脑功能是否存在差异,目前的研究报道缺乏足够的解释,导致我们难以进一步认识和理解其认知损害的神经机制。脑铁沉积可通过氧化应激途径诱导细胞损伤,已有研究证实,在帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化等神经变性疾病中存在脑铁沉积,并与认知表现相关,但关于T2DM是否存在脑铁沉积的报道较少。定量磁敏感图(quantitative susceptibility mapping,QSM)较磁敏感加权成像、T2*及相位图像,能更准确地测量大脑中铁含量,优势明显。本研究前两部分拟采用rs-fMRI的基于全脑体素和脑网络的方法,分析T2DM伴和不伴轻度认知功能损害(mild cognitive impairment,MCI)受试者脑功能的改变情况,探讨两者脑功能改变的特点和规律。本研究最后一部分拟利用QSM技术,主要对两组患者的脑灰质核团的铁含量进行定量测量,研究T2DM伴MCI患者脑铁含量的变化情况,及与认知表现之间的关系。材料与方法:1.T2DM诊断采用1999年WHO发布的标准为依据,根据神经心理学量表评分和文献报道,将患者分为T2DM伴MCI组和T2DM不伴MCI组,共纳入27名T2DM不伴MCI组、27名T2DM伴MCI组,同时纳入27名年龄、性别、受教育程度匹配的正常对照组。采集三组受试者的人口学、血生化数据。MRI扫描使用西门子3.0T磁共振成像系统,采集受试者的静息态fMRI数据。采用静息状态功能磁共振成像数据处理助手(Data Processing Assistant for Resting-State fMRI,DPARSF)v2.2对数据进行预处理,然后使用GIFT软件进行空间独立成分分析(independent component analysis,ICA)识别不同成分的脑网络。进行不同网络间相干分析,提取T2DM伴MCI组相干分析有差异的网络对的相干值,与血生化数据及神经心理学量表结果进行相关分析。2.本研究纳入T2DM不伴MCI组27名,T2DM伴MCI组27名,正常对照组27名,采集数据与第一部分相同。使用静息状态功能磁共振成像数据处理助手DPARSF v2.2进行数据预处理,并计算全脑体素的ALFF(amplitude of low-frequency fluctuations)值。方差分析比较三组受试者ALFF值的差异,并进行组间两两比较。提取T2DM伴MCI组异常脑区的ALFF值,与神经心理学量表及血生化指标的结果进行分析比较。3.本研究纳入T2DM不伴MCI组30名,T2DM伴MCI组30名,正常对照组30名,MRI扫描使用西门子3.0T磁共振成像系统,采集受试者的高分辨率的磁敏感成像数据,数据采用SMART(Susceptibility Mapping and Phase Artifacts Removal Toolbox)软件进行后处理分析,得到QSM图像。使用SPIN(signal processing in nuclear magnetic resonance)软件测量双侧顶叶皮质、额叶白质、尾状核(caudate nucleus,CN)、壳核(putamen,PU)、苍白球、丘脑、红核、黑质(substantia nigra,SN)、海马(hippocampus,HP)和齿状核的磁敏感值,与血生化数据及神经心理学量表结果进行相关分析。结果:1.三组受试者在年龄、性别、教育程度、体重指数、收缩压、舒张压、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、听觉词语学习测试(Auditory verbal learning test,AVLT)延迟回忆(5分钟)、AVLT-延迟回忆(20分钟)、数字广度测试(Digital Span Test,DST)顺背、词语分类流畅性测试(Verbal Fluency Test,VFT)、连线测试B部分和简易精神状态检查量表(Mini-mental state examination,MMSE)得分没有显著差异(P>0.05)。两组T2DM受试者的患病时间无明显差异(P>0.05)。ICA分析自动计算出20个成分,经过肉眼识别噪声或残差,确定8个有效成分,包括前默认模式网络(anterior-default mode network,aDMN)、听觉网络(auditory network,AN)、左额顶叶网络(left frontal-parietal lobe network,LFPN)、右额顶叶网络(right frontal-parietal lobe network,RFPN)、后默认模式网络(post-default mode network,pDMN)、感觉运动网络(sensorimotor network,SMN)、突显网络(salience network,SN)、视觉网络(visual network,AN)。三组间AN-VN(频段53-62,频率0.102-0.119Hz)和AN-aDMN(频段42-49,频率0.08-0.094Hz)网络间的相干值有统计学差异。组间两两比较发现,T2DM伴MCI组的AN-VN相干值高于另两组(P<0.05),后两组的AN-VN相干值无明显差异(P>0.05)。T2DM不伴MCI组和T2DM伴MCI组的AN-aDMN相干值均高于正常对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。T2DM伴MCI组的AN-VN相干值与复杂图形测试(Complex Figure Test,CFT)即刻回忆和延迟回忆和MOCA量表得分正相关,AN-aDMN相干值与CFT量表(即刻回忆和延迟回忆)得分正相关(P<0.05)。2.三组受试者的ALFF结果在双侧颞下回(BA20区),左侧楔前叶(BA7区),右侧中央前回(BA4区),右侧后扣带回(BA30区)脑区存在显著性差异(P<0.05)。在右侧后扣带回,T2DM伴MCI组的ALFF值最小,正常对照组的ALFF值最高,三组受试者两两比较的ALFF值均有统计学差异(P<0.05);在双侧颞下回,T2DM伴MCI组的ALFF值高于正常组与T2DM不伴MCI组,差异有统计学意义(P<0.05);在左侧楔前叶,T2DM伴MCI组的ALFF值与正常对照组类似,低于T2DM不伴MCI组,差异有统计学意义(P<0.05);在中央前回,T2DM伴MCI组的ALFF值小于正常组与T2DM不伴MCI组,差异有统计学意义(P<0.05)。T2DM伴MCI组的AVLT-延迟回忆(5分钟)得分与右侧后扣带回、右侧颞下回、左侧楔前叶脑区的ALFF值之间存在显著相关性(P<0.05)。3.与正常对照组相比,T2DM不伴MCI组的左侧HP的磁敏感值增高,而T2DM伴MCI组双侧CN、双侧HP、左侧PU、右侧SN的磁敏感值增高,差异有统计学意义(P<0.05)。与T2DM不伴MCI组相比,T2DM伴MCI组右侧CN、右侧SN和左侧PU的磁敏感值增高,差异有统计学意义(P<0.05)。右侧CN的磁敏感值与AVLT-延迟回忆(5分钟和20分钟)和CFT(即刻回忆和延迟回忆)得分负相关;左侧PU磁敏感值与词语分类流畅性测试得分负相关;右侧SN磁敏感值与CFT延迟回忆和数字符号编码测试得分负相关(P<0.05)。结论:1.T2DM不伴MCI组和T2DM伴MCI组患者均存在脑功能连接的改变。AN-VN相干值的下降能反映T2DM认知下降的程度,提示T2DM伴MCI患者可能存在视觉皮层和听觉皮层之间神经活动的紊乱。2.T2DM不伴MCI组和T2DM伴MCI组患者均存在多个脑区的自发神经元活动异常。T2DM伴MCI患者短时记忆受损可能与右侧后扣带回、右侧颞下回、左侧楔前叶脑区的自发神经活动异常有关。3.T2DM不伴MCI组和T2DM伴MCI组患者均存在多个灰质核团脑铁沉积,并与认知表现相关。对于检测和评估T2DM的认知损害,QSM可能是一个很有帮助的成像技术。