1H-MRS在高碘和低碘引起脑损害诊断中的应用

郝 鑫,张旭雯

(吉化集团公司总医院 1.磁共振科;2.电诊科,吉林吉林 132022）

碘是机体的必需微量元素,低碘和高碘都会造成海马组织和神经细胞一定程度的损伤。氢质子磁共振波谱分析(H-MRS）是基于化学位移原理测定体内化学成分的一种无创伤性术,可以早期发现脑组织代谢物的异常。本研究分析28例碘异常病例海马区的H-MRS,探讨其在碘异常引起脑损害疾病中的诊断价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料选择2004年6月1日-2005年8月1日临床诊断碘异常引起脑损害的患者28例,男12例,女16例,年龄7-14岁、平均 10.5岁。以尿碘值为标准,其中低碘组 16例(＜100/μ g/L。）,高碘组12例(＞300“μ g/L）。临床表现为:智力障碍(5例）,学习记忆功能低下(8例）,听力障碍(2例）,甲状腺功能低下(8例）及甲状腺功能亢进(5例）。选择15例正常人海马区H-MRS作为对照组。

1.2 H-MRS成像采用日本东芝公司生产的ExcelATRTM型1.5T超导磁共振扫描仪,仰卧位,头颅正交线圈。横断位SE T1wI(TR 500 ms,TE l5 ms）、FSE T2WI(TR 4 000 ms。TE l00 ms）,FLAIR序列斜冠状位垂直于右侧海马长轴,建立定位图像。点分辨波谱序列(PRESS）,TR1500 ms,TE136 ms,自动匀场,多体素相位矩阵扫描,成像视野(FOV）:160 mm×160 mm,兴趣区(VOI）包括两侧海马和颞叶新皮层,范围:100/110 mm×60mm,层厚:15mm。采用椭圆形K空间采集,32×32相位编码。体素大小:5 mm×5mm×15mm。水抑制采用化学位移。对获得信号进行后处理分析,波谱仪自带软件计算出代谢物N一乙酰天门冬氨酸(NAA）2.02 ppm、胆碱(Cho）3.2 ppm、肌酸(Cr）3.02 ppm、谷氨酸(Glu）2.30 ppm、γ氨基丁酸(GABA）3.65 ppm等物质的波峰下面积,结果以均数±标准差(±s）表示。

1.3 指标检测及统计学处理将数据归类利用SPSS12.0统计学软件包分析,计算低碘组与高碘组海马区代谢物浓度,与正常人海马区的正常脑组织代谢物浓度做对照,采用t检验,检验水准α=0.05。

2 结果

28例碘异常脑损害病例的H-MRS结果见表1。

低碘组与高碘组在磁共振成像上均表现为脑沟、脑回减少变浅、不规则,脑室扩张,脑皮质变薄,髓质变宽。H-MRS显示28例碘异常患者的海马区各种代谢物结果见表1。

表1 28例碘异常脑损害病例的H-MRS(n=28,ppm）

3 讨论

3.1 H-MRS的原理及代谢物的意义H-MRS是利用磁共振现象和化学位移作用对氢原子核及其化合物进行分析,是一种无损伤性研究人脑和多种脑疾病的脑内化合物和代谢变化的新技术。通过射频脉冲激励被检物质的原子核,在化合物固有的位置上显示其波峰,峰下面积与共振核的数目成正比,以曲线的形式表示出MRl上感兴趣区内物质生化代谢的变化,得到解剖形态与生化改变综合诊断。目前已经基本明确NAA、ChoCr等主要波谱的生理意义,同时确定了半定量的标准。NAA主要位于成熟的神经元内及其突触内,其减少不仅反应神经元的缺失,还可能与轴突损伤、突触活动改变有关。Cho主要是可溶解的胆碱化合物,与细胞膜磷脂代谢有关。Cho的升高反映了磷脂降解产物的堆积,降低可能与髓鞘形成过程中转变髓鞘大分子结构有关。Cr包括肌酸和磷酸肌酸,它们参与体内的能量代谢,在正常脑组织中波峰相对稳定,在细胞量减少或能量耗竭时,其峰值也下降。Glu是脑内主要的兴奋性氨基酸,它广泛分布于中枢神经系统,通过特异性受体介导一系列高级神经活动如认知、学习记忆等,参与大脑海马长时程突触增强(LTP）的产生。并且是重要的细胞抗氧化剂,对自由基细胞有保护作用,在线粒体代谢中具有重要功能。GABA是Glu重要的代谢产物,在突触传递和神经元活动中具有特殊作用,是中枢神经系统中的一种抑制性氨基酸递质,具有抗焦虑作用,并与学习记忆行为有关。由此可见,H-MRS能反映脑组织不同代谢产物的改变,可反映神经元生长分化、脑能量代谢和髓鞘化过程改变,可在MRI形态学改变之前即显示脑组织的代谢异常。

3.2 低碘引起脑损害的机制及H-MRS改变电镜下观察低碘使海马组织单位面积神经元分布明显稀疏,齿状回颗粒细胞退行性变,胞核固缩或淡染溶解,核膜模糊,胞体肿胀变性,部分胞膜及突触内小泡模糊,胞质淡染、减少,线粒体扩张、嵴断裂、溶解,内质网、高尔基体变性扩张,神经微丝、游离核糖体减少,胞浆内可见多少不等的溶解空泡,树突、轴突突触联系稀少。神经纤维髓鞘的形成是中枢神经系统发育成熟的标志,低碘使大脑海马纤维着色少,髓质结构稀疏、纤维变细、不完整,髓鞘发育不良,结构紊乱,板层断裂,脑内神经元减少,所以低碘时NAA下降。海马内含有较多的胆碱能神经元,使神经活动参与学习记忆过程。胆碱能递质代谢障碍及相关神经元兴奋活动障碍是导致动物学习记忆能力低、条件反射不易形成和巩固的原因,低碘对胆碱能神经元造成不可逆性损伤,所以Cho减少。低碘对GABA的摄取有抑制作用,这就导致神经递质间隙内抑制性递质功能增加,从而引起脑功能异常,所以GABA减少。本组实验中H-MRS示低碘组NAA降低、Cho、GABA明显减少,提示H-MRS可以发现低碘导致大脑发育期氨基酸、脂质代谢紊乱,大脑的蛋白质合成及突触间的神经信息的传递异常。

3.3 高碘引起脑损害的机制及H-MRS改变电镜下观察高碘可以使海马细胞核浓缩,胞浆增多,特别是核周的细胞质减少消失,出现了空晕现象,局灶性脱髓鞘和神经元吞噬现象,神经细胞核肿胀变性,异染色体明显减少,结构松懈,部分区域成片状丢失,胞质中线粒体结构肿胀变性,嵴断裂消失,突触前后膜结构模糊,突触小泡明显减少,树突轴突内微丝微管减少,神经纤维随化程度低,所以,高碘时NAA减少。最近研究表明,高碘使大脑胆碱脂酶含量增加,使海马区乙酰胆碱转移酶活性增加,加速了乙酰胆碱的分解,使乙酰胆碱含量增多,影响人和动物的学习记忆能力,所以高碘时Cho增加。脑组织中含有丰富的游离氨基酸,大脑游离氨基酸的正常代谢对于维持脑的正常功能是十分重要的,高碘所致高T4状态可使谷氨酸GLU明显升高,GABA明显下降,且有剂量一效应关系,改变的结果是兴奋中枢神经系统,这种兴奋作用可能与甲亢发病机制有关。本组实验中H-MRS示高碘组Cho增加、Glu升高、GABA。NAA明显减少,提示H-MRS可以发现高碘导致脑组织细胞代谢、生长、分化、传递功能的异常,为临床早期发现神经发育的异常和神经网络的损伤提供有力的依据。

3.41H-MRS应用于碘异常引起脑损害的展望HMRS是一种非侵袭性的波谱采集方式,其敏感性高,信号较强,能检测有关能量代谢、磷脂类代谢及糖代谢、氨基酸代谢、神经递质等多种化合物,反映了更多的化学信息。H-MRS的一次成功成像能获得选定的较大兴趣区的各个单元格的多体素波谱,显示代谢物浓度的空间分布,适宜于观察代谢物的区域变化,反映病灶中心及其周围代谢物的非均一性改变,有助于明确病变性质、估计病变程度。目前,H-MRS技术还不成熟。其信噪比和空间分辨率较低,采集对磁场的均匀性要求高,今后临床医学影像人员不断的探索与掌握活体波谱检查和后处理分析技术,各种代谢物区间分布与脑组织病理生理学改变的关系,将对H-MRS临床应用起着积极的推动作用。

[1]戴玉杰,朱学良,项建梅.低碘对大鼠脑组织抗氧化能力的影响[J].天津医药,2004,32(3）:157.

[2]高秋菊,张世勇,刘天鹏,等.高碘对小鼠大脑神经细胞超微结构的影响[J].中国地方病防治杂志,2000,15(5）:270.

[3]李英华,朱惠民,郭 影,等.高碘对多代仔鼠脑发育和智力影响的实验研究[J].中国地方病防治杂志,2000,15(2）:68.

[4]Burneo JG,Knowlton RC,Faught E,et al.Chronic temporallobe epilepsy:spatial extent and degree of metabolicdysfunction studied with magnetic resonance spectroscopy(MRS）[J].Epilepsy Res,2004,62(2-3）:119.

[5]Wu WC,Huang CC,Chung HW,et al.Hippocampal alterations in children with temporal lobe epilepsy with or without a history of febrile convulsions:evaluationswith MR volumetry and proton MR spectroscopy[J].AJNR Am J Neuroradiol,2005,26(5）:1270.