臂丛损伤健侧C7神经移位术后大脑运动皮质远期功能重组

刘 彬 华续赟 刘含秋 汤伟军 张俊海 冯晓源

臂丛神经损伤后手部运动功能的恢复一直是手外科领域的难题，顾玉东首创的健侧C7神经移位术是将健侧C7神经根以尺神经作桥接，连接正中神经从而达到恢复患侧肢体感觉运动功能的目的[1]。臂丛神经损伤健侧C7神经移位术后大脑皮质也会产生相应的变化以适应外周神经传入通道的改变，即大脑皮质发生功能重组[2]。

现有的动物实验表明在外周神经损伤神经移位术后，大脑可以成功实现跨大脑半球的功能重组[2-4]。少数有限的临床实验也研究了外周神经损伤神经移位术后，跨大脑半球的功能重组情况，但又局限于短期内发生的功能重组[5]。Beaulieu等[5]用功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的方法研究了臂丛损伤健侧C7神经移位术13～25个月后脑功能重组的情况，发现患肢运动时激活区主要位于患肢同侧运动皮质，说明支配患肢运动的脑区由原来的患肢对侧“转移”到患肢同侧大脑皮质，实现了跨大脑半球的运动功能重组。但是这些研究忽略了大脑在术后远期功能重组的研究。本实验利用fMRI研究臂丛神经损伤健侧C7神经移位术后平均（71±39.8）个月患侧肢体运动激活脑功能区的变化，探讨在外周神经损伤神经移位术后大脑皮质远期功能重组变化的可能机制。

方 法

1. 研究对象

经临床检查和手术证实全臂丛神经损伤患者8例，均为男性。年龄平均为32岁。所选术后病例均为健侧C7神经根移位于患处正中神经，所有患者在移位术两年以上，平均（71±39.8）个月以后行MRI扫描。其中右侧全臂丛神经根性损伤者5例，左侧者3例。肌电图显示神经损伤范围从C5到T1节前损伤。8例患者经临床检查无精神异常，所有被试无中枢神经系统器质性疾病，无严重躯体疾病、药物或酒精依赖者。

健康志愿者9例，均为男性。年龄平均26岁，无神经系统异常、精神异常和药物滥用情况。

2. 检查方法

2.1 MR设备和成像方法：全部扫描是应用美国GE 公司生产的Signa 3.0T Signa VH/i MRI成像系统进行扫描，利用8通道线圈。所选用的扫描序列和参数：定位像扫描：采用自旋回波（SE）序列T1加权，矢状位，TR440ms，TE11ms，层厚6mm，间距3mm，FOV240mm×240mm，矩阵256×192。以中间一层作为结构像的定位依据。结构像扫描：根据定位像选取平行于AC-PC的扫描平面。采用SE序列T1WI，TR500ms，TE14ms，层厚5mm，间距0mm，FOV240mm×240mm，矩阵256×256。功能像扫描：任务下：T2*WI采用梯度回波-回波平面成像(GRE-EPI)序列，在与结构像相同的位置进行扫描，TR3000ms，TE35ms，翻转角度90o，FOV240mm×240mm，矩阵64×64，层厚5mm，间隔0mm，时间192s。三维全脑结构像扫描：高分辨率三维结构图像采用快速扰相位梯度回波翻转恢复（FSPGRIR）脉冲序列（T1加权），横断位，TR11.1ms，TE5ms，FLA20°，层数172层，层厚1.0mm，无间隔，FOV240mm×240mm，矩阵256×256。

2.2 运动任务：①准备：受检者均经过短期的运动和适应性训练，告知运动方式、节奏、周期，强调检查过程中保持头部制动等注意事项。被试者平躺检查床上，海绵垫固定头部，为减少噪声予棉球塞耳，统一指导语，同时进行心理辅导，以保证被试者配合。在扫描过程中严格监视有无头动以及运动的执行情况。②扫描：运动任务是指单侧手的抓握运动，不能完成该任务时改为“模拟”手部的抓握运动。该任务均按2Hz的节律进行。③试验设计采用BLOCK模式：运动—静息—运动—静息—运动—静息，共六个时相。每个序列扫描时间为192s，其中前12s为预扫描。功能相正式采集时间为180s。静息和运动持续时间均为30s。

3. 数据处理

使用统计参数图SPM8软件完成图像分析。首先去除最初始4个TR的数据来消除磁场不均匀效应，使信号达到稳定。剩余图像接受头动校正（motion correction）、时间维度预处理（slice timing）、空间标准化（spatial normalization）和图像平滑（smoothing）处理，图像平滑的半最大值全宽（full width at half maximum, FWHM）为8mm、8mm、8mm。兴奋体素（voxel）的检验采用广义线性模型（general model）进行t检验。对单个被试，P＜0.00001，体素数＞5voxel的团块认为是兴奋区。对右侧臂丛损伤的5例患者，我们在组内进行单样本t检验，P＜0.01，体素数＞5voxel的团块认为是兴奋区。同时我们对9名正常对照做组分析，采用单样本t检验，P＜0.01，体素数＞5voxel的团块被认为是激活区。

在以下描述中同侧半球（同侧）定义为与运动肢体相同一侧的大脑半球；对侧半球（对侧）定义为与运动肢体相对一侧的大脑半球。感觉相关区域不列入本研究。

为了在评价不同大脑半球在不同任务中激活的程度，我们将一个任务下激活的对侧半球的运动脑区之体素数减去同侧半球激活运动脑区之体素数，所得结果再除以两者之和，计算得到一个偏侧化系数L。若L＞0则表明对侧半球激活程度大于同侧半球；反之，若L＜0则表明同侧半球激活程度大于对侧半球。该系数的计算表达式为：

[∑(对侧半球激活体素数)－∑（同侧半球激活体素数）] / [∑(对侧半球激活体素数)+∑（同侧半球激活体素数）]。

结 果

1. 健康对照单侧手运动主要激活对侧皮质运动脑区

右手运动：所有正常对照右手运动时均激活左侧初级运动区（primary motor area, M1区），即中央前回中段（手部运动代表区），各被试激活的M1区空间坐标保持基本相似。正常被试右手运动时有7名被试激活左侧辅助运动区（supplementary motor area, SMA区）。另外，有3名被试右手运动时激活了右侧M1区，4名被试激活右侧SMA区。

左手运动：所有正常对照左手运动均激活右侧大脑半球M1区，并有6例激活右侧SMA区。另外，左手运动时5名正常被试激活了左侧M1区，7名被试激活左侧SMA区。正常对照组单侧手运动时激活脑区见表1。

表1 健康对照左、右手运动激活脑区

正常被试单侧手运动（左手及右手运动）时激活运动脑区的偏侧化系数L＞0，即单侧手运动主要激活对侧运动脑区。可以认为，正常对照单侧手运动时主要激活对侧大脑半球M1区而同时激活双侧SMA区。

我们对9名正常被试做组分析，组分析结果显示单侧手运动激活脑区主要位于对侧M1区和SMA区（图1,2）。右手运动激活M1区的最大激活体素坐标（MNI坐标）为[-36,-22,52]，右手运动激活SMA区的最大激活体素坐标为[-6,-4,52]，左手运动激活M1区的最大激活体素坐标为[42,-16,46]，左手运动激活SMA区的最大激活体素坐标为[9,-7,55]。

2. 神经移位术后患者单手运动激活脑区

患者健侧手运动激活脑区：所有患者（左侧臂丛损伤和右侧臂丛损伤患者）健侧手运动时均激活对侧M1区，同时7例患者激活对侧SMA区。4例患者患侧手运动时激活同侧M1区，7例患者激活同侧SMA区（表2）。

表2 患者健、患侧手运动激活脑区

患手运动激活的脑区：5例右侧臂丛损伤患者患手运动均在对侧大脑半球M1区（手部运动代表区）产生较强烈的信号变化，并且其中4例患者患手运动时在对侧SMA区产生激活区，另外有3例患者在患侧手运动时激活同侧M1区，4例患者激活同侧SMA区（表2）。左侧臂丛损伤患者患手运动时均在对侧大脑半球M1区产生较强烈的信号变化，同时3例左侧臂丛损伤患者患手运动都激活了双侧SMA区以及同侧M1区，但患手运动时激活对侧M1区的范围和程度大于同侧M1区（图3）。所有患者患手运动激活对侧M1区的范围和程度均大于同侧M1区。

患者健侧手运动时，激活脑区偏侧化系数均为正值，表明健侧手运动时主要激活对侧大脑半球运动脑区。患者患侧手运动时，激活脑区偏侧化系数L均大于0。这表明患者在臂丛损伤健侧C7神经移位术后，对侧大脑半球在支配患肢的运动中起主要作用。

我们对右侧臂丛损伤的5例患者进行组分析，结果显示右手运动主要激活左侧大脑半球的M1区、SMA区。M1区的最大激活体素坐标为[-18,-19,61]，SMA区的最大激活体素坐标为[-3,-7,52]。组分析结果显示同侧大脑半球M1区无激活体素，仅有少量的SMA区激活（图4）。组分析结果再次表明患者在臂丛损伤健侧C7神经移位术后，对侧大脑半球在支配患肢的运动中起主要作用。

3.右侧臂丛损伤患者患肢运动和健康对照右手运动组分析结果比较

和正常对照右手运动激活脑区组分析结果相比，右侧臂丛损伤患者患侧肢体运动时激活的脑区散在，形态不规则，激活强度较弱。

讨 论

臂丛神经损伤健侧C7神经移位术后大脑运动功能重组的动态变化过程已经被很多动物实验发现并证实[2-4]。在动物臂丛神经损伤并行健侧C7神经移位术后，研究者发现手术16周后，患肢运动功能定位区域只出现在患肢同侧皮质；手术28周后，患肢的运动功能定位域在双侧大脑皮质；而术后40周时，患肢运动功能定位域则只出现在对侧大脑皮质[4]。动物实验结果所揭示的大脑可塑性动态变化过程表明健侧C7神经移位术后，大脑可以成功实现跨大脑半球的功能重组。已有的神经电生理以及功能影像学研究表明，即使在成人发生臂丛损伤后，大脑也能发生类似动物实验的功能重组[6-7]。Malessy等[7]发现在臂丛损伤肋间神经移位术后，患侧肘部运动激活了对侧大脑皮质肘部的运动功能代表区，而不是肋间神经的功能代表区，说明大脑皮质在外周神经损伤神经移位后发生了功能重组，但这种功能重组发生在一侧大脑半球之内，即由肋间神经的原功能代表区“转移”到同一侧大脑半球的肘部的运动功能代表区。Beaulieu等[5]用fMRI的方法研究臂丛损伤健侧C7神经移位术后脑功能重组的情况发现患肢运动时，在双侧大脑运动皮质发现激活区，但激活区主要位于同侧皮质，对侧运动皮质的激活与通过胼胝体的跨大脑半球的抑制作用减少有关。但是这些实验只是研究了臂丛损伤健侧C7神经移位术后短期(平均17个月)内大脑功能重组的情况，这些实验还不能反映人脑在神经移位术后远期变化的情况。而Zuo等[8]利用PET对臂丛损伤健侧C7神经移位术长时间后，跨大脑半球功能重组的研究发现在术后平均（69±12）个月患者患肢运动激活脑区主要位于对侧运动皮质。本实验运用fMRI的方法进行研究，实验结果与Zuo等[8]的实验结果一致，再次验证了在臂丛神经损伤神经移位术后，大脑皮质远期功能重组的表现为患肢运动可以通过健侧的C7神经，激活其原来的运动功能代表区。

本实验发现臂丛神经损伤健侧C7神经移位术后，手部运动代表区和正常人相比表现出分布散在、形态不规则的特点。这种特点与文献报道的一致[7,9,10]。这种表现可能与臂丛损伤后行健侧C7神经移位术后，虽然断端神经可以通过再生等方式相连，但毕竟神经完整性遭受到创伤，移位的神经还不能完全代替原来的神经，使得肢体运动代表区的分布和形态无法恢复到与原来运动代表区完全一致的状态。

按照神经传导的基本理论，健康人群的一侧肢体运动主要激活对侧大脑皮质运动脑区。而一侧臂丛损伤健侧C7神经移位术后，患侧肢体正中神经通过健侧C7神经与健侧肢体正中神经一起共用同一椎体束连接到患肢同侧大脑皮质，从而造成患侧肢体神经传导通路发生改变。由于神经传导通路的这种改变，按照神经传导基本理论，患侧肢体运动产生的激活脑区应该在与其直接相连的同侧大脑皮质运动脑区，然而神经移位术长时间后，患肢运动主要激活区却出现在对侧大脑运动皮质，即患肢运动的原功能区所在大脑半球。本研究发现，所有患者患手运动均在对侧大脑半球M1区产生较强烈的激活区；患者健侧手运动时，激活脑区偏侧化系数均为正值，而患者患侧手运动激活脑区的偏侧化系数（L）同样均大于0。结果表明虽然损伤的臂丛通过健侧C7神经与同侧大脑半球相连，患肢与对侧大脑半球并没有直接相连，但在神经移位术后患肢运动的主要激活区却出现在对侧大脑皮质手部代表区，表明神经移位术后，大脑试图利用原功能区来恢复对患侧肢体的控制。

臂丛损伤健侧C7神经移位术后脑功能重组是一个复杂的过程，该过程发生不仅仅是一种简单机制作用的结果，而是多机制、多层次、多通路的综合结果[11-13]。尽管臂丛损伤神经移位术后脑功能重组是一个如此复杂的过程，但是我们认为，发生这种复杂过程的结果是大脑最终会试图利用原躯体运动区对患肢运动进行控制。

由于全臂丛损伤病例在临床上比较少见，很难收集大样本量的病例进行组分析，同时，由于随访难度高，很难做到对每个患者做术前以及术后不同时期的fMRI检查，以纵向比较不同时期大脑运动功能区的变化情况。尽管本研究样本量相对较少，但已是目前全臂丛损伤神经移位术后随访平均时间最长，且是术后超过4年以上报道最多的，这对研究外周神经损伤后大脑运动功能远期重组的趋势，对揭示全臂丛损伤神经移位术后脑运动皮质远期功能重组的总体规律有更重要的意义。