正常老化过程中海马不同部位代谢物浓度与年龄的相关性

常瑞亭，耿左军，朱青峰，王 亚，韩学芳，吕焕娣

（河北医科大学第二医院医学影像科，河北石家庄050000）

正常老化过程中海马不同部位代谢物浓度与年龄的相关性

常瑞亭，耿左军*，朱青峰，王 亚，韩学芳，吕焕娣

（河北医科大学第二医院医学影像科，河北石家庄050000）

目的 利用氢质子磁共振波谱分析（1Hmagnetic resonance spectroscopy，1H－MRS）技术，评价正常脑老化过程中双侧海马不同部位代谢物浓度的变化，并进一步探讨代谢物浓度与年龄的相关性。方法 121例健康右利手志愿者，行颅脑常规磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）检查，人为确定MRS感兴趣区，机器自动测量海马不同部位浓度值参数：N－乙酰天门冬氨酸（N－acetylaspartate，NAA）、胆碱（choline compounds，Cho）、肌酸（creatine，Cr）。比较不同性别、不同年龄组间各参数的差异。分析海马各部位NAA、Cho、Cr与年龄的相关性。结果 不同性别间海马各部位NAA、Cho、Cr比较差异无统计学意义（P＞0.05）。不同年龄组间双侧海马头、体（体1、体2）、尾部NAA值差异有统计学意义，老年组双侧海马头、体（体1区、体2区）、尾部NAA显著低于青年组和中年组（P＜0.05），青年组与中年组比较差异无统计学意义（P＞0.05）;不同年龄组间Cho、Cr差异无统计学意义（P＞0.05）。双侧海马头、体（体1、体2区）、尾部仅NAA与年龄呈负相关（P＜0.05），Cho、Cr与年龄无相关性（P＞0.05）。结论 正常脑老化过程中海马各部位NAA值随年龄增长而降低，老年组明显低于青年组及中年组。海马各部位NAA、Cho、Cr值无性别差异。

氢质子波谱成像;海马;脑老化;相关性分析

磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）作为目前惟一一种能够无创性检测活体组织能量代谢、生化改变及化合物定量分析的影像学技术，能客观地检测活体脑组织内化合物含量，提供脑的代谢信息，可以检测到常规磁共振不能显示的早期异常，为磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）提供补充信息，从而提高病变诊断的特异度和准确度。本研究探讨不同性别、年龄间正常人海马各部位组织代谢物浓度的差异，并发现其变化规律，旨在为研究海马组织正常生理生化进程变化提供基础依据，也为一些与海马相关的疾病如Alzheimer病［1］、轻度认知功能障碍［2］、癫痫［3］等的鉴别及早期诊断提供临床依据。报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2013年10—12月招募右利手健康志愿者121例，根据世界卫生组织对人类年龄段的最新划分，按年龄将志愿者分为3组：青年组41例，男性22例，女性19例，年龄20～44岁，平均（29.2±4.6）岁;中年组40例，男性20例，女性20例，年龄45～59岁，平均（49.7±4.6）岁;老年组40例，男性20例，女性20例，年龄60～79岁，平均（67.1±5.0）岁。纳入标准：①右利手;②简易精神状态量表检查评分＞27分;③无任何神经系统疾病或精神疾病，如头痛、头晕、嗜睡、瞻望、情感障碍等神经或精神症状;④无颅脑手术或外伤史，无高血压（60岁以上老年人血压＜140/90 mmHg）、糖尿病、心脏病等基础病或慢性病史;⑤无酗酒、吸烟成瘾、长期服用药物、毒品依赖史;⑥无MRI检查禁忌证，如体内存在心脏起搏器、神经刺激器、金属动脉夹、不可摘除的假牙等金属植入物等;⑦无抽搐、癫痫、痉挛史，无脑炎或脑膜炎史;⑧无脑乏氧史，如一氧化碳及其他毒物中毒史等;⑨头颅MRI常规扫描阴性，海马区未见空泡及异常信号者;⑩按照上述标准，对扫描获得的图像评估质量，并进行后处理，去除伪影严重及后处理不理想者。所有志愿者均知情同意接受检查，并签署知情同意书。

1.2 方法 应用飞利浦公司Achieva 3.0T超导磁共振设备，标准8通道头颅线圈。颅脑常规检查包括轴位T1WI，快速自旋回波（turbo－spin echo，TSE）序列：重复时间（repetition time，TR）3 056 ms，恢复时间（echo time，TE）7.6 ms，反转时间（inversion time，TI）860 ms;轴位 T2WI，TSE 序 列：TR 2 000 ms，TE 80 ms;轴位T2FLAIR，T2FLAIR序列： TR 10 002 ms，TE 130.4 ms，TI2 400 ms。以上序列层厚均为6.0 mm，层间隔为1.0 mm，矩阵512×256，视野 （field of view，FOV）240 mm×240 mm× 120 mm（AP×RL×FH），平均激励次数（number of signal averaged，NSA）1次;矢状T2WI，TSE序列：TR 2 000 ms，TE 80 ms，层厚6.0 mm，层间隔1.0 mm，矩阵 260×234，FOV 240 mm×240 mm×143 mm （AP×RL×FH），NSA 1次。1H－MRS成像：在矢状位T2WI上沿海马长轴进行海马长轴位扫描。T2WI，TSE序列：TR 2 000 ms，TE 80 ms，层间隔0 mm，层厚3 mm;采用多体素2D－PRESS－144序列选择海马轴位层面中海马头、体、尾显示最好层面定位，其中海马头、体、尾分区参照Malykhin等［4］及过去垂直于海马长轴斜冠状扫描的分段方法加以改进后进行分段，分别对双侧海马不同区域进行MRS扫描（图1），尽量避开干扰组织，如颅骨、血管、脂肪、硬膜、脑脊液等。扫描参数：TR 2 000 ms，TE 144 ms，体素大小10×10 mm，层厚10 mm，矩阵2×4，FOV 20 mm×40 mm，接收/发射增益调节、扫描过程中体素内匀场、水抑制及无水抑制扫描均由自动预扫描程序完成，匀场效果达到半高全宽＜15 Hz，水抑制达99%水平，左右海马MRS总扫描时间为15 min。

图1 双侧海马区MRS定位图1.海马头;2.海马体1区;3.海马体2区;4.海马尾Figure 1 MRS location map of the bilateral hippocam pus

1.3 图像处理 将MRS原始图像传输至飞利浦EWS后处理工作站，用EWS工作站中MRS特定处理软件进行图像后处理，将得出原始波谱进行高斯、指数倍增，零填充，傅立叶变换，频率位移较正，相位校正，基线校正，得出相应MRS。对各峰进行单峰分析，记录各代谢物的峰下面积，包括N－乙酰天门冬氨酸（N－acetyl－aspartate，NAA）、胆碱（choline compounds，Cho）、肌酸（creatine，Cr）。

1.4 统计学方法 应用SPSS 13.0统计软件对数据进行分析。计量资料以±s表示，分别采用t检验、F检验和q检验;相关性采用Pearson相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 不同性别间海马各部位参数比较 不同性别间海马各部位代谢物NAA、Cr、Cho浓度差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1～3。

表1 不同性别间海马各部位NAA比较Table 1 Com parison of NAA in the different regions of hippocam pus between genders （±s）

表1 不同性别间海马各部位NAA比较Table 1 Com parison of NAA in the different regions of hippocam pus between genders （±s）

性别 例数 海马头 海马体1海马体2海马尾左右左右左右左右男 62 21.16±8.23 19.21±6.08 33.24±10.26 44.21±10.70 39.45±8.95 43.15±11.54 29.07±8.61 33.59±7.44女 59 22.33±9.02 21.44±6.98 34.65±8.80 45..34±8.09 38.13±10.62 44.92±8.43 29.78±8.85 35.46±8.68t0.743 1.620 0.905 0.652 0.736 0.962 0.448 1.271P0.459 0.108 0.419 0.515 0.463 0.338 0.655 0.206

表2 不同性别间海马各部位Cho比较Table 2 Com parison of Cho in the differen t regions of hippocam pus betw een genders （±s）

表2 不同性别间海马各部位Cho比较Table 2 Com parison of Cho in the differen t regions of hippocam pus betw een genders （±s）

性别 例数 海马头 海马体1海马体2海马尾左右左右左右左右男 62 20.27±7.63 18.97±7.44 30.17±6.98 32.68±9.25 31.70±8.47 32.43±8.93 27.29±8.30 29.38±9.44女 59 20.86±8.90 19.07±8.63 30.53±6.92 34.09±7.86 30.77±7.55 34.42±8.10 27.09±8.29 29.37±8.28t0.509 0.067 0.291 1.083 0.660 1.461 0.128 0.006P0.611 0.947 0.770 0.281 0.510 0.147 0.898 0.996

表3 不同性别间海马各部位Cr比较Table 3 Com parison of Cr in the different regions of hippocam pus between genders（±s）

表3 不同性别间海马各部位Cr比较Table 3 Com parison of Cr in the different regions of hippocam pus between genders（±s）

性别 例数 海马头 海马体1海马体2海马尾左右左右左右左右男 62 16.29±5.36 17.22±7.83 25.67±7.50 32.35±7.80 29.69±7.60 32.46±7.93 24.95±8.24 28.70±9.00女 59 17.84±7.62 17.18±5.18 26.74±8.85 32..43±7.61 30.22±7.82 32.42±7.44 26.55±7.28 29.69±8.87t1.299 0.034 0.826 0.259 0.312 0.167 1.123 0.625P0.196 0.973 0.410 0.796 0.755 0.867 0.264 0.533

2.2 不同年龄组间海马各部位参数比较 不同年龄组间双侧海马头、体（体1、体2）、尾部NAA值差异有统计学意义，老年组双侧海马头、体（体1区、体2区）、尾部NAA显著低于青年组和中年组（P＜ 0.05），青年组与中年组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。不同年龄组间Cho及Cr比较差异无统计学意义（P＞0.05）。见表4～6。

表4 不同年龄组间海马各部位NAA比较Table 4 Com parison of NAA among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

表4 不同年龄组间海马各部位NAA比较Table 4 Com parison of NAA among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

*P＜0.05与青年组比较 #P＜0.05与中年组比较（q检验）

青年组 41 24.40±6.42 23.24±6.56 36.25±9.00 49.32±10.35 43.03±7.60 48.23±12.39 33.39±8.10 36.96±8.01中年组 40 24.44±9.41 21.94±7.30 35.05±10.84 46.23±7.01 40.08±10.90 46.36±6.97 30.00±7.96 35.16±7.55老年组 40 16.23±7.44*#15.63±6.85*#30.55±7.89*#38.75±7.58*# 33.13±7.99*#38.75±7.58*# 24.79±7.94*#31.30±7.79*#F14.299 13.945 3.845 16.580 12.830 11.059 11.860 5.563P0.000 0.000 0.024 0.000 0.000 0.000 0.000 0.005

表5 不同年龄组间海马各部位Cho比较Table 5 Comparison of Cho among different age groups in the different regions of hippocampus （±s）

表5 不同年龄组间海马各部位Cho比较Table 5 Comparison of Cho among different age groups in the different regions of hippocampus （±s）

性别 例数 海马头 海马体1海马体2海马尾左右左右左右左右青年组 41 18.55±7.89 17.72±7.24 29.14±6.10 33.98±9.73 30.92±6.71 33.46±10.17 27.12±6.80 29.69±10.53中年组 40 22.05±8.20 19.54±9.94 31.07±8.52 31.70±7.70 31.20±10.91 31.87±7.62 28.65±9.12 28.83±9.04老年组 40 21.42±8.30 18.79±6.67 30.85±5.91 34.38±8.00 30.87±7.28 34.38±8.20 25.83±8.71 29.74±6.81F2.127 0.125 0.927 0.932 0.214 0.969 1.154 0.182 P 34

表6 不同年龄组间海马各部位Cr比较Table 6 Com parison of Cr among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

表6 不同年龄组间海马各部位Cr比较Table 6 Com parison of Cr among different age groups in the different regions of hippocam pus （±s）

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2.3 海马各部位代谢参数与年龄的Pearson相关性分析 双侧海马头、体（体1区、体2区）、尾部NAA浓度与年龄呈负相关（P＜0.05），双侧海马头、体（体1区、体2区）、尾部Cho、Cr与年龄无相关关系（P＞0.05），见表7。

表7 海马各部位代谢参数与年龄的Pearson相关性分析Table 7 Pearson analysis of metabolite indexes in the different regions of hippocampus with age

3 讨 论

MRS是利用磁共振化学位移现象测定组成物质中分子成分的一种检测方法。在医学领域用于波谱研究的原子核有很多，如31P、1H、23Na、13C、7Li等，尤以氢质子（1H）波谱技术最常用［5］。由于1H在不同化合物中的磁共振频率不同，致使它们在MRS的谱线中共振峰的位置不同，从而分辨出不同化合物，同时共振峰的面积反映了化合物的浓度，因此可以对不同化合物进行定量分析。本研究中不同性别间代谢物浓度差异无统计学意义，与过去关于海马的MRS研究结果一致［6－7］。以往不少研究发现雄激素对海马神经元有促进作用，亦有研究通过动物实验及临床试验发现雌激素及胰岛素对神经有保护作用。故我们认为海马区代谢物浓度是多种激素共同作用下的结果，受性别影响不大。

本研究结果显示双侧海马头、体（体1区、体2区）、尾部NAA与年龄呈负相关。表明NAA浓度随着年龄的增长逐渐减低，与以往研究结果基本相符。NAA主要存在于神经元内，其浓度与神经元的成熟和数量有关，老化过程中大脑存在神经细胞的凋亡，究其根本原因是由于神经元的破坏和神经元数量的减少，因此海马的老化表现在MRS上即为NAA的降低。Reyngoudt等［8］发现NAA浓度不会随年龄增加而发生变化;Chiu等［6］发现右侧海马NAA与年龄无相关性，左侧NAA与年龄呈正相关。但这2项研究的样本含量、分组方式、波谱扫描方式与本研究差异性较大，我们猜测发生这些差异性的结果可能与以上原因有关，要证明这一猜测是否正确，有待我们今后更进一步深入而细致的研究。

Cho存在于神经元及胶质细胞，包括游离胆碱、磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱及磷脂酰胆碱，参与细胞膜的合成及降解，可反映细胞膜的稳定性和神经胶质的增生。本研究结果显示，青、中、老年组间Cho差异无统计学意义。说明老化过程中海马区胶质细胞增生或细胞降解现象并非十分明显。

Cr主要存在于脑内胶质细胞中，反映脑内肌酸与磷酸肌酸的总和，作为高能磷酸化的储备以及ATP和ADP的缓冲剂，以往认为其对维持脑细胞中的能量依赖系统发挥作用。研究证实Cr在同一个体脑内不同代谢条件下均保持相对稳定，常用Cr作为波谱研究的内参照。本研究结果显示，不同年龄组间双侧海马区各部位Cr差异无统计学意义。说明海马在正常老化过程中胶质细胞变化并不明显。研究［9－10］发现额叶及顶叶白质Cr随年龄增长而增高，提示应谨慎对待把Cr作为波谱研究内参照的观点。

本研究结果与马晓臣等［11］关于海马MRS的研究报道仅部分相符。导致这些差异性结果的原因可能与入选标准感兴趣的区域、数据采集和数据处理等因素的不同有关。

为了解开人脑老化之谜，人们对正常脑老化的探索已有很长一段历史，MRS技术的发展使人们在无创性、可重复性的条件下研究脑老化成为可能。不同的疾病可以损伤海马的不同区域，最终导致海马特定区域体积发生相应萎缩，如颞叶癫痫及精神分裂症患者常表现为海马头部相应的萎缩，严重抑郁症患者常表现为海马尾相应的萎缩等。MRS较MRI能更早期发现病变，从而有利于早期治疗。本研究通过对海马不同区域分别进行MRS研究，得到了海马不同部位代谢物质的基础数据及变化规律，这为以后海马相关疾病的科学研究和临床诊断提供了重要的依据。

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［11］ 马晓臣，王桂芝，王元春，等.正常人不同年龄段脑海马区1HMRS变化的临床研究［J］.现代中西医结合杂志，2010，19 （16）：1965－1966.

（本文编辑：赵丽洁）

Correlation between metabolite concentrations and age in different regions of hippocampus during normal brain aging

CHANG Rui－ting，GENG Zuo－jun*，ZHU Qing－feng，WANG Ya，HAN Xue－fang，LV Huan－di
（ Department of Radiology，the Second Hospital of Hebei Medical University Shijiazhuang 050000，China）

Objective To evaluate themetabolism change with aging brain in the different regions of the bilateral hippocampal using1H magnetic resonance spectroscopy（1H－MRS），and to further investigate the correlation between metabolites，metabolite concentrations ratio and age.MethodsBrain conventional MRI，MRSwere employed in 121 right－handed healthy volunteers.After selecting the regions of interest artificially，the required parameters N－acetyl－aspartate（NAA），choline compounds（Cho），creatine（Cr）were measured by the machine automatically.The parameters between genders and ages were compared.Pearson correlation analysis was used to further investigate the correlation between the concentrations of NAA，Cho，Cr and age in different regions of the hippocampus.ResultsNo significant gender effectswere found in the concentrations of NAA，Cho，Cr（P＞0.05）.A significant age effectswere found in the concentrations of NAA in the hippocampal head，body（body 1 area，body 2 area）and tail.The concentrations of NAA in the above regions of elderly group decreased significantly as compared with young and elderly group（P＜0.05），while NAA showed significant changes between young andmiddleaged group in the hippocampal head，body（body 1 area，body 2 area）and tail（P＞0.05）.No significant age－associated changes were observed in Cho，Cr.Only the NAA concentrations were negatively correlated with age in bilateral hippocampal head，body（body 1 area，2 area），and tail（P＜0.05）.No significant age－associated changes were observed in Cho，Cr（P＞0.05）.ConclusionThe NAA concentration decreased with age in the different regions of the hippocampus during normal brain aging.The NAA concentration in elderly group is significantly lower than that of young and middle aged group.No significant differences are found in the concentrations of NAA，Cho，Cr between genders.

proton magnetic resonance spectroscopy;hippocampus;brain aging;correlation analysis

R735.7

A

1007－3205（2015）03－0291－05

2014－10－15;

2014－11－21

河北省医学科学研究重点课题（zd2013016）

常瑞亭（1987－），女，河北衡水人，河北医科大学第二医院医学硕士研究生，从事影像医学与核医学诊断研究。

*通讯作者。E－mail：1980756261@qq.com

10.3969/j.issn.1007－3205.2015.03.013