低海拔正常成人移居高海拔地区2年后脑的适应性变化

何盈，鲍海华，王芳芳，冯祥，秦粽园

(青海大学附属医院，西宁 810001)

低海拔正常成人移居高海拔地区2年后脑的适应性变化

何盈，鲍海华，王芳芳，冯祥，秦粽园

(青海大学附属医院，西宁 810001)

目的观察低海拔正常成人移居高海拔地区2年后脑的适应性变化。方法选择初入西宁地区1周内的19例来自低海拔的正常成人，接受静息态功能磁共振全脑扫描，移居2年后再次接受该检查，应用基于体素形态学测量技术(VBM)、功能磁共振中低频振幅(ALFF)和局部一致性(ReHo)的方法对其移居前后脑结构及功能进行分析。结果低海拔正常成人移居高海拔地区2年后较移居前自身脑结构比较未见显著性变化。与移居前相比，移居后左侧眶内额上回、左侧脑岛、左侧顶下缘角回脑区ReHo增加(P均<0.05)，右侧楔叶、右侧顶上回、右侧梭状回脑区ReHo减低(P均<0.05)，左侧额中回、左侧背外侧额上回、左侧脑岛、左侧前扣带回和旁扣带脑回脑区ALFF增加(P均<0.01)，右侧舌回脑区ALFF减低(P<0.01)。结论低海拔正常成人移居高海拔地区2年后脑功能发生适应性改变，这可能是适应长期低氧环境变化的结果。

高海拔；脑结构；脑功能；静息态功能磁共振成像；缺氧环境；成年人；移居

随着现在经济的发展、交通的便利、国家政策的扶持，越来越多的低海拔人群由于各种原因(旅游、工作、实地考察、支援西部高原地区等)移居到高海拔地区。低氧、低气压、低温的高海拔环境对机体有很大影响,尤其是低氧环境。由于脑是对缺氧极度敏感的机体器官，很多正常低海拔成年人进入高海拔地区后,会出现不同程度的头晕、头痛。而大脑对环境的压力和生理上的适应性改变拥有很强的调节能力[1]。正常低海拔成年人进入高海拔地区后大脑的适应性变化受到广泛关注[2～5]。2014年9月～2016年9月，本研究观察了低海拔正常成人移居高海拔地区2年后脑的适应性变化，现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2014年9月初入西宁地区1周内的19例来自低海拔的正常成人(此前从未到达过高原地区，均为汉族)，其中男9例、女10例，年龄(24.85±1.90)岁，原居住海拔高度为0～900 m，受教育时间>17年，移居地海拔约2 261 m。纳入标准：无心、脑、肺部疾病；无高血压、高血脂、高血糖病史；无磁共振检查禁忌证，常规头颅MRI检查无异常，均为右利手，神经系统检查无阳性体征，无相关病史，血红蛋白值正常，生化指标正常。排除标准：有慢性高原病；被确诊的脑神经失调；过去有脑部损伤致意识丧失。本研究经本院伦理委员会批准，所有受检者签署知情同意书。

1.2 脑适应性变化观察及数据处理方法 研究对象移居前及移居2年后脑结构及功能观察采用Philips Achieva3.0 T TX多源发射磁共振扫描系统，所有序列扫描采用标准头颅8通道线圈完成。扫描前告知所有被试者在扫描过程中保持静息状态：放松、清醒闭目，不思考问题。所有被试者扫描时戴上耳机防止噪音的影响并头颅两边塞海绵固定头颅防止晃动。首先行常规的序列(T1WI、T2WI和T2WI-Flair)图像扫描，对脑部无异常者进行结构及静息态功能扫描。采集3D-T1结构像：采用超快速场回波(TFE)序列，TR=7.5 ms,TE=3.7 ms,矩阵256×256,层厚2 mm,激发角度7°,扫描获取全脑176幅图像,扫描时间318 s。采集静息态BOLD-fMRI数据：应用单次激发平面回波成像(EPI)序列，扫描参数：TR/TE=2 500 ms/30 ms，翻转角90°，层厚3.5 mm，层间隔0.35 mm，层数为35层，扫描后获取全脑5 250幅图像，视野224 mm×224 mm，共扫描385 s。所有扫描均由同一名资深影像科医师操作完成。①基于体素形态学测量技术(VBM)数据分析：采用统计参数图(SPM8)中的嵌套软件VBM8toolbox在Matlab 2010b(USA)平台上进行数据的处理。校正图像的头动位置，图像原点定位于前联合，调整后的3D-T1图像被分割成灰质、白质、脑脊液。所有受检者的图像配准到模板图像，进行空间标准化。应用半高全宽为8 mm的三维高斯核进行图像平滑，应用配对样本t检验对处理得到的数据进行分析(检验参数t>3.7459,P<0.05,alphasim校正)，选取相邻体素>389的组块大小为有差异的脑区。将检验结果叠加到T1结构图的模板上，并利用XjView软件包对有差异的具体解剖位置进行分析来研究对象全脑结构体积的变化。②在Matlab 2010b平台上应用DPARSF软件进行数据预处理。在数据平滑之前行局部一致性(ReHo)分析，数据进行平滑之后行功能磁共振中低频振幅(ALFF)分析。去除各静息态图像扫描的前10个时间点，剔除头动平移>1.5 mm和角度>1.5°的数据。将数据标准化至蒙特利尔神经病学研究所(MNI)神经影像学标准脑模板。重新采样为3 mm×3 mm×3 mm,空间平滑采用8 mm×8 mm×8 mm的半宽全高的高斯核。ReHo分析应用REST软件中的ReHo工具对预处理的数据进行计算，得到肯德尔系数(KCC)，标准化的ReHo等于每个体素的KCC值除以全脑所有体素的KCC均值。ReHo的检验参数P<0.05(Cluster size>389,alphasim校正)为差异有统计学意义。ALFF分析采用静息态功能磁共振数据分析工具包(REST)来执行计算。用REST软件中的ALFF工具对预处理的数据进行去线性漂移及滤波，对>0.01～<0.08 Hz信号的功率谱进行开方,得到ALFF的值。经运算得到标准化后的ALFF值。ALFF的检验参数P<0.01(Cluster size>389,alphasim校正)为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 VBM变化情况 低海拔正常成人移居高海拔地区2年后，在Matlab平台上调整后的3D-T1图像及XjView软件查看图像上未发现显著性变化的脑区。

2.2 ReHo变化情况 与移居前相比，移居后左侧眶内额上回、左侧脑岛、左侧顶下缘角回脑区ReHo增加(P均<0.05)，右侧楔叶、右侧顶上回、右侧梭状回脑区ReHo减低(P均<0.05)。见表1。

2.3 ALFF变化情况 与移居前相比，移居后左侧额中回、左侧背外侧额上回、左侧脑岛、左侧前扣带回和旁扣带脑回脑区ALFF增加(P均<0.01)，右侧舌回脑区ALFF减低(P<0.01)。见表2。

表1 移居前后ReHo变化的脑区

表2 移居前后ALFF变化的脑区

3 讨论

高海拔地区恶劣的低氧环境对人类机体的影响不容忽视。大脑是需氧量最多的器官，每分钟脑组织的需氧量是同等质量每分钟肌肉需氧量的20倍左右，因此脑对缺氧最为敏感。一旦失去充足的氧供，脑组织即出现结构及功能上的改变。有研究[6]发现，登山者由于曾经一次或者多次暴露在极高海拔地区，因此其脑内结构及功能会发生相应的改变。还有研究[7]发现，大多数人首次到达高海拔地区后都会出现不同程度的头痛、头晕、失眠、无力等高原反应症状，其中以脑组织缺氧出现的症状最为显著。当低海拔人群进入高海拔地区后，机体为了适应低氧环境发生相应的变化，同时逐渐产生代偿性适应[8]，其中人体系统中最重要的呼吸系统和心血管系统会自动做出适应低氧环境的改变，久居高原居民的脑在生理代谢、物质运输、血管反应等方面发生适应性的改变来对抗高原恶劣的缺氧环境[9]。

VBM是一种无偏全面的、客观的、全自动的全脑结构形态分析技术，能够对全脑白质、灰质体积密度差异的变化进行全面的评估，具有较强的准确性[10]。目前此技术已经在研究各种疾病引起的全脑结构改变的领域中得到广泛的应用。本研究应用VBM技术动态监测低海拔正常成人移居高海拔地区2年前后脑结构的变化，结果发现研究对象移居前后脑结构未发生显著变化。王芳芳等[5]应用VBM技术亦发现移居者在高海拔生活1年前后脑灰质、白质、脑脊液无显著性变化。有研究[3]发现，高原地区(海拔>4 000 m)适应2年后移居者脑结构发生改变，也有学者研究发现长期生活在海拔2 600～4 200 m地区的正常成人移居平原地区1年后脑结构发生改变[2]。笔者认为脑结构未发生显著性差异极大可能与本研究的受检者移居地区的海拔偏低(2 261 m)有关。本研究所有对象移居前后与其自身脑组织进行比较，排除了因个体差异引起变化的因素。

静息态功能磁共振成像(rfMRI成像)是一种安全、无创的研究人体静息状态下脑局部神经元的活动，其基本原理是依据血氧水平依赖效应(BOLD效应)的信号变化来间接监测神经元活动的变化。rfMRI-BOLD检测到的脑神经元的活动区是由空间上多个相邻的体素组成，而不是仅仅的单一体素，因此存在局部一致性的体素在同一时间序列中表现出相同的变化，来间接反映脑内区域神经元的同步活动性[11]。ReHo主要反映静息状态下局部脑区自发的神经元活动的时间序列变化的一致性，它是指当一个功能脑区激活时，这个脑区的神经元活动更具有时间序列变化一致性。ReHo增高提示局部脑区神经元活动的时间一致性增加，ReHo减低提示局部脑区神经元活动的时间一致性减低。ALFF主要反映神经元自发活动的低频振幅，神经元自发活动增强时，ALFF增大；神经元自发活动减弱时，ALFF减低。目前ReHo和ALFF已被越来越多的应用到临床多种疾病神经影像的研究中，本研究对象移居2年后左侧眶内额上回ReHo增加，右侧楔叶、右侧顶上回ReHo减低；左侧额中回、左侧背外侧额上回ALFF增加，右侧舌回ALFF减低。此研究结果与王芳芳等研究结果相符。此外，研究对象移居2年后左侧脑岛及左侧顶下缘角回ReHo增加，右侧梭状回ReHo减低，左侧脑岛、左侧前扣带回和旁扣带脑回ALFF增加，但相同增加或减低的脑区体素稍微减低。角回是人类的视觉性语言中枢，又称阅读中枢，可以整合传入的听觉、视觉与触觉的信息。孔德民等[12]研究发现，慢性高原病患者角回的功能连接增强，笔者认为顶下缘角回ReHo增加也是一种对低氧环境的代偿性表现。刘彩霞等[13]发现，慢性高原病患者较正常人群右侧梭状回ReHo减低，说明此处局部一致性减低。有研究[14]发现，岛叶可能参与了高原环境呼吸和心血管系统获得性适应的改变，岛叶的ALFF、ReHo增加可能是对长期处于低氧环境的适应性改变。额叶是大脑发育中最复杂的脑区，主要负责认知、执行功能，包括负责工作记忆、有目的的行为、抽象思维及注意控制等。对长期处于低氧环境状态下工作记忆的脑功能研究结果发现，额叶是激活最明显的脑区[15,16]。本研究的受检者移居2年后额叶ALFF、ReHo增加，这可能与长期处于高海拔地区额叶的适应性改变有关。

本研究样本量较小、监测时间较短、缺少认知功能试验的研究，结果的解释主要依靠其他学者以往研究结果的支持。今后将从加大样本量并联合认知功能测试、增加监测时间等各方面进行研究，为广大低海拔人群移居高海拔地区脑的适应性变化提供更多的影像学证据，更好地监测高海拔地区人群的脑结构及功能的变化，为预防低海拔人群进入高海拔地区习服失败提供更多的影像学依据。

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10.3969/j.issn.1002-266X.2017.38.030

R364.4

B

1002-266X(2017)38-0092-03

国家自然科学基金资助项目(81060177)；青海省科技厅科技计划项目(2017-SF-158)；青海省科技厅国际合作项目(2012-H-807)。

鲍海华(E-mail： baohelen2@sina.com)

2017-04-11)