老年患者围术期颅脑MRI改 变与术后认知功能障碍关系的研究进展

高治伟 综述，张 英 审校

（西南医科大学附属中医医院麻醉科，四川泸州 646000）

术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction,POCD)是指麻醉手术后出现的注意力、集中力、信息处理能力等高级皮层功能的损害。2008年，Monk等研究了不同年龄段的成年患者在非心脏大手术后POCD的发生情况，结果发现，各年龄组患者在出院时POCD发生率为30.4%～41.4%，均明显高于对照组；而术后3个月只有老年患者的POCD发生率（12.7%）明显高于对照组[1]。随着神经影像学的发展，实现了从传统单纯显示解剖结构变化到反映细胞分子水平变化的飞跃，为非侵入性测量神经元活动和捕捉人脑详细图像提供了有用的工具[2]。磁共振成像（magnetic resonance imanging,MRI）为研究细微和微妙的神经可塑性变化与病理生理的变化提供了一个可能[3]，POCD与MRI表现的相关性，可帮助临床医生鉴别危险患者，降低术后死亡率。MRI，尤其是功能性磁共振成像（fMRI），近几年被广泛应用于POCD的研究当中，fMRI是在常规MRI的基础上迅速发展起来的一系列新兴成像技术，是以组织、器官功能状态为成像目的的MRI技术[4]。目前，临床上应用广泛且成熟的fMRI包括：弥散加权成像(diffusion weighted imanging,DWI)、灌注成像(perfusion weighted imanging,PWI)、弥散张量成像(diffusion tensor imanging,DTI)、磁共振波普成像(magnetic resonance spectroscopy,MRS)和血氧水平依赖(blood oxygenation level dependant)磁共振成像等[5]。这些磁共振成像技术作为神经影像学在组织器官甚至是在细胞分子水平上的应用，为老年人POCD的早期诊断，减少POCD的发生提供了可能。

1 围术期大脑形态学变化的MRI指标与POCD的关系

1.1 丘脑的MRI变化与POCD的关系

丘脑是各种感觉（除嗅觉外）传导的皮质下中枢和中继站，对各个系统和大脑皮质的活动有着重要影响。丘脑有众多核群，其中丘脑前核为边缘系统的中继站，与额叶皮质、海马等联系广泛，在记忆环路中起重要作用[6]。POCD的表现通常包括记忆和执行功能的下降，这些脑功能主要由高阶皮层(如前额叶和颞叶)控制，丘脑则是作为这些皮质区域之间信息的中继[7]。尤其是丘脑背内侧核，对于获取新信息和执行功能至关重要[8]，其病变容易导致注意力受损和信息处理速度降低[7]。在一些神经疾病，如中风，也发现丘脑与认知障碍有关[9]。因此，POCD中的执行功能障碍可能是由于与丘脑的功能连接减少或丘脑体积减少所致。这也得到了Graff-Radford等的赞同，他发现丘脑萎缩与开腹手术后POCD有关[10]。

在Chiho Sato等[11]的一项前瞻性研究中，32名绝经后行乳腺癌根治术的患者分别在术前（1.5±0.5）d和术后（5.6±1.2）d进行了脑结构MRI检查，结果发现，与对照组相比，手术后的病人在丘脑区域灰质体积上存在显著的差异。据此，Chiho Sato等指出大脑结构的改变（可能发生在手术后不久），特别是在丘脑，可能与注意力障碍有关。此外，该研究还显示，在病人中观察到的注意力障碍和丘脑体积减少可能是没有广泛认知障碍的POCD的中间表型，患者的这种变化可能是POCD的危险因素。另有研究表明，丘脑病变常引起记忆障碍,左侧丘脑病变的记忆障碍比右侧重,言语性记忆障碍较显著[12]。Scherling等[8]在应用fMRI对已切除乳房的女性患者的研究中发现，额叶和丘脑激活模式的改变与工作记忆相关反应下降有一定关系。

1.2 内侧颞叶的MRI变化和POCD的关系

内侧颞叶属于边缘系统，海马和内嗅皮质是其重要结构，与记忆、精神、行为、和内脏功能有关，发生损害时可能出现幻觉、错觉、精神异常、情感异常、自动症，甚至严重的记忆障碍等。有很多报道都表明，内侧颞叶的损害、萎缩或异常与POCD的发生有很大的相关性。

Maekawa等研究显示，内侧颞叶的灰质体积减少和白质损害与心脏手术后认知功能障碍有关[13]，他们调查了28例接受心脏手术的老年患者，所有患者术前均接受了颅脑MRI扫描，其中有8例发生了术后认知功能障碍(29%)。采用基于体素-体素Z积分的分析方法，分析了两侧内侧颞叶的灰质和白质，发现术后2周内发生POCD的患者在MRI检测到的白质损伤和双侧内侧颞叶灰质丢失（平均Z评分2.0±0.9，Z评分反映了灰质丢失的程度）明显多于非POCD患者。还有一些颅脑结构性变化与MRI的相关研究表明，在轻度认知功能损害的患者中，经常观察到包括海马和嗅内皮质在内的内侧颞叶的灰质丢失[14]。此外，一些研究表明，大脑小血管疾病患者的内侧颞叶甚至是全脑小于认知正常的人[15-16]。这也就给我们一个提示，POCD患者内侧颞叶灰质的丢失可能与神经元变性和病理性缺血相关。因此，估计内侧颞叶中灰质丢失的程度可能对反映老年手术患者脑缺血的脆弱性有一定的意义。

Chen等的研究表明，海马体积减少是老年患者术后认知功能障碍的危险因素[17]。Chen等在术前对36位行开腹胃肠道手术的老年患者进行了颅脑MRI扫描和海马体积测定（根据每个患者颅脑容积大小的不同对海马体积进行了标准化校正），术后有13名患者发生了POCD（POCD评估方法为神经心理测验，包括韦氏成人记忆量表和韦氏成人智力量表敏感测验、连线测验和凹槽板测验），发生率为36%。结果POCD组海马体积(4.75±0.23)cm明显小于非POCD组(5.06±0.31)cm，表明MRI测量海马体积可作为预测老年人POCD的指标之一。有研究也发现[18]，与认知正常的老年受试者相比[其左侧海马体积为（2.73±0.52）cm，右侧海马体积为（2.77±0.6）cm]，有轻度认知损害的老年人的海马体积[左侧体积为（2.35± 0.42）cm，右侧体积为（2.36± 0.38）cm]明显减小。在一个大型的神经影像学数据库中，Kline等发现，非心脏手术后数月海马萎缩加速，这也与持续性POCD有关[19]。另外还有很多研究都表明，记忆和学习等认知功能的受损与海马的萎缩是高度一致的，因为记忆和学习在很大程度上依赖于海马及其完整性。

1.3 大脑灰质和白质的MRI变化与POCD的关系

在一项前瞻性研究中，对136例患者进行了DTI（弥散张量成像）扫描，其中29例(21%)发生POCD。DTI对白质微结构损伤敏感，研究发现，术前白质异常在几个脑区被发现与术后认知功能障碍发病率有关[20]。Browndyke等在心脏手术组和非手术对照组间分别进行基线病变负荷、术前/术后总病变体积及校正白质损害负荷变化的独立、双样本试验，2组比较差异有统计学意义(P＜0.05）[21]。Maekawa等[13]指出，大脑白质高信号区异常的严重程度与POCD的发生有关。Price CC等[22]报告大脑白质高信号区体积与术后3周的执行功能下降有关，并且术后3个月有明显变化。Goettel等[23]纳入了70名老年患者进行大脑灰质体积变化与POCD关系的研究，所有患者均在术后1周和术后3个月进行神经心理学评估和大脑MRI检测（神经心理学评估和MRI检测在同一天进行），其中接受腹部、胸部或骨科手术的患者，其POCD的发生率在术后1周和术后3个月分别为25.8%和9.9%，其灰质体积与对照组之间差异有统计学意义。Maekawa等在进行逐步逻辑回归分析时发现发现颞叶内侧和脑梗死的灰质丢失是POCD的独立预测因子[13]。

2 围术期脑血管改变的MRI指标与POCD的关系

2.1 脑小血管疾病与POCD的关系

脑小血管疾病是引起认知功能障碍的一项危险因素[24]，若术前患有脑血管疾病，则术后可能会造成POCD发生率的增加。DTI技术也可通过对皮层下动脉硬化性脑病（subcortical arteriosclerotic encephalopathy,SAE）特定脑白质病变区域的FA值的测定，在一定程度上反映SAE患者的神经纤维损害程度，并且可以间接反映SAE患者病灶区FA值与认知功能障碍之间的关系[25]。此外，一项Meta分析显示，脑小血管疾病与POCD之间存在着一定的相关性，但这种关联的程度相对较弱[26]。一项MRI研究显示，手术后24 h内血脑屏障被破坏，这种破坏可能会导致更多的促炎细胞流入大脑，促进POCD的发生。脑小血管病的神经影像学特征包括最近的小皮层下的梗死灶、白质超强度、血管周围空间微出血和脑萎缩[27]。此外，在长期不受严格控制的2型糖尿病患者中，其脑小血管改变所导致的脑白质MRI高强度与患者认知功能（主要包括执行功能和处理速度）有关[28]，因此，脑小血管改变可能是一种潜在的认知疾病的发生机制。

2.2 脑梗死与POCD的关系

隐性脑梗死会在一定程度上造成认知功能的损伤，有研究计算了62对隐性脑梗死患者和良好匹配的健康对照组的灰质体积（GMV），发现与对照组相比，脑梗死患者存在一定程度的认知缺陷，并且在左额下回、左颞上回、右中颞上回、双侧海马回等方面表现出较差的GMV[29]。类似的研究证实了术前陈旧性皮质脑梗死与POCD发生的关系，他们将参与者按梗死状态分组(静默性脑梗死、症状性脑梗死或无脑梗死)，无症状脑梗死组POCD较无脑梗死组更为常见[23]。Maekawa等进行了术前弥散加权成像，检查急性梗死是否与POCD的发生有关,他们发现术前急性脑梗死与POCD之间没有关联[13]。并且，在Patel[30]的一项回顾性研究中，大多数研究都表明术后急性脑梗死与POCD无关。Price RS等[31]的报告同时还指出术后执行功能下降与腔隙性梗死体积有关，并且术后3个月有明显变化。由此可以得出，隐性或者无症状性脑梗死可能是术后认知功能障碍的危险因素，而急性脑梗死与POCD无关，采用MRI测量脑灰质体积可能是一项判别无症状性脑梗死和急性脑梗死的无创且有效的方法。

3 结 论

随着影像学的不断发展，通过非侵入性的神经影像学方法来对POCD进行预测和提供直观的诊断依据成为可能，目前的很多研究都证实了MRI在辨别大脑形态及其功能与术后认知功能障碍关系的可能性。但是，若要将这项无创技术推广到临床上所有的手术病人，其可行性还有待考量。一方面所有的这些关于颅脑结构的MRI研究证据都相对薄弱，还不足以作为临床上进行POCD诊断的一项依据；另一方面，临床上MRI检测的费用高昂，推广到每一个手术病人容易造成医疗资源的浪费和过度医疗。因此，在未来，还需要进一步加强现有神经影像学的应用和开发MRI新技术，为POCD的预防和诊断提供更可靠、更有效的检查手段。