重度OSAS患者脑白质扩散张量成像与认知功能障碍的相关性研究

赵育英 毛新峰 沈健 张惠美 姚丽娣

阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）是一种严重被忽视、与睡眠相关的呼吸障碍性疾病，是由于睡眠时上气道阻塞或狭窄引起的呼吸暂停或低通气，常伴有间歇性低氧血症、高碳酸血症、夜间觉醒、白天嗜睡等症状和体征[1]。流行病学调查发现，重度OSAS男性发病率为49.7%，女性发病率约23.4%，且发病率逐年升高[2]。OSAS患者由于睡眠呼吸暂停和间断性缺氧可导致脑白质完整性受损，脑白质损伤可导致认知功能障碍。与OSAS相关的认知功能障碍主要表现为注意力、记忆力和执行功能下降等[3-4]。MRI扩散张量成像（DTI）是一种新兴的功能磁共振成像（fMRI）技术，通过定量测量水分子扩散的各项异性分数（fractional anisotropy，FA）值的变化来反映脑白质纤维束走行和分布，可准确监测常规MRI无法检测到的脑白质微细结构的改变[5]。笔者采用DTI技术对重度OSAS患者进行检查，探讨重度OSAS患者脑白质不同感兴趣区（ROI）扩散张量改变与认知功能的关系。

1 对象和方法

1.1 对象 收集本院2014年12月至2016年12月首次就诊且经多导睡眠仪（PGS）监测确诊的重度OSAS患者（重度OSAS组）56例，男48例，女8例，年龄23～60（44.46±11.02）岁。临床主要表现为睡眠过程中打鼾且鼾声不规律，呼吸及睡眠节律紊乱，反复出现呼吸暂停与觉醒，晨起头痛、头晕，白天嗜睡明显，注意力不集中，记忆力下降，不同程度抑郁和焦虑。选取同期56例性别、年龄、受教育年限相当的志愿者（健康对照组）。两组均排除心脑血管疾病、血液系统疾病及精神疾病等，分别于入院时及MRI检查前采用蒙特利尔认知评估量表（MoCA）对所有研究对象进行认知功能测定评分。两组间性别、年龄、受教育年限等比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），但MoCA评分有统计学差异（t=11.610，P＜0.05），详见表1。

表1 两组间一般情况的比较

1.2 方法

1.2.1 OSAS诊断及分级标准 根据2012年中华医学会呼吸病学分会睡眠呼吸障碍学组《阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征诊治指南（2011年修订版）》的诊断标准[6]：7h睡眠期间呼吸暂停反复发作30次以上或AHI＞5次/h，每次持续时间10s。分级标准为：轻度，5次/h＜AHI≤15 次/h；中度，15 次/h＜AHI≤30 次/h；重度，AHI＞30 次/h。

1.2.2 认知障碍评分 采用MoCA，该量表包括执行与视觉空间功能、命名、记忆、注意力、语言表达能力、抽象思维和定向力12道题组成，共30个单项，答对得1分，答错得0分。总分为30分，≥26分为认知正常，若受教育年限≤12年则加1分以校正受教育程度偏倚。

1.2.3 MRI检查 采用GE Discovery 750 3.0T超导型MRI扫描仪，利用32通道标准头部线圈进行扫描。横断面 T1WI：TR=1 750ms，TE=25ms，层厚 5mm，层间距1.5mm，FOV24cm×24cm，矩阵 256×256。横断面 T2WI：TR=6816ms，TE=106ms，层厚 5mm，层间距 1.5mm，FOV24cm×24cm，矩阵 256×256。DTI序列：采用单次激发自旋回波-回波平面序列（single-shot spin echo-echo plain imagine，SS-SE-EPI）。TR=6 000ms，TE=78 ms，翻转角=90°，采集次数（NEX）=2，矩阵 128×128，层厚 5mm，层间隔0mm，FOV240×240mm，扩散敏感梯度取20个方向，b值取0和1 000s/mm2。将所采集的原始图像传至GE Advantage Workstation4.6工作站，应用 Function Tools处理软件中自带的DTI后处理软件重建FA图和白质纤维追踪图。采用大小约20mm2圆形ROI对不同脑区白质纤维进行FA值测量。

1.3 统计学处理 应用SPSS19.0统计软件，计数资料组间比较采用χ2检验，计量资料以表示，组间比较采用独立样本t检验。重度OSAS组中具有统计学意义的FA值与MoCA评分、AHI的关系分析采用Pearson直线相关。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组ROI的FA值比较 重度OSAS组与健康对照组比较，右侧额叶白质、左侧额叶白质、右侧顶叶白质、左侧顶叶白质、右侧枕叶白质、右侧颞叶白质、左侧颞叶白质、右侧半卵圆区、左侧半卵圆区、右侧内囊后支、右侧外囊、胼胝体压部FA值均低于健康对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），上述部位脑白质纤维明显受损。而双侧内囊前支、左侧内囊后支、左侧外囊、左侧枕叶白质、胼胝体膝部、胼胝体体部及右侧扣带回FA值与健康对照组相比均无统计学差异（均P＞0.05）；白质纤维束追踪图示重度OSAS组脑白质纤维较健康对照组明显稀疏，详见表2，图1-4（插页）。

图1 重度OSAS组脑白质FA图

图2 健康对照组脑白质FA图

图3 重度OSAS组白质纤维束成像图

图4 健康对照组白质纤维束成像图

2.2 重度OSAS组脑白质各向异性减低区FA值与MoCA评分、AHI之间的相关性 结果显示右侧额叶白质、双侧顶叶白质及右侧枕叶白质FA值与MoCA评分均呈正相关（均P＜0.01），其余区域均无明显相关；右侧额叶白质、右侧外囊、左侧顶叶白质FA值与AHI均呈负相关（均P＜0.01），详见表3，图5、6。

表2 两组ROI的FA值比较

表3 重度OSAS组脑白质FA值减低区与MoCA评分、AHI之间的相关性

图5 重度OSAS组右侧额叶白质FA值与MoCA评分散点图

图6 重度OSAS组右侧额叶白质FA值与AHI散点图

3 讨论

支配大脑深部脑白质的深穿支动脉为直径约100～400μm的终末动脉，大多呈直角发出，很少或没有侧支循环，常在供血末端形成动脉分水岭区，这些终末小动脉对慢性缺血非常敏感，使深部脑白质易出现缺血性损伤。目前有学者认为，OSAS患者由于反复睡眠呼吸暂停、间断性缺氧可造成脑血管痉挛，脑血流减少而导致脑白质缺血性损伤[7]。

DTI是目前唯一能在活体检测轴突和髓鞘损伤的方法，能定量检测脑白质病变，并可通过三维重建清晰显示脑白质纤维束走形和分布，近年来在中枢神经系统的应用越来越多[8]。FA值反映水分子整体的弥散异性程度，一定程度反映脑白质的完整性。FA值越高，说明组织的各项异性越强，结构排列越紧密；FA值越低，说明组织的各项异性越弱，结构排列疏松，往往出现在脑组织微结构发生变化或与其他结构之间的联系纤维发生损伤时。因此，FA值下降程度可反映神经纤维的损伤程度[9]。

本研究采用DTI定量测量重度OSAS患者脑白质区域FA值，发现重度OSAS患者脑白质中双侧额叶白质、双侧顶叶白质、双侧颞叶白质、右侧枕叶白质、双侧半卵圆区、右侧内囊后支、右侧外囊、胼胝体压部多个区域FA值均明显减低（均P＜0.05）。其中，额叶白质、顶叶白质、枕叶白质为连接同侧大脑半球的联络纤维，半卵圆中心、内囊后支、外囊为连接大脑皮层及皮下结构的投射纤维，胼胝体压部为连接两侧大脑半球的联合纤维。由此可见脑内不同走形、不同功能的3种脑白质纤维均受损，但累及的范围比国内外其他学者发现的受损区域更为广泛[10-11]。笔者推测与本研究对象均为重度OSAS患者有关，OSAS导致脑白质FA值改变的原因可能是OSAS患者由于长期缺血、缺氧而发生脑细胞水肿，改变了自由水与结合水的比例或存在状态。此外，长期的低灌注使髓鞘和轴索细胞膜缺失导致其完整性受到破坏，同时水扩散屏障减弱使组织内水成分增加，水分子扩散不受限制有关。通过三维白质纤维束追踪图，发现重度OSAS组脑白质纤维束较健康对照组明显稀疏，说明脑白质慢性间断性缺氧使轴索发生了损伤。

国内外多项研究显示，脑白质损害与认知功能障碍密切相关[12]。脑白质损伤出现的认知损害主要表现在视觉空间与执行功能、延迟记忆、计算力和注意力等方面，尤其是执行功能[13]，且脑白质损伤病变程度越严重，其执行功能受损也越显著。因为脑白质的完整性是保证轴突传导功能的基础。“执行功能受损”特征与脑白质损害的解剖学受损机制有关，多数研究认为脑白质病变主要影响前额叶-皮质下环路的结构并导致执行功能障碍[14]。而边缘系统通过脑室周围的白质联络纤维，构成完整的智能系统，随着脑白质损伤的加重，智能联络纤维破坏增多，患者的认知功能下降也相应加重，从而引起认知功能障碍。此外，额叶的损伤不仅引起执行功能障碍，还与患者的总体智能下降以及记忆障碍相关[15]。本研究采用MoCA评分对56例重度OSAS患者及56例健康志愿者进行认知功能评估，发现重度OSAS患者平均Mo－CA评分低于健康志愿者（P＜0.05），重度OSAS患者明显存在认知功能障碍。笔者认为脑内3种白质纤维不同程度的受损是导致认知功能障碍的关键因素，可以从解剖学角度对OSAS患者出现认知功能障碍作出合理解释。此外，本研究将差异有统计学意义的脑白质损伤区FA值与MoCA评分进行相关分析，发现双侧额叶白质、双侧顶叶白质及右侧枕叶白质FA值与MoCA评分呈正相关，显示随着脑白质严重程度的增加，认知功能测试评分呈降低趋势，脑白质损伤的严重程度与认知功能水平呈正相关，尤其是双侧额叶白质FA值减低，进一步证实作为认知区域的高级中枢与认知障碍有着密切的关系。

研究证实，OSAS患者记忆力、注意力、执行功能受损及其受损程度与病情严重程度有关[16]。OSAS患者AHI越高，表明患者夜间间断低氧/低通气情况越严重，这也意味着大脑相应部位的病理性改变可能会更明显，患者因而会表现出更差的认知功能。本次研究中我们将脑白质具有统计学意义的FA值与AHI进行对比研究发现，右侧额叶白质、右侧外囊、左侧顶叶白质FA值与AHI呈负相关；说明OSAS病情越重脑白质损伤越严重，与Vincenza等[17]研究结果相仿。

总之，早期监测DTI参数的改变，有助于发现重度OSAS患者脑白质损伤的严重程度，并能反映认知功能障碍，为临床采取有效措施进行积极治疗提供更多客观依据。

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