磁共振波谱成像在缺血性脑血管病中的应用

磁共振波谱成像在缺血性脑血管病中的应用作者：喻莉, 孙艳春, 王秀荣, 王美霞    作者单位：344000江西省抚州市第一人民医院神经内科（喻莉）；内蒙古赤峰市松山医院内科（孙艳春）；深圳市龙岗中心医院影像科（王秀荣），神经内科（王美霞）     【关键词】  脑血管    磁共振波谱成像(MRSI )是分子水平的检测工具, 能反映分子内部自旋核的物理、化学环境, 其将 MRI 提供的空间信息和磁共振波谱（MRS）信息有机结合起来。目前MRSI 的临床应用主要集中在脑部氢质子MRSI（1HMRSI）的检测,因为其容易在MRI 机上实现，是一种非侵入性的测定脑内代谢产物浓度的方法［1］。现就1HMRSI在缺血性脑血管病中的应用综述如下。1  1HMRSI检测的原理    MRSI利用MR现象和化学位移作用对一系列特定原子核及其化合物进行分析，其用于化学分析及生物学研究已有50余年,可以检测多种原子核,但目前用于人体临床研究的原子核仅见于1H、31P、23Na、19F、13C、7Li等。1H MRSI 是目前惟一能应用于活体观察组织或病变生化及代谢改变的影像学检查方法［2］，也是现今惟一可以用来观察活体细胞代谢的无创伤性检测手段［3］，能无创性检测组织器官的生化代谢及对化合物进行定量分析，并在分子水平对各种疾病生化代谢异常的诊断提供了新的方法。MRSI检测的信号强度与所测组织内原子核的自然丰度和浓度及其固有敏感度有关，所以MRSI检测活体组织时化合物的浓度必须达到波谱仪所能检测的最低信号强度。1H是人体最丰富的原子核，在同一均匀场强下以1H的敏感性为1，31P的敏感性则为0.066。1H MRSI可以检测乳酸(Lac)、N乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Ch)和肌酸(Cr)等，且由于1H较其他原子核在有机物结构中自然丰度及核磁感性均高，最容易检测,因而报道最多的是1H MRSI研究。2  1H MRSI在脑梗死的应用    MRSI可反映脑梗死后脑细胞内酸中毒、能量代谢障碍以及脑内一些重要物质的变化，较为完整地反映出缺血性梗死和修复等整个脑梗死的病理生理过程，可对治疗和预后作出较准确地评估与判断。由于在脑梗死的超急性期，CT和MRI常不能检测到梗死灶，而理想的溶栓治疗时间窗≤6 h，所以早期诊断对溶栓治疗非常必要；且CT和MRI对梗死周围缺血区域的识别能力有限，该区称半暗带，代表潜在的可恢复组织，是溶栓治疗的靶区，因此早期监测非常关键。目前1H MRSI 在诊断和研究缺血性脑血管病中的价值已被肯定, 1H MRSI可以早期诊断脑梗死，评价急性脑梗死的严重程度及其预后，评价疗效，缩小鉴别诊断的范围，确定缺血半暗带，评价血管狭窄和闭塞的程度。    2.1  缺血半暗带  当脑血流(CBF)减少到足以造成细胞电生理活动障碍而无损于细胞完整性时，即出现缺血半暗带。根据缺血的程度和持续状况以及侧支循环的存在及能力，缺血半暗带可进展为梗死或恢复正常。半暗带的恢复是溶栓治疗的目标［4，5］。1H MRSI可检测到缺血时无氧糖酵解和神经元的死亡，是一种确定未梗死缺血组织的理想方法。在半暗带区可观察到：（1）Lac水平升高，贾滕蛟研究［6］认为Lac 是无氧糖酵解的产物,为急性脑缺血的标志；（2）NAA正常，NAA主要存在于神经元和轴索,由神经元的线粒体产生,被认为是神经元密度及活力的标志，又被称为神经元的内标志物,其含量多少反映神经元的功能状况 。Demongeot等［7］研究发现线粒体能量代谢紊乱可导致NAA浓度可逆性降低80％，NAA的合成与线粒体活性直接相关,说明NAA 浓度和代谢效率之间有着某种联系［8］。对于血管严重狭窄或闭塞的病例，1H MRSI可确定缺血组织的存在，因此可判断患者是否应接受动脉内膜切除治疗。van der Grond等［9］研究显示严重血管狭窄（>70%）或完全闭塞的有症状患者，受累半球的NAA/Cho比率下降；其中33%非梗死区Lac水平升高。    2.2  梗死急性期    2.2.1  Lac  Lac是脑梗死开始阶段最敏感的标记物，因为在MRI发现异常之前Lac水平已有升高［10］。脑中的Lac反映了氧供给不足（无氧糖酵解）时的能量代谢产物，见于CBF低于15～20 ml/（100 g·min）时。有急性神经功能障碍的患者脑中，若有Lac存在，则是缺血的有力证据，但未必意味着不可逆梗死；若Lac不存在，则提示非急性梗死［11］。Lac 为糖酵解的最终产物,正常情况下几乎测不到。Lac 出现说明正常有氧呼吸不再起作用,显示脑组织缺血、缺氧,线粒体损伤,无氧糖酵解加重,组织坏死,细胞死亡等,可能是由于无氧糖酵解和Lac 清除率降低等多因素的结果［12］。缺血后首先观察到的是在急性脑梗死后12 h内Lac水平升高［13］。动物实验［14］发现脑缺血后数分钟即可见Lac 升高。 程敬亮等［15］通过对兔的实验发现大脑中动脉阻塞后0.5 h Lac即明显升高，随时间延长Lac持续性升高。马凤华等［16］发现在脑梗死后1 h 内Lac 迅速升高。杨振燕等［17］研究发现超急性期梗死灶Lac明显升高,急性期Lac 增高达峰值,表明脑缺血。鱼博浪等［18］研究认为：出现明显的Lac波,是急性脑梗死的波谱表现特征。脑梗死后Lac浓度升至峰值后逐渐下降,但仍高于正常水平,可能反映了侧支循环的建立［ 19］。    Parsons 等［20］认为脑梗死急性期Lac 浓度与临床预后呈负相关,提示Lac 浓度可作为判断预后的预测因子之一。Barker等［21］对一组临床病例资料研究后发现:梗死体积较大且Lac 含量高的患者,临床预后较差。原因之一是Lac虽然可作为供能物质参与脑组织的生化代谢过程,但Lac本身对神经细胞具有直接的损伤作用,并加剧细胞毒性脑水肿。    2.2.2  NAA  NAA也是一个与脑梗死相关的标记物。过去的研究［19，22］认为：由于神经元的丢失和/或损伤，在Lac 异常的早期，不能发现NAA异常，NAA水平在梗死超早期可正常，反映较慢的转换和/或晚期细胞死亡；而现在大多数研究结论则是：缺血发生2 h 后, NAA 即开始下降［23］。马凤华等［16］研究认为缺血后3～6 h NAA 持续下降, 6～12 h NAA 下降幅度最为明显, 24～72 h 持续下降到几乎完全消失。Saunders 等［24-26］研究发现随着缺血时间的延长，NAA呈进行性下降；他们还发现NAA 的下降是不可逆的。有些研究则表明急性期脑梗死区NAA 分布不均匀,梗死灶中心区下降较周边区明显［24，25］。   Asano［22］对5例急性脑梗死患者发病24  h内行1H MRSI检查发现，存在Lac水平明显升高和NAA水平明显下降的区域，于随后的检查中发展为梗死灶。提示在缺血的急性期，1H MRSI有足够的敏感性预示有可能形成梗死的部位。1HMRSI 和解剖对照研究发现［17］,在NAA 减少和Lac增加区域内神经元数目很少,而脑泡沫巨噬细胞成片分布。但急性期内Lac 升高超过NAA 下降范围，因此，在脑梗死开始阶段，最敏感的标记物是Lac。   由于NAA和Lac水平直接与缺血严重程度和细胞死亡的程度相关，所以1H MRSI具有评估预后的价值。NAA和Lac还可用来监测急性梗死的治疗,王小珊等［27］研究认为MRI与波谱技术可为再灌注后神经保护作用机制的研究提供精确的神经影像学信息。    2.2.3  Cho和Cr  在急性梗死期， Cho（参与细胞膜的合成与降解）和Cr（为能量代谢产物,由于其浓度在各种状态包括病理状态下量化相对恒定, 常被作为参照物）的变化比NAA与Lac水平的变化更大，可见Cr水平下降，Cho水平可降低、升高或不变。Cho 下降反映了脑梗死早期即存在膜结构与细胞间连接受损,可能与病灶的部位、大小、病程以及梗死区细胞的数量等有关［23］。    2.2.4  谷氨酰胺和谷氨酸（Glu）  脑梗死急性期谷氨酰胺和Glu水平可升高。高旭光等［28］研究认为：1H MRSI对急性和超急性期脑梗死可进一步了解其代谢变化: (1)常规MRI往往尚未出现异常时, 1H MRSI却能发现Lac峰,即使发病24 h者, T2WI上梗死区显示为高信号,但其病灶范围往往小于1H MRSI Lac出现的范围,并且梗死区中央的Lac水平高于周边部分,大脑中动脉的阻塞所致的梗死Lac水平亦高于其他部位脑梗死。一旦出现Lac 峰,可持续数天至数周,并随时间推移而下降。(2)NAA峰的出现时间常晚于Lac峰的出现,往往Lac峰水平部位就是NAA降低最严重的部位。(3) Cr峰和Cho峰的改变不如Lac峰和NAA峰那样恒定,有较多变异。梗死区脑组织无氧代谢在超急性期持续存在,神经元损伤及能量代谢障碍始于缺血后2 h,细胞膜及髓鞘的破坏始于缺血后4 h。    2.3  脑梗死亚急性期与恢复期  随着脑梗死病程的推移，Lac水平每周下降36%，逐渐正常化，但在恢复期可能会重出现低水平的Lac。对于Lac在亚急性及慢性期持续存在的原因尚有争议［13］。可发现脂质（Lip），而提示组织坏死。NAA、Cho和Cr水平随时间下降［24］。NAA水平下降是渐进的，且不可逆［11］（大约每周下降29%），由于神经元比胶质细胞对缺血更敏感，所以NAA下降的幅度大于Cho和Cr。Duijn等［29］检查平均病程400 d 的脑梗死患者,发现梗死区Cr水平降至对侧半球的37 %，可观察到Glu水平升高。    在脑梗死超早期,MRSI可作为DWI的辅助检测手段,利用在病理状态下代谢变化早于形态改变之优势,补充DWI 单一从形态上识别梗死不足,形成形态和代谢两个方面的结合,达到不仅确定梗死区的部位及范围,而且还能判断梗死区脑组织的存活状态之目的。为脑梗死超早期溶栓治疗和神经保护剂的使用提供更详尽的病理生理学资料［15］。由于提供了病理生理学信息，1H MRSI被证明在缺血性疾病的研究中非常重要。不容质疑的是，在对脑梗死超早期的诊断，MRSI优于CT和常规MRI，但由于MR灌注成像和DWI的高敏感性、特异性，MRSI在将来的应用价值尚有待进一步明确。【参考文献】  ［1］Hakumaki JM, Kauppinen RA.Trends Biochem Sci, 2000, 25: 357.  ［2］ Dowling C, Bollen AW, Noworolski SM,et al.AJNR, 2001, 22:604.  ［3］ Yamaur M,Katayma Y, Igarashi H,et al.Nipponika Daigaku Zasshi, 1997,64:131.  ［4］Hacke W, Kaste M, Fieschi C, et al.JAMA,1995,274:1017.  ［5］rtPA Stroke Study Group.N Engl J Med,1995,333:1581.  ［6］贾滕蛟.神经放射学,2002,25:3.  ［7］Demongeot C, Garnier P, Mossiat C, et al. 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