張艷利 王天紅 郭順林 田小雪 雷軍強

MRI在監(jiān)測一氧化碳中毒腦損傷中的應(yīng)用

張艷利 王天紅 郭順林 田小雪 雷軍強

一氧化碳中毒；腦損傷；中樞神經(jīng)系統(tǒng)；磁共振成像；綜述

一氧化碳（carbonic oxide，CO）中毒是較為常見的生活中毒和職業(yè)中毒；而作為易受損傷的器官之一，大腦的神經(jīng)系統(tǒng)常出現(xiàn)不同程度傷害。中毒幸存者通常有3種臨床表現(xiàn)：①急性期出現(xiàn)短暫神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，無后遺癥；②急性期至慢性期癥狀持續(xù)存在，預(yù)后較差；③10%～40%的患者經(jīng)過2～60 d的“假愈期”后出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)精神后發(fā)癥——遲發(fā)腦?。╠elayed neuropsychiatric sequelae，DNS）[1-2]。

近年來，國內(nèi)外有大量關(guān)于不同MRI成像序列監(jiān)測CO中毒后繼發(fā)腦損傷的研究報道，主要集中于評價CO造成腦組織損害的范圍程度、病理機制、治療效果和預(yù)后判斷等方面。本文將對已報道的常規(guī)MRI平掃、擴散加權(quán)成像（DWI）、擴散張量成像（DTI）、磁共振波譜（MRS）、磁敏感加權(quán)成像（SWI）在CO中毒腦損傷中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1 CO中毒腦損傷的發(fā)病機制

CO吸入人體后，85%的CO與血液中紅細(xì)胞的血紅蛋白（hemoglobin，Hb）結(jié)合，形成穩(wěn)定的碳氧血紅蛋白（carboxyhemoglobin，COHb），COHb使Hb解離曲線左移，使得氧氣的釋放受阻造成組織缺氧[3]。另外，CO與還原型細(xì)胞色素氧化酶二價鐵結(jié)合，抑制細(xì)胞色素氧化酶活性，影響細(xì)胞呼吸和氧化過程，阻礙氧的利用。在缺氧環(huán)境下，腦內(nèi)小血管麻痹、擴張，腦內(nèi)ATP迅速耗盡，鈉泵運轉(zhuǎn)失常，鈉離子蓄積于細(xì)胞內(nèi)而誘發(fā)腦細(xì)胞水腫；缺氧造成腦內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物蓄積，使血管通透性增加而產(chǎn)生腦組織間質(zhì)水腫；腦血液循環(huán)障礙導(dǎo)致腦血栓形成、腦皮質(zhì)和基底節(jié)局灶性缺血性壞死。CO造成血小板-嗜中性粒細(xì)胞的聚集，引起髓過氧化物酶的釋放，造成過氧化作用和細(xì)胞凋亡[4-5]；釋放的過氧化物酶改變了髓磷脂堿蛋白的結(jié)構(gòu)，引起淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致腦白質(zhì)繼發(fā)脫髓鞘和炎癥反應(yīng)[6]。

2 MRI對CO中毒腦損傷的監(jiān)測

2.1 常規(guī)MRI平掃 吸入CO后所致的腦繼發(fā)損害可以持續(xù)到數(shù)年以后，在不同時期，MRI的表現(xiàn)亦有所不同。既往根據(jù)CO中毒后不同時期MRI的表現(xiàn)將其分為4期：超期急性（＜24 h）、急性期（24 h～7 d）、亞急性期（8～21 d）和慢性期（＞22 d）[7]。

CO中毒后腦組織損傷典型的MRI表現(xiàn)為蒼白球和腦白質(zhì)區(qū)T2WI呈對稱性高信號灶（圖1、2），其病理改變是蒼白球缺血壞死和白質(zhì)脫髓鞘。蒼白球損害最常見，原因可能是蒼白球的側(cè)支血管較少，容易受缺氧的影響；另外，CO直接與蒼白球區(qū)的血紅素鐵結(jié)合，該區(qū)是含鐵最豐富的區(qū)域[8]。也有報道稱CO中毒患者白質(zhì)的損傷比灰質(zhì)損傷更常見。在一組73例CO中毒患者的前瞻性對照研究中，12%的患者有白質(zhì)損傷，僅1例有蒼白球損傷，且最常見的白質(zhì)受損區(qū)包括半卵圓中心和側(cè)腦室旁的白質(zhì)，其他受損區(qū)還有顳葉、枕葉、頂葉和胼胝體[9]。病灶可表現(xiàn)為對稱或不對稱，而后者可能與患者的左右供血差異有關(guān)[10]。白質(zhì)損害區(qū)有時發(fā)現(xiàn)有含鐵血黃素沉積，考慮出血性腦梗死或CO中毒后鐵的外滲[11-12]。腦干和小腦半球損傷的報道很少，僅為個案報道[13]。

圖2 男，70歲，CO中毒11 d。雙側(cè)側(cè)腦室旁白質(zhì)區(qū)、胼胝體壓部廣泛異常信號影，T1呈低信號（A）；T2呈高信號，雙側(cè)分布對稱（箭，B）

與灰質(zhì)相比，白質(zhì)區(qū)病變與CO中毒腦損傷的預(yù)后更具相關(guān)性[14]。目前認(rèn)為白質(zhì)進(jìn)行性脫髓鞘引發(fā)DNS[15]。研究顯示，T2WI上側(cè)腦室旁及半卵圓中心的高信號在DNS出現(xiàn)后比在DNS出現(xiàn)前更廣泛。在慢性期當(dāng)DNS癥狀好轉(zhuǎn)后，T2WI高信號會減低，推測慢性期神經(jīng)纖維再髓鞘化，白質(zhì)損害的程度與患者預(yù)后有關(guān)[16-17]。因難于顯示早期白質(zhì)細(xì)胞毒性水腫以及微量鐵沉積，傳統(tǒng)MRI監(jiān)測白質(zhì)損害的程度有限。

2.2 DWI DWI序列可定量反映水分子擴散受限的程度，因而比常規(guī)MRI更敏感、更早反映細(xì)胞毒性水腫，表現(xiàn)為DWI上高信號病灶，對應(yīng)的ADC值減低。CO中毒后，腦組織缺氧，鈉泵運轉(zhuǎn)失常誘發(fā)細(xì)胞毒性水腫。既往研究表明，最早在CO中毒后的12 h，DWI便可監(jiān)測到信號異常改變[18]。研究觀察白兔中毒后1 h、5 d、7 d、15 d和60 d DNS組與非DNS組雙側(cè)大腦皮層ADC值的變化發(fā)現(xiàn)，非DNS組ADC值在1 h輕度下降，5 d開始恢復(fù)，60 d后恢復(fù)正常；而DNS組在1 h明顯下降，5 d開始恢復(fù)，7 d再次下降，15 d下降最明顯，至實驗終點未恢復(fù)；從而確定ADC值下降程度與腦組織損傷程度存在相關(guān)性，急性期ADC值下降的程度能預(yù)測DNS出現(xiàn)的可能性[19]。DWI在CO中毒亞急性期及慢性期的應(yīng)用也有相關(guān)報道，上述報道都表明在亞急性期和慢性期白質(zhì)區(qū)的高信號依然存在，對于DNS患者，后遺癥發(fā)生后的ADC值較后遺癥發(fā)生前更低，并且會持續(xù)1～2個月[20]。在CO中毒后的第5天、第12天及2個月使用DWI監(jiān)測患者腦部病變情況發(fā)現(xiàn)，5 d時蒼白球區(qū)出現(xiàn)病灶，12 d后病灶信號逐漸減低，2個月后雙側(cè)側(cè)腦室旁出現(xiàn)新發(fā)病灶，而患者于35 d發(fā)生DNS。以上結(jié)果表明，細(xì)胞毒性水腫和脫髓鞘具有進(jìn)行性特征，與腦梗死在DWI上的表現(xiàn)不同。腦梗死的ADC值持續(xù)降低3～5 d，并在卒中后的1～4周恢復(fù)正常[21]。Chen等[22]使用DWI觀察急性、慢性期CO中毒患者和DNS患者蒼白球及胼胝體體部的ADC值變化情況。結(jié)果顯示與對照組比較，3組患者感興趣區(qū)的ADC值均有升高，其中慢性期組升高最明顯；而在外周白質(zhì)和灰質(zhì)中，DNS組患者的ADC值升高最明顯。同時，蒼白球區(qū)及胼胝體體部的ADC值改變均與認(rèn)知功能相關(guān)。觀察12例復(fù)查患者同一病變區(qū)復(fù)查前后2次ADC值的變化，發(fā)現(xiàn)復(fù)查時蒼白球區(qū)和胼胝體體部病灶的ADC值明顯高于首診的ADC值。

2.3 DTI 在定量評價白質(zhì)脫髓鞘程度方面，DTI較DWI具有更為明顯的優(yōu)勢，其最常用的參數(shù)值各向異性分?jǐn)?shù)（FA）可以反映擴散各向異性與整體擴散的比值。DTI常用于監(jiān)測CO中毒后的亞急性期和慢性期，表現(xiàn)為白質(zhì)區(qū)FA值減低[23-24]。較低的FA值可能持續(xù)到中毒后的3個月，其數(shù)值升高也與病情好轉(zhuǎn)有關(guān)[25-26]。因此認(rèn)為FA值的改變能夠敏感地反映進(jìn)行性脫髓鞘和伴隨DNS好轉(zhuǎn)后的髓鞘修復(fù)[23,27-28]。Fujiwara等[23]使用DTI的FA值評估CO中毒后亞急性期預(yù)后不同患者白質(zhì)損害情況的研究結(jié)果表明，長期慢性癥狀組的平均FA值明顯低于健康對照組和短期急性癥狀組，而對照組和短期急性癥狀組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義；同時，長期慢性癥狀組雙側(cè)半卵圓中心的FA值降低最明顯。白質(zhì)感興趣區(qū)的選擇可影響FA值。研究表明，半卵圓中心的白質(zhì)和深部白質(zhì)測量具有重要作用[23]。DTI也可用于DNS患者高壓氧治療效果的評估。有研究對6例DNS患者及6例健康志愿者行DTI檢查，觀察高壓氧治療3個月前、3個月后FA值變化情況。結(jié)果顯示，DNS組患者高壓氧治療3個月后的FA值明顯高于3個月前[25]。

2.4 MRS MRS可以無創(chuàng)地監(jiān)測特定區(qū)域腦組織代謝情況。關(guān)于CO中毒患者腦損害的MRS研究多為個案報道。腦組織內(nèi)選擇的感興趣區(qū)存在差異，CO中毒后腦損傷區(qū)在MRS上會出現(xiàn)細(xì)胞膜代謝障礙相關(guān)的膽堿（choline，Cho）峰升高、神經(jīng)元損傷后的N-乙酰天門冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）峰的降低以及缺血缺氧后無氧酵解所產(chǎn)生的乳酸堆積，即乳酸（lactate，Lac）峰的升高。由于在同一個體腦內(nèi)不同代謝條件下，肌酸（creatine，Cr）峰含量較恒定，故常用來作參比值[29-30]。對于中毒后多長時間能夠監(jiān)測到NAA/Cr、Cho/Cr及Lac/Cr比值變化這一問題，目前尚存在爭議。對于有慢性癥狀的患者，Cho/Cr值最先開始升高，在慢性期的后期下降，NAA/Cr最早在3～4周開始降低，Lac最早在中毒后1～2周開始出現(xiàn)[26]。大鼠在吸入CO后1 h腦病損區(qū)出現(xiàn)NAA/Cr值的降低，Cho/Cr在早期稍微降低而在6 h后明顯升高[31]。然而，早期NAA/Cr值的降低是否可以預(yù)測預(yù)后不良還存在爭議。1例重度CO中毒患者NAA/Cr值在早期明顯降低；治療6個月后，患者認(rèn)知及神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)能力得到明顯改善，同時NAA/Cr值也恢復(fù)到正常水平[32]。MRS監(jiān)測DNS患者海馬區(qū)代謝變化，DNS組NAA/Cr值低于對照組，Cho/Cr高于對照組[33]。

2.5 SWI SWI是一種利用組織磁敏感性不同而成像的新技術(shù)，可產(chǎn)生幅值圖、相位圖、最大密度投影圖及SWI圖。其主要特點是對鐵或鈣所引起的組織磁化率改變非常敏感。對于腦出血患者，SWI能夠比常規(guī)T1WI、T2WI更早、更清楚地顯示出血和含鐵血黃素的沉積，同時清晰顯示周圍靜脈情況[34]。SWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用主要在腦外傷、腦卒中、血管畸形、帕金森及癡呆等方面，而在CO中毒后腦損傷評估方面的相關(guān)報道較少。Bae等[35]報道了5例CO中毒患者。急性期部分患者在SWI圖上顯示蒼白球區(qū)微低信號；但在亞急性期，所有患者在蒼白球區(qū)出現(xiàn)明顯低信號，其中1例患者除蒼白球區(qū)病灶外，殼、丘腦及顳葉也出現(xiàn)多發(fā)、小圓形低信號灶，考慮為微出血或鐵沉積。因此，SWI 可監(jiān)測CO中毒患者亞急性期腦損傷。

3 展望

目前，MRI主要用于監(jiān)測CO中毒亞急性期及慢性期患者， 其是否能夠在中毒急性期對DNS的發(fā)生作出預(yù)測尚存在爭議[36]。另外，CO中毒后缺氧繼發(fā)缺血，灌注降低，表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)、額、頂、顳、枕葉及丘腦的灌注異常。SPECT可以監(jiān)測急性CO中毒腦功能損害[37-38]；而同樣可以反映腦灌注改變的MR功能成像序列如PWI、ASL是否也可運用于此類患者有待進(jìn)一步研究。擴散峰度成像、體素內(nèi)不相關(guān)運動成像等新序列作為DWI的延伸，增加了非高斯分布擴散、毛細(xì)血管灌注的信息，是否可以應(yīng)用于CO中毒患者腦損害的監(jiān)測也值得進(jìn)一步研究。

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R445.2；R742

2016-10-05

2016-12-31

（本文編輯 饒亞嵐）

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.08.021

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科 甘肅蘭州 730000

雷軍強 E-mail: leijq1990@163.com