基于度中心度评价轻型肝性脑病患者认知功能损害的研究

肝性脑病（HE）源于各种急/慢性肝功能衰竭对脑功能的严重影响，其是继发于肝功能障碍和/或门体分流的一种神经、精神异常综合征，临床表现包括广泛的神经、精神改变，从亚临床改变到昏迷甚至死亡的一系列功能失调和连续的神经认知功能紊乱［1-2］。轻型肝性脑病（MHE）是某些慢性肝病患者无明显相关症状、体征和生化异常，但用神经心理学量表或电生理检查可见智力、神经、精神异常的病症［3］，MHE的发生对患者的健康水平和生活质量产生了巨大影响［4-5］，如不早期干预，随着疾病的进展，可增加显性肝性脑病（OHE）的发病率与死亡率［6］，但目前MHE的神经病理生理机制尚不明确。

基于静息态血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI）技术的度中心度（DC）分析方法可以刻画不同节点在脑网络中的中心程度以及检测不同节点与全脑功能网络节点连接关系的拓扑功能网络变化［7］，其被用于量化大脑网络中每个节点的重要性，与传统的基于先前假设选择特定区域的方法相比，这种基于体素的全脑分析法可以提供无偏倚的全脑功能连接异常脑区。目前已被广泛用于揭示其他神经心理疾病的机制，如阿尔茨海默病、2型糖尿病认知功能障碍和抑郁症［8-10］，但该方法应用在MHE的研究较少，CHEN等［11］使用该方法发现MHE存在多个脑区内在功能连接的异常，但该研究缺少单纯肝硬化梯度分组，若增加单纯肝硬化组可更好地观察MHE患者在各阶段的认知变化进而对其进行预防性治疗。基于此背景，本研究拟通过基于BOLD-fMRI的DC分析方法探索MHE患者脑网络节点变化，设立健康对照组、肝硬化组和MHE组，探究不同组间的DC值差异及相关性，从脑网络节点的角度为MHE患者认知功能损害的可能发病机制提供神经影像学证据并提供新的见解，为临床早期诊治MHE患者提供相关理论依据和临床指导。

1　对象与方法

1.1　研究对象　选取2020年10月—2022年2月在宁夏医科大学总医院感染疾病科住院的65例乙型肝炎肝硬化患者以及同期在社区发放广告招募的性别、年龄、教育水平相匹配的40例健康志愿者为研究对象。排除标准：（1）左利手；（2）受教育年限<6年；（3）基于既往病史和常规影像学检查评估的脑实质病变，如肿瘤、感染性疾病或外伤；（4）磁共振成像技术（MRI）成像期间平移>2.0 mm或旋转>2.0°；（5）MRI检查禁忌证者；（6）患有严重的心、肾、肺疾病；（7）患有肝癌、丙型肝炎和其他肝炎病毒感染；（8）由急性肝功能衰竭引起的肝性脑病或者其他疾病（中毒性脑病、代谢性脑病、颅内出血、肿瘤、感染等）引起的精神和行为异常。研究对象均被告知研究相关内容并签署知情同意书。本研究通过了宁夏医科大学总医院研究伦理审查委员会的批准（KYLL-2021-841）。

1.2　研究方法

1.2.1　临床资料收集　收集研究对象的性别、年龄、受教育年限、数字连接实验A（NCT-A）评分、数字符号实验（DST）评分和蒙特利尔认知评估量表（MoCA）评分。

1.2.2　NCT-A　研究对象均在安静、温暖、光线合适的环境内进行NCT-A，要求受试者将随机排列的1~25数字按顺序连接起来。如果连接过程中出现错误，要立即纠正并从纠正处继续下去，记录所需的时间，包括纠正错误所需的时间。NCT-A不同年龄组段异常数值：年龄<35岁，用时>34.3 s；35~44岁，用时>45.7 s；45~54岁，用时>52.8 s；55~64岁，用时>61.9 s［12］。

1.2.3　DST　研究对象均在安静、温暖、光线合适的环境内进行DST，DST是由数字1~9以及每个数字相对应的符号所组成，受试者按照这种对应关系，尽快在表格中分别填上数字相应符号，每填对1格计1分，符号填写颠倒计0.5分（符号填写正确，但符号上下或左右关系颠倒），错填不计分，计算90 s内的总得分。DST不同年龄组段异常数值：年龄<35岁，得分<40.5分；35~44岁，得分<35.0分；45~54岁，得分<28.5分；55~64岁，得分<26.0分［12］。

1.2.4　MoCA　MoCA是由NASREDDINE等［13］于2004年研究编制，是针对轻度认知障碍患者进行快速筛查的评估工具，其通过测试人员观察患者勾画图形的完整度、准确度来判断患者视空间技能的受损情况。评定内容包括注意与集中、执行功能、记忆、语言、视结构技能、抽象思维以及计算和定向力，量表总分为30分，得分<26.0分时为异常数值。

1.2.5　分组　由两名经验丰富的影像诊断医生根据维也纳第11届世界胃肠病大会制定的《肝性脑病的定义、命名、诊断及定量分析》指南［3］对MHE患者进行诊断：依次对乙型肝炎肝硬化患者进行2项神经心理学测试（NCT-A、DST）和1项认知评分测试（MoCA），2项神经心理学测试结果均为阳性者纳入MHE组（n=32），两项神经心理学测试结果中任意一个阳性者纳入肝硬化组（n=33），招募的健康志愿者纳入健康对照组（n=40）。

1.2.6　仪器与方法　对所有研究对象行MRI及BOLD-fMRI检查。使用3.0 T磁共振扫描仪（Architect，GE，USA）获得磁共振成像数据。研究对象被要求在MRI扫描过程中安静平躺，闭上双眼，保持清醒，并使用海绵垫固定头部以减少研究对象的头部运动。先行常规MRI序列扫描（T2FLAIR）排除器质性病变，扫描参数为重复时间（TR）=4 000 ms，回波时间（TE）=107 ms，层厚=6 mm，层间距=1 mm，视野250 mm×250 mm，后采集3D-Tl容积扫描（3D-T1 BRAVO）和BOLD-fMRI的功能像，扫描参数见表1。4例MHE患者、3例单纯肝硬化患者和6例健康志愿者的数据因过度运动或图像分辨率差被排除，最终MHE组纳入28例患者，肝硬化组纳入30例患者，健康对照组纳入34例健康志愿者。

1.3　数据预处理　采集后原始图像的处理基于Matlab 2012a，采用resting-state fMRI数据处理包〔DPABI_V 4.3，5.0，Advanced Edition（http://rfmri.org/DPABI）〕对fMRI数据进行预处理。具体步骤参考YAN等［14］处理过程，步骤如下：（1）格式转换；（2）剔除每个研究对象前10个时间点的数据；（3）时间校正；（4）头动校正；（5）空间标准化；（6）进行标准化平滑〔高斯核：半高全宽（FWHM）=6 mm〕；（7）分别进行去线性漂移和滤波（0.01~0.08 Hz）处理；（8）回归斜变量，去除脑脊液、白质及头动参数的影响。

DC参数的计算：使用DPARSF_V 4.5数据分析工具包计算全脑灰质基于体素之间的功能连接（r>0.25），计算每个节点与周围其他节点有显著功能连接（r>0.25）的节点数量［15］。将给定体素的加权DC被计算为有效连接的权重之和。最后，通过Fisher-Z变换将体素DC值转换成每个研究对象Z值化加权的DC分布图。在大脑网络中，节点的DC值表示该节点与其他节点的连接强度，可反映其在功能整合中的重要性。

1.4　统计学方法　使用GraphPad Prism 9.3绘制图形，使用SPSS 23.0统计学软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验。使用DPARSF和spm 8软件对数据进行统计处理，MHE组与肝硬化组、肝硬化组与健康对照组、MHE组与健康对照组标准化后的DC值比较采用双样本t检验，采用Alphasim法对P值进行校正，以体素簇>18、P<0.05为差异有统计学意义；使用Person相关分析法分析MHE患者脑区DC值与NCT-A、DST和MoCA量表评分的相关性，并绘制不同脑区DC值与上述量表存在相关性的脑区分布及对应散点图。以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　健康对照组、肝硬化组、MHE组临床资料比较　健康对照组、肝硬化组、MHE组的性别、年龄和受教育年限比较，差异无统计学意义（P>0.05）；三组的NCT-A、DST及MoCA评分比较，差异有统计学意义（P<0.05），健康对照组和肝硬化组的NCT-A评分低于MHE组，DST、MoCA评分高于MHE组，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

2.2　健康对照组、肝硬化组、MHE组脑区DC值比较　与健康对照组相比，MHE组右侧额中回、左侧颞中回以及右侧顶下小叶DC值升高，左侧角回、右侧枕中回和右侧中央前回DC值减低，差异有统计学意义（体素簇>18，P<0.05）；与健康对照组相比，肝硬化组双侧颞中回DC值升高，左侧角回DC值降低，差异有统计学意义（体素簇>18，P<0.05）；与肝硬化组相比，MHE组右侧颞中回、左侧楔前叶DC值降低，差异有统计学意义（体素簇>18，P<0.05），见表3、图1。

2.3　相关性分析　MHE组DST评分与左侧颞上回的DC值呈正相关（r=0.639，P<0.001），见图2A、图2B；NCT-A评分与右侧颞下回的DC值呈负相关（r=-0.722，P<0.001），见图2C、2D。MHE组MoCA评分与右侧额下回和左侧额下回的DC值呈正相关（r=0.437，P=0.020；r=0.549，P=0.002），与左侧颞下回的DC值呈负相关（r=-0.591，P=0.001），见图3。

3　讨论

本研究使用基于体素的DC分析法对乙型肝炎肝硬化、MHE患者及健康志愿者脑功能网络连接属性进行探究，评估全脑功能连接网络中相关脑区的变化发现，乙型肝炎肝硬化和MHE患者的多个脑区的DC值都存在异常，此外MHE患者部分脑区的DC值与NCT-A、DST及MoCA评分也存在相关性。基于以上异常结果，本研究推测MHE患者认知功能损害与脑区DC值改变有关；这项研究结论可为进一步阐释MHE的神经病理机制提供客观神经影像学证据。

健康对照组、肝硬化组、MHE组脑区DC值比较的结果显示，MHE患者右侧中央前回、右侧枕中回及左侧角回DC值较健康对照组降低，表明这些区域在全脑网络节点中的连接强度和数量明显减低。中央前回与运动控制和反应选择密切相关［16］，被认为是镜像神经元系统的核心区域，在动作理解和模仿中起着重要作用［17］，与各种认知功能的实现相关。本研究中MHE患者右侧中央前回DC值降低表明该区域在全脑网络节点中的中心程度减低，并暗示了其功能缺陷，中央前回DC值的降低可能是MHE患者运动功能受损的关键原因。ZHAN等［18］也发现MHE患者中央前回与第2个大脑子网络〔主要包括默认网络区域（如双侧后扣带回、内侧前额叶皮质）〕之间的功能连接降低，本研究结果与之一致。枕中回与视觉信息的收集、形成和加工［19］以及视觉性注意活动有关［20-21］，本研究中MHE患者右侧枕中回DC值减低，可能提示MHE患者发生了视觉信息加工和视觉空间选择性注意力自上而下调节的功能障碍。与此同时，本研究发现MHE患者的MoCA评分低于健康对照组，表明MHE患者视空间技能的受损情况严重。ZHANG等［22］通过动态功能连接特征分析也证实MHE患者大脑网络动态图形属性异常，表现为视觉记忆功能的缺陷。视觉关联区（枕中回、颞叶）可能是MHE患者易损脑区之一，该区域结构的破坏是导致MHE患者视觉功能减退的主要原因。角回功能的发挥对记忆提取至关重要，其可整合视觉与听觉意象，帮助理解；此外，自下而上的注意也是通过顶叶皮质腹侧注意网络（包括角回）对相关记忆线索进行注意驱动而实现的［23］。本研究发现，与健康对照组相比，MHE患者左侧角回DC值降低，该区域中节点数量及中心程度的减少可能干扰了MHE患者的信息处理过程，这可能是MHE患者注意力及记忆力受损的主要原因。此外，本研究还发现MHE患者右侧额中回、左侧颞中回以及右侧顶下小叶和乙型肝炎肝硬化患者双侧颞中回DC值升高。额叶为大脑功能最发达的区域，与执行控制功能、躯体运动功能、注意力控制及情感活动有关［24］，顶下小叶是默认网络的重要组成部分，在记忆力及注意力等方面发挥着关键性作用［25］，颞中回作为视觉-听觉信息处理的核心脑区，与视觉信息的整合和加工密切相关［26］。正如文献报道所述，DC值的降低与功能损伤有关，而增加可能与功能的代偿有关［27］，本研究中，这些区域DC值的升高可能为MHE及乙型肝炎肝硬化患者视觉、运动以及记忆判断过程中的早期受损和代偿神经机制提供了证据，这与ZAFIRIS等［28］基于任务态fMRI提供的早期肝性脑病视觉判断过程中受损和补偿性神经机制的证据相一致。因此，推测DC值增加可能是MHE引起认知缺陷的代偿性表现。

本研究使用NCT-A、DST以及MoCA评分评估MHE患者认知损害的主要方向，其涉及多个认知领域，包括视空间与执行功能、注意力与反应力、记忆、运动速度、运动准确度、延迟记忆以及计算和抽象思维［29-30］。结果发现MHE患者在NCT-A、DST及MoCA评分方面表现异常，具体包括视空间功能降低、短期记忆力减退、反应力及精细运动能力下降。除此之外，本研究将NCT-A、DST以及MoCA量表评分与MHE患者脑区DC值进行了相关性分析，结果发现DST评分与MHE患者左侧颞上回的DC值呈正相关，NCT-A评分与MHE患者右侧颞下回的DC值呈负相关；MHE患者MoCA评分与左侧颞下回DC值呈负相关，与双侧额下回的DC值呈正相关。颞下回是视觉处理的关键脑区，参与视觉的形成和分析［31］，而颞上回（情景、听觉记忆）和额下回（记忆、注意）在高级认知功能以及反应抑制加工中起着关键作用［32］。基于以上数据，本研究认为这些异常的相关性分析结果可能提供了MHE患者认知损害的神经影像学证据；同时，结果也表明颞上回、颞下回及额下回的DC值改变程度越显著，MHE患者认知功能受损也越严重。因此，结合既往研究［33-34］及本研究结果，推测MHE患者认知功能损害可能与静息态脑功能连接异常有关，DC值可能是量化MHE患者认知功能损害改变严重程度的神经影像学标志物。

本研究通过DC脑功能连接指标探讨了MHE患者脑功能网络连接属性的异常模式及功能脑区的变化特点，为深入探讨MHE患者的神经影像机制提供了线索，也为MHE的早期诊断提供了影像学指标。但本研究还存在一定不足，首先，本研究样本量较小，可能使结果存在一定偏倚。其次，由于OHE患者对磁共振扫描的依从性差，未纳入本研究当中。最后，神经认知障碍代表了MHE的可逆性表现，因此未来应进行纵向研究以更好地阐明MHE发生的相关神经基础。

综上所述，本研究基于DC的分析法从网络节点的角度探讨了MHE脑功能网络拓扑结构变化，研究发现MHE患者多个脑区功能连接异常且部分脑区DC值与NCT-A、DST以及MoCA评分相关，提示DC值可能是量化MHE患者认知功能改变严重程度的潜在神经影像标志物；本研究为MHE患者认知障碍的发生提供了影像学证据，并可能作为疾病发展的潜在影像学指标。

本文无利益冲突。

参考文献略

本文来源：杨旭宏，王明磊，刘文潇，等. 基于静息态血氧水平依赖功能磁共振成像技术的度中心度评价轻型肝性脑病患者认知功能损害的研究［J］. 中国全科医学，2023，26（24）：3033-3041. DOI：

10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0828.