吸烟和饮咖啡是人们生活中提神解乏最为广泛使用的两种方式，两者都能刺激人的中枢神经，振作精神。研究表明长期吸烟和饮咖啡对脑血管有着不同的作用。吸烟是脑血管病最常见的独立危险因素，吸烟越多，烟龄越长，可大大增加发生脑血管病的危险性^[1]。而长期摄入咖啡可降低脑卒中危险，并可预防阿尔茨海默病和认知功能降低^[2]。近年来有文献报道短期大量吸烟导致急性心肌梗死^[3]，咖啡的急性摄入则可能引发焦虑和影响睡眠质量。急性吸烟和饮咖啡可带来健康问题、影响人的正常生理功能，因而了解这两种方式对大脑灌注及人体功能的影响，对于指导人们正确的生活方式具有重要的意义。

       目前国内外的研究主要集中在慢性吸烟对大脑灌注的改变，以及咖啡对脑功能的影响，很少有研究调查吸烟和饮咖啡对局部脑血流量的短期影响。（three dimensional arterial spin labeling，3D ASL）不需注入对比剂就能定量测量大脑血流量^[4]，目前已被广泛应用于正常及病理脑功能的研究。本研究采用3D ASL技术检测吸烟和饮咖啡早期局部脑灰质脑血流量（cerebral blood flow，CBF）改变，了解这两种方式分别对脑灌注的短期影响。

1　材料与方法

1.1　研究对象

1.1.1　吸烟试验

       2015年11月至2016年3月在重庆医科大学附属第一医院放射科进行MR扫描的青中年志愿者，所有志愿者试验前均签署知情同意书。纳入标准：所有志愿者均为右利手，身体健康，并经过脑部MR常规检查除外脑部病变。排除标准：(1)有任何神经系统的病史，如癫痫症、神经退行性疾病、创伤性脑损伤导致意识丧失>5 min；（2）常见临床疾病，如内分泌疾病、慢性阻塞性肺炎等；(3)有血管危险因素，如糖尿病、高血压、心脏功能异常、心肌梗死、脑血管意外、偏头痛等；(4)精神功能障碍，如焦虑、药物或酒精滥用。本吸烟试验纳入41名青中年男性健康志愿者，年龄22~55岁，平均年龄（36.6±11.8）岁，其中吸烟史组人数为21人，年龄22~55岁，平均年龄（37±11.8）岁，无吸烟史组人数为20人，年龄22~52岁，平均年龄（36.2±12.1）岁。所有吸烟史组的志愿者，每天吸烟大于10支，烟龄至少超过5年，并且所有吸烟者在最近5年内都没有进行超过一个月的戒烟行为。而20名无吸烟史者一生中吸烟支数少于40支，且近5年均没有吸烟^[5]。具体人口统计学特征见表1。

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表1  吸烟史组和无吸烟史组的人口学特征比较
Tab.1  Comparison of demographic characteristics of smokers and non-smokers

1.1.2　饮咖啡试验

       2016年2月至2016年4月在重庆医科大学附属第一医院放射科进行MR扫描的青年志愿者共19名（男性10名，女性9名），年龄在22~27岁，平均年龄为（24.4±1.4）岁，均为非咖啡消费者（每月饮用咖啡少于4次，近一周均无咖啡使用记录）。

1.2　头颅MR扫描

       采用GE Signa HDxt 3.0 T MR系统，8通道头颅相控阵线圈检查，行常规平扫、3D ASL序列扫描。脑部常规MRI序列及参数：轴位T1WI (TR=250 ms，TE=2.86 ms)、轴位T2WI(TR=3600 ms，TE=120 ms)、轴位T2-FLAIR序列（TR=8000 ms，TE=120 ms），层厚5.0 mm，层数20. 3D ASL参数：TR=4632.0 ms，TE= 10.5 ms ，Points ：512 ，Arms ：8 ，NEX ：3 ，Post Lable Delay：2025.0，层厚4.0 mm，层数40，扫描时间4 min 29 s。

       常规扫描后行3D ASL扫描，吸烟试验：每位志愿者完成第一次ASL扫描后，立即抽吸含有约1 mg尼古丁的香烟1支，2 min内吸完，要求吸入肺内，吸完后马上进行第二次ASL扫描；饮咖啡试验：每位志愿者完成第一次ASL扫描后，立即饮用合约100 mg咖啡因的速溶咖啡2袋（雀巢），摄入咖啡1 h后再进行第二次ASL扫描（咖啡因摄入大约在45 min后胃肠道可吸收99%，且半衰期为2.5~4.5 h）。

1.3　3 DASL图像后期处理及分析

       将灌注扫描所获得的原始数据传输到GE ADW4.6工作站，采用Functool软件进行处理后得到脑血流图像，每位志愿者有2次脑血流量图谱，且均在丘脑层面手工划分感兴趣区(regions of interest，ROI)（见图1），每位受试者的测量部位包括双侧额叶、颞叶、枕叶灰质以及双侧丘脑、基底节，共10个ROI。划定ROI的同时，屏幕会自动生成该区域的脑血流量(ml/100 g•min)。

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图1  ASL灌注磁共振感兴趣区图像。手动划分丘脑层面感兴趣区双侧额叶、颞叶、枕叶灰质及双侧丘脑、基底节
Fig. 1  ROIs in 3D-ASL CBF color map. Selected bilateral frontal GM, temporal GM, occipital GM and thalamus, basal ganglia as ROI in the thalamus level.

1.4　统计学方法

       采用SPSS 20.0统计软件，所有数据结果以均数±标准差(±s)表示。对计算出的rCBF进行正态性检验，吸烟史组和无吸烟史组吸烟前后rCBF、饮咖啡组饮用咖啡前后rCBF的3组组内比较，采用双样本配对t检验。吸烟史组和无吸烟史组的吸烟前rCBF比较，采用双样本t检验，统计结果以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　吸烟对正常人局部脑血流的影响

       吸烟史组与无吸烟史组吸烟前后的双侧额叶、颞叶、枕叶灰质、双侧丘脑、基底节rCBF均未见明显差别（P均>0.05 ），见表2。

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表2  吸烟史组和无吸烟史组吸烟前后各脑叶的局部大脑灰质血流量的比较
Tab.2  Comparison of grey matters' rCBF in each lobe of the brain before and after smoking

2.2　吸烟史组和无吸烟史组的吸烟前rCBF比较

       吸烟史组的吸烟前rCBF比无吸烟史组低，且在双侧枕叶(t右侧枕叶=2.820，t左侧枕叶=2.508 ，P右侧枕叶=0.008 ，P左侧枕叶＝0.016)、颞叶(t右侧颞叶＝2.981 ，t左侧颞叶=2.890 ，P右侧颞叶=0.005 ，P左侧颞叶=0.006)灰质、双侧丘脑(t右侧丘脑=2.581，t左侧丘脑=3.847，P右侧丘脑=0.014，P左侧丘脑=0.000)、左侧基底节(t左侧基底节=2.280，P左侧基底节=0.028)区域的rCBF差别较大(P均<0.05)，且rCBF下降程度分别为7.58、7.01、8.73、8.19、6.34、7.85、4.22 ml/(100 g•min)，见图2。

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图2  吸烟史组和无吸烟史组的吸烟前rCBF比较
Fig. 2  Comparison of grey matters' rCBF in each lobe of the brain before somking.

2.3　饮咖啡前后各脑叶的局部大脑灰质血流量的比较

       咖啡组饮用咖啡后，双侧枕叶(t右侧枕叶=5.65 ，t左侧枕叶=6.613，P右侧枕叶=0.000，P左侧枕叶=0.000)、额叶(t右侧额叶=4.154 ，t左侧额叶=3.719，P右侧额叶=0.001 ，P左侧额叶=0.002)、颞叶（t右侧颞叶＝11.728 ，t左侧颞叶＝12.323 ，P右侧颞叶=0.000，P左侧颞叶=0.000）灰质、双侧丘脑(t右侧丘脑=6.951 ，t左侧丘脑=6.414，P右侧丘脑=0.000 ，P左侧丘脑=0.000)、基底节(t右侧基底节=6.607，t左侧基底节= 5.484，P右侧基底节＝0.000，P左侧基底节＝0.000) rCBF有明显下降(P均<0.05)，且下降幅度分别为14.5%、16.5%、11.6%、11.7%、17.6%、15.7%、14.0%、14.3%、14.4%、15.4%，以右侧颞叶变化最为显著（见表3和图3）。

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图3  饮咖啡前后各脑叶的局部大脑灰质血流量的比较
Fig. 3  Comparison of grey matters' rCBF in each lobe of the brain before and after drinking coffee.

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表3  饮咖啡前后各脑叶的局部大脑灰质血流量的比较
Tab.3  Comparison of grey matters' rCBF in each lobe of the brain before and after drinking coffee

3　讨论

3.1　吸烟对大脑灌注的影响

       本研究显示吸烟史组和无吸烟史组吸烟前后，其rCBF均未发生明显变化，说明吸烟并未对脑灌注产生短期效应，而吸烟史组的吸烟前rCBF低于无吸烟史组的吸烟前rCBF，则提示长期吸烟能降低大脑灌注。根据以往的MR研究^[6,7,8]，与吸烟相关的一些大脑结构、代谢以及脑白质纤维结构可发生异常的改变，现有的一些灌注研究也表明长期吸烟可导致大脑灌注的降低。

       Durazzo等^[5]利用ASL比较了34名吸烟者和27名非吸烟者的区域脑灰质灌注，结果显示，在双侧眶额皮质、顶小叶、颞上回、左后扣带回以及右侧扣带峡部、缘上回等区域，吸烟者的区域脑灌注明显比非吸烟者低，且吸烟者的烟龄与大脑灌注水平呈负相关。此研究还显示吸烟者的大脑前皮层区域灌注呈现明显降低的变化，而前皮层区域参与调节成瘾戒断过程中的众多认知及执行功能有着重要作用。Murray等^[9]的研究结果也显示，在吸烟的酗酒者和药物滥用者中，烟龄越高、吸烟越多，其脑灌注越低。这表明吸烟和物质滥用所产生的协同作用可能会影响大脑的血管完整性，从而可导致大脑皮质和皮质下的灌注降低。

       本研究结果表明吸烟并未对脑灌注产生短期效应，这可能是因为香烟中的尼古丁破坏血管内皮细胞，影响脑部血液循环^[10]是一个慢性过程，尼古丁对大脑血管的短暂刺激并未导致脑灌注的改变。香烟中的气体和微粒含有一些有害的化合物，这些物质的长期吸收可影响大脑神经元、神经胶质的结构和功能的完整性，或者损害脑血管内膜和平滑肌中膜，影响脑血流动力学，导致大脑灌注的降低，进而促进或形成临床上一些严重的脑血管疾病^[11]。

3.2　饮咖啡对大脑灌注的影响

       本研究显示正常成年人饮用咖啡后，大脑灰质rCBF会产生降低的急性变化，降低幅度在11.6%～17.6％左右，以右侧颞叶灰质的rCBF变化最明显。现今有磁共振灌注和PET研究报道过，咖啡因可导致全脑灌注的降低。Vidyasagar等^[12]利用ASL检测20名健康的年轻志愿者，饮用咖啡或者含咖啡因的茶叶1.5 h后全脑灌注发生的变化，结果显示饮用两种物质后，均可导致全脑灰质灌注降低近20%，大部分灰质以及深部灰质都呈现灌注降低的变化。Haller等^[13]研究也得出类似结果，24名的年老健康志愿者使用富含咖啡因的胶囊后，全脑灰质灌注下降22.7%。本研究中健康志愿者饮用咖啡后rCBF降低幅度低于以上两个研究，这可能是因为咖啡摄入时间较短导致血浆浓度较低有关。

       咖啡因的基本结构含有甲基黄嘌呤，是腺苷受体（adenosine receptor，AR）的非选择性拮抗剂。腺苷可凭借A2R的激活来扩张血管，也可通过调节神经递质谷氨酸的释放来抑制神经元的兴奋。因而咖啡中的咖啡因在降解过程中可刺激交感神经活动和增加血管张力^[14]。但单凭MRI检查是很难确定咖啡因是通过对神经的影响，还是对血管通路产生作用导致rCBF降低的。在未来的研究工作中，需要运用对神经功能更为敏感的工具来检测咖啡因对大脑神经的作用。

       虽然很难判断大脑灌注降低后会带来何种生理变化，但是了解咖啡会对大脑灌注产生降低的急性影响这一现象依然很重要。有研究表明，咖啡会对人体产生一些长期影响，包括血脑屏障的稳定性^[15]，然而，本研究局限于咖啡对大脑灌注的短期效应，并没有调查咖啡对人体所产生的复杂的长期影响。

       本研究存在一定的局限性，两组试验只对比丘脑层面几个区域的脑灰质rCBF是不够的，这并不能充分反映全脑灌注的变化。且本研究中咖啡组试验的样本量不足，并未研究咖啡消费者饮用咖啡后大脑灌注所发生的变化。

       综上所述，3D ASL技术作为一种无创的MRI灌注新技术，能有效地定量测量大脑血流量。本研究利用3D ASL技术来检测吸烟和咖啡对正常成年人rCBF产生的短期影响，发现咖啡能使rCBF产生降低的急性变化，吸烟对rCBF并未产生短期影响，而长期吸烟能导致rCBF降低。在未来的研究中，需要关注吸烟戒断后大脑灌注的变化，以及咖啡对大脑灌注所产生的长期效应。