0 前言

       原发性痛经（primary dysmenorrhea, PDM）的定义是没有任何盆腔疾病能够解释的腹痛，疼痛可辐射到大腿内侧和下背部，并可伴有恶心、头晕、虚弱、腹泻等症状。PDM患病率在30岁前达到高峰，最近一项研究显示，中国女大学生PDM患病率可达41.7%^[1]，是青春期女孩中最常见的妇科问题^[2]。PDM被国际疼痛研究协会和世界卫生组织正式编码并归类为慢性疼痛疾病。并且，PDM患者在后期常发生其他慢性疼痛疾病，包括慢性头痛、腰痛、肠易激综合征、纤维肌痛、膀胱痛综合征等^{[3, 4]}，此外PDM患者还可表现出疼痛敏感性的增加以及焦虑等异常情绪^[2]。因此，神经生物学变化可能在PDM的发生和发展中发挥重要作用。

       静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）通过携带重要时间特征的血氧水平依赖信号记录神经功能，可反映神经元的自发活动，在探索神经精神疾病以及疼痛相关疾病的神经生物学机制中应用十分广泛。应用该方法已经证实了PDM在包括默认模式网络、奖励网络、执行控制网络和注意网络在内的多个网络的结构和功能的改变^{[5, 6, 7, 8]}，其中大部分研究是基于感兴趣区的研究。局部一致性（regional homogeneity, ReHo）是rs-fMRI的一种分析方法，通过肯德尔系数的计算测量给定体素的时间序列与其最近邻居的相似性，用于检测特定大脑区域神经元活动同步的微妙变化。此外，ReHo还具有一些优点，例如无需参数设置，对大脑结构或功能的先验知识没有要求，并且对数据中的噪声具有更强的鲁棒性^[9]。ReHo的方法在各种疾病的脑功能改变中得到应用，JIN等^[10]研究了几十个感兴趣区的ReHo变化，发现异常ReHo值区域主要涉及痛经期的疼痛调制网络和非经期的感觉运动网络；而在WU等^[11]的研究中，并未发现PDM患者月经期间ReHo值变化；但在我们最近的一项研究中却发现了PDM患者月经期中边缘通路多发脑区ReHo值的改变^[12]。由此可见，虽然已经有了一些关于PDM患者大脑变化的研究，但PDM的神经生物学机制尚不明确，且研究结果也不一致，因此，对于PDM的神经生物学机制的探索尚需更多角度和层面的研究。之前应用ReHo对于PDM的研究集中在常规频段（0.010～0.080 Hz），但是研究者发现，不同频段内大脑的功能不同，并将其分为五个不同的频段，包括慢-6（slow-6）（0.000～0.010 Hz）、慢-5（slow-5）（0.010～0.027 Hz）、慢-4（slow-4）（0.027～0.073 Hz）、慢-3（slow-3）（0.073～0.198 Hz）和慢-2（slow-2）（0.198～0.250 Hz）^[13]。由于slow-6、slow-3和slow-2频段振荡主要反映极低频漂移、白质信号和高频生理噪声，因此本研究将其排除在外，而slow-4和slow-5频段主要与灰质相关，有利于识别功能加工与疾病之间的相关性^[14]。同时，考虑到以前对于PDM脑改变的研究大部分是基于感兴趣区的，而这种方法可能会由于应用图谱的不同以及感兴趣区的选择而产生偏见，因此，本研究首次利用数据驱动的ReHo方法研究了PDM患者常规、slow-4和slow-5三个不同频段局部大脑活动的变化，这些发现将为PDM的神经生物学机制提供进一步的认识。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       本研究为前瞻性研究，自2021年8月至2022年8月共纳入33例PDM患者（PDM组）和36例年龄匹配的健康对照（healthy controls, HC）者（HC组）。受试者主要来自于中国北京各大学校园。本研究获北京中医药大学医学伦理委员会批准（批准文号：2021BZYLL03013），并遵守《赫尔辛基宣言》，所有受试者均签署了书面知情同意书。

       PDM组纳入标准：（1）月经周期正常[（27±8）天]；（2）符合PDM共识指南中的诊断标准^[15]；（3）PDM病史大于1年；（4）前6个月内无外源性激素或中枢作用药物；（5）前3个月月经痛视觉模拟量表评分高于4分；（6）右利手。PDM组排除标准：（1）患有其他慢性疼痛，如腰痛；（2）盆腔器质性疾病或妇科超声检查异常；（3）内脏疼痛等可能引起痛觉过敏的神经指征；（4）孕检阳性或计划怀孕；（5）有神经或精神障碍史；（6）在过去2个月内使用过治疗痛经的药物或其他方法；（7）颅内器质性病变；（8）MRI扫描的禁忌证。HC组纳入标准：（1）年龄及受教育程度与PDM组匹配；（2）月经周期正常[（27±8）天]；（3）右利手；（4）无精神类疾病史或精神类疾病家族史；（5）无其他急性或慢性疼痛等可能引起痛觉过敏的疾病史；（6）前6个月内无外源性激素或中枢作用药物。HC组排除标准：（1）盆腔器质性疾病或妇科超声检查异常；（2）颅内器质性病变；（3）孕检阳性或计划怀孕。

1.2 临床相关症状评估方法

       本研究评估的主要症状是腹痛，包括视觉模拟量表（Visual Analogue Scale, VAS）和COX月经症状量表（Cox Menstrual Symptom Scale, CMSS）。采用VAS评价疼痛的程度，具体为用一条100 mm的水平直线，两端分别定为没有疼痛（0）到最严重的疼痛（100），由被测试者在最接近自己疼痛程度的地方画垂线标记，以此量化其疼痛强度。采用COX月经症状量表评估痛经症状的持续时间（COX1）和严重程度（COX2），包括腹痛、恶心、呕吐、食欲不振、头痛、背痛、腿痛、头晕、虚弱、腹泻、面部缺陷、腹痛、潮红、失眠、全身疼痛、抑郁、易怒、紧张^[16]。

1.3 磁共振扫描方法

       受试者rs-fMRI数据均于月经期第1～3天中的一天在首都医科大学附属北京中医医院放射科采集，使用的仪器为德国西门子3.0 T skyra MRI仪，20通道头颈联合线圈。首先进行T2序列扫描，确定不存在颅内器质性病变的受试者方可进行后续扫描。扫描时受试者保持睁眼、清醒状态，避免系统性思考。具体扫描参数见表1。

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表1  磁共振扫描参数
Tab. 1  The parameters of magnetic resonance scanning

1.4 rs-fMRI影像数据处理及对应的统计分析方法

       应用DPABI4.0^[17]及SPM12（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）软件进行影像数据处理及统计。预处理包括一套标准化流程：（1）舍掉前10个时间点的rs-fMRI数据；（2）时间校正；（3）头动校正，排除头动大于3 mm或3°的受试者；（4）空间标准化：使用DARTEL配准法，并将Friston 24头动参数、脑白质、脑脊液及全脑信号作为协变量回归掉；（5）通过常规频段（0.010～0.080 Hz）、slow-5频段（0.010～0.027 Hz）、slow-4频段（0.027～0.073 Hz）对数据进行滤波。1名PDM患者头动超过3 mm，将该患者数据剔除，对剩余32名PDM患者和36名HC的数据进行后续分析。

       计算整个大脑在三个频段内的ReHo值。标准化的ReHo值计算为每个受试者的ReHo值与整个大脑的平均值的差除以标准差。最后，每个受试者的ReHo图进行全宽6 mm高斯平滑，以减少噪声和残留差异，并用于统计分析。采用两样本t检验比较PDM患者和HC的ReHo图，同时将年龄、月经周期、行经天数作为协变量。使用团块水平的FWE多重比较校正方法（FWE校正，体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.05，双侧）得到ReHo有显著差异的脑区。

1.5 临床相关数据统计方法

       使用SPSS 24软件对临床相关数据进行统计分析，包括年龄、月经周期、行经天数以及PDM患者的痛经病程、视觉模拟评分、CMSS评分。采用均数±标准差的方式表示，组间比较采用两独立样本t检验的方法，以P＜0.05为差异具有统计学意义。采用Pearson相关分析探索PDM组神经影像学指标与临床特征之间的关系，显著性水平设置为P＜0.05。

2 结果

2.1 临床资料

       PDM患者与HC组的临床资料见表2，两组受试者的年龄、月经周期及行经天数差异无统计学意义（P＞0.05）。

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表2  受试者的人口学及临床资料
Tab. 2  The demographic and clinical measures of subjects

2.2 神经影像结果

       与HC相比，PDM患者在常规频段上，右侧海马旁回、颞极颞上回、基底核及前扣带回ReHo值增加，左侧颞中回、颞下回及岛叶的ReHo值减低，而在slow-4频段的发现与常规频段一致；在slow-5频段，PDM患者右侧额中回的ReHo值增加，左侧小脑8区的ReHo值减低（FWE校正，体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.05，双侧）具体信息见表3、图1。皮尔逊相关性分析表明PDM患者的COX1评分与常规频段左侧颞中回的ReHo值正相关（P＜0.05、图2）。

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图1  原发性痛经患者与健康对照组在不同频段局部一致性（ReHo）值差异脑区（FWE校正，体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.05，双侧）。红色代表原发性痛经患者ReHo值增加的脑区，蓝色代表ReHo值减低的脑区。
图2  原发性痛经患者COX1评分与常规频段左侧颞中回的ReHo值正相关。COX1表示COX月经症状量表评估痛经症状的持续时间；ReHo表示局部一致性。
Fig. 1  Brain regions showing group regional homogeneity (ReHo) difference between rimary dysmenorrhea (PDM) patients and healthy controls in different frequency bands (FEW corrected, voxel P＜0.001, cluster P＜0.05, two tailed). The red represents brain regions with increased ReHo values in PDM patients while the blue represents brain regions with decreased ReHo values.
Fig. 2  COX1 is positively correlated with ReHo values in the left middle temporal gyrus in conventional frequency band in PDM patients. COX1: Cox Menstrual Symptom Scale for menstrual pain duration; ReHo: regional homogeneity.

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表3  PDM患者与HC组不同频段ReHo差异脑区信息
Tab. 3  The information of brain regions showing group ReHo difference between PDM patients and healthy controls in different frequency bands

3 讨论

       本研究采用在常规频段、slow-5频段和slow-4频段分别进行ReHo分析的方法，研究PDM患者固有神经活动的改变，并发现PDM的ReHo变化具有频率特异性。在slow-4频段的ReHo值异常脑区发现与常规频段高度一致，而slow-5频段所发现的ReHo值异常脑区则与常规及slow-4频段的发现完全不同。PDM患者只有常规频段左侧颞中回的ReHo值与COX1评分具有相关性。

3.1 PDM患者在常规和slow-4频段与疼痛传入、情绪和记忆有关的大脑活动改变一致

       本研究在常规和slow-4频段发现了大量的较为一致的脑区活动的异常。其中，岛叶和前扣带回在疼痛领域的研究中，无论是在动物模型还是人类研究中，似乎是与急性疼痛最相关的大脑区域^[18]。既往对PDM中的研究也报道了月经期岛叶ReHo的增加以及岛叶和前扣带皮层功能连接的改变^[10,19]，因此，本研究中发现的相应区域的功能变化可能部分是由月经疼痛的存在引起的。另外，本研究中的团块主要位于岛叶后部，是产生生理疼痛体验的必要入口，在睡眠、昏迷和植物人状态下都能保持激活^[20]。来自岛叶皮层的伤害感知信息可以传入前扣带回，在那里进一步加工处理，而前扣带回作为突显网络的关键脑区，与疼痛注意和情感性疼痛处理有关^[21]。病理生理学研究发现前扣带回中有多种与疼痛相关的激素或受体表达，比如最新的一项研究发现前扣带回中葡萄糖依赖性胰岛素多肽受体的激活可以对慢性炎症性疼痛产生镇痛和抗焦虑作用^[22]。而神经影像学研究表明前扣带回与中央前回的功能连接与镇痛相关（基线时功能连接值与镇痛负相关，治疗前后变化与镇痛正相关）^[23]；因此前扣带皮层的改变可能是通过激活注意力及与疼痛相关情绪的加工来减轻疼痛。对疼痛发作的代偿性反应可能会引起皮层-基底神经节-丘脑环的过度活跃^[24]，在三叉神经痛患者中，前扣带皮层与尾状核节点效率的减低会导致应对疼痛时的功能障碍^[25]，而在PDM患者中发现前扣带皮层与尾状核功能连接的增加与病程有关，并可能表明疼痛通路的过度兴奋^[5]。因此，本研究中发现的前扣带回及基底核的ReHo值的增加可能也是一种代偿反应。

       本研究还发现PDM患者海马区域ReHo值升高，这与既往研究一致^[10]。海马体是记忆形成和学习的重要组成部分，慢性疼痛的发生有可能依赖于海马体的记忆巩固，因为在慢性疼痛中发现海马结构的变化并与疼痛记忆有关^[26]。注射到海马体的药物可以逆转啮齿动物对疼痛的超敏反应^[27]。对于涉及认知、情感和内感受控制的复杂感官体验（如疼痛）依赖于个人的疼痛历史和记忆，而海马的发现表明记忆参与了PDM患者的月经疼痛。此外，颞叶区域在PDM的中枢改变中可能具有一定特征性，因为研究表明PDM颞中回的低频振荡振幅减低，且能鉴别PDM与HC^[28]。我们之前的研究也发现了颞叶区域的度中心性的改变^[29]。而且，在痛经女性的排卵期，研究者还观察到颞中回及颞下回的θ波活动的增加，而θ波振荡与疼痛的情绪和感觉处理（如抑郁、焦虑和疼痛评级指数等）相关^[30]；同时，经期疼痛诱发的长期负性情绪体验可能导致情绪韵律处理网络的改变^[31]，而颞叶正是与情绪有关。因此本研究中发现的颞叶区域的ReHo的减低可能反映的是月经期疼痛诱发的情绪体验引起的脑部功能的改变，而与痛经相关症状持续时间的正相关性可能表明ReHo值的减低是一种保护性抑制。与治疗有关的研究也支持我们的结果，如丛集性头痛的患者治疗后颞中回的脑血流量减低^[32]。但与本研究结果相反的是，在JIN等^[10]的研究中，月经期和排卵期都发现颞中回的ReHo值增加，考虑到他们的研究是基于感兴趣区的，且他们研究的PDM患者的病程为（6.5±2.6）年，由于病程较本研究的患者的短而尚未激发出保护性抑制也尚需进一步证明。

3.2 PDM患者slow-5频段小脑-皮层网络脑活动发生改变

       本研究比较有趣的一个发现是额中回和小脑的ReHo值改变仅发生在slow-5频段，额中回属于前额叶皮层，小脑8区位于小脑后叶，它们都属于皮层-小脑网络的一部分，与各种慢性疼痛相关。比如，PDM患者月经期双侧额中回的体素镜像同伦连接增加，且额中回与前扣带回的功能连接增加并与疼痛程度相关^[33]；而在一项关于PDM针灸的研究中发现额中回和中央后回之间功能连接变化与针灸治疗有关^[8]。小脑不仅在运动过程中起重要作用，在认知过程中也起重要作用^{[34, 35]}。小脑的结构和功能异常已在各种疼痛相关疾病中被发现，小脑似乎参与了疼痛的每一个过程^[36]。同时，小脑后叶作为皮层-小脑网络的一部分，能够影响疼痛的情感-动机成分的皮层处理^[37]，并与疼痛相关的恐惧有关^[38]。小脑后路肿瘤切除术的儿童疼痛耐受性明显降低，但疼痛阈值无差异^[37]。我们的发现可能说明，PDM患者slow-5频段的脑活动异常主要发生在皮层-小脑网络。然而，还需要更多的研究来探索小脑-皮层网络是如何确切地参与PDM的疼痛过程的。

       虽然慢性疼痛中频率特异性脑改变的潜在机制尚不清楚，但既往研究表明slow-4和slow-5频段对不同脑疾病的敏感性不同。例如，MEYLAKH等^[39]报道，在偏头痛发生前阶段中脑导水管灰质和下丘脑在slow-4频段表现出更大的能量，而有研究提示slow-5波段在检测阿尔茨海默病患者自发脑活动异常时可能更敏感^[40]。最近，还有人提出，改变的次慢频率振荡可能反映了慢性疼痛患者的一系列神经和胶质耦合改变^[41]。总的来说，基于频率的功能分析可以用于更详细地探索慢性疼痛患者的大脑机制。

3.3 局限性

       本研究是第一个观察PDM患者月经期ReHo的频率特异性改变的研究，但仍有一些局限性值得讨论。首先，疼痛是一种多维度的体验，常伴焦虑、抑郁等，我们并未对患者的情绪进行评价，将来需要精细的量表来评估疼痛和相关的情绪症状。其次，本研究只是进行了月经期的观察，并未对排卵期进行比较，因而限制了对脑活动改变临床意义的解读；最后，本研究样本量较小，限制了统计效力，将来需要进行较大样本量的研究来验证结果的可重复性及稳定性。

4 结论

       本研究发现了PDM患者频率特异性ReHo的脑改变，具体来说，常规频段检测到的PDM患者与疼痛传入、情绪和记忆有关的大脑活动改变主要发生在slow-4频段，而PDM患者月经期皮层-小脑网络的活动改变主要发生在slow-5频段，因此，slow-5频段可能提供额外的有用信息，本研究的发现支持PDM中频率特异性脑功能改变的概念，并扩展了我们对PDM涉及脑机制的理解。