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临床研究
基于1H-MRS与LCModel软件检测健康青年人服用磷酸可待因后前额叶及海马代谢物变化
蓝海龙 吴美联 曹震 肖叶玉 吴仁华

蓝海龙,吴美联,曹震,等.基于1H-MRS与LCModel软件检测健康青年人服用磷酸可待因后前额叶及海马代谢物变化.磁共振成像, 2015, 6(5): 321-325. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2015.05.001.


[摘要] 目的 通过绝对定量分析健康青年人服用磷酸可待因后双侧前额叶及海马代谢物浓度变化,为下一步研究青年人可待因慢性成瘾机制提供前期实验数据参考。材料与方法 正常健康青年志愿者20名,男10名,女10名,年龄18~ 30岁,平均(24.9±1.9)岁,均为右利手,无神经、精神疾病病史。采用GE 1.5 T Signa HDX超导MR扫描仪,单体素1H-MRS PRESS序列,TR 3000 ms,TE 30 ms,矩阵256×128,NEX为1,感兴趣区置于双侧前额叶及双侧海马,大小2 cm×2 cm×2 cm,采集服药前及口服60 mg磷酸可待因后1.0~ 2 h内的实验数据,利用LCModel软件对采集的数据进行后处理及定量,用SPSS19.0配对样本t检验进行统计学分析。结果 服用磷酸可待因后左前额叶脑代谢物发生改变,甘油磷酸胆碱(GPC)浓度增加0.254 mmol/L、肌醇(Ins)浓度下降0.988 mmol/L,差异有统计学意义(n=13,P<0.05;n=12,P<0.05);右前额叶、双侧海马的代谢物浓度改变无统计学差异。结论 口服磷酸可待因能引起左前额叶代谢物的改变,GPC浓度上升与Ins浓度下降可能与急性用药后前膜递质释放减少有关。
[Abstract] Objective: Absolute quantitative analysis of healthy youth in the bilateral prefrontal lobes and hippocampus were performed and offered preliminary stage experimental data, in order to supply a reference for the further study of codeine habituation.Materials and Methods: Twenty right-handed healthy youth were included [10 males, 10 females, mean age (24.9±1.9) years]. MRS data were collected by GE 1.5 T MR scanner, using point resolved selective spectroscopy (PRESS) sequence (TE/TR 30 ms/3000 ms). The regions of interest (ROI) were located over the bilateral prefrontal lobes and hippocampus, size of ROI was 2 cm × 2 cm × 2 cm. The data of spectra were post-processed by LCModel software and the concentrations of metabolites were ultimately measured. The metabolite concentration of each people was analyzed by paired-samples t test of SPSS19.0.Results: After taking codeine phosphate, the concentration of GPC increased 0.254 mmol/L in the left prefrontal lobe while Ins declined 0.988 mmol/L, which reached statistical significance (n=13, P<0.05. n=12, P<0.05). The alterations of metabolites in right prefrontal lobe and bilateral hippocampus did not reach statistical significance.Conclusions: The metabolites' concentrations of the left prefrontal lobes would change with oral codeine phosphate. GPC increased in the left prefrontal lobe while Ins declined, which was considered related with the abatement of neurotransmitter.
[关键词] 可待因;脑疾病;磁共振波谱学;脑代谢物;定量
[Keywords] Codeine;Brain diseases;Magnetic resonance spectroscopy;Cerebral metabolite;Quantitation

蓝海龙 南方医科大学附属小榄医院医学影像科,中山 528415;汕头大学医学院第二附属医院医学影像科,汕头 515041

吴美联 汕头大学医学院第二附属医院医学影像科,汕头 515041

曹震 汕头大学医学院第二附属医院医学影像科,汕头 515041

肖叶玉* 汕头大学医学院第二附属医院医学影像科,汕头 515041

吴仁华 汕头大学医学院第二附属医院医学影像科,汕头 515041

通信作者:肖叶玉,E-mail:xyyu73@163.com


基金项目: 国家自然基金 编号:81371612 广东省自然科学基金 编号:S2013010013867
收稿日期:2014-05-10
接受日期:2014-08-20
中图分类号:R445.2; R742 
文献标识码:A
DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.05.001
蓝海龙,吴美联,曹震,等.基于1H-MRS与LCModel软件检测健康青年人服用磷酸可待因后前额叶及海马代谢物变化.磁共振成像, 2015, 6(5): 321-325. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2015.05.001.

       青年人由于自制力弱、好奇、想与朋友打成一片而滥用联邦止咳露,导致"可待因事件"频繁发生,探讨可待因成瘾机制已成为当前社会一个迫切需要。

       代谢物是脑生理功能发挥的平台,一定程度反映相关脑区的输出信息,研究脑代谢物变化有利于追踪可待因脑作用及致瘾机制[1]。氢质子MR波谱(1H-MRS)作为一种无创性、直接定位于活体组织观察脑代谢及生化物质含量的技术得到越来越多的应用;线性拟合模型(LCModel)软件因其强大的客观自动较正及平滑基线功能与MRS结合后能提供较准确的绝对定量而日益受重视。笔者应用1H-MRS结合LCModel后处理软件定量检测口服磷酸可待因前后双侧前额叶与双侧海马的脑代谢物浓度变化,以期了解可待因对前额叶及海马的急性作用,为下一步研究其慢性成瘾提供前期实验数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       健康右利手志愿者20名,其中男性10名、女性10名,年龄介于18~ 30岁之间,平均(24.9± 1.9)岁,职业为公务员、医生、护士、学生、农民工等,无神经-精神疾病史,临床及MRI检查无异常改变。

1.2 主要试剂

       磷酸可待因片(codeine phosphate tablets),规格30 mg×20片,总使用量40片,由国药集团工业有限公司生产,国药准字H11020673,购于汕头大学医学院第二附属医院急诊药房。

1.3 伦理支持

       本实验获汕头大学医学院伦理委员会批准,实验前签署知情同意书。为保证实验安全,用药地点定为医院内,使用前排除本药的绝对及相对禁忌证。

1.4 扫描方法

       运用美国GE公司1.5 T Signa Horizon超导型MR成像系统及配套头部专用8通道正交线圈,使用配套的泡沫海绵固定志愿者的头部以减少头动,采用快速梯度回波FGRE(TR 5.5 ms,TE 1.7 ms)、矩阵256×128、FOV 24.00 cm× 24.00 cm、层厚5.00 mm、层间距5.00 mm进行常规三维定位线扫描;采用快速自旋回波FRFSE (TR 4000 ms,TE 112 ms)、矩阵384×256、FOV 24.00 cm × 24.00 cm、层厚5.00 mm、层间距1 mm进行T2WI三维扫描。以三维T2WI作为定位像行单体素3D定位,感兴趣区(ROI)分别定位于双侧前额叶及双侧海马,大小2 cm × 2 cm × 2 cm,最大限度避开颅底骨质、气体及周围脑脊液。志愿者服用磷酸可待因前及后(口服60 mg磷酸可待因后1.0~ 2.0 h内),分别应用PRESS序列对四个ROI进行检测,重复时间TR 3000 ms,序列回波时间TE 30 ms,每次采集时间4 min 24 s。ROI周围预置空间饱和带,射频增益调节、体素内匀场和水抑制扫描由计算机自动预扫描程序结合手动完成,达到半高带宽(FWHM)<5 Hz、水抑制98%水平,测定代谢物包括肌酸(Cr)、谷氨酸(Glu)、肌醇(Ins)、N-乙酰基天冬氨酸(NAA)、甘油磷酸胆碱(GPC)、乳酸(Lac)等。

1.5 绝对定量分析

       从MR主机获取MRS的Pfile文件,导入LCModel软件,选择合适的参数进行自动线性拟合及处理分析。

1.6 统计学分析

       代谢物绝对浓度以±s表示,把标准差大于20%的数据剔除。确认数据符合正态分布后,将配对率高于50%的双侧前额叶及双侧海马代谢物绝对浓度进行配对样本的t检验,所有统计结果以P<0.05为有统计学意义。

2 结果

2.1 正态分布检验结果

       将服药前后各脑区代谢物浓度进行K-S检验,详细数据如表1所示,P>0.05,数据遵循正态分布规律,可以进行表2,表3,表4,表5所示的配对样本t检验。

表1  实验数据单样本K-S检验
Tab. 1  The single sample K-S test of experimental data
表2  口服磷酸可待因前后左前额叶代谢物浓度变化
Tab. 2  The concentration of brain metabolite in left prefrontal lobe before and after taking codeine phosphate
表3  口服磷酸可待因前后右前额叶代谢物浓度变化
Tab. 3  The concentration of brain metabolite in right prefrontal lobe before and after taking codeine phosphate
表4  口服磷酸可待因前后左海马代谢物浓度变化
Tab. 4  The concentration of brain metabolite in left hippocampus before and after taking codeine phosphate
表5  口服磷酸可待因前后右海马代谢物浓度变化
Tab. 5  The concentration of brain metabolite in right hippocampus before and after taking codeine phosphate

2.2 服药后,左前额叶GPC、Ins浓度改变明显

       图1为某一志愿者服药前左前额叶MRS原始数据导入LCModel软件进行线性拟合后图像,图2为同一志愿者服药后左前额叶MRS;对比两图可见GPC波峰在服药前低于服药后,Ins波峰在服药前高于服药后,而NAA峰和Cr峰于服药前后无明显变化。

       统计分析20位志愿者的数据,服用磷酸可待因后,左前额叶GPC浓度增加0.254 mmol/L、Ins浓度下降0.988 mmol/L,左前额叶GPC及Ins浓度变化有统计学差异(P<0.05);右前额叶及双侧海马代谢物浓度改变无统计学差异(图3)。

图1  口服磷酸可待因前左前额叶MRS
图2  口服磷酸可待因后左前额叶MRS
图3  口服磷酸可待因前后左前额叶代谢物浓度变化
Fig. 1  The MRS of left prefrontal lobe before taking codeine phosphate.
Fig. 2  The MRS of left prefrontal lobe after taking codeine phosphate.
Fig. 3  The concentration of brain metabolite in left prefrontal lobe before and after taking codeine phosphate.

3 讨论

3.1 神经递质减少与GPC、Ins变化

       服用磷酸可待因后,左前额叶GPC浓度上升、Ins浓度下降。甘油磷酸胆碱GPC由胆碱、甘油和磷酸盐组成,是乙酰胆碱和磷脂酰胆碱合成的胆碱源,参与细胞膜系统的组成,其浓度的变化可反映细胞膜合成与降解的变化。阿片类药物引起阿片受体构象发生变化,细胞膜类脂甲脂基化,膜流动性增加,受体在膜上移动,抑制腺苷酸环酸化;腺苷酸环化酶(AC)活性下调,Ca2+内流减少、K+外流增多,前膜递质释放减少[2,3],进而导致囊泡转运所需的造膜物质利用量下降,有可能引起GPC蓄积。

       正常情况下,神经递质作用于突触前膜后迅速被酶解、水解或重吸收,其代谢产物的渗透压较神经递质本身更高;服用磷酸可待因后,神经递质释放减少,导致渗透压降低;而肌醇Ins是胶质细胞最重要的渗透压或细胞容积的调节剂。

3.2 利手因素与左右前额叶代谢物浓度变化

       服用磷酸可待因后,右前额叶GPC及Ins浓度改变无统计学差异,可能与利手因素有关。利手的确切形成机制未明,亦未见报道左右利手人群的脑解剖结构存在明显差异,但诸多研究表明左右利手人群之间的语言中枢、技能学习、局部脑血流量、多巴胺系统等存在明显差异[4]。本实验的20名志愿者均为右利手,其记忆、判断、分析、思考、操作中枢在左额叶。

3.3 单次急性用药不足以改变海马突触结构与功能

       服用磷酸可待因后,双侧海马代谢物浓度无明显变化。阿片类药物慢性作用能显著改变其突触传递和神经元的突触可塑性[5]。Traudt等[6]给小鼠注射吗啡2 mg/kg/bid,连续给药8 d后检测海马区代谢物,发现总胆碱上升、Ins下降,作者推测反复使用吗啡可导致海马重构,海马总胆碱上升很可能是由于髓鞘瓦解。Deng等[7]研究亦表明,吗啡成瘾的恒河猴海马Ins、GPC、Cr下降,乳酸上升。Traudt等[6]和Deng等[7]的研究均基于阿片类药物反复、慢性作用;而本实验单次服用磷酸可待因后,海马代谢物无明显变化,可能与单次急性用药不足于导致海马突触传递和神经元的突触重塑有关。

3.4 本实验创新性与不足

       考虑到伦理因素,目前对可待因成瘾机制的研究主要局限于小鼠、兔、猪、猴等动物,国内外甚至连研究成瘾物质急性作用的报道都少;本实验直接以"可待因事件"的主角——青年人为实验对象。实验结果以绝对定量表达,实现实验的可比性与重复性。低场强设备在脑代谢物的定量研究中具有一定局限性,部分代谢物如Glu在1.5 T磁共振往往无法检测出来,而许多研究表明Glu是药物成瘾的潜在代谢标识[8];如果条件允许,改用3.0 T甚至7.0 T等更高场强扫描仪会检测更全面。本实验对20名志愿者统一服用60 mg磷酸可待因片,忽略了体重因素,宜制定药量体重比例,根据个体情况个性化给药。

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