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功能磁共振与麻醉
时间：2010-08-23 17:51:53 来源： 作者：
| 一、脑功能磁共振成像(fMRI)技术简介 磁共振成像是继CT后利用形态学诊断疾病的一项新技术。从20世纪70年代末应用于临床医学诊断以来发展异常迅速。进入90年代后,脑功能磁共振成像(fMRI)开始出现,它把神经活动和高分辨率磁共振成像技术完美结合,是唯一无创伤、可精确定位的人脑高级功能研究途径。因此,fMRI的出现,受到神经与认知和心理学等领域的极大关注,目前已成为这些领域的一大热点,以fMRI主要研究手段的论文和专著大量涌现。 目前主要的几类fMRI是: 1 灌注功能磁共振成像(perfusion fmri); 2 弥散加权磁共振成(diffusion -weighted fmri); 3 磁共振波谱成像(mri specroscopy,mrs)； 4 血氧水平依赖性功能磁共振成像 (blood oxygenation level dependent，BOLD)。其中目前主要用于功能磁共振成像系采用血氧饱和度依赖性(BOLD)信息进行成像的脑功能研究技术。通过适当选取的脉冲序列，可以使氧合血红蛋白含量高的部位看上去更亮，从而显示各个脑区内血红蛋白的氧合水平。fMRI的数据处理一般是利用对比原理找出与某一过程相关的脑区。这种对比通常利用组块设计(block design)。该方法简明清晰，可靠性好，因而得到了广泛承认。当统计结果超过指定阈值时，便以图形方式标注在解剖像上。这些激活区域可以直接来自个体的统计结果，也可以通过平均不同被试的结果取得。 fMRI就是以脱氧血红蛋白的顺磁敏感效应为基础的MR成像技术。人脑在接受各种感觉刺激时，脑部相应的皮质功能区被激活，特定区域出现脑血液动力学变化，表现为局部脑血流(rCBF)量增加，持续3-5S。这rCBF增加致使局部氧合血红蛋白增加，但局部氧耗量增加不明显，即脱氧血红蛋白相对减少，使局部磁化率发生改变，在MRI的TWI出现局部信号增加。 迄今为止fMRI研究所发现的痛觉相关脑区中，最常见的报道是次级躯体感觉区和岛叶为痛刺激所激活，其次是前扣带回参与疼痛信息的处理和调制. 二、fMRI与麻醉 在麻醉机理研究中应用PET（正电子发射体层摄影技术）对全麻机理进行了一些尝试，并取得了一些成果，但在实践中发现这项技术存在一定缺陷:空间分辨率差，难以发现微小的变化(fMRI为0.55 mm,PE T为2mm);解剖结构和标志显示不清，难以定位;脊髓显像差;需要注射放射性显像剂，而这些显像剂，除F-FDG糖代谢显像剂制备成熟外，其它各种受体、递质显像剂还不能合成或不能在人体应用。这些问题极大制约着PET在全麻机制中的应用，而解决PET缺陷的理想方法是与磁共振成像技术实行“融合”。 因此，fMRI技术用于全麻机理研究显示出巨大的潜力，但迄今为止，只有少量文献报道了麻醉剂对任务引起的脑活动作用的fMRI成像研究。 目前已经有应用fMRI技术，研究麻醉药对无害或不同强度有害刺激下脑神经元活动的影响的报道。发现触觉刺激能激活双侧SI和SII区神经元的活动，但0.7%和1.3%异氟醚能抑制这种活动;电刺激能激活对侧SI和双侧SII神经元的活动，低浓度的异氟醚能完全抑制这种反应;超强刺激在低浓度异氟醚麻醉下能激活尾状核和双侧丘脑的神经元活动，加深麻醉可使大脑皮层的活动被抑制，表明异氟醚能减弱大脑对躯体感觉刺激的反应，并且对抗有害刺激的作用位点不在大脑皮层，而在中枢区域的低位结构，即脑干和脊髓。 还有学者用猪的模型研究硫喷妥钠对fMRI的影响，发现在使用硫喷妥钠突然加深麻醉后，fMRI的信号强度发生明显的变化。这些研究虽然不完全是从麻醉角度出发，但也可以看到fMRI研究麻醉机制的可行性。 近年来，关于麻醉的研究主要集中在：异丙酚（propofol）、咪唑安定（midazolam）、氯胺酮（ketamin）、七氟醚（sevoflurane）、异氟醚（isoflurane） 1、异丙酚（propofol）：下丘脑、额叶和颞叶信号的变化与异丙酚麻醉有显著的相关性，提示这些部位可能是异丙酚麻醉作用的敏感靶位。异丙酚能抑制下丘脑、额叶、颞叶、丘脑的功能，这些部位可能是异丙酚作用的敏感脑区，但这些部位在麻醉药诱发意识消失的机制中是否起决定性作用尚不明确，其作用机制也仍需进一步研究。 2、咪唑安定（midazolam）：首先影响的是额叶、颞叶、顶叶和下丘脑区域，这些区域信号的变化是同步的，其中顶叶和额叶信号强度变化较大。已知额叶、颞叶和顶叶皮层是识别特异性信号刺激的基础，额叶皮层可能对信号刺激进行最终的处理形成意识;下丘脑与睡眠的调节密切相关，提示咪唑安定的镇静作用的产生可能是通过对下丘脑、皮层上与觉醒和记忆相关脑区神经活动抑制的结果。 有研究表明，随着药物的逐渐吸收，麻醉的加深，海马、基底节区、丘脑部位也均出现了信号的抑制，但抑制的强度明显低于皮层等区域。这一结果与前面的研究有不同之处，即咪唑安定对皮层下结构的抑制明显低于对皮层的抑制，分析原因可能与麻醉剂量以及药物的再分布有关。综合分析认为丘脑等可能是咪哇安定作用的关键靶位。 3、氯胺酮（ketamin）：一组对比研究发现，输入盐水的状态下有害的热刺激后，fMRI发现特异性位点在丘脑,岛叶,前扣带回皮层,即初级感觉皮层被激活.特别是丘脑。而输入氯胺酮后,有害的热刺激后被激活区域明显减少(相对于盐水),并且呈剂量依赖性。 而另一组研究还发现，注入安慰剂后,恐惧面孔刺激主要的BOLD信号变化区域包括左侧杏仁核,双侧的视觉加工区域(右楔前叶,右颞上回，左中央枕回,左梭状回)及两侧的扣带后回,两侧小脑；而输入氯胺酮(0.5mg/kg)后,恐惧面孔刺激BOLD信号变化区域只有枕上回。其结论认为氯胺酮对情绪刺激的反应使脑局部的信号改变(血流变化)。 4、七氟醚（sevoflurane）：研究发现，清醒状态下,断层扫描片显示与运动相关的皮层区域(两侧的初级运动皮层,感觉运动区,辅助运动区)激活,且有功能性联系。浅麻醉(1%)下,断层扫描片显示功能性联系减少(78%)；深麻醉(2%)状态下功能性联系缺失(98%)。 研究的结论是：相对于清醒状态下,麻醉状态下显著降低运动皮层的同步化,其降低的程度取决于麻醉剂的剂量水平。浅麻醉(1%sevoflurane)状态下可以使脑的功能性联系从双侧联系转变为单侧联系。 5、异氟醚（isoflurane）：在对0.42%isoflurane的研究表明，异氟烷影响任务刺激致脑活化是在特定的神经网络而不是全脑范围。与初级信息处理有关的基团(外侧膝状体核,初级视皮层,初级运动皮层)未受影响，而局部基团(左,右顶内沟,上前岛叶)由任务刺激致脑活化受到显著抑制。另一研究也发现麻醉状态下(0.5%isoflurance),受同种刺激后大脑激活区域比清醒状况下范围明显减小(BOLD信号降低)。 三、fMRI与镇痛 中枢神经系统(CNS)在疼痛的感知中发挥着重要的作用,疼痛很难用客观指标来衡量,而是一种主观的经历.镇痛就是减少这种主观的经历.fMRI研究表明，丘脑、次级躯体运动感觉皮层,岛叶,前扣带带回皮质,初级感觉皮层在疼痛刺激状态下被激活.但关于镇痛的研究还少见报道。 总之，fMRI是我们研究麻醉药物对脑功能影响的一处新领地。我们相信，它在麻醉药物作用部位与机制的研究中，将有助于发现麻醉药物的作用部位与探索机制，利用好这项技术也将推动麻醉理论研究水平的提高。 |
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