文摘
背景。慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛综合征(CP / cpp)是泌尿外科最常见的疾病之一,但其发病机制仍不清楚。作为一种慢性疼痛的病人遭受了超过3个月,我们调查了影响病人的大脑静息状态的功能连通性。方法。我们招募了一群18右手男性患者CP / cpp和21岁健康男性右手年龄组。静息状态功能磁共振成像数据和结构的MRI数据预处理和处理RESTPlus V1.22。默认模式网络的完整性评估(静),我们利用voxel-wised分析组内侧前额叶皮质(mPFC)和后扣带回(PCC)作为种子点比较全球功能连通性(FC)的力量。结果。与健康对照组相比,FC强度之间左mPFC和后静息组中降低CP / cpp ( ,肾小球滤过率(GFR)修正,体素 ,集群 ),和FC强度之间的左前小脑叶和后静息增加( ,肾小球滤过率(GFR)修正,体素 ,集群 )。患者组之间存在着正相关医院FC力量和分数的增加焦虑和抑郁量表(已经)焦虑内部氧化物( , )在左前小脑叶,FC强度下降之间的负相关和美国国立卫生研究院的分数慢性前列腺炎的症状指数( , )在离开mPFC, FC强度和减少之间的负相关的得分有焦虑内部氧化物( , )。结论。CP / cpp患者在脑功能改变,由默认模式网络的妥协的完整性。这些改变可能起到关键作用的发病机理和开发CP / cpp。
1。介绍
在泌尿诊所,慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛综合征(CP / cpp)发生在5%到10%的男性人口(1]。根据国家卫生研究院的范畴,CP / cpp被定义为泌尿疼痛或不适的骨盆保持不少于3个月前6个月期间,降低尿症状而不是陪伴一个尿路细菌感染2]。也经常与负面认知,性,行为,或情感的后果3]。
CP / cpp的发病机制仍然不明。前有研究表明一个特定的免疫作用,神经,内分泌和心理因素4]。大约78%的男性CP / cpp发现与心理压力(5]。CP / cpp是一种慢性疼痛障碍。因此,CP / cpp应该被认为是化合物,包括自发的内脏和称为躯体疼痛(即特征。,盆腔内脏及会阴部疼痛)和中枢敏感化的参与在脊髓和大脑6]。
功能性磁共振成像(fMRI)和高磁场强度可以使科学家能够研究大脑准确、无创。基于血流动力学,静息状态功能磁共振成像可以评估功能连通性反映大脑区域之间的同步ultraslow频率振荡,它提供了洞察大脑区域如何协同工作产生疼痛和如何修改这些网络由于慢性疼痛7]。血氧的影响等级相关(粗体)源于代谢活动和血流的增加激活中枢神经系统的部分(8]。功能连通性(FC)描述了时间同步或区际合作(两个或两个以上的空间分隔开的9]。先前的研究显示俱乐部之间的运动皮层和后脑岛可能改变大脑功能的最重要标志之一的男性与CP / cpp和可能代表viscerosensory和电机的集成处理的变化(10]。然而,其他俱乐部的程度改变CP / cpp和多深的工匠们重组将特定/标准在这个特定的疾病基本上仍不清楚。
许多患者CP / cpp抱怨疾病影响了他们的生活时一种放松和休息,而不是集中的状态,工作,和体育锻炼。巧合的是,默认模式网络(静),最初的“任务消极网络”最初是公认的领域,始终显示同步失活在任务和著名的激活静息状态(11]。静,基于内侧前额叶皮层(mPFC)和后扣带回(PCC),展览期间静止代谢活动高于外部导向的认知任务的性能(12]。
我们假设由于慢性疼痛,长期的血流动力学改变大脑中忍受CP / cpp有不同的大脑活动区域的静息状态功能磁共振成像。找出CP / cpp的深刻的机制,我们大胆的利用功能磁共振成像方法研究CP / cpp的FC改变自发骨盆疼痛患者在静息状态。
2。材料和方法
2.1。参与者的特征
伦理委员会批准了静安区武定路中心医院数据收集、上海(伦理批准代码:没有。2020 - 05)。我们收集的数据来自18个右手男性患者CP / cpp和21健康右撇子年龄和准确性控制(表1)。减少老年脑萎缩的潜在影响,从20到50岁男性志愿者必需的。与CP / cpp的定义一致,这种疾病被排除诊断。诊断是根据主诉、病史,尿常规,前列腺液检查,前列腺超声和泌尿系统超声检查排除急性或慢性细菌性前列腺炎,前列腺癌,良性前列腺增生,和其他相关疾病在骨盆。所有病人没有采取任何药物前,他们否认其他不适。参与者将被排除在外,如果他们有急性或慢性传染病,其他慢性疼痛疾病,内部有机疾病,恶性肿瘤的历史,可能导致周围神经损伤和慢性疾病如糖尿病和高血压。我们立即把他们fMRI扫描后通过标准化的临床诊断程序,因此所有CP / cpp的患者进行MRI检查,只有当他们表现出的症状。因为我们考虑了一些临床症状的CP / cpp参与下尿路症状,所有的参与者被要求空尿液膀胱前进入功能磁共振成像。获得书面知情同意后,所有的参与者被要求完成一个美国国立卫生研究院的慢性前列腺炎的症状指数(NIH-CPSI)规模13)和一所医院焦虑和抑郁量表(有)14]。数值评定量表(NRS)得分是用来测量患者的自发性疼痛和消除潜在的疼痛患者在健康控制(15]。然后,我们指导患者根据症状采取常规药物治疗,以防延误诊断。采集、处理和分析的功能磁共振成像数据进行评估高级neuroradiologist连同我们的泌尿科医师。
2.2。静息状态功能磁共振成像数据采集
如图1,我们主要招募了一群健康控制(22人)和病人(22人)。淘汰不合格的候选人后,功能磁共振成像数据得到从18岁慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛综合征患者的自发性疼痛和也从21健康控制参与者在扫描仪。静息状态功能磁共振成像数据得到GE MR750使用3.0 t MRI扫描仪的八通道相控阵头线圈在静安区武定路中心医院,上海。整个静息状态功能磁共振成像数据获得,使用gradient-recalled echo-planar成像脉冲序列( , , , 厘米2,切 43毫米,没有差距,片,总240个时间点)。收集的高分辨率的t1加权磁共振图像三维快速变质gradient-echo dual-echo序列( 女士, 女士, 度, , 厘米2,切 嗯,没有差距,156片)。分类个体参与者,作者个人信息数据收集过程中或之后。所有的参与者被要求保持他们的眼睛关闭,减少思考,保持冷静,避免入睡。在这一步中,数据会被淘汰如果高级neuroradiologist发现任何可能的占位性病变和血管畸形在大脑中。
2.3。数据预处理分析
所有的DICOM文件格式转换成由MRIconvert NIFTI文件(http://lcni.uoregon.edu/jolinda/MRIConvert/)。静息状态功能磁共振成像数据也使用SPM12预处理(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)和RESTPlus V1.22 (http://www.restfmri.net)。为了避免统计错误,所有的扫描检查前预处理。预处理步骤包括如下:(1)丢弃前10达到稳态的时间点磁化,让所有的参与者适应扫描噪音,剩下的190个时间点后的图像处理研究;(2)片时间校正,部分订单可能Matlab公式:[1:2:43 2:2:42);(3)头部运动校正;(4)标准化,将大脑图像缩小个人之间的差异,允许有意义的组分析通过使用T1形象统一的分割,与边界框(-90、-126、-72;90、90、108)和各向同性体素的大小(3,3,3);(5)空间滤波卷积的三维图像与三维高斯内核与半宽度(应用)的6毫米;(6)消除时间序列的线性趋势造成的变暖的扫描仪或适应的参与者,随着时间的积累;和(7)讨厌covariable回归,包括6头运动参数,脑脊髓流信号,和白质信号。 The mean value of the time series of each voxel was not added back in this step. After preprocessing in RESTPlus, the linear trend was removed. The fMRI data were temporally band-pass filtered (0.01-0.08 Hz) to decrease the very low-frequency drift and high-frequency noise from the cardiac and respiratory systems.
2.4。Voxel-Wised FC分析
FC分析使用RESTplus V1.22后数据预处理。公认的核心地区的前部和后部静,mPFC和PCC被选为种子点进行分析。蒙特利尔神经学研究所(MNI)坐标是(6,52岁,2)和(8,-56,26),分别为(16]。一个球体的半径6毫米被选为感兴趣的区域(ROI)。所有的像素点的平均时间序列在ROI提取和计算。然后,皮尔森相关分析是进行每个体素的时间序列在整个大脑。因此,mPFC的功能连接图和PCC整个大脑。皮尔森相关分析的时间序列上进行各体素。所表达的功能连接值相关系数(值),然后转换成费舍尔的价值符合正态分布。
2.5。统计分析
的结果特征的参与者,NRS评分,NIH-CPSI分数,有成绩而使用SPSS 17.0。一个两个示例 - - - - - -测试是基于测量数据(年龄、病程、NRS评分,NIH-CPSI分数,和有分数),和结果被列入 (表1)。一个两个示例 - - - - - -测试的基础上进行基于SPM12 RESTplus zFC值的软件。高斯随机场(GFR)理论,多重比较校正,校正功能连接值(体素 ,集群 )。增加或减少的大脑区域FC值作为roi,和每一个roi的值被RESTplus提取作为独立的变量。皮尔森使用SPSS 11.0进行回归分析作为因变量NIH-CPSI分数和分数了。最重要的区别是 。活动大于5像素点显示在伪色彩校准标准大脑地图,和他们MNI坐标,峰值强度的位置,和体素的大小是一个表(表中列出2)。皮尔森回归分析的结果提出了GraphPad 5.0。
3所示。结果与讨论
3.1。参与者的特点
我们评价一个男性,dextromanual,与观察组( )。在病人行(表1),疾病的持续时间约为20个月,准确定义。为了避免引发的异常结果老年性大脑的萎缩,我们招募了志愿者年龄在20到50岁之间。NIH-CPSI揭示了患者的得分受到CP / cpp在中度和重度的边缘之间的情况,得分高于18意味着严重的慢性前列腺炎。因为分数已经将有意义的得分超过7时,患者的主要特征特性的研究是焦虑的得分有焦虑次生氧化皮 虽然有抑郁症的分数次生氧化皮 。因此,我们支付我们强调相关性慢性骨盆疼痛引起的CP / cpp和焦虑的心理症状。分数的关系,被认为是温和的自发痛不干扰睡眠。
3.2。FC的大脑区域异常分析
在我们的研究中(见图2和表2),当我们设置PCC为种子点,我们发现明显降低mPFC强度(峰值强度:-7.40)和提升后静强度地区的小脑前叶(峰值强度:7.12)。同时,尽管我们也把mPFC种子点,在zFC无统计学差异,这表明,前部和后部静显示分离模式。
3.3。异常的大脑区域的相关性及临床量表分数
如图3,病人群CP / cpp的zFC强度负激活区在左mPFC NIH-CPSI量表的得分负相关( , )。zFC强度的负激活区在左mPFC是负相关的分数有焦虑内部氧化物( , )而积极的zFC力量激活区在左小脑前叶呈正相关,有焦虑的得分内部氧化物( , )。相比之下,没有统计这个区域的zFC强度之间的区别和NIH-CPSI量表的分数( )。此外,NRS评分之间的相关性和异常zFC强度显示无统计学差异,这可能是由于样本容量有限。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
4所示。讨论
默认模式网络(静),确定为“任务消极网络”最初是公认的领域,始终显示同步失活在任务和著名的激活静息状态(11]。根据静的实际功能和解剖分类,主要分为两个部分,前静息和后静息,但这两个部分是负责自发或自我认知17]。已经证明,慢性疼痛与静中的失调,这种失调的机制可能有助于解释慢性疼痛综合征(18,19]。
PCC是后内侧皮质的一部分(20.]。它的主要功能特点静是其核心地位21]。PCC是高度连接和新陈代谢活跃的大脑区域,它的主要功能是将中央系统,调节大脑周围的信息流动,从而调节注意力和认知平衡内部和外部的思考[22]。PCC的活性变化与觉醒状态及其与其他大脑网络的交互意识可能是必要的。fMRI的先前的研究表明,一系列神经和精神疾病如精神分裂症、孤独症、抑郁症,和注意缺陷多动障碍的异常属性PCC (23,24]。慢性疼痛需要注意和认知资源竞争的刺激,因此,内部功能替代静可能变化的关注和认知的基础在疼痛(16]。先前的研究已经证明,慢性疼痛患者的FC在静强度与疼痛沉思,是衡量一个人的持续的关注他们的痛苦和其潜在的负面影响25]。连接在静的内部变化可能减少其他刺激的能力来吸引人的注意力从痛苦。
的mPFC起着必要的作用在执行功能和疼痛处理,和mPFC经历重大重组在慢性疼痛26]。mPFC输出的失活是有原因地与神经性疼痛的认知和感知组件(27]。mPFC可以提供双重对立的角色在痛苦中:(1)介导antinociceptive效果,由于其连接与其他皮质皮质传入纤维的主要来源的PAG调制的痛苦;(2)它可以诱发疼痛chronification通过其层次的投影,可能取决于水平的多巴胺受体激活(或缺乏)的腹侧被盖核奖励area-nucleus通路(28]。痛苦的刺激可能会影响cognition-the mPFC和丘脑的mediodorsal核形成相互联系的神经回路,对空间认知和记忆很重要,在慢性疼痛状态,mPFC停用,mPFC-dependent任务,如注意和工作记忆受损(29日]。此外,功能和结构连接mPFC-PAG可能与个体差异有关的自私自利的倾向对疼痛(30.]。所以,由于个体差异,可以解释这一现象,患者组之间没有统计学差异和卫生控制,当我们设置mPFC种子点,这可能要求由随后的大样本实验进一步验证。
静,mPFC FC的变化也与自我报告的焦虑水平(31日]。慢性疼痛患者不仅会感到焦虑,还得到了恐惧与痛苦(32]。mPFC发挥了关键作用的大脑回路,恐惧,和替代品的静息可能是这一过程的驱动力。恐惧与痛苦将促进认知和行为的副作用(33]。更重要的是,害怕痛苦,这是出于痛苦的期待,是影响慢性疼痛的治疗预后因素(34]。因此,临床医生必须理解的强烈影响认知过程的恐惧痛苦,甚至带来了回避行为。在诊所里,许多患者CP / cpp显示可怜的遵从性,即。,they fail to take medicine on time and make psychological confrontation with the doctor. These patients should be carefully communicated and instructed. The main treatable processes conclude (1) to eliminate fear, explaining the idea “pain does not an equal injury”; (2) helping patients set realistic and reasonable expectations of treatment; (3) to improve self-efficacy and reduce self-catastrophizing, encouraging self-monitoring of patients; and (4) demanding the patients to the mental health department if the patients express a severe fear [35]。否则,焦虑、fear-avoidance和密度的慢性疼痛的病人会加剧彼此。在类似的研究中,慢性下腰痛等复杂区域疼痛综合征和膝关节骨关节炎,减少mPFC和后静之间的连接,与此同时,有越来越多的mPFC和岛叶皮质之间的连接,这是对疼痛的强度成比例(18,19]。这些后果是类似于我们的研究结果,减少mPFC和后静之间的连接,和它的zFC prostatitis-like症状量表评分值负相关,这也促使我们应该强调改变患者的岛叶皮质CP / cpp的进一步研究。
小脑解剖连接多个区域的额叶皮层和边缘地区,其参与的关键视觉和听觉加工、运动知觉、认知、和疼痛处理(36]。然而,小脑的特定功能的过程中痛苦和它在疼痛障碍中的作用仍不清楚37]。前小脑是也被称为古老的小脑,主要包括运动控制和身体平衡调节(36]。早期的研究发现解剖小脑和前额皮质之间的联系,也参与运动机能和躯体平衡(36,38]。一项研究发现,痛苦的经历是由躯体化,和小脑激活desomatization,间接接受的信息进行处理的态势和情绪状态部分是通过大脑皮层和皮层下连接(39]。在痛苦的热刺激,小脑的双边额叶是活跃的,这表明小脑的额叶可能对电动机控制疼痛激活后对疼痛刺激反应(39]。一项研究表明,小脑本地化痛苦的刺激中起着至关重要的作用[40]。由于缺乏相关证据,这是猜测,小脑是多个效应系统的集成商,包括情绪处理、疼痛管理,和感觉运动加工(41,42]。
在这项研究中,我们推测前小脑可能应对疼痛由电动机控制。因为小脑激活运动区域与CP / cpp,患者的焦虑水平,也可能多个效应系统集成卷入痛苦。还有前小脑叶分化的功能亚区,其结构和功能交易的确切机制尚不清楚。需要进一步的调查。在慢性下腰痛的一项研究中,mPFC的障碍可能导致无意识的痛苦的可能性行为由小脑控制(43]。慢性偏头痛在另一项研究,它表明小脑不仅参与偏头痛的痛苦过程,也扮演了重要角色在偏头痛的预后44]。有增加小脑和胼胝体皮层之间的连接,在慢性偏头痛的患者颞叶,和减少小脑和前额叶之间的连接,而这与不良预后相关(44]。
这说明除了电机控制,额小脑也可能影响病人的情绪通过其情感处理能力或通过与前额叶结构连接。也证明了临床治疗CP / cpp应该衡量身心疗法(45,46]。认知重新评价病人的目的是改变不适应的认知评估自己的(47,48]。通过冥想,也有特殊的治疗效果(26,49]。
重组在静的程度取决于慢性疼痛的强度和持续时间,主要经过10年多的慢性疼痛(19,50]。我们假设随着时间的推移,后静息状态的功能连通性和mPFC会减少,和它连接到前小脑叶将会增加,这反映了影响CP / cpp的临床症状逐渐改善情绪更害怕痛苦。害怕痛苦逐步改变患者的行为,而避免将深化静的焦虑和心烦意乱。由于小脑之间的解剖关系和前额叶、小脑和mPFC前是否有相同或相似的FC更改或结构重建仍在未来调查。
因此,CP / cpp患者脑功能的变化,由受损的默认模式网络的完整性。这些变化可能起到关键作用的发病机理和开发CP / cpp。慢性疼痛最好应该由使用多学科,生物-心理-社会的方法。随着研究的发展,CP / cpp的病因和机制,我们将扩大我们的思维扩大我们的病因治疗,为治疗提供新的目标试验,并改善患者的生活质量。
然而,可能有一些限制在这个研究。参与者的群体相对较小。CP / cpp的病人,主要蚀变的情感和心理焦虑,虽然他们很少揭示抑郁症的症状,这可能是由于疾病的持续时间可能有点短于其他研究的慢性疼痛。本研究是一项观察性研究,没有干预。因此,根据目前的调查结果,设计良好的临床治疗人群需要进一步调查。此外,该工具fMRI只能描述宏观病人的脑功能和结构的变化。事实证明,慢性疼痛可能与神经可塑性,和更深的细胞学机制需要通过其他方法探索。
5。结论
患者CP / cpp有一些改变大脑的功能连接,主要包括破碎的默认模式网络的完整性。这些变化可能参与CP / cpp的发病和进展。
数据可用性
在当前的研究中使用的数据集和分析可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
没有利益冲突有关的出版。
确认
感谢吴沼泽博士和亲切的研究提供宝贵的支持,特别是在功能磁共振成像数据处理和分析。他们两人请提供几乎所有他们的经验在这些程序在fMRI高级研究人员。我们欣赏优秀的援助华平孙博士,来自放射学、华山医院,复旦大学的功能磁共振成像数据采集。我们不能得到任何的数据只有在他的方向。本研究支持由中国国家自然科学基金(81372316),上海市教育委员会的晨光计划(158554号),上海的中药项目健康委员会(2020号lp020)和京的健康研究项目的一个区,上海(2020号ms04)。