文摘
本研究旨在调查功能连通性(FC)改变孤立的条件和整个大脑在阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者6个月持续正压通气(CPAP)治疗和研究静息状态的俱乐部之间的关系变化和阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知障碍。数据从15阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者6个月前后CPAP治疗纳入本研究。岛之间的FC亚区和整个大脑比较基线和CPAP治疗6个月后在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症。阻塞性睡眠呼吸暂停患者6个月的治疗后,增加了FC从右腹侧前脑岛两国额上回双边、额中回和增加FC从左侧岛叶左侧颞中回、颞下回。联接被发现从右侧岛叶向右颞中回、双边楔前叶和双边后扣带皮层,主要涉及默认模式网络。有孤立的亚区之间的功能连接模式的变化和整个大脑CPAP治疗阻塞性睡眠呼吸暂停患者的6个月后。这些变化提供一个更好的理解的潜在神经成像机制的改善阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知功能和情感障碍,可以作为临床CPAP治疗的潜在生物标志物。
1。介绍
阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的特点是反复发作的部分或完整的睡眠期间上呼吸道的崩溃,导致肺换气不足或呼吸暂停1]。在全球范围内,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的整体流行范围在9%和38%之间(2- - - - - -4]。白天嗜睡,睡眠破碎、间歇性缺氧和氧化应激与不同程度的阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知障碍(5]。因此,大量的研究已经进行底层神经退行性阻塞性睡眠呼吸暂停患者的情感和认知障碍的机制。之前的神经影像学研究发现大脑结构和功能变化在几个区域与阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知障碍有关,包括脑岛(6- - - - - -9]。然而,机制阻塞性睡眠呼吸暂停综合症在孤立的功能和认知功能的影响尚不清楚。
脑岛位于深处的外侧沟大脑侧裂和高度相互关联与额叶,颞,顶叶脑区(10]。它执行一些功能和作为收敛临界点为多个神经通路输入(11- - - - - -13]。李等人表明,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的岛叶皮质是重要的发展和岛叶皮质的激活增加的控制伏隔核中隔核,导致减少5 -羟色胺的释放,最终减少下巴肌肉和舌头的语气,和气道崩溃14]。在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的研究结构,发现薄的岛叶皮质可能与认知功能障碍[有关15]。根据磁共振光谱学的研究,降低N-acetylaspartate和肌醇水平较高双边阻塞性睡眠呼吸暂停患者的脑岛表示神经元损伤和增强的神经胶质细胞的激活,分别解释了自主和阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知异常16]。公园等人研究了脑岛作为种子使用静息状态功能连通性(FC),发现大量FC异常解释了自主的障碍的脑岛,阻塞性睡眠呼吸暂停患者的情绪和感觉运动系统(17]。以前的研究也发现了类似的结构萎缩的证据,岛叶皮质功能障碍和代谢异常的阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人。然而,在过去,脑岛主要研究作为一个整体,忽略不同的功能模式的存在的孤立的条件。
脑岛至少可以分为三个不同的功能区域基于先前cytoarchitectural研究,荟萃分析,与FC研究:腹侧前岛叶(vAI)与情感和化学感应的相关处理,背部前岛叶(戴)与高级认知加工、岛叶和后(PI)与疼痛、感觉运动和语言处理(18- - - - - -20.]。不同的疾病可以导致更改模式内在FC的孤立的条件。刘等人发现了三个不同的cognitive-related FC模式封闭条件的阿尔茨海默氏症患者与健康受试者相比,这些不同的静息状态的FC模式大多是由于受损FC不同封闭条件的多样的大脑网络,如默认模式网络(静)21]。FC的分析精神分裂症患者的脑岛发现一个无组织的模式,与降低FC在背岛叶与认知障碍和降低FC vAI的颞上沟与阴性症状(22]。我们之前研究阻塞性睡眠呼吸暂停综合症发现异常FC模式岛亚区主要分布在大脑区域的情感、认知、感觉运动功能区域,异常FC与睡眠质量有关(23]。大多数的早期研究已经指出潜在的变化FC模式在疾病治疗前的孤立的条件,但对治疗的影响。
目前,持续气道正压(CPAP)是最主要和最有效的治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(24]。先前的研究已经证实CPAP疗法的疗效,包括改善临床症状(白天嗜睡)和并发阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知功能障碍,并提供了新的见解的神经成像机制CPAP治疗后大脑的变化(25- - - - - -27]。CPAP治疗3个月后,增加灰质体积在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者的海马和额叶与改善记忆、注意、执行功能,根据组织的一项研究[28]。扩散张量成像的一项研究发现几乎完全康复白质异常阻塞性睡眠呼吸暂停患者的CPAP治疗后12个月(29日]。我们之前的静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究发现,CPAP治疗1个月后,自发的大脑活动的双边小脑后叶,右侧额上回(SFG),和左侧中央前回可以逆转,和这些变化与改善认知和嗜睡,但没有被发现大脑的结构变化,表明功能变化可能与结构性变化(异步30.,31日]。但是,没有研究后封闭条件的FC CPAP治疗阻塞性睡眠呼吸暂停患者的报道。
基于这些方面,我们假设CPAP治疗可以改善FC模式在不同条件改变的脑岛和FC在这些孤立的条件可能与认知功能和情感处理。为了验证这个假设,我们使用一个球形的种子区域的利益——(ROI)基于FC分析探索FC阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者的孤立的条件变化前后CPAP治疗。然后,我们评估了FC岛条件变化之间的相关性及临床神经认知量表在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人。
2。材料和方法
2.1。参与者
开始前CPAP治疗,36例阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者招募和阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者的招聘流程如图1。最后,15例阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者包括在后续分析。这纵向研究包括15个主题分析。在这项研究之前,没有一个病人经历了CPAP。所有病人均根据诊断标准的美国睡眠医学学会发布的成人阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的临床实践指南出版于2017年(32]。入选标准如下:呼吸暂停低通气指数 ,年龄在18到60岁之间,你是右撇子。排除标准如下:(1)睡眠障碍疾病除了阻塞性睡眠呼吸暂停综合症;(2)历史CPAP治疗;(3)中枢神经系统、呼吸系统和心血管疾病和糖尿病;(4)酗酒、滥用违禁药物,或使用精神药品;(5)禁忌症(金属体内植入和幽闭恐怖症)核磁共振检查;(6)不完整的CPAP治疗和追踪损失(16例阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者除外)。我们检查了阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人使用rs-fMRI扫描和神经心理测试在基线和CPAP治疗后6个月。
2.2。障碍监测和神经心理评估
核磁共振数据收集之前,所有的受试者都接受多导睡眠图(PSG)监控整个晚上(从晚上10点到第二天早上6点)。PSG监测的前一天,所有受试者被要求避免饮酒或喝咖啡。所有受试者在基线监测使用一个爱丽丝5 LE监控(奥兰多Respironics爱丽丝5勒,美国)。记录的项目包括标准脑电图(F3-M2、F4-M1 C3-M2, C4-M1, T3-M2, T4-M1, O1-M2,和O2-M1),下巴肌动电流图,心电图,身体姿势,胸部和腹部呼吸运动,和打鼾。PSG参数评估包括AHI、平均血氧饱和度(圣2),最低血氧饱和度(最低点圣2),与 占总睡眠时间、睡眠潜伏期、睡眠效率,总睡眠时间。根据发布指导方针,阻塞性呼吸暂停是指减少气流> 90%或至少10年代没有气流,和肺换气不足被定义为≥30%的下降气流在睡眠与动脉氧饱和度下降4%或更高。你好是指呼吸暂停和低通气的总数的事件发生在一个病人每小时的睡眠。
所有受试者完成临床和神经心理学评估基线和6个月随访使用蒙特利尔认知评估(MoCA)、埃普沃思嗜睡量表(ESS)、匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)、汉密尔顿焦虑量表(HAMA),和汉密尔顿抑郁量表(HAMD)。美国华人博物馆规模评估认知功能,包括执行能力、语言、注意力、计算、抽象、命名、内存和取向。有总分30美国华人博物馆规模,得分低于26表明认知功能受损(33]。ESS用于评估分数白天嗜睡,由八个不同的类别,每个从0到3级,0-24的总得分。PSQI评估主观睡眠质量,总得分21,更高的分数表明睡眠质量差。HAMA和HAMD量表是用来评估精神病症状。> >总得分哈马29日21日>,和< 7显示可能的严重的焦虑症,明确重要的焦虑障碍,焦虑症,也没有焦虑症,分别。总HAMD评分> 24岁和< > 17日7可能表明抑郁症,轻度至中度抑郁,也没有抑郁症状,分别。
2.3。持续正压通气治疗
阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人都是用标准CPAP治疗至少6个月的频率至少4 h每晚至少每周5天。阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者接受标准化通风机在autoadjustment模式(Yuyue 480、江苏、中国),将治疗压力的4厘米H2O和自动编程的睡眠。通风机有一个内置的用户识别模块卡自动存储和记录用户数据,包括使用时间、黄鳍金枪鱼,面具渗漏、血氧,6个月后由专业机构进行了分析。
2.4。核磁共振数据采集
在我们医院,核磁共振数据收集来自所有受试者使用德国西门子3.0 t三蒂姆磁共振扫描仪与摘要相控阵头线圈。当天第一次收购(7点到9点)后PSG监测和随后的排位赛CPAP治疗后至少6个月。泡沫垫和耳塞被用来减少头部动作和扫描仪噪音。考试所有科目都必须躺在沙发上,双眼紧闭,保持清醒,避免扫描之前参与任何特定的思想活动。常规使用以下参数:t1加权成像是第一次做重复时间(TR), 250毫秒;回波时间(TE), 2.46毫秒;5毫米厚度;1.5毫米的差距;的视野(FOV), ;片,19。t2加权成像有以下参数:TR, 4000毫秒;TE, 113毫秒;5毫米厚度;差距,1.5毫米;FOV, ;片,19。使用gradient-echo rs-fMRI数据成像平面成像脉冲序列使用以下参数:TR, 2000毫秒;TE, 30 ms;翻转角度90°;4毫米厚;差距,1.2毫米;FOV, ;矩阵, ;片,30;240卷;和扫描时间,8分钟6 s。这些图像是由两位放射科医师共同评估排除其他大脑实质障碍,也没有被排除在过程。
2.5。数据预处理
本研究是基于MATLAB 2018 b(美国马MathWorks,纳蒂克)平台和数据处理和分析用于脑成像(DPABI,http://rfmri.org/dpabi)预处理和分析rs-fMRI数据。预处理步骤如下:从DICOM格式图像格式的转换NIFTI图像格式,删除前10的时间点的数据,片时间校正,头部运动校正(34),排除如果头部运动> 2.5毫米最大翻译或> 2.5°最大旋转(5科目被排除在外)。随后,所有功能图像空间归一化到蒙特利尔神经学研究所(MNI)使用EPI模板,重新取样 体素的大小。平滑的6毫米半宽度;协变量的回归对大脑白质,脑脊液,全脑平均信号,和头部运动参数;和过滤(0.01 - -0.08赫兹)进行。
2.6。确定种子点和功能连通性分析
根据一项研究静息状态FC,整个岛被划分为三个不同的功能亚区(35]。基于几个以前的研究,两国脑岛的六个亚区被定义和使用为球形的种子roi, 6毫米半径。MNI坐标如下:左vAI(7) -33年,13日,vAI(32 10 6),左戴(-38、6、2),对戴(35 7 3),左π(-38、6、5)和右π(-11 6)(36- - - - - -38]。每个球的时间序列通过计算获得了种子的平均rs-fMRI时间序列在该地区的所有体素。随后,每个主题的每个种子,皮尔逊相关系数的计算时间序列与所有其他体素在大脑中为每个主题创建一个整个大脑FC映射。最后,改善相关系数的常态,他们皈依 - - - - - -映射使用费舍尔 - - - - - --转换。
2.7。统计分析
Shapiro-Wilk测试来确定执行常态分布的人口和临床评估数据用SPSS 22.0软件包(IL SPSS, Inc .,芝加哥,美国)。检查差异在正态分布的数据预处理和post-CPAP治疗,配对样本 - - - - - -测试了,魏克森讯号rank-sum测试是用于非正态的分布数据。因为每个临床参数是相互独立的,我们没有使用多个比较修正。和 被认为是具有统计学意义。对于seed-based FC分析,DPABI软件MATLAB 2018 b(美国马MathWorks,纳蒂克)使用。首先,一个示例 - - - - - -测试进行评估的模式分布的FC岛亚区阻塞性睡眠呼吸暂停患者预处理和post-CPAP。第二,成对样品 - - - - - -测试身体质量指数(BMI)作为协变量被用来比较不同的俱乐部之间的孤立的条件阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者前后CPAP治疗。多重比较方法使用高斯随机场(平)理论正确的结果,使用一组体素的水平 和一个集群级别的 ,这是统计学意义。确定之间的关系意味着FC异常的大脑区域的价值和临床变量,皮尔森的相关性或枪兵的使用相关分析。Bonferroni相关性之后, 被认为是统计学意义( )。
3所示。结果
3.1。人口统计学和临床评估信息特征
表1总结了人口和临床特点的预处理和post-CPAP组。ESS、艺术馆、HAMA和HAMD评分显著降低CPAP治疗6个月后比以前治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人。然而,没有明显差异之间的BMI和PSQI评分和post-CPAP阻塞性睡眠呼吸暂停综合症组( )。
3.2。静息状态的功能连通性的模式基于种子区域的利益
图2表明,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者预处理和post-CPAP也有类似的模式不同孤立的静止状态FC亚区。
3.3。不同预处理和Post-CPAP阻塞性睡眠呼吸暂停综合症静息状态功能连通性
vAI和两国之间的FC SFG和内侧额叶脑回(生产厂)post-CPAP组显著高于pre-CPAP组。之间的FC左π和左颞中回(MTG)和左颞下回(ITG) post-CPAP组显著高于pre-CPAP组。之间的FC对πMTG,双边楔前叶,双边后扣带皮层(PCC) post-CPAP组也显著高于pre-CPAP组(表2和图3)。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。相关分析
所有相关分析的结果补充表所示1。在多重比较校正之前,FC值之间的关系和临床症状的脑区显著差异CPAP治疗后补充图所示1( )。然而,之间没有显著相关性FC值和临床变量后Bonferroni相关性 ,表明FC的变化在很大程度上独立于临床症状的变化。
4所示。讨论
本研究全面调查FC岛条件的变化阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者CPAP治疗6个月后,如何将这些变化与神经认知和心理社会功能。我们的研究表明,与pre-CPAP相比,从右边区域vAI双边SFG和双边制造行业,从左边πMTG, ITG左边,从正确的πMTG右边,双边楔前叶,这些区域和双边PCC联接展出,主要涉及静。此外,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人显示,CPAP治疗后临床症状明显改善,包括嗜睡症状,认知功能,焦虑和抑郁症状。这些结果表明,CPAP治疗阻塞性睡眠呼吸暂停患者的孤立的条件的改变FC模式和提供新的见解的神经认知机制CPAP治疗改善阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者。
目前的研究发现,CPAP治疗后,孤立的条件之间的FC和多个皮质是大大改善阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人。解剖研究表明,脑岛由腹前,背前、后叶亚区(39]。脑岛有独特的功能特征的不同亚区根据他们不同的细胞结构和连接。戴瓦和主要参与endoreceptive意识、认知和情感的处理,而π通常与情感或参与处理躯体感觉信息激励意义(35,40]。类似的结果也被广泛证实在静息状态的研究(41,42]。此外,左右脑岛有不同的功能(43]。先前的研究已经证实在双方不同的俱乐部模式的存在的脑岛44]。这些研究在解剖学上解释岛条件之间存在不同的俱乐部和大脑皮层的不同区域。陈等人表明,睡眠障碍之间更可能导致功能激活前岛叶和突出网络(45]。张等人表明之间的功能连接断开右前脑岛和内侧前额叶皮质与阻塞性睡眠呼吸暂停患者的严重程度(46]。这些结果与我们之前的结果相似,表明睡眠中断和间歇性缺氧等因素不影响岛亚区以同样的方式,导致不同程度的受损函数在孤立的条件。研究发现,经过6个月的CPAP治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者增加了FC岛之间的条件和不同的大脑区域,我们假设这种可变性岛次区域FC可能连接到解剖特点。此外,有效改善间歇缺氧CPAP治疗期间可能恢复FC岛亚区和其他大脑区域之间不同程度。
我们的研究显示,提高静息状态FC之间正确的vAI和双边SFG和双边MFG CPAP治疗后。SFG和制造行业的关键组件内侧前额叶皮层(mPFC)和涉及几个认知和行为函数(47,48]。一项研究报道,背内侧前额叶皮层之间的神经活动和前脑岛是情感管理的关键技术(49]。在动物实验中,慢性缺氧引起显著减少数量,长度,和交叉点的前额叶皮层神经元树突,最终导致神经重构(50]。根据rs-fMRI研究,结构和功能异常的mPFC阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者认知障碍相关(51]。本研究的结果显示,CPAP治疗后之间的FC右vAI mPFC和一些地区的改善,表明vAI之间的连通性和mPFC恢复。因此,我们推测,有效CPAP治疗改变间歇性缺氧的症状,这可能逆转神经重塑。
此外,本研究发现增强FC从左边πITG左边和左MTG和从右πMTG右边。颞叶皮层参与各种过程,如记忆、语言和情感处理(52- - - - - -54]。先前的研究发现低意味着扩散系数值在阻塞性睡眠呼吸暂停患者的颞叶显示区域比健康对照组和损伤的病理机制可能包括缺血性和低氧诱导过程(55]。减少双边颞叶皮层的灰质体积区域被确定在阻塞性睡眠呼吸暂停患者的结构相关研究56- - - - - -58]。另一项研究发现,CPAP治疗6周后,意思是颞叶中的扩散系数值降低,脑血流量增加,表明CPAP治疗可以促进脑损伤的修复和恢复在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人59]。类似于之前的研究结果,我们推测,增强大脑区域之间FC可能反映修复机制的激活和增强神经代偿反应(60]。
楔前叶是广泛参与高级认知功能和消极情绪的调节61年,62年]。在解剖学上,新闻申诉委员会是一个高度连接和新陈代谢活跃区域,参与视觉空间的处理和情景记忆(63年- - - - - -65年]。在正电子发射断层扫描的一项研究中,增加了一个β淀粉样蛋白沉积楔前叶和PCC地区被发现使最严重的阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者早期认知障碍(9]。先前的研究已经发现,葡萄糖代谢楔前叶和PCC是降低患者的睡眠障碍,这种低代谢模式与睡眠觉醒(66年]。增强的俱乐部之间的π,楔前叶,PCC中发现本研究可能与认知功能有关,虽然我们没有发现FC与认知相关尺度的变化。
此外,大脑区域,如mPFC, MTG PCC和楔前叶重要组件的静67年]。静的特点是它是优先活跃时,个人不是集中在外部环境和涉及范围广泛的高级认知活动(68年]。静可分为两个功能不同的子网:为中心的pre-subnetwork mPFC和post-subnetwork集中在新闻申诉委员会(69年]。在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者中,减少了FC pre-DMN和补偿较高的FC post-DMN已报告(51]。先前的研究发现,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人表现出异常在FC几个静亚区和自发活动的异常,这些俱乐部的变化与阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的严重程度和缺氧程度(70年- - - - - -73年]。纵向研究发现CPAP可以有效地改善脑功能通过增加静连接(74年]。类似于这些结果,我们发现增强FC岛之间的亚区和多个静亚区,我们假设功能激活岛亚区与静之间可能会改善认知功能和情绪障碍;然而,确切的机制需要进一步调查。
5。限制
这项研究有一些局限性。首先,本研究只进行CPAP 6个月后的治疗效果,并进一步研究评估需要长期治疗效果。第二,相对较少的患者用CPAP治疗,和未来的大样本多中心的研究应该进行。最后,大多数的患者严重男性阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人,这限制了整个人口的普遍适用性。
6。结论
我们观察到FC变化之间的孤立的条件和整个大脑严重阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者CPAP治疗6个月后,这些俱乐部的变化主要涉及静,提供新的见解的潜在可能的神经成像机制改善阻塞性睡眠呼吸暂停患者的认知障碍和情绪调节。
数据可用性
在本文中给出的数据集不是现成的,因为这些数据是有关我们研究小组的后续的纵向研究,和数据集仍在补充。请求访问数据集应该指向TL ((电子邮件保护))。
信息披露
一个预印本曾发表(75年]。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
作者的贡献
TL, XL、HL和DP写道,审查和修订后的手稿。DP引导和核磁共振实验而设计的。TL和y分析了静息状态功能磁共振成像数据。霍奇金淋巴瘤的分析和讨论的观点。KL、天气、YZ、LH和LZ收集静息状态功能磁共振成像数据和应用伦理批准。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(批准号81860307)和卫生部项目和江西,中国(批准号202210211)。我们感激作为鑫Honghui Yu,放射学,南昌大学第一附属医院与病人招募他们的援助。我们进一步感激地承认Panmei李和Linghong香港,放射学,南昌大学第一附属医院,与数据收集他们的援助。
补充材料
补充表S1:孤立的功能连通性之间的相关性及临床特点post-CPAP阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的病人。补充图S1:显著相关 前岛之间的多重比较校正功能连通性,CPAP后阻塞性睡眠呼吸暂停患者的临床评估。(补充材料)