中国中西医结合影像学杂志   2022, Vol. 20 Issue (1): 21-24
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耳甲电针治疗轻度认知障碍脑机制静息态fMRI研究的试验方案[PDF全文]
郭春蕾1 , 马跃1 , 何家恺2 , 孙继飞1 , 王智1 , 王磊2 , 张金铃2 , 方继良1
1. 中国中医科学院广安门医院,北京 100053;
2. 中国中医科学院针灸研究所,北京 100700
摘要目的: 探讨经皮耳迷走神经刺激术(taVNS)治疗轻度认知障碍(MCI)的脑功能机制。方法及设计: 采用随机平行对照双盲试验,拟纳入MCI患者40例,随机分为taVNS组和假taVNS组各20例,并同期招募20例性别、年龄、受教育程度与MCI患者相匹配的健康志愿者作为对照组。所有患者治疗周期为24周,且在入组和出组时均行一次静息态fMRI检查和认知量表评估。预期结果: taVNS组、假taVNS组在脑功能上存在差异,且差异与治疗前后的认知量表评分降低相关。验证taVNS通过调控“前岛叶-楔前叶-背外侧前额叶”环路改善MCI症状的假说。
关键词认知障碍    迷走神经    针刺,耳    磁共振成像    
Trial protocol for a resting-state fMRI on brain mechanism of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation in mild cognitive impairment
GUO Chunlei , MA Yue , HE Jiakai , SUN Jifei , WANG Zhi , WANG Lei , ZHANG Jinling , FANG Jiliang
Guang'anmen Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100053, China
Abstract: Objective: To explore the brain functional mechanism of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) in the treatment of mild cognitive impairment (MCI). Methods and Design: This study will be designed as a randomized, parallel controlled double-blind trial employing resting-state fMRI. Forty MCI patients will be randomly divided into the taVNS group and the sham-taVNS group, and 20 healthy volunteers with matched gender, age and education level will be recruited as controls. All subjects will receive treatment for 24 weeks and undergo a resting-state fMRI examination and cognitive scale assessment before enrollment and exit. Expected Results: There will be differences in brain function between the taVNS group and the sham-taVNS group, which may be associated with lower cognitive scale scores before and after treatment. The results will verify our hypothesis that taVNS improves cognitive function by regulating the anterior insulin-precuneus-dorsolateral prefrontal cortex circuit.
Key words: Cognition disorders    Vagus nerve diseases    Acupuncture, ear    Magnetic resonance imaging    

轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)是一种介于正常衰老与痴呆之间的状态。2021年,WHO发布的《公共卫生领域应对痴呆症全球状态报告》显示,2019年全球约5 500万痴呆患者,预计到2050年,将达1.39亿,其中主要为阿尔茨海默病患者[1]。MCI是阿尔茨海默病的临床前或前驱阶段[2],治疗MCI对延缓其向阿尔茨海默病进展非常必要,特别是对中、低收入国家获益更大[3]。但目前尚无明确证据支持MCI的药物治疗,胆碱酯酶抑制剂、维生素E等药物不推荐用于治疗MCI[4]。越来越多证据表明,非药物治疗方法可能对改善认知功能有作用[5-7]。但目前耳甲电针[经皮耳迷走神经刺激术(transcutaneous auricular vagus nerve stimulation,taVNS)]用于认知调节的研究较少且治疗机制不明。因此,本研究旨在设计一个试验方案,探究taVNS治疗MCI的机制。

1 试验设计 1.1 病例收集

从首都医科大学宣武医院神经内科,中国中医科学院广安门医院老年门诊、针灸科门诊,以及北京慈爱嘉养老服务有限公司负责管理的50家社区居家养老服务中心招募40例MCI患者。基线评估后,独立统计学家使用SAS 9.4产生随机数,将患者随机分配为2组,即taVNS组和假taVNS组各20例。治疗将根据招募顺序使用密封信封分配。同时招募20例性别、年龄、受教育程度与MCI患者相匹配的健康志愿者为对照组。本研究为taVNS治疗MCI机制的探索性研究,根据脑功能成像既往研究经验[8]和《针灸影像学》[9]的建议,临床样本量每组20例可达到统计学分析的要求。因此,本研究3组均排除头动过大、本人自愿退出等不可预知因素导致剔除者,观察24周。

1.2 MCI诊断标准

根据Jak/Bondi(2014)标准[10],满足以下条件之一即可诊断MCI:①至少同一个认知域(记忆、语言、执行功能)中的2个神经心理检查测试损害程度均大于1.0 SD(经年龄校正的常模);②每一个认知域(记忆、语言、执行功能)中有1个神经心理检查测试损害程度均大于1.0 SD(经年龄校正的常模);③功能活动问卷评分为9分,即至少独立完成3项及以上的日常活动能力受损。

1.3 患者纳入与排除标准

纳入标准:①符合MCI诊断标准;②年龄65~85岁;③汉族,右利手;④同意签署知情同意书。排除标准:①各种痴呆(阿尔茨海默病、路易体痴呆、额颞叶痴呆等);②神经系统疾病,如脑血管病、脑炎、脑肿瘤、脑外伤、癫痫、帕金森病等其他导致认知功能下降的神经系统疾病;③代谢性疾病,如贫血、甲状腺功能异常、叶酸及维生素B12缺乏等导致认知功能下降的代谢性疾病;④严重的精神疾病,如重度抑郁等;⑤一氧化碳中毒病史;⑥全身麻醉病史;⑦患有急性或严重威胁生命的疾病;⑧严重的视力、听力或语言问题无法完成神经心理评估;⑨服用精神类药物或药物滥用;⑩有MRI检查禁忌证(安装心脏起搏器、金属关节、幽闭恐惧症等)。

1.4 对照组纳入与排除标准

纳入标准:①年龄65~85岁,汉族,右利手,无认知缺陷,符合正常老龄化的标准;②身体健康,无任何明显的神经、精神或医学疾病,特别是脑血管性中风、血管性痴呆、抑郁症或亚临床甲状腺功能减退症;③无药物滥用;④同意签署知情同意书。排除标准:①神经、精神或其他医学疾病及其家族史;②有MRI检查禁忌证;③过敏体质。

1.5 干预措施

taVNS组与假taVNS组均行耳迷走神经刺激术,采用电子针疗仪(华佗牌,SDZ-ⅡB型,苏州医疗用品厂有限公司)。taVNS组刺激部位为双侧耳甲部(图 1),早晚各1次,每次30 min,每周5 d,持续24周;使用疏密波,20 Hz/4 Hz,强度以患者无不适为宜,基于本团队前期研究经验刺激强度设置为4~6 mA。假taVNS组刺激部位为双侧上耳舟及耳轮下行中段(图 1),方法和参数同前。对照组不予干预。

图 1 耳甲电针(taVNS)组的刺激部位为双侧耳甲部(红箭),假taVNS组的刺激部位为双侧上耳舟及耳轮下行中段(蓝箭)

1.6 观测指标及疗效判定

taVNS组和假taVNS组在入组(第0周)和出组(第24周)时进行蒙特利尔认知评估量表基础版(Montreal cognitive assessment-basic,MoCA-B)、华山版听觉词语学习测验(auditory verbal learning test-huashan version,AVLT-H)、形状连线测验A和B(shape trails test A&B,ATT A&B)、动物词语流畅性(animal fluency test,AFT)及波士顿命名测试(Boston naming test,BNT)评估。

1.7 静息态fMRI扫描

采用Siemens 3.0 T Skyra MRI扫描仪,标准20通道头部线圈。所有受试者在入组(第0周)和出组(第24周)时均行常规平扫T1WI与静息态BOLD成像。治疗前后2次扫描序列相同。扫描参数:①T1WI,TE 2.98 ms,TR 2 530 ms,视野256 mm×256 mm,翻转角7°,层厚1 mm,48层,用时6 min 3 s,体素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm。②静息态fMRI扫描,采用EPI序列,全脑平行于AC-PC线行轴位扫描,TE 30 ms,TR 2 000 ms,视野224 mm×224 mm,翻转角90°,层厚3.5 mm,32层,用时6 min 46 s,前6 s空扫,体素大小3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm。

1.8 统计学分析 1.8.1 临床数据分析

采用SPSS 23.0统计软件,对taVNS组、假taVNS组治疗前后的临床量表评分差值行统计学分析,比较各指标的组间、组内疗效差异。采用双侧检验,以P≤0.05为差异有统计意义。计量资料组间比较行t检验,不符合正态分布时,采用Wilcoxon秩和检验。组内治疗前后比较采用配对t检验,不符合正态分布时,行Wilcoxon符号秩和检验。计数资料采用χ2检验、校正χ2检验、Fisher精确检验等进行组间比较。等级资料组间比较采用Wilcoxon秩和检验,组内前后比较采用Wilcoxon符号秩和检验。

1.8.2 fMRI数据预处理方法

fMRI数据预处理使用DPABI软件。步骤如下:去除前10个时间点、层面时间差校正、头动校正、空间标准化到蒙特利尔神经病学研究所(MNI)标准空间、用高斯核函数半高全宽6 mm进行空间平滑、带通滤波(0.01~0.08 Hz)、去线性漂移、回归无关信号(包括全脑信号、白质和脑脊液的时间序列和6个仿射运动参数)。过度头动的排除标准:任何方向平移 > 2.0 mm或旋转 > 2.0°者。

1.8.3 fMRI数据分析方法

功能连接:利用DPABI预处理功能数据时,行基于体素的全脑相关分析方法。重点研究前岛叶、楔前叶、背外侧前额叶等关键脑区。观察脑功能区分布及脑功能连接的异常部位、MCI患者与正常人间脑功能连接的差异及其治疗前后脑功能连接的变化。

2 预期结果

治疗前(0周),与对照组相比,taVNS组与假taVNS组静息态脑功能有异常。治疗后(24周),与假taVNS组和对照组相比,taVNS组前岛叶-楔前叶-背外侧前额叶环路发生显著改变,且此改变与认知量表MoCA-B、AVLT-H、ATT A&B、AFT及BNT相关。

3 讨论

随着全球人口老龄化加快,老年痴呆的患病率逐年增加,由于该病中晚期治疗效果不佳,MCI为正常老化与痴呆之间的过渡阶段,已成为人们关注的焦点。Rong等[11-12]先后在难治性癫痫和抑郁症的临床研究中发现,taVNS在改善症状的同时,也能改善伴随的认知障碍。目前尚未发现有关taVNS治疗MCI的临床随机对照试验的报道。因此,在设计试验时,笔者立足试验方案设计的“PICOS”原则,参照既往阿尔茨海默病和MCI的非药物治疗临床随机对照试验[13-15],充分借鉴随机双盲设计的循证方法,设计了taVNS治疗MCI机制研究的随机双盲平行对照试验方案,以期获得高质量的循证医学小样本证据。本研究方案遵循随机、对照和重复的三原则,消除医师和患者对干预措施及疗效的主观影响,进行相对客观的评价,分别从确定研究对象和诊断标准、制订干预方案、选择对照措施等方面,深入思考taVNS治疗MCI临床试验在设计时的关键问题,使试验方案更加精确合理。

本研究通过对受试者的静息态fMRI扫描,阐明taVNS组患者静息态脑功能的部分异常,初步探索taVNS组患者前岛叶-楔前叶-背外侧前额叶环路发生显著改变假说的相关机制,使用临床量表评价taVNS治疗MCI的临床疗效,为taVNS防治MCI、改善认知功能的临床应用及推广提供科学依据。

[Trial registration] ChiCTR2100049940

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