热射病中枢神经系统MRI应用进展

Struggle

热射病的典型临床特征是核心体温超过40.5℃，并出现神经系统异常，包括记忆丧失、瘫痪、癫痫发作、谵妄、意识受损或昏迷，其他躯体并发症包括休克、弥散性血管内凝血、急性呼吸窘迫综合征、急性心、肾、肝功能障碍和衰竭、酸碱或电解质紊乱、横纹肌溶解[1, 2, 3]。热射病可分成经典型(非劳力型)和劳力型，前者发生机制与机体产热与散热失衡有关，常见于运动量过大的年轻人，如消防员、军人、工人；后者常发生于暴露在高热环境中体温调控能力较差的老年人，劳力型热射病的典型表现是大量出汗和皮肤潮湿，而在经典型热射病中，皮肤通常干燥，这反映了老年人在热应激下汗腺反应功能下降的特征。热射病的诊断主要基于高热、神经系统异常和近期暴露于炎热天气(经典型)或体力活动(劳力型)[1]，是一种致命性急症，具有较高的致死率[4, 5]。

热射病导致的中枢神经系统损伤的病变部位包括小脑、基底节、脑干、大脑皮层、皮层下白质、海马、胼胝体压部、外囊、岛叶等[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]，其中小脑病变主要集中在小脑皮层、小脑蚓部、小脑上脚及齿状核，且多为双侧对称性受累。热射病中枢神经系统并发症的病理生理基础是脑血液灌注不足、炎症反应、血栓形成及微出血等[1, 2,6, 7, 8]。一方面，在热应激初期，下丘脑体温调控中枢通过扩张周围血管和提高心排血量来增加散热，同时伴随代偿性内脏血管及肾脏血管收缩以防止循环血量不足，晚期持续性热暴露导致体温调节能力下降，微血管收缩能力下降及心输出量减低导致平均动脉压降低，脑灌注减少脑血流量不足，从而并发脑缺血[1, 2,15]；另一方面，炎性细胞因子破坏血脑屏障致其通透性增加，脑内静脉充血和脑水肿，引发的颅内压升高也可引起脑缺血[16]。导致颅内出血的机制是蛋白质C，蛋白质S和抗凝血酶Ⅲ的减少以及血管内皮的损伤[1]，类似于弥散性血管内凝血及脓毒血症。以上不同机制导致热射病影像表现各异，因此磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、磁共振静脉成像(magnetic resonance venography，MRV)、磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、扩散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)具有为热射病的诊断提供定量、客观依据的潜力，笔者将应用于热射病中枢神经系统的各项MRI技术进行综述。
1 常规MRI
常规磁共振成像是目前最常用于诊断热射病的技术，典型患者可出现特征性异常信号，且往往呈现对称性分布[6,8,10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]。在以往的报道中，热射病病变类型主要为细胞毒性水肿、微出血、脑炎、出血性脑梗死、血管源性水肿[1,18]。磁共振信号特点复杂多样，T1WI多为等信号或稍低信号，T2WI和FLAIR成像可显示热射病引起的脑损伤，多为高信号，磁共振增强扫描部分热射病导致的病变可以伴有不均匀强化[6]。
2 DWI
DWI通常比T2WI或FLAIR成像更明确地显示病灶，或病变仅局限于DWI[13, 14]。细胞毒性水肿导致的扩散受限是与热射病发生脑缺血相关的MRI表现之一。脑缺血或梗死时钠钾泵功能受损，细胞内钠离子聚集，渗透压升高，水从细胞外流入到细胞内而导致的水扩散的相对限制，因此在DWI上表现为高信号[16, 17]，ADC图量化了扩散受限的程度。尸检发现，脑内DWI高信号另一个有关因素是髓鞘或神经元的空泡化[16]。
Ookura等[13]报道过1例老年热射病患者，在积极进行一系列降温治疗后，于入院第7天行磁共振检查，结果显示在DWI序列上小脑、双侧小脑上脚和丘脑存在对称性高信号，第21天复查磁共振结果显示仅小脑仍存在轻度高信号，并出现小脑萎缩，所有这些异常信号均未在T1WI、T2WI上显示。Kobayashi等[16]报道的1例热射病患者，在b值为3000和2000 s/mm2的DWI显示双侧齿状核和双侧丘脑为明显高信号，但在常规b值(b=1000 s/mm2)的DWI仅显示部分齿状核和右侧丘脑为轻度高信号，所有上述信号在T2WI未显示任何异常。这些异常信号出现的区域常提示小脑传出通路受损[13]。
高b值通过改善信噪比可以提高对热射病引起的脑损伤的检测。b值高时，所有组织的信号强度都会下降，但下降程度取决于组织的ADC值，ADC值较低(扩散受限)的组织的信号下降程度低于正常脑实质，从而改善病变组织和正常的脑实质之间的信噪比，提升病变的检出率[16]。在获取较高b值的DWI时，考虑到信噪比或成像时间的延长，b值为2000 s/mm2可能更适合检测热射病引起的脑损伤[16]。高b值DWI能够改善扩散受限病变与正常脑实质之间的对比，从而提高异常信号的检测能力。因此，在热射病脑损伤的检测过程中，MRI常规序列或常规b值DWI观察不到的异常信号可能在获得高b值DWI后较明确地显示。
3 MRV
热射病导致的休克是颅内静脉血栓(cerebral venous thrombosis，CVT)的危险因素之一[19]。CVT常见的临床表现包括高颅内压症状(头痛、呕吐、视乳头水肿)、局灶性症状和脑病样症状(癫痫、精神障碍和意识混乱、昏迷)[20]，Cao等[6]报道了1例热射病伴发CVT的患者，MRV检查显示上矢状窦、直窦、大脑大静脉内出现充盈缺损，且MRI提示双侧基底节出血。该患者经过积极的抗凝治疗(低分子肝素)上述静脉的血流信号在MRV随访中明显改善。钆对比增强后，MRI显示双侧基底节病变范围缩小。关于此病例中CVT合并双侧基底节出血较合理的解释是大脑大静脉引流包括基底节在内的深部区域，此静脉闭塞增加小静脉和毛细血管压力，导致红细胞渗出，引起双侧基底节出血。虽然经过抗凝治疗后该患者获得良好的预后，但也遗留了视力障碍。
4 SWI
SWI在颅内出血的检测中起着重要作用。SWI是基于T2加权序列，通过不同组织间的磁敏感差异来增强图像对比度，在显示脑内小静脉及微出血等方面比常规梯度回波序列具有更高的敏感度。脱氧血红蛋白及含铁血黄素具有较高的顺磁性，可通过改变局部磁场引起质子失相位，从而改变质子自旋频率，此时施加一个足够长的回波时间，质子间自旋频率的不同使组织间发生相位失调从而造成相位差，并同时被相位图所探测，形成较明显的组织对比。Zhang等[21]报道过一组8例热射病患者，其中3例通过SWI检测到颅内出血(部位包括脑干、右侧放射冠、右侧额叶)，且最终死亡，余5例未发现颅内出血的患者逐渐恢复，但小脑仍存在不同程度的功能障碍。进而推测热射病引起的颅内出血(包括微出血)是预后不良的重要指标。Sonkar等[22]报道过1例热射病患者继发弥散性血管内凝血伴有双侧放射冠区脑出血，经过积极治疗后幸存，且未遗留神经系统后遗症。因此早期监测和防治热射病患者颅内出血具有重要意义。
5 MRS
MRS是一种能无创性检测活体组织内化学组成及代谢变化等信息的磁共振成像技术，广泛应用在中枢神经系统如肿瘤等疾病诊断领域。NAA峰被认为是神经元活性的标志物，Cho/Cr被认为是细胞膜转运功能的标志物。由于热射病一系列的病理生理变化(包括浦肯野细胞的严重弥漫性丢失、渗透性脱髓鞘和浦肯野细胞轴突退化)可导致小脑NAA峰值降低。Li等[17]曾对8例热射病患者进行MRS检查，结果发现热射病患者小脑NAA/Cr及Cho/Cr比值较正常对照组明显降低，且NAA/Cr比值与格拉斯哥昏迷评分呈显著正相关，这项试验表明热射病患者小脑神经元受损，浦肯野细胞严重弥漫性丢失。此研究还发现有2例热射病患者出现显著Lac峰，乳酸为无氧代谢产物，这表明脑组织存在代谢性酸中毒的可能。尽管小脑对热损伤极其敏感，但仅限于体温的升高，不受季节性温度的影响，体温升高导致小脑Cho/Cr比值升高，原因可能是体温升高导致的细胞内外跨膜物质的交换速率的增强[23]。因此MRS是评价热射病小脑代谢物水平变化的一种有效工具，通过NAA/Cr比值可有效评价病情的严重程度。
6 DTI
DTI可以无创性测量体内水分子的运动，提供不同组织中水的各向异性信息，通常被用于定量测量可能被疾病损害的神经组织的完整性。DTI可提供特征性定量参数，包括表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)及各向异性分数(fractional anisotropy，FA)。当轴突或神经元受损时，这种各向异性效应就会减弱，因此DTI序列能较好地量化神经损伤的严重性。Li等[24]研究发现，热射病患者小脑白质和灰质的FA值明显降低，其合理的解释是浦肯野细胞严重弥漫性丢失及其轴突的退化。也有研究表明热射病亦可导致大脑半球类似的改变，出现大脑白质纤维束广泛的FA值降低[25]。
7 DTT
DTT是基于扩散张量成像可以实现神经束的三维可视化，DTT可通过测量重建神经束的各向异性分数和纤维体积(fiber volume，FV)来量化特定通路的完整性和结构连接性水平[26]。FA值代表轴突、髓鞘和微管等微观结构的方向性程度，而FV值代表神经束中包含的体素数量。
在热射病持续性神经功能障碍病例中，小脑功能障碍如共济失调、构音障碍和协调障碍是主要症状。Chang等[25]报道过1例热射病患者，DTT显示皮质脊髓束(corticospinal tract，CST)、皮质网状束(corticoreticular pathway，CRP)和弓状束(arcuate fasciculus，AF)变窄；穹窿脚、AF和内侧丘系(medial lemniscus，ML)局部中断，且除ML外所有检查的神经束中FA和FV值较对照组均下降，这被认为是神经束中神经元微结构的退化所导致的。研究者推测该患者出现的步态障碍、语言障碍和认知障碍可能是与CPR、ML的退变及AF损伤导致的传导性失语症有关。这些结果表明，即使常规脑MRI成像未显示明确异常，DTT也可能是检测神经功能缺陷的有用工具，并有助于为伴发神经功能症状的热射病患者建立适当的康复策略。
8 小结与展望
综上所述，热射病较特异性的MRI征象为脑内对称性异常信号，尤其小脑容易受累，DWI在热射病的应用中具有明显的优势。MRV、SWI、MRS、DTI、DTT有助于早期发现颅内血栓及微出血改变、评估神经元的存活状态、定性及定量分析神经纤维束的损伤，为临床治疗提供不可替代的价值。但由于热射病发病后常需气管插管、呼吸机维持等条件的制约，磁共振技术尚未广泛应用于临床。随着磁共振技术的不断提升，相信在未来的热射病诊治指南中，磁共振成像能为其诊疗及预后提供更大的参考价值。

该项目受到滨州医学院烟台附属医院科技计划（2019-001）的资助。

利益冲突全体作者均声明无利益冲突。
参考文献略。
【徐浩然,李军.热射病中枢神经系统MRI应用进展[J].磁共振成像, 2021,12(9):103-105.DOI:10.12015/issn.1674-8034.2021.09.026.】
http://www.chinesemri.com/CN1159********/1336512.htm
（作者：徐浩然,李军）

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