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青少年非自杀性自伤患者脑结构及自发神经活动特征

2024-10-25 11 上传者：管理员

摘要：目的探究青少年非自杀性自伤患者大脑结构及自发神经活动的异常，寻找非自杀性自伤潜在的客观生物学指标。方法根据美国第5版《精神障碍诊断与统计手册》非自杀性自伤的（non-suicidal self-injury,NSSI）标准共纳入23例青少年NSSI患者（NSSI组），匹配20例青少年为健康对照组（healthy control group,HC组）。采用汉密尔顿抑郁量表、汉密尔顿焦虑量表、渥太华自我伤害调查表评估受试者抑郁焦虑以及NSSI程度。采用体素形态学分析、低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF）、比率低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation,fALFF）、局部一致性（regional homogeneity,ReHo）多模态方法分析两组青少年脑灰质体积和自发神经活动的差异。结果（1）NSSI组左背外侧额上回、左脑岛皮质体积减小，差异有统计学意义（P<0.05）。（2）NSSI组杏仁核、右前后扣带回的ALFF值降低，辅助运动区的ALFF值增高，右前扣带回的fALFF值降低，右直回ReHo值降低，而背外侧额上回ReHo值增高，差异有统计学意义（P<0.05）。结论青少年NSSI患者存在额叶-边缘系统脑区结构及广泛的自发神经功能活动改变，可能是NSSI发生的神经生物学机制。

关键词：
NSSI
多模态
磁共振成像
青少年
非自杀性自伤
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非自杀性自伤（NSSI）是指个体在无自杀企图下，所采取的一系列故意、直接地对身体组织反复伤害且不被社会文化认可、接纳的行为[1]。荟萃分析表明在2010年至2021年间全球青少年非临床样本中NSSI的患病率为20%左右，较前有所上升[2]。研究显示[3]我国中学生NSSI患病率为27.4%，且近年来呈增长趋势。NSSI能显著增加个体自杀的风险，已成为严重危害青少年身心健康的公共卫生问题[4-5]。近年来，磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）研究显示，NSSI患者额边缘系统中前额叶、眶额叶、扣带回、丘脑、杏仁核、岛叶等多个脑区结构和功能均表现出不同程度的异常[6-7]。然而，NSSI相关的MRI研究存在较大的异质性，结果的可重复性差、方法不统一，且多采用特定的任务态MRI来研究某一神经环路功能特点。本研究采用多模态MRI探究静息态下青少年NSSI患者的脑结构和功能的改变，寻求青少年NSSI特异性的神经生物学标记，为其早期识别和临床干预提供参考依据。

1、对象与方法

1.1 对象

本研究共纳入26名2021年09月～2022年10月在新乡医学院第二附属医院门诊或住院治疗的青少年NSSI患者，招募同期年龄、性别相匹配的健康青少年24名。将所有纳入研究的青少年分为NSSI组和HC组。NSSI组入组标准：（1）年龄12～18岁；（2）汉族，右利手；（3）符合DSM-5中NSSI相关的诊断标准，近1月内仍然有NSSI行为；（4）入组前1个月内未服用任何镇静、抗抑郁及抗精神病药物，未进行心理治疗、无抽搐电休克等物理治疗；（5）从未有过自杀观念及行为。排除标准：（1）患有严重精神障碍如脑器质性精神障碍或躯体疾病所致精神障碍、酒精或药物依赖、精神分裂症等；（2）患有神经系统疾病如颅内肿瘤、癫痫、脑炎、脑血管病等，严重躯体疾病如肺炎、哮喘、先天性心脏病等；（3）既往或目前存在意识障碍，昏迷，脑部外伤等；（4）拒绝签署知情同意书和（或）无法配合的患者；（5）有MRI扫描禁忌证。本研究获得新乡医学院第二附属医院伦理委员会批准（批件号码：XYEFYLL-2020-27），已在中国临床试验中心注册通过（ChiCTR2000037640）。入组前所有受试者及其法定监护人均详细了解本研究方案及流程，获得其知情同意后签署书面知情同意书纳入研究。

1.2 MRI数据采集

本研究所使用的设备为德国西门子3.0T磁共振机器（Magnetom Trio Tim System,Siemens,Erlangen,Germany），采用8通道头部线圈对受试者进行扫描，研究过程中未曾更换设备及进行系统更新。数据采集由新乡医学院第二附属医院医学影像科医技人员完成，技术人员对数据检查无误后进行光盘刻录存储。具体参数：（1）高分辨率3D-T1的结构磁共振成像：选用快速自旋（毁损梯度）回波序列（fast spoiled gradient echo,FSPGR),3D的矢状方位进行扫描。采集具体参数：重复时间（Time of Repeat,TR)=2300ms，回波时间（Time of Echo,TE)=3.7ms，翻转角（Flip Angle,FA)=9度，视野（Field of View,FOV)=256×256mm2，矩阵（Matrix)=256×256，层厚（Slice Thickness,ST)=1.0 mm，采集每层的间距（Slice Gap,SG)=0，采集的层数（Slice Number,SN)=176层，采集次数（NEX)=1次，扫描完成总共耗时=9分50秒。所有受试者均排除明显脑结构的病变后进入下一步BOLD像采集。（2）静息态的BOLD功能磁共振成像：采用的单次激发梯度回波-回波平面序列（gradient echo and echo planner imaging,GRE-EPI）采集功能像的数据。采集具体参数如下：TR=2000ms,TE=30ms,FA=90°，FOV=240×240mm2,Matrix=64×64,ST/SG=4.0/0.8mm,SN=33层，NEX=1次，采集的时间点240个，扫描的总长=8分28秒。

在对图像进行预处理后排除头动参数过大（头动平移>3mm或转动角度>3°）、成像质量差的数据，最终有效入组例数为43例，其中NSSI组23例（男性3例，女性20例），HC组20例（男性2例，女性18例）。

1.3 研究工具

1.3.1 一般人口学资料

采用自制的一般情况调查表，其主要包括受试者的性别、年龄大小、受教育年限、家庭一般情况、左右利手使用情况、家族史等一般资料。

1.3.2 汉密尔顿焦虑量表、汉密尔顿抑郁量表

采用汉密尔顿抑郁量表17项（17-item Hamilton Depression Scale,HAMD-17）版本评估受试者抑郁症状，该量表由Hamilton于1960年所制，经检验具有良好的信度和效度，多数项目采用0～4级评分法，少数采用0～2级评分法，总分越高表示抑郁的程度越重。采用汉密尔顿焦虑量表（Hamilton Anxiety Scale,HAMA）评估受试者的焦虑症状严重程度，在临床上广泛应用于各种疾病焦虑症状的严重程度评估，该量表采用0～4级评分法，14个项目的总分即为量表分数，能较好地反映焦虑症状的严重程度。

1.3.3 渥太华自我伤害调查表

首先经一名精神科副主任及以上职称的医师根据病史和DSM-5判断是否符合NSSI诊断标准，并使用中文版渥太华自我伤害调查表（Ottawa self-injury inventory,OSI）评估非自杀性自伤行为症状的严重程度。

1.4 统计分析

使用SPSS 25.0对两组一般人口学资料和临床资料进行统计分析，对符合正态分布的计量资料采用均值±标准差（）的统计描述，双样本t检验进行统计检验。计数资料采用χ2检验（Chi-Square Test）进行统计检验。检验水准α=0.05，以P<0.05认为有差异有显著统计学意义。两组灰质体积（gray matter volume,GMV）、ALFF/fALFF值和ReHo值使用基于MATLAB平台的SPM 12中采用两样本的t检验来进行统计分析，将年龄和扫描参数作为协变量加以控制，而在对灰质体积图像进行分析时还额外添加颅内体积TIV作为协变量。统计的显著性阈值设置为体素水平P<0.001（未校正），团块水平P<0.05(family-wise error,FWE校正）。

2、结果

2.1 两组临床症状及一般情况结果

结果显示两组在一般人口学资料中年龄、性别、受教育年限、户籍类型、是否独生子女变量之间均无显著的统计学差异（均P>0.05），但在HAMD得分、HAMA得分上NSSI组显著高于HC组，差异有统计学意义（均P<0.01）。在临床特征上NSSI组首次自伤的年龄为13.83±1.61岁，近1年的自伤次数为96.00±103.34次，最少的为29次，最多的为530次。如下表1所示。

表1 两组人口学资料及一般临床特征对比

2.2 两组GMV结果

结果显示，与HC组相比，NSSI组在左侧背外侧额上回、左侧脑岛灰质体积减少，差异有统计学意义（P<0.05,FWE校正），两组在其余脑区灰质体积未见显著差异。结果如下图1及表2。

2.3 两组ALFF/fALFF结果

图1 两组GMV差异显著的区域

注：暖色区域表示NSSI组<HC组。显著区域的阈值设置为体素水平P<0.001（未校正），团块水平P<0.05(FWE校正）

NSSI组相比于HC组在双侧杏仁核，右侧前扣带回、后扣带回的ALFF值降低，双侧辅助运动区的ALFF值增高，NSSI组仅在右侧前扣带回的fALFF值降低，差异有统计学意义（P<0.05,FWE校正）。未发现有NSSI组较HC组fALFF值显著增高的脑区，结果如下图2、3及表3、4。

2.4 两组ReHo结果

结果显示，与HC组相比，NSSI组在右侧直回ReHo值降低，而双侧背外侧额上回ReHo值增高，差异有统计学意义（P<0.05,FWE校正）。结果如下图5及表6。

3、讨论

青春期是大脑发育的一个特殊时期，相对成熟早的皮质下区域（边缘系统）与成熟较晚的皮层（前额叶皮质）的发育不同步这可能使青少年情绪反应剧烈易产生冲动行为，如暴力、NSSI、自杀、物质滥用等行为的神经生物基础[8]。研究显示青少年NSSI平均年龄在15岁[9]，女性多见，以切割、抓挠、击打方式最常见。这与本研究所示NSSI组平均年龄15岁，女性较多的结果相一致。尽管NSSI的发生率在成年早期可能会有所下降，但患有NSSI的青少年发生不良结局风险显著增加，反复NSSI的青少年更易在青年期产生各种心理健康问题，如抑郁症、酒依赖等。故应对其早期识别和干预，以防止进一步的发展。

表2 两组GMV结果

图2 两组ALFF差异显著的区域

图3 两组f ALFF差异显著的区域

图5 两组Re Ho差异显著的区域

表3 两组ALFF结果

表4 两组f ALFF的结果

额叶-边缘系统由前额叶皮层（prefrontal cortex,PFC）、眶额叶皮层（orbitofrontal cortex,OFC），以及扣带回皮层（cingulate cortex,CC）、杏仁核（amygdala,Amyg）、丘脑（thalamus）、岛叶（insula,INS）、海马（hippocampus,Hipp）等多个相关脑区构成[7]，额叶控制和调节边缘系统。前额叶与高级认知功能思维、情绪调节、行为控制有关，边缘系统与情绪处理、奖赏处理、疼痛感知、记忆等功能有关。本研究结果显示青少年NSSI患者较健康青少年在左侧背外侧额上回、左侧脑岛的皮质体积显著减少，前者负责冲动抑制，后者与感觉、情绪、认知加工等功能有关。Ando等[10]对29例有NSSI行为的青少年女性脑结构磁共振研究显示，伴NSSI行为青少年在前扣带回、脑岛皮质体积减少，且伴有自杀观念的NSSI患者ACC体积进一步减少。也有研究发现[11]青少年NSSI患者右侧额下回、脑岛皮质体积减少，且与边缘型人格障碍患者异常脑结构存在部分一致。这与本研究结果基本一致，但本研究并未发现ACC结构异常。这可能是因为ACC与自杀的关系更为密切，而本研究主要是NSSI而非自杀行为，且边缘型人格障碍、自杀、NSSI异常脑区存在部分交叉和重叠。另外也可能和样本量大小、年龄及性别比例有关。

表6 两组Re Ho结果

NSSI具有复杂多样的神经环路的功能障碍[12]，但NSSI的最常见的原因为缓解负性情绪、释放压力。本研究发现在静息状态下青少年NSSI患者较健康青少年在双侧杏仁核、右侧前后扣带回ALFF值降低，双侧辅助运动区ALFF值增高，右侧前扣带回fALFF值降低。在局部神经活动的一致性上，NSSI组在双侧背外侧额上回ReHo值增高，而右侧眶回ReHo值降低。研究表明NSSI观念和行为与左侧后扣带回皮层、右侧杏仁核、左侧海马的过度激活有关[13]，这些区域均与情绪处理有关。然而，本研究结果却发现静息态下NSSI青少年杏仁核、扣带回活动减弱。这可能与研究对象选择和所处状态有关，反复NSSI可能会导致杏仁核对消极刺激反应性减弱，从而克服了恐惧、厌恶的情绪反应，使得该行为能够重复。另有研究发现青少年NSSI患者在面对消极图片如自伤、流血时，杏仁核激活减弱，扣带回皮质和眶额叶皮质激活增加；而面对积极的图片时，杏仁核与眶额叶皮质激活均增加[14]。NSSI患者在面对自伤相关刺激时更容易兴奋和唤醒，同时需要前额叶来控制这一异常情绪反应，这与本研究所示左侧背外侧额上回的局部神经活动增强相一致。故本研究所示静息态下青少年NSSI患者杏仁核，前、后扣带回自发神经活动降低，而前额叶的辅助运动区自发神经活动增高，可能与情绪低落和潜在的NSSI冲动发生的倾向有关。基于多源认知干扰任务fMRI的研究还发现，NSSI组在执行任务时扣带回皮层存在过度反应而背外侧前额叶的活动却减弱，且越弱的背外侧前额叶活动与冲动性增加和较差情绪控制有关[15]。这种激活模式可能是在认知干扰期间前额叶瞬时处理能力受损导致扣带回补偿性激活。总之，无论是结构上还是功能上这些异常的脑区均与额叶-边缘系统有着密切的联系，故推测其在NSSI的发生机制中具有重要的作用。

参考文献:

[3]韩阿珠,徐耿,苏普玉.中国大陆中学生非自杀性自伤流行特征的Meta分析[J].中国学校卫生, 2017, 38(11):1665-1670.

[12]张丽萍,王纯,杭亚明,等.非自杀性自伤行为的关键生物基础[J].中华精神科杂志,2022,55(2):150-153.

基金资助:河南省精神心理疾病临床医学研究中心开放课题(编号:2020-zxkfkt-006);

文章来源:付播,潘苗.青少年非自杀性自伤患者脑结构及自发神经活动特征[J].国际精神病学杂志,2024,51(05):1417-1422.