缺血性脑卒中:全脑氧代谢及微循环代偿机制研究

The physiological malfunction in brain areas remote to the ischemic lesion (such as the contralateral hemisphere) was sparsely reported in literature.This phenomenon suggests that the pathophysiological alteration of ischemic stroke (IS) is not limited to the perfusion territory of the occluded artery and the ipsilateral collateral circulatory compensation. A more extensive adaptive regulation may play an important role in the overall process and prognosis of the disease, but the exact mechanism remains unknown. Based on the pilot data of this study, we hypothesized that a global compensatory mechanism of perfusion rebalance is developed upon the onset and during the disease progress of IS.Using techniques of magnetic resoannce for oxygen and perfusion quantification , the correlation of the oxygen extraction fraction (OEF) and cerebral perfusion parameters between the ischemic core and the rest of the entire brain will be explored in a voxelwise manner. The post-stroke effect of global compensation on the microstructure and functional integrity of the brain tissue will be evaluted in the context of the ischemic core, penumbra,benign oligaemia and the brain areas remote to the ischemic damage. The evolution of the global oxygen metablism and microcirculation will be addressed in the context of the time lapse starting from the acute phase to the recovery of IS during the disease dynamic. This study is expected to provide scientific bases towards better understanding the pathophysiology of IS,optimizing the theraputic strategies, and translating the fundamental research into novel clinical applications for neuroprotechion and rehabilitation.

文献报道显示缺血性卒中（Ischemic Stroke, IS）病灶以外的远隔脑区存在生理功能异常，该现象提示IS的病理生理过程已超出了闭塞血管的灌注域及同侧半球的侧支代偿范围，可能存在更广泛的适应性调节，其机制尚不明了。针对此现象，基于前期研究基础，本项目提出"缺血性脑卒中的全脑代偿机制"假设，拟采用磁共振氧代谢及微循环定量技术，并结合基于体素的数据分析方法,考察缺血中心区的氧代谢和灌注参数与全脑其它体素之间的互相关程度,同时综合分析体素内氧摄取分数、血流量的绝对测量值、大脑的水弥散特征向量和功能连接参数。旨在明确疾病衍化过程中，全脑代偿调节与梗塞中心区、半影区、良性低灌注区和远隔脑区的微结构和功能完整性的关系，尝试从新的视角丰富缺血性卒中的病理生理机制，为优化临床治疗策略、研发新型诊疗方法、实现最大限度的脑功能保户提供可靠的科学依据.

缺血性脑卒中（ischemic stroke, IS）高致死、致残率的重大疾病。目前医学界对IS尚无特效治疗方法，神经功能康复欠佳仍是医患共同面临的挑战。本研究从远隔效应角度，重新认识IS的疾病机制，旨在明确大脑作为一个器官整体对局造性缺血损伤的适应性调节，并基于前期研究基础，提出“缺血性脑卒中的全脑代偿机制”假设，围绕科学问题 1）确定氧代谢和微循环全脑代偿调节效应和2）全脑氧代谢和微循环代偿与疾病转归以及神经功能完整性的关系，采用磁共振氧摄取分数定量及微循环定量研究技术，结合基于体素的数据分析方法, 探索了IS病理生理过程中在闭塞血管的灌注域以外的脑区响应缺血的表征。项目采用基于梯度回波的磁化率成像以及磁共振氧定量的模型，依据血红蛋白在不同氧合状态下的磁化率特性, 通过测量静脉与周围脑组织的相位差，并根据红细胞压积(Hct)和动静脉血的最大磁敏感差异(Δxd0)的已知经验值近似估算脑组织的氧摄取分数如下：Δx=ΔФ/(2πγB0*TE*(cos2θ-1/3)= Δxd0 * Hct * (1-Y),其中，Δx是静脉血与周围组织的磁化率差，ΔФ是静脉血与周围组织的相位差，γ是氢质子的旋磁比，B0是磁场强度，TE是回波时间，θ是静脉与磁场方向的夹角。Δxd0是单位红细胞压积下的完全脱氧血红蛋白与完全氧合血红蛋白的磁化率差（经验值为2.7x10-7ppm）, Hct是软脑膜静脉的平均红细胞压积（经验值约为0.4）, Y是静脉血的氧饱和度，动脉血的氧饱和度的理论值，1-Y即氧摄取分数（OEF）。结合磁化率定量和功能网络研究方法研究，发现局灶性IS引发广泛的远隔效应，表现为包括病灶同侧半球、对侧半球以及脑桥在内的远隔脑区的微结构和功能完整性的改变，其中病灶对侧的同质脑区是响应局灶性缺血的敏感区，新的视角丰富缺血性卒中的病理生理机制，为优化临床治疗策略、研发新型诊疗方法、实现最大限度的脑功能保户提供了可靠的科学依据。研究成果发表期刊文章3篇，国际会议文章8篇，申请发明专利5项，并多次在国际医学磁共振年会（ISMRM）及人脑图谱年会(OHBM) 展示交流。感谢基金委的资助。