孫 杰 鄭永博 李 賡 常素華 李水清△

（1 北京大學(xué)第三醫(yī)院疼痛醫(yī)學(xué)中心，北京 100191；2 北京大學(xué)第六醫(yī)院，北京大學(xué)精神衛(wèi)生研究所，北京 100191；3 北京大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，北京 100191；4 國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)精神衛(wèi)生學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191）

全球有15 億人受慢性疼痛困擾，慢性疼痛嚴(yán)重限制日常功能和工作能力，隨著我國(guó)人口年齡中位數(shù)的增長(zhǎng)及辦公環(huán)境的改變，勞動(dòng)年齡人口中慢性疼痛發(fā)病率增高，對(duì)于個(gè)人、家庭和社會(huì)經(jīng)濟(jì)都造成巨大負(fù)擔(dān)[1]。睡眠障礙與慢性疼痛往往相伴發(fā)生，失眠和其他睡眠障礙是大部分慢性疼痛病人的核心主訴[2]，薈萃分析顯示有50%的失眠病人合并慢性疼痛，75%患有慢性疼痛的病人合并失眠[3,4]。既往認(rèn)為慢性疼痛與失眠相互作用、互相惡化，但近期研究發(fā)現(xiàn)睡眠缺失可直接導(dǎo)致疼痛敏感性升高，睡眠質(zhì)量不佳加劇疼痛程度及持續(xù)時(shí)間，超半數(shù)的失眠病人有慢性疼痛癥狀[5]。然而失眠惡化疼痛感知障礙的神經(jīng)影像學(xué)機(jī)制尚不明確，改善慢性疼痛病人的睡眠質(zhì)量可為緩解慢性疼痛提供新的治療策略。內(nèi)嗅皮質(zhì)在疼痛傳導(dǎo)及睡眠調(diào)控中都扮演重要作用，軀體的感覺信號(hào)經(jīng)內(nèi)嗅皮質(zhì)傳遞至海馬，內(nèi)嗅皮質(zhì)參與慢波睡眠的調(diào)控。因此，本研究旨在探究?jī)?nèi)嗅皮質(zhì)在疼痛與睡眠障礙中的調(diào)控作用，從而為慢性疼痛與睡眠障礙的治療提供新的靶點(diǎn)。

方 法

1. 一般資料

本研究采用2017 年華盛頓-明尼蘇達(dá)大學(xué)合作承擔(dān)的人類連接組計(jì)劃HCP (Human Connectome Project, HCP) 項(xiàng)目，該項(xiàng)目獲得了華盛頓大學(xué)人體試驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(IRB#201204036)，其青年計(jì)劃中招集1206 名受試者。本研究向HCP 項(xiàng)目組提交申請(qǐng)，經(jīng)HCP 專家組審核批準(zhǔn)，北京大學(xué)第六醫(yī)院倫理委員會(huì)審查本研究方案后予以批準(zhǔn)（倫理批號(hào)2019-5-29-1），通過數(shù)據(jù)共享平臺(tái)下載受試者行為學(xué)數(shù)據(jù)及核磁影像數(shù)據(jù)分析。

納入標(biāo)準(zhǔn)：本研究納入受試者年齡位于22～35歲；無精神疾病、物質(zhì)濫用、神經(jīng)性疾病、心血管疾病病史；體內(nèi)無金屬置入物；非妊娠期婦女；人口學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如疼痛評(píng)分等）無缺失；任意靜息態(tài)數(shù)據(jù)的平均頭動(dòng)< 0.15 mm；未進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)治療或化療；未使用處方藥物治療偏頭痛；無頭部損傷史。

2. 研究方法

（1）人口學(xué)信息采集：收集每名受試者的人口學(xué)資料，包括性別、年齡、同胞情況、種族、民族、教育情況、家庭收入、左右利手、物質(zhì)依賴及濫用信息、體重指數(shù) (body mass index, BMI)和伴侶情況等信息。

（2）疼痛感知信息采集：使用NIH toolbox 的疼痛評(píng)估方法進(jìn)行疼痛感知評(píng)估。NIH Toolbox 疼痛量表用于評(píng)估受試者與實(shí)際或潛在組織損傷相關(guān)的疼痛感知情況，分為疼痛程度評(píng)分和疼痛對(duì)日常生活影響評(píng)分兩部分內(nèi)容：疼痛程度評(píng)分采用單條目的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，疼痛評(píng)估條目的問題為：在過去7 天內(nèi)，平均疼痛情況的分?jǐn)?shù)是多少，采用數(shù)字評(píng)分法 (number rating scale, NRS) 進(jìn)行評(píng)價(jià)。0 分為無疼痛情況，10 分為可想象的最嚴(yán)重的疼痛感覺；疼痛對(duì)日常生活影響評(píng)分采用計(jì)算機(jī)化自適應(yīng)測(cè)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)充當(dāng)決策者角色，依據(jù)項(xiàng)目反應(yīng)理論，根據(jù)受試者對(duì)過去7 天內(nèi)，疼痛的經(jīng)歷會(huì)多大程度上影響日常生活功能不同問題的作答情況估計(jì)出受試者疼痛對(duì)日常生活影響的真實(shí)水平得分，使用最少4 項(xiàng)、最多12 項(xiàng)回答的電子計(jì)算機(jī)校準(zhǔn)后成績(jī)。疼痛對(duì)日常生活影響的評(píng)分代表疼痛情況對(duì)日常社交、認(rèn)知、情緒、活動(dòng)及娛樂功能的影響。分?jǐn)?shù)范圍0～100 分，得分越高說明疼痛對(duì)日常生活的影響越大。

（3）睡眠情況信息采集：采用匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù) (Pittsburgh sleep quality index, PSQI) 評(píng)估受試者的睡眠質(zhì)量情況。PSQI 評(píng)價(jià)過去1 個(gè)月的睡眠狀況，分為7 個(gè)睡眠維度，調(diào)查受試者睡眠的24 個(gè)問題，總分共21 分，總分越高，表示睡眠狀況越差。

（4）影像采集過程：本研究核磁掃描由華盛頓大學(xué)及明尼蘇達(dá)大學(xué)收集完成。采用西門子3T 磁共振成像系統(tǒng)掃描。采用標(biāo)準(zhǔn)32 通道的西門子頭部線圈以及西門子專為HCP 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的傳輸線圈接受器。掃描儀采用常規(guī)SC72 階梯系統(tǒng)，接受線圈有56 cm 通徑（最大梯度場(chǎng)強(qiáng) = 100 mT/m，最大切換率91 mT/m/ms ；讀取成像：最大梯度場(chǎng)強(qiáng) =42 mT/m，最大切換率200 mT/m/ms）。T1 加權(quán)的結(jié)構(gòu)像掃描參數(shù)如下：由三維磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波(three dimensional magnetization prepared rapid graidient echo, 3D MPRAGE)序列獲得：回波時(shí)間 (echo time,TE) 2.14 ms，重復(fù)時(shí)間 (repitition time, TR) 2400 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)間 (inversion time, TI) 1000 ms，反轉(zhuǎn)角(flip angle, FA) = 8 deg，采集矩陣為224 mm×224 mm，像素分辨率為0.7 mm×0.7 mm×0.7 mm。數(shù)據(jù)由FSL(FMRIB Software Library)，F(xiàn)reesurfer 和Connectome Workbench 軟件進(jìn)行預(yù)處理。

所有數(shù)據(jù)的處理程序均遵從HCP 的程序[6]。使用FreeSurfer 5.3.0-HCP 軟件對(duì)MRI 圖像進(jìn)行分割、配準(zhǔn)與三維重建。首先去除原始數(shù)據(jù)的空間和梯度失真的噪聲，以及進(jìn)行校正頭動(dòng)，進(jìn)行場(chǎng)圖失真校正及配準(zhǔn)，將T1 加權(quán)像0.7 mm 數(shù)據(jù)降采樣至1 mm，再次進(jìn)行空間和梯度失真的噪聲去除以及頭動(dòng)校正，校正空間位移后進(jìn)行灰度歸一化，去偏移場(chǎng)，轉(zhuǎn)換成T1 加權(quán)像，配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)的皮質(zhì)表面，蒙特利爾神經(jīng)研究所(montreal neurological institute,MNI) 的標(biāo)準(zhǔn)模板空間內(nèi)[7]。使用Freesurfer 去除顱骨，配準(zhǔn)腦體積，平滑、球面映射、球面校準(zhǔn)，最后進(jìn)行皮質(zhì)分割、標(biāo)簽化。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 和Python 3.6.4 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，連續(xù)變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±SD)表示，一般人口學(xué)數(shù)據(jù)包括年齡、性別、種族、BMI、受教育年數(shù)等，使用偏相關(guān)分析探索疼痛與睡眠之間的相關(guān)性。結(jié)構(gòu)態(tài)核磁數(shù)據(jù)通過構(gòu)建線性回歸模型計(jì)算海馬及相關(guān)皮質(zhì)與疼痛評(píng)分及PSQI 評(píng)分的相關(guān)性。使用Hayes 開發(fā)的PROCESS 中介效應(yīng)分析工具包進(jìn)行中介分析，采取Bootstrap 隨機(jī)抽樣法的原理檢驗(yàn)中介效應(yīng)的顯著性水平。中介效應(yīng)的95%置信區(qū)間不橫跨0（同為正值或同為負(fù)值）作為中介效應(yīng)顯著的標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度對(duì)睡眠和疼痛相互影響的中介效應(yīng)。P< 0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1. 一般人口學(xué)資料

按照納入標(biāo)準(zhǔn)挑選受試者，本研究共納入1043名受試者，年齡在22～37歲之間（平均年齡28.9歲），男性446 名，女性597 名，人口學(xué)等一般資料見表1。

表1 一般人口學(xué)資料Table 1 Sociodemographic characteristics of the total sample

2. 疼痛情況與睡眠障礙發(fā)生的共病情況

將年齡、性別、種族、BMI、收縮壓、舒張壓、教育年限、雇傭狀態(tài)等人口學(xué)資料作為協(xié)變量進(jìn)行控制變量校正，剔除協(xié)變量的影響后，PSQI 總分殘差與疼痛嚴(yán)重程度總分的偏相關(guān)系數(shù)是0.239 (P<0.001)，PSQI 總分與疼痛對(duì)日常生活動(dòng)能影響的偏相關(guān)系數(shù)是0.229（P< 0.001，見表2）。

表2 疼痛與睡眠的偏相關(guān)分析Table 2 Partial correlation between sleep and pain

3.內(nèi)嗅皮質(zhì)與疼痛情況和睡眠障礙

右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)在MNI 標(biāo)準(zhǔn)模板空間中見圖1所示。將年齡、性別、種族、全腦灰質(zhì)總體積、全腦白質(zhì)總體積作為協(xié)變量進(jìn)行控制變量校正，剔除協(xié)變量影響后，隨右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度降低，疼痛程度加重，睡眠質(zhì)量下降（見表3）。

表3 內(nèi)嗅皮質(zhì)與疼痛程度評(píng)分和PSQI 的相關(guān)性Table 3 Linear regression between pain intensity/PSQI and entorhinal cortex

圖1 右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)在冠狀面(A)、矢狀面(B)、橫斷面(C)Fig. 1 Right entorhinal cortex in coronal plane (A), sagittal plane (B), and transverse plane (C)

4.內(nèi)嗅皮質(zhì)可介導(dǎo)疼痛對(duì)睡眠情況的影響

將疼痛程度評(píng)分及疼痛對(duì)日常生活影響評(píng)分與睡眠情況、右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度置入中介模型（見圖2）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)可介導(dǎo)疼痛對(duì)睡眠的影響（見表4）。其中圖2A 中顯示，以疼痛程度評(píng)分為預(yù)測(cè)變量、PSQI 總分為結(jié)果變量時(shí)，右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度顯著介導(dǎo)了兩者間的效應(yīng)（Boot 95%置信區(qū)間上下界符號(hào)相同），間接效應(yīng)c= -0.010，直接效應(yīng)c' = -0.371；圖2B 中顯示，以疼痛對(duì)日常生活影響評(píng)分為預(yù)測(cè)變量、PSQI 總分為結(jié)局變量時(shí)，右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度顯著介導(dǎo)了兩者間的效應(yīng)（Boot95%置信區(qū)間上下界符號(hào)相同），間接效應(yīng)c= -0.002，直接效應(yīng)c' = -0.077。

表4 中介效應(yīng)分析結(jié)果Table 4 Mediation analysis results

圖2 中介模型(A) 右內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度中介疼痛程度評(píng)分對(duì)PSQI 總分的影響；(B) 右內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度中介疼痛影響生活評(píng)分對(duì)PSQI總分的影響Fig. 2 Mediation analysis model(A) The right entorhinal cortex thickness mediates the correlation between pain intensity and PSQI score; (B) The right entorhinal cortex thickness mediates the correlation between pain interference and PSQI score.

討 論

本研究發(fā)現(xiàn)疼痛嚴(yán)重程度及疼痛對(duì)生活功能的影響與睡眠質(zhì)量相關(guān)，睡眠質(zhì)量越差，對(duì)應(yīng)的疼痛程度評(píng)分越高。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度與疼痛癥狀及睡眠質(zhì)量均相關(guān)，且內(nèi)嗅皮質(zhì)可介導(dǎo)疼痛程度評(píng)分以及疼痛對(duì)日常生活的影響對(duì)睡眠情況的影響。

慢性疼痛和睡眠障礙往往相伴發(fā)生、互相惡化，目前尚缺乏有效的治療手段，造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。失眠和其他睡眠障礙是大部分慢性疼痛病人的核心主訴[2]，薈萃分析顯示有50%的失眠病人合并慢性疼痛，75%患有慢性疼痛的病人合并失眠[3,4]。睡眠缺失可直接導(dǎo)致疼痛敏感性升高，睡眠質(zhì)量不佳可加劇疼痛程度及持續(xù)時(shí)間，前一晚的睡眠質(zhì)量可影響第2 天的疼痛嚴(yán)重程度，失眠可導(dǎo)致新發(fā)疼痛[8]。在人和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性剝奪整夜或慢波睡眠后疼痛敏感性增高，疼痛閾值降低，受試者軀體不適感的主訴增加，補(bǔ)充睡眠后，降低的痛閾可得到恢復(fù)[5,9～11]。然而睡眠障礙與慢性疼痛共病的神經(jīng)機(jī)制尚不清楚。本研究從腦影像學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度與睡眠障礙相關(guān)，且與疼痛程度相關(guān)。中介效應(yīng)分析結(jié)果顯示疼痛癥狀可通過影響右側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)厚度進(jìn)而影響睡眠情況。提示內(nèi)嗅皮質(zhì)有可能介導(dǎo)睡眠障礙與疼痛感知異常共病的情況。

既往研究發(fā)現(xiàn)疼痛與涉及情感和動(dòng)機(jī)等中腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)。疼痛可通過與負(fù)性情緒相關(guān)的失眠等精神障礙互相促進(jìn)，形成惡性循環(huán)[12]。內(nèi)嗅皮質(zhì)位于顳葉內(nèi)側(cè)面，在顳葉頭端向背外側(cè)延展。內(nèi)嗅皮質(zhì)在睡眠、記憶、感知覺中起重要作用。運(yùn)動(dòng)感覺皮質(zhì)的信息經(jīng)內(nèi)嗅皮質(zhì)傳遞至海馬?；A(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)嗅皮質(zhì)神經(jīng)元活動(dòng)的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能障礙。內(nèi)嗅皮質(zhì)接受海馬旁、頂葉和枕葉網(wǎng)絡(luò)的大量信息，與海馬旁區(qū)、眶額區(qū)等有密切信息交換[13]。損傷臂叢神經(jīng)后，發(fā)現(xiàn)痛覺敏感與海馬、內(nèi)嗅皮質(zhì)的信號(hào)改變[14]，以上研究證據(jù)說明內(nèi)嗅皮質(zhì)在傷害性刺激信息的傳遞中起到重要作用，疼痛感覺是綜合多個(gè)功能系統(tǒng)共同整合疼痛相關(guān)信息做出的主觀反應(yīng)[15]，睡眠障礙可能通過對(duì)內(nèi)嗅皮質(zhì)功能的改變從而影響個(gè)體對(duì)疼痛的感受進(jìn)而形成惡性循環(huán)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)睡眠時(shí)內(nèi)嗅皮質(zhì)起到介導(dǎo)海馬與新皮質(zhì)活動(dòng)的功能[16]。在家族致死性失眠的病人中內(nèi)嗅皮質(zhì)神經(jīng)功能受損；睡眠呼吸暫停病人的內(nèi)嗅皮質(zhì)體積減小，治療后內(nèi)嗅皮質(zhì)的體積與睡眠情況平行[17]。

綜上所述，內(nèi)嗅皮質(zhì)的厚度改變可能與疼痛感知異常和睡眠障礙共病及相互惡化相關(guān)，提示對(duì)于慢性疼痛共病睡眠障礙的病人，對(duì)內(nèi)嗅皮質(zhì)進(jìn)行如經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱電刺激等物理治療，有望改善疼痛與睡眠障礙的共病癥狀。本研究也存在一些不足，受試者大部分為高加索年輕人群，其疼痛的癥狀并不嚴(yán)重，并不能代表慢性疼痛群體，且對(duì)我國(guó)中老年病人的代表性欠佳；本研究數(shù)據(jù)樣本為橫斷面數(shù)據(jù)，對(duì)因果解釋能力欠佳。因此，亟需設(shè)計(jì)針對(duì)我國(guó)慢性疼痛與睡眠障礙人群的隊(duì)列進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證性研究，以期為臨床治療慢性疼痛提供新的治療思路，為臨床治療慢性疼痛問題提供最優(yōu)解決方案。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。