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一文总结:前庭性偏头痛的病理生理机制研究进

发布时间:2019-10-10

  导读:前庭性偏头痛(VM)是一种常见的疾病,其遗传学、表观遗传学与环境因素可能与疾病的发生发展有关。VM的病理生理学尚不明确;目前关于前庭性偏头痛的假设大部分是基于对偏头痛本身的认识。其中关于迷路血管的三叉神经支配与血管活性神经肽在三叉神经纤维的血管周传入神经末梢的定位证据,证实了三叉神经血管系统参与疾病其中。三叉神经-前庭蜗神经反射的激活所触发的神经源性炎症,伴随内耳血浆蛋白外渗和炎性介质的释放,可导致三叉神经初级传入神经元的持续激活和致敏化,能够解释VM的症状。脑干前庭核与调节三叉神经痛觉传入的结构(延髓头端腹内侧区、中脑导水管周围灰质腹外侧区、蓝斑核和中缝大核)之间的相互关系对于理解VM的病理生理学至关重要。虽然皮层扩散抑制能够影响处理前庭信息的皮层区域,但功能性神经成像技术提示前庭-丘脑-皮层功能障碍导致多模式感觉整合与前庭及痛觉信息处理的失调,这可能是VM潜在的致病机制。

  前庭性偏头痛(VM)是发作性前庭综合征最常见的原因,其终生患病率约为1%。 VM发生在目前或既往患有偏头痛病史的患者中,以及具有偏头痛特征的反复发作的前庭症状患者。虽然VM的疾病发作期可以出现自发性和位置性眼震,但是发作间歇期的神经耳科学检查通常是正常的。尽管前庭功能检查显示单侧前庭功能减退和眼球运动障碍很常见,但几乎一半患者的结果是正常的。笔者总结了现有的关于VM的病理生理学认识,尤其侧重于遗传学研究及多感觉整合网络。由于目前VM的假设都是建立在偏头痛的病理生理学基础上,所以首先论述偏头痛的致病机制。

  目前被广为接受的是,三叉神经血管系统(TVS)是VM的解剖学基础,其活化及致敏会导致头痛。尽管皮层扩散抑制(CSD)与人类的先兆症状并无联系,但CSD的电生理现象可能与偏头痛先兆的神经生理学相关。

  TVS包含三叉神经节(TG)假单极神经元,其主要通过三叉神经眼支来支配软脑膜、硬脑膜及头颅血管。这些初级神经元集中投射至三叉神经-颈复合体(TCC),包括三叉神经脊束核(三叉神经核尾部)及C1与C2脊髓后角。TCC的二级神经元投射纤维上行通过三叉丘脑束,连接至对侧腹后内侧核(VPM)与丘脑后核,依次投射至初级与二级躯体感觉皮质。此外,TCC与脑干中心互相连接,处理痛觉信息。这些中心包括延髓头端腹内侧核结构(RVM)——特别是中缝大核——导水管周围灰质腹外侧区(vlPAG),下丘脑区域。事实上,TCC的调节功能依赖于皮质、下丘脑后部与这些脑干核团的下行通路。

  实验研究表明,脑膜痛觉感受周围末梢的去极化导致TVS的活化,周围血管末梢释放血管活性神经肽。P物质(SP)、降钙素基因相关肽(CGRP)、神经激肽A(NK-A)等,引起硬脑膜中血管舒张脑血流量增加、血浆蛋白外渗、肥大细胞脱颗粒,促炎症因子的释放,最终导致被称为神经元反应的炎症反应。

  促炎症介质与谷氨酸释放水平增加,使三叉神经节TG(周围敏化)中初级神经元兴奋,从而产生搏动性疼痛。这些介质也使二级神经元与三级神经元敏化(中枢敏化),导致痛觉异常。功能性脑成像研究显示vlPAG、RVM与楔状核参与维持中枢敏化。

  实验研究表明,TG的化学刺激与电刺激引起内耳血流量的显著增加、血管渗透性的改变及血浆蛋白外渗至内耳。 这些发现为TVS参与VM的病理生理学敞开了大门。目前已确定在支配内耳和前庭神经核的三叉神经感觉纤维中存在血管活性神经肽(如P物质(SP),降钙素基因相关肽(CGRP))。

  皮层扩散抑制由短暂而强烈的神经去极化形成,会产生一个缓慢扩散至枕部皮层的波形,随后形成持续很久的皮质生物电活动抑制。CSD引起跨膜离子梯度的紊乱,升高突触间隙细胞内Ca2+的浓度及细胞外H+、K+、谷氨酸、花生四烯酸、一氧化氮(NO)的浓度。这些分子能够激活TVS血管周围及脑膜的痛觉感受器,及三叉神经脊束核中的中枢三叉神经血管神经元。

  CSD的启动是由细胞外局部k+的浓度超过临界值、皮质椎体细胞顶树突及NMDA受体活化释放谷氨酸所引发,这很可能是由于电压门控Ca2+通道的开放所致。最近,实验证明CSD诱导神经泛连接蛋白通道的开放、促炎症因子物质的释放,这能够激活脑膜TVS。

  此外,CSD作为偏头痛的触发因素这一观点是有争议的,因为大多数偏头痛患者并不存在先兆症状。有些学者假设了一个先兆沉默机制,但引发TVS活化的启动机制尚不明确。近期提出的一个假设认为,偏头痛是一种大脑病理状态,涉及多个部分重叠的大脑网络结构。因此,偏头痛是由间脑结构与脑干核团功能障碍所诱发的,这些结构能够调节RVM、vlPAG、下丘脑后部与VPM丘脑核团等三叉神经痛觉的传入。在这个替代的假设中,TVS直接活化,而不是通过外周痛觉感受器及一级、二级、三级三叉神经血管神经元的敏化而活化。

  尽管VM中的前庭症状可能不是一种感觉先兆,但据假设,其能够用先兆的机制来解释,即CSD。 CSD可向前波及所谓的前庭皮质,甚至可以到达脑干前庭核,从而导致前庭症状。然而,VM的发作的持续时间(从几数秒到数天)并不符合先兆的特征,也不能解释某些患者的单侧半规管轻瘫。先兆可以在发作期任何时间发生,也可以出现无头痛的先兆。此外,伴有脑干先兆症状的偏头痛,曾被称为脑干先兆型偏头痛,还有其他脑干症状,如构音障碍,耳鸣,语言障碍,复视,共济失调或意识水平下降等,与VM的诊断标准也是有明显区别的。

  多年来,解释VM的病理生理学发展出很多假设,从血管理论到神经源理论。内听动脉及其分支的可逆性血管痉挛是最早提出的理论之一。该理论机制可以解释前庭症状和/或听力症状的突然发作、自发性眼震、甚至VM与MD及BPPV之间的关联。此外,基于人群的研究显示偏头痛可能与突发性感音神经性耳聋相关。

  中枢性自发性眼球震颤与眼球运动异常并不能由内听动脉缺血来解释,但其可能是小脑前下动脉(AICA)梗死的表现。Meta分析显示偏头痛与中风不仅仅是共患病的情况,偏头痛可能是独立的脑血管危险因子,尤其是在有先兆偏头痛的年轻患者中。

  多项研究表明,VM患者VEMP的反应降低或无反应,说明前庭耳石反射功能异常。这些发现与内耳受累的耳石器官低灌注有关,还与脑干下行耳石通路的缺血损伤有关。

  最近,几项全基因组关联分析研究(GWAS)已经在多个位点发现了与偏头痛易感性显着相关的常见遗传变异。有三个标志在偏头痛患者的独立队列中显示出一致的相关性:PRDM16基因中的rs2651899,TRPM8基因中的rs10166942和LRP1基因中的rs11172113。PRDM16基因的常见变异与欧洲,中国和北印度人群的偏头痛相关,但该基因在偏头痛中的作用尚不明确。

  编码电压门控Cav2.1(P/G型)钙通道中央成孔亚基的CACN1A基因突变,导致至少三种神经钙通道病综合征:发作性共济失调2型、家族偏瘫性偏头痛1型、与脊髓小脑性共济失调6型。累及的证据显示Cav2.1通道能够参与偏头痛与VM的发病机制。因此,偏头痛可被视为一种离子通道病,CSD是不同基因突变的结果,这些突变能够通过影响若干离子通道增加CSD的易感性,大多数参与谷氨酸代谢平衡,这样共同最终结果导致突触间隙细胞外谷氨酸与K+浓度的增加,进而导致TVS活化、中枢敏化及CSD启动。

  据报道,VM家族性的患病情况说明其具有遗传因素。在同一家族内,可能会有多种患病情况,有些患偏头痛、有些患前庭性偏头痛或儿童时期良性发作性眩晕,这显示VM的表型异质性。最为接受的观点:VM是具有中、高度外显率的常染色体显性遗传。然而,桑格测序并未检测出VM患者具有导致家族性偏瘫性偏头痛的基因突变,如CACNA1A, ATP1A2, SCN1A等。

  尽管候选基因研究中未发现致病基因突变,但是检测出若干位点。Lee等研究了20个多病例诊断为良性复发性眩晕(BRV)的家族,表明BRV与22q12有关。BRV包括没有耳蜗症状的反复发作的自发性眩晕患者。目前,大多数既往被诊断为BRV的患者,可以归类为VM,因为79% BRV的患者也符合偏头痛的诊断标准。

  根据VM的患病率来说,VM并不像家族性偏瘫性偏头痛或发作性共济失调是一个单基因疾病,而是如同MD一样为多基因疾病。在前庭通路与疼痛网络中,涉及多种离子通道及其受体的功能性遗传变体,可能决定了VM表型的临床异质性。这能够解释中枢和外周前庭表现可以同时发生,以及偏头痛的特征。

  VM的病理生理学是使用痛觉感受与前庭通路之间的相互关系来解释的。前庭神经核与臂旁核、中缝核、蓝斑核等其他脑干结构之间相互的连接,可能有助于三叉神经血管反射与痛觉通路的敏化调节。正电子发射计算机断层显像(PET)与功能磁共振成像(fMRI)已显示在偏头痛发作时,脑干背侧尤其是中缝背核与vlPAG激活。此外,三叉神经核尾部与前庭神经核之间的痛觉联系,技术引领诚信为先 助推企业做大做强。能够解释偏头痛患者的前庭症状。

  有些研究显示VM患者的头部运动感知的敏感性增强,这能够动态调节半规管及耳石的传入,所以有学者认为,由于小脑蚓部尾侧信号处理的改变,患者半规管耳石的整合可能出现异常。

  动物的电生理学及神经解剖学研究,人体的PET与fMRI等功能性神经成像技术研究,一致发现前庭小脑与前庭皮质是前庭系统的关键部分。多个丘脑核团参与前庭处理,特别是丘脑腹后外侧核(VPL)与VPM核团。丘脑是前庭通路中主要的感觉中继站,其参与多感觉整合及前庭、视觉与本体觉得传入处理,因此丘脑功能在多模式感觉敏化中是一个关键的因素。fMRI研究中已经显示丘脑在偏头痛发作期被激活。VPL参与控制身体空间定位,VPM接受三叉神经丘脑的传入。笔者推测偏头痛发作可能短暂的敏化VPL与VPM核团、增强前庭信息的感知。这个假设能够解释偏头痛和VM患者的运动病易感性。

  虽然在人体并没有发现一个特定的前庭皮质,但一些皮质区域参与前庭信息的处理,特别是岛叶、顶岛盖、颞顶叶交界处,以及后顶叶皮层,扣带皮层,躯体感觉皮层,以及额叶内外侧皮质。这些区域是多种感觉汇合的多感觉区域。同样,人体也没有发现特定的痛觉区域,值得注意的是,岛盖区后部被假设为初级痛觉皮质,其可能为前庭与痛觉处理之间的相互作用提供场所。前庭皮质与躯体感觉皮质的投射纤维高度重叠,可能是由于岛叶内的连接,从而引起前庭躯体感觉的相互作用,如冷热试验与直流电前庭刺激所证实的。因此,前庭传入能够影响其他感觉形式。

  在VM的PET研究中,丘脑皮质的参与并没有被阐明。对比发作期与发作间期的减影图像显示,双侧小脑、额叶皮质、颞叶皮质、岛叶后部和丘脑的代谢增加。还观察到双侧枕叶、后顶叶皮质的代谢减退。小脑高代谢的原因是一种抑制前庭过度反应的适应性机制,而枕颞叶失活的原因是视觉与前庭系统之间的相互抑制。该研究显示前庭-丘脑-皮质通路在VM中激活。

  偏头痛患者血氧水平依赖(BOLD) fMRI神经影像学显示,除了初级视觉皮质外,还有其他皮质区域参与。包括前扣带、前额与眶额叶皮质。使用BOLD fMRI观察,冷热前庭刺激引起岛叶皮质、顶叶皮质、丘脑、脑干(包括PAG)、小脑明显地激活,以及前扣带回明显地反应降低。这种的情况在健康志愿者、无先兆偏头痛患者、或发作间期的VM中都能观察到。尽管如此,VM患者前庭刺激同侧的丘脑背内侧核激活也明显高于健康对照和无先兆偏头痛患者。此外,在VM患者中,丘脑被激活的程度与偏头痛的发作频率相关。

  已有研究描述了偏头痛患者对不同感觉刺激的超敏反应。暴露于特定的刺激下,不仅导致对该刺激的超敏反应,还可能导致对其他刺激的超敏反应的进一步增强。目前已经认识到,偏头痛患者的包括三叉神经传入在内的感觉刺激中枢处理发生改变,有的学者据此将偏头痛解释为一种多感觉整合障碍。

  正如所见,多感觉整合在所有前庭中继中都被描述过,包括前庭神经核、丘脑、大脑皮层。这些多模式感觉区域负责整合处理躯体感觉、视觉、前庭等信息。内在的(前庭)脑干-丘脑-皮质水平的前庭感知与交叉模式相互作用的增强,至少能够部分解释,偏头痛与包括VM在内的某些前庭疾病之间的关联。

  VM在前庭-丘脑-皮质水平对大脑异常敏感反应的响应导致多模式感觉统合与处理失调(图1)。在分子水平上,这可能是由影响几种离子通道和受体功能的变体所引起的,这使得VM具有易感性。多个脑网络可能不仅参与疼痛基质与前庭通路,还涉及其他结构如边缘系统。

  图1 前庭性偏头痛的病理生理学机制。异常的大脑敏化导致丘脑-皮质处理中多模式感觉整合失调,这可能与三叉神经-血管反射相互作用。前庭与痛觉信息的异常处理能够导致具有偏头痛特征的短暂性前庭功能障碍。



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