JNNP:脊髓损伤后伤害性感受通路的微结构可塑性

脊髓损伤后神经病理性疼痛（NP）的潜在病理生理学是复杂的，涉及“自下而上”伤害性信息处理和“自上而下”内源性疼痛调节。下行调节通路中的功能变化与脊髓损伤（SCI）后NP的存在有关。下行疼痛调节网络包括一个皮层-皮层下-脑干网络，参与传入伤害性感受的调节信息。参与伤害性信息处理的关键成分是后岛叶、丘脑、中脑导水管周围灰质（PAG）、前扣带回皮质（ACC）和背外侧前额叶皮质（DLPFC） 。在上升的伤害感受通路中，在初级传入纤维与投射神经元突触的背角水平上，已经出现了对传入输入的抑制和促进作用。 这些区域内的调节性变化可以促进伤害性感觉状态，并可能有助于NP的出现和慢性化。创伤性脊髓损伤引发了一系列的神经损伤创伤引起的继发性神经退行性变过程，包括脊髓和大脑中的脱髓鞘和铁积聚，可使用定量MRI进行追踪。

迄今为止，大脑和脊髓宏观结构（即体积）变化的增加和减少与NP的发生有关。此外，宏观结构组织保留可能与脊髓损伤后NP的出现和维持有关。然而，这些NP相关过程在萎缩区域内和萎缩区域以外的微观结构相关性尚不清楚。基于最近的研究表明，活动依赖性可塑性可以转化为髓鞘结构的变化，本文假设这种病理生理过程将反映在沿伤害性通路髓鞘和铁含量的微观结构变化中。

使用了多参数映射（MPM）协议，该协议提供了对髓鞘形成敏感的对比度，对组织和血液中的铁含量敏感（利用有效横向弛豫率（R2*）13）来跟踪伤害性通路轨迹上结构和代谢变化之间的复杂关系及其与NP的存在和强度的关系。为了同时描述NP相关的神经轴改变，本文使用了嵌入统计参数映射（SPM）框架的大脑和脊髓模板。最后，应用了多变量基于源的形态计量学（SBM），估计了跨神经轴的体素之间的相互关系，以确定组间结构变异的自然分组模式。本文首先比较了有NP和无NP的SCI患者的MRI指数，然后比较了SCI患者和健康对照组的MRI指数。

30例慢性创伤性脊髓损伤患者和23例健康对照者参与了研究。17-19名符合条件的外伤性脊髓损伤患者和健康对照组年龄，没有头部和大脑损伤史，没有影响预后的神经、精神或医学障碍，也没有MRI禁忌症。神经系统检查根据国际脊髓损伤神经系统分类标准进行。疼痛强度采用11点数字评分量表进行量化，0表示无疼痛，“10”表示可想象的最严重疼痛。对受试者进行MRI扫描。磁共振图像使用SPM处理。用SBM对每个形态计量学和微观结构参数图像进行单独分析。

脊髓损伤后，沿着上升和下降伤害性通路的轨迹，髓鞘敏感和铁敏感含量的差异与NP相关。大多数效应位于内源性疼痛调节的关键结构中。创伤引起的萎缩性改变，以及髓鞘和铁的变化，在整个感觉运动和边缘系统都很明显。伴随着创伤引起的变化，颈髓、丘脑、初级体感皮层、ACC和DLPFC的体积增加和减少也与SCI后的NP有关。

纵向松弛（R1）和有效横向松弛率（R2*）信号变化与导水管周围和延髓疼痛强度之间关系的统计参数图

损伤引起的体积改变的神经元基质仍不完全清楚。病理生理学上，残余脊髓丘脑束轴突的慢性异位电活动、伤害性神经元钠通道的29上调、促炎细胞因子的30和增加31是可能的机制。由于体积变化可以代表无数的生理和病理生理变化，本文试图通过揭示髓鞘和铁含量沿上升和下降伤害性通路轨迹的变化来揭示这种疼痛相关体积变化的潜在微观结构变化。具体来说，在脊髓、PAG、丘脑、ACC和海马旁回可检测到R2*增加，提示由于脊髓损伤后神经退行性变过程导致的铁聚集在先前与NP有关的区域。由于一系列生理和病理生理过程可能导致梯度回波信号衰减。在恢复和重组过程中，髓鞘再生可能会影响髓鞘结构，从而影响R2*。导致小胶质细胞激活的炎症过程和神经退行性过程可能导致R2*的变化，此外，代谢需求的变化也会影响某些脑区脱氧血球蛋白的浓度，也会影响R2*。

体积减少与髓鞘敏感R1的减少有关，但它也具有疼痛特异性，因为在无疼痛的患者中没有观察到这种减少。由于DLPFC参与了自上而下的抑制和促进疼痛。在脊髓损伤伴NP患者中发现的R2*信号变化可能反映了丘脑铁的积聚，但仅限于丘脑外侧核，而丘脑内侧的体积变化与创伤有关。群体效应的多变量（SBM）测试原则上比直接分析体积和微观结构图像得到的等效质量单变量（VBM）测试更为敏感。

本研究揭示了NP的微结构特征，它影响着上升和下降伤害感受通路的关键成分，其大小与NP的强度直接相关。