AJP:青少年饮酒后大脑发育轨迹发生改变

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来自美国加州SRI国际健康科学中心、斯坦福大学等机构的研究人员联合在The American journal of psychiatry杂志上发表的一项纵向研究指出,饮酒会破坏青少年大脑的正常生长轨迹:特定脑区灰质体积下降更快,白质体积增加更慢。

对大脑的纵向研究发现,大脑成熟的特征为:前十年内皮层灰质体积的增加,随后持续减少;与之相反白质体积在青春期持续增长,直到第三个十年增长轨迹放缓。鉴于许多青少年会在青春期冒险尝试“成人行为”(如饮酒),因此推测青少年大脑的进化可能会受到环境影响,过量的有害物质可能导致灰质体积减少的加速和/或白质增长的减弱。这一推测在最近的一项纵向研究中有所发现:被试包括55名年龄在14岁至19岁从未喝酒或用药的青少年,在两年的随访研究中,结构MRI分析表明与无酒无毒的青年相比,其他开始饮酒或吸毒的年轻人右侧额中回的皮层厚度减少大于预期,且局部白质体积增长迟缓。来自加利福尼亚门洛帕克的SRI国际健康科学中心,斯坦福大学,加州大学圣地亚哥分校拉霍亚分校,加利福尼亚大学圣地亚哥分校,杜克大学,匹兹堡大学,俄勒冈州卫生与科学大学,大邱庆北学院的联合研究对大脑结构的正常发育轨迹和饮酒后的影响进行了探索。

该研究采集了483名青少年(这被试数量,你怕了吗?)(12-21岁)在开始饮酒前,饮酒后1年和2年的MRI影像,并通过评估第2年的饮酒情况将所有被试分为三组:356人不饮酒,65人适度饮酒,62人重度饮酒。使用MRI量化大脑区域性皮层和白质体积,并以正常组青少年每年的百分比变化(斜率)作为开始中度或重度饮酒的青少年的对照组进行研究。研究有两个主要目的:1)建立正常人白质灰质体积的生长轨迹;2)检验开始饮酒的年轻人的大脑发育是否与前人研究中酗酒人群的发育轨迹一致。

分析方法

1.大脑结构的正常发育轨迹。

正常发育的大脑结构轨迹通过计算无/低饮酒组中的正常被试的区域脑容量变化轨迹来确定。脑区包括六个主要双侧肺叶的灰质ROIs和三个白质ROIs,将每个ROI每年的变化量除以基线值再乘以100表示该脑区每年变化的斜率,然后进行回归分析去除脑区,种族和幕上体积的影响,最后使用一般线性模型计算年龄,性别及其相互作用的影响。(图1)。

图1展示了所有正常组被试基线,第1年、第2年额叶灰质体积和中央白质体积的随访值。基于线性混合效应模型(lmer)计算了男性女性一到两个标准偏差的变化曲线,发现:额叶体积呈线性下降趋势,而白质体积的增长随年龄增长而减慢,此外这两个区域男生的体积都比女生大。右边的图表与左边的图表数据相同,但针对幕上体积的变化进行了调整,已减少区域体积中的性别差异。

2.饮酒对发育轨迹的影响

基于一般线性模型,分别比较适度饮酒组、重度饮酒组和正常组的组间差异,协变量包括年龄、性别、地点、种族和幕上体积。进行差异比较的两组的Cohen'sd首先通过混合效应模型回归了性别、地点、种族和幕上体积的影响(p≤0.01)。

此外对34个Desikan-Killiany皮层分区模板重复上述分析,使用Pearson检验和Spearman秩和确认检验对第2年随访测量指标(年终饮酒天数、饮酒次数、狂欢次数、以及过去一年所有饮酒场合中最多的量)与回归过年龄,性别,部位,种族和幕上体积的变化斜率进行探索性相关分析。

结果

1.大脑结构的正常发育轨迹

平均而言,所有6个灰质区域均呈下降趋势(t值范围为211.466至227.158,p,1028至10287)(表2)。所有ROI随年纪增加呈单调递减轨迹(图2;表2)。女性的年降低率高于男性,但性别年龄的交互作用不显著(表2)。

与皮层区域相比,三个白质体积呈增长趋势(t值范围从30.656到44.134,p,102100)(表2)。增长随年龄增长而减慢(简单年龄效应的t值从28.173到213.617,p<0.001)(表2)。此外三个ROI的年龄性别交互作用显著,男性增长趋势较女性呈更快减弱(图2;表2)。

表2. 正常组每个ROI年龄,性别和年龄 - 性别交互作用的一般线性模型结果

图2. 正常组所有ROI灰质体积和白质体积随时间的变化斜率图示。散点图展示了不同性别被试变化斜率随时间的变化,每个散点图下面的条形图展示三组被试的平均变化斜率。

2.饮酒对发育轨迹的影响

(1)控制年龄,性别,地点,种族和幕前量后的组分析结果。

组分析结果:分别对【65人中度饮酒组与356正常组】,62【人重度饮酒组与356人正常组】两组进行了比较。只在重度组VS正常组发现了显著的组效应(表3):与正常组相比,重度组额叶、扣带和总灰质体积下降得更快,中心白质的扩张速度更慢(图3和图4)。额叶区域经Bonferroni校正后是显著的。尽管中度饮酒组与重度组呈现类似趋势但组间差异不显著(表3;图4)。

表3. 三组被试每个ROI的一般线性模型和效应量估计结果

图3. 重度饮酒组比正常组灰质体积减少幅度显著更大的脑区

图4. 三组被试每个ROI的体积平均变化率(平均斜率)

后续分析结果:由于重度组的被试年龄较大,因此纳入62名对照组对其进行了分析。与正常组相比,前额灰质体积继续下降(t= 22.004,p = 0.047),尽管p值没有达到Bonferroni校正确定的显著性阈值。而对家族史、社会经济地位和地区之间的组差异分析结果均不显著。

DK模板34个ROI分析结果:12个皮层区域显示重度组体积减少比正常组块,其中3个区域显著:尾额中,上额叶和后扣带(图5;表S1)。

图5. 重度饮酒组比正常组灰质体积减少幅度显著更大的区域

表S1. 重度饮酒组和正常组的平均剩余容量和两组t检验的差异以及DK模板中34个脑区的p值

探索性相关分析结果:组织损失的加速与过去一年中最大饮酒量相关(图6)。

图6. 中度和重度饮酒组的组织损失率与过去一年最大饮酒量显著相关的脑区

(2)基线组差异分析。通过比较两个饮酒组和正常组在基线时脑区体积的差异发现所有ROI都没有显著差异,而对34个皮层脑区的分析发现了一个体积较小的区域(旁海马,p= 0.046),还有一个较大的区域(颞中,p= 0.045),但多重比较后并不显著。

酗酒家族史:阳性家族史定义为具有至少一个有酒精使用障碍史的一级亲属,将三个组组内属于阳性与阴性家族史的变化斜率进行非参比较(Mann-Whitney-Wilcoxon)。正常组和中度组的家族史比较结果没有显著差异,但重度组中阳性家族史(N=21)比阴性家族史(N=41)在三个区域的斜率变化更快:顶骨(W= 231,p= 0.003),枕骨(W= 255,p= 0.008)和总灰质体积(W= 274,p= 0.019)。额叶(W= 304,P= 0.061)和扣带回(W= 303,P= 0.058)的灰质体积呈现类似趋势但不显著。

使用大麻和酒精:将饮酒组按吸食大麻量分为两组对变化斜率进行分析,结果与预期相反,酒精和大麻共同使用组在脑岛灰质体积减少较只饮酒组更慢(t= 2.551,p= 0.014 )。

讨论

这项纵向研究揭示了青少年在2年内组织特异性的大脑发育模式,对于皮层灰质,一般情况下青春期前下降最快,而青春期下降速度减慢。两性的发育轨迹相对恒定(单调),但女孩比男孩更陡峭,其中顶叶皮层变化最大,年龄最小的男孩每年平均下降约2.5%,最年轻的女孩每年平均下降约3%。随着灰质体积下降白质体积增长,在青春期前,特别是男性,白质体积增长速度加快,而青春期后期和成年后减慢,例如年青春期前期的中央白质量每年增加约1.5%,而青春期后期每年增加在0.75%以下。

对青少年饮酒的分析发现在青少年时期开始饮酒会破坏特定皮层灰质区域的正常生长轨迹。尽管在中度饮酒者中没有观察到对脑容量轨迹的显著影响,但许多测量值都表明该组呈现出与重度组类似的变化趋势。在额叶区域观察到的显著变化可能是由于饮酒时流入大脑血流的酒精会刺激该区域。此外,无论是否使用大麻,饮酒青少年大脑生长轨迹都是紊乱的,而可能导致异常皮层体积轨迹的因素也包括过去一年中最大的酒精摄入量和酗酒家族史。

(看完这个研究,吓得我赶紧猛喝了两杯白酒压压惊)

参考文献:PfefferbaumA, Kwon D, Brumback T, et al. Altered brain developmental trajectories inadolescents after initiating drinking[J]. American journal of psychiatry, 2017:appi. ajp. 2017.17040469

原文发布于微信公众号 - 思影科技(siyingkeji)

原文发表时间:2017-11-15

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