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多動症的神經生物學基礎

摘要

注意缺陷/多動障礙不是一個單一的病理生理實體,似乎有一個複雜的病因。有多種遺傳和環境風險因素具有小的個體效應,它們協同作用,形成了一個神經生物學的譜係。結構成像研究表明,注意力缺陷/多動障礙兒童的大腦明顯小於未受影響的對照組。前額葉皮層、基底神經節和小腦受到不同程度的影響,有證據表明,大腦關鍵區域白質束的連通性降低。遺傳、藥理、影像學和動物模型強調了多巴胺失調在注意缺陷/多動障礙神經生物學中的重要作用。迄今為止,興奮劑是治療注意力缺陷/多動障礙最有效的精神藥理學療法。目前在意大利,隻有立即釋放的呱醋甲酯和阿托西汀被批準用於治療多動症。藥物治療應始終是綜合計劃的一部分,該計劃包括社會心理、行為和教育建議和幹預措施。

簡介

注意力缺陷/多動障礙(ADHD)是一種常見的、持久的、可治療的兒童精神障礙,其特征是發育不適當的注意力不集中、運動不安和衝動,約3-7%的學齡兒童受其影響[1].

100年前,注意力缺陷多動障礙首次被認為是一種主要發生在男孩身上的兒童疾病,最初被描述為“多動症”或“兒童多動障礙”。研究發現,這種異常行為是生理條件的結果,而不是養育不當的結果。2].在20世紀60年代和70年代,現在所謂的注意力缺陷多動症的注意力主要集中在多動症上。兒童過度運動的存在被認為是由於雙側皮質活動繼發於胼胝體纖維束介導的半球間抑製的缺乏[3.].注意缺陷障礙(包括或不包括多動)首次出現在1980年的《精神疾病診斷與統計手冊iii》中[4],最新的DSM-IV-TR提供了更新的ADHD標準[5].要診斷ADHD,症狀需要經常出現,持續6個月,適應不良,與個人的發展水平不一致。此外,隻有當至少部分行為症狀出現在7歲之前,出現在不止一種情況下,並對社交和學習功能造成重大損害時,才能診斷ADHD。

對ADHD的重新命名,隨後對注意力的關注,以及對三種亞型的澄清,導致了一係列關於ADHD病因學和病理生理學的神經認知和神經生物學假設。此外,注意力缺陷多動障礙的神經認知模型已經變得更加完善,其中一個特殊的執行過程,抑製,現在被認為是一個核心缺陷[6].

目前的理論強調兒童注意力和執行功能障礙的核心作用[78],以及涉及情緒控製和動機過程的情感成分[9].越來越多的證據支持一個模型,在早期發育過程中,多重遺傳和環境因素相互作用,導致神經生物學上對該障礙的易感性;它的表達是由不同和不同的神經網絡的變化和這些神經網絡所服務的神經心理功能的缺陷介導的[10].多動症患者在注意力和認知功能的幾個方麵存在困難:解決問題、計劃、定向、警覺性、認知靈活性、持續注意力、反應抑製和工作記憶[711].其他涉及情感成分的領域,如動機和延遲厭惡,也會受到影響[89].運動困難,如感覺運動協調問題,包括書寫不良、笨拙和在實現運動裏程碑方麵明顯遲滯[12],也有報道,據估計,多動症人群中運動障礙的患病率約為50% [13].運動問題可能部分與多動症中小腦和基底神經節的結構和/或功能異常有關[14].

最近,神經影像學在理解ADHD臨床表現背後的神經生物學方麵取得了幾項重要進展,並證明了涉及注意、執行和抑製控製的區域的紊亂有明確的大腦基礎[1516].此外,經顱磁刺激(TMS)提供的證據表明,未成熟的同側運動皮層指示的皮質內抑製可在精神興奮劑治療後恢複正常[17].在基礎神經生物學的新興研究和多動症的遺傳、神經影像學和神經心理學分析之間有一個令人興奮的融合。神經生物學的知識可以為兒童神經學家、精神病學家和其他醫療保健專業人員提供一個有價值的框架,用於解釋符合ADHD診斷標準的兒童的臨床發現。在這篇文章中,我們提供了一個突出的神經基礎的障礙的簡要概述。

病因

注意力缺陷多動障礙不是一個單一的病理生理實體,似乎有一個複雜的病因。多種遺傳和環境因素共同作用,形成了一個神經生物學的譜係。

多動症的遺傳基礎

遺傳因素與注意力缺陷多動障礙有關,但其作用機製尚不完全清楚。對多動症的雙胞胎、家庭和收養研究表明,遺傳對該疾病的影響很大,遺傳率為60-90% [1819].

調節神經遞質係統的基因與多動症有關。ADHD的候選基因研究已經產生了大量的證據,表明一些基因與該疾病的病因學有關,meta分析支持編碼DRD4、DRD5、SLC6A3、snap25和HTR1B的基因的作用[20.].對ADHD潛在等位基因的基因組掃描研究表明,5p13、6q12、16p13、17p11和11q22-25染色體上存在連鎖。[2122].然而,全基因組關聯研究未能報告在多次檢測校正後的任何顯著關聯[23].因此,ADHD的一個看似合理的遺傳假說是顯性和隱性主基因的混合,它們以複雜的多基因傳播模式起作用[18].據報道,在多動症患者中,被稱為拷貝數變異的大量罕見染色體缺失和重複的比率增加[24].然而,目前在正常的臨床實踐中,對單個兒童進行基因檢測並不實際。

有時,患有結節性硬化症、神經纖維瘤病I型、特納綜合征、威廉姆斯綜合征、速心麵綜合征、普拉德-威利綜合征和脆弱×綜合征等神經遺傳疾病的患者會出現adhd樣症狀。盡管每種綜合征可能是由具有多種分子功能的不同基因異常引起的,但這些異常的影響可能在生物通路或神經回路的下遊引起共同的影響,從而導致多動症症狀的出現[25].

多動症的環境基礎

產前、產期和產後環境因素在ADHD的發病中起著重要作用。產前因素與孕期母親的生活方式有關。例如,已知產前酒精暴露可誘發大腦結構異常,特別是小腦異常[26].產前接觸酒精的兒童會變得多動、擾亂和衝動,並增加患一係列精神疾病的風險[2728].母親吸煙使患多動症的風險增加2.7倍[29],並且已報道了母親在懷孕期間吸煙與多動症之間的劑量-反應關係[30.].這可能是由於尼古丁受體的影響,調節多巴胺能的活動。多巴胺能破壞被認為與多動症的病理生理有關[3132].

圍產期因素也與此有關,極低出生體重兒童的注意力缺陷多動障礙發病率增加了兩倍,後來被診斷為注意力缺陷多動障礙兒童的母親懷孕和分娩並發症的發生率也增加了[33].

在產後因素中,營養不良和飲食缺乏在多動症中的作用已被提出。必需脂肪酸(omega-3和omega-6)攝入的不平衡被認為可能與多動症的發展有關[34,盡管需要進一步的證據來確定其作用。有些個案與缺鐵有關[35].產後早期社會環境的剝奪也可能產生重大影響。

基因-環境交互作用

需要考慮更多複雜的ADHD病因模型,包括基因-環境相互作用。最近的研究集中在基因變異(DRD4和DAT1)和產前物質暴露對ADHD亞型兒童的聯合影響上,證明在基因易感兒童中,懷孕期間吸煙與ADHD合並類型有關[36].男性的DAT1基因型與產前暴露有顯著的交互作用。DAT1 10重複等位基因純合的男性比其他所有組的男性有更高的多動衝動。37].盡管ADHD的病因和病理生理存在異質性,但異常的DAT密度似乎在ADHD受試者中很常見[38].

神經影像學

越來越多的證據表明,額紋狀體網絡可能參與了ADHD的病理生理學。這個網絡包括外側前額葉皮層、背側前扣帶皮層、尾狀核和殼核。在多動症患者中,可以觀察到大腦總容量、前額葉皮層、基底神經節(紋狀體)、背側前扣帶皮層、胼胝體和小腦的體積減少[39].一項針對注意力缺陷多動障礙患者的發展軌跡研究顯示,他們的大腦皮層成熟延遲,並證明了不同的臨床結果可能與青春期及以後不同的發展軌跡有關[40].在對多動症兒童皮質發育的研究中,可以看到大腦成熟的顯著延遲;灰質峰值比健康對照組晚約3年[41].這種延遲在控製包括注意力和運動計劃在內的認知過程的重要區域前額葉最為明顯。4142].包括基底神經節、腦島和小腦在內的代償網絡在ADHD患者相對較低的認知負荷任務中有牽連[43].

神經影像學研究也報告白質(WM)體積減少[43,胼胝體中矢狀體(CC)區[44]、皮質厚度[43的研究結果。複製最多的改變之一是CC明顯變小,但關於受影響的胼胝體節段的報道相互矛盾[45].最近的核磁共振成像(MRI)結構研究表明,患有多動症的兒童、青少年和成人都存在WM改變[46].在15名患有多動症的年輕男性中.(2008)發現在下頂葉、枕頂葉、額葉下和顳葉下皮層下的幾個不同區域存在WM異常[47].神經束造影方法顯示,這些區域構成了連接前額葉和頂枕區與紋狀體和小腦的WM通路的一部分。作者還證實了多動症中不同皮層區域的WM發育異常,他們此前在ADHD受試者的功能MRI研究中發現這些區域功能障礙或活性低下[47].

彌散張量成像(DTI)是一種MRI成像方法,它提供了關於大腦神經纖維軌跡的方向和完整性的信息在活的有機體內.DTI研究顯示,多動症患者前額葉區域的皮層WM通路以及基底節區和小腦周圍通路的發育變化,這可能反映了軸突髓鞘化的減少。據信,這些變化會導致神經元交流速度的下降[48].此外,服務於皮質紋狀體和皮質小腦回路的神經網絡可能是ADHD的假定生物標誌物。事實上,在這種疾病中,使用DTI對其進行量化可能與診斷和治療目的相關[46].

除了提供新的數據來繪製多動症相關的大腦係統,並將這些發現與臨床症狀相結合,功能神經成像研究還讓我們了解治療反應的機製[4249].正電子發射斷層掃描(PET)研究表明,鹽酸呱甲酯(MPH)阻斷多巴胺活性轉運體(DAT),細胞外多巴胺(DA)增加與阻斷水平和DA釋放速率成比例。這一過程與多動症患者對外部刺激的顯著感知增強有關[50].

臨床診斷和共病

ADHD的臨床表現可能因年齡和發展階段而異,在被視為問題的活動水平和注意力不集中方麵也存在文化差異[51].診斷要求在社會、學術或職業功能方麵應有明確的臨床顯著損害證據[5].以注意力不集中為主的類型在女性中相對更常見。多動-衝動型為主的兒童具有攻擊性和衝動,往往被同齡人高度排斥。與其他兩種類型相比,合並型對整體功能的損害更大。患有注意力缺陷多動障礙的青少年通常報告自尊心低,同伴關係差;年輕時吸煙和濫用藥物的風險很高[5253].

內表型可被用作疾病易感性的性狀標記,以識別更具有基因同質性的亞群,突出不同的病理生理機製或病因途徑,或定義適合定量性狀分析的“光譜”表型[54].認知缺陷和運動反應抑製是ADHD的主要內表型候選者[55].

與注意力缺陷多動障礙同時存在的其他幾種精神病理類型,如對立違抗性障礙、情緒和焦慮障礙、學習障礙、抽搐和智力遲鈍,是非常常見的[56].

治療

在開始治療之前,確定目標結果以指導治療決策是很重要的。藥物治療應基於徹底的評估,並應始終是綜合治療計劃的一部分,包括心理社會、行為和教育建議和幹預措施。心理治療結合藥物治療可在治療行為問題、組織問題和精神病共病方麵發揮作用[57].在意大利,ADHD的診斷隻能在意大利衛生部批準的區域轉診中心進行。衛生部根據歐洲準則提出的治療準則明確規定,隻有在證實認知行為療法在6個月或更長時間內失敗後,才能開始進行藥物治療。在開MPH或阿托西汀(ATX)治療之前,患者必須首先在ADHD藥物注冊登記。

行為療法和藥物療法都被證明對多動症患者有益。一項關於不同治療方案(一個高度監測的藥物治療方案、行為治療、藥物與行為治療結合或社區護理常規治療)療效的縱向研究顯示,8年隨訪後,所有4個原始治療組的結果相似:與前處理基線評分相比,所有治療組都有改善,但沒有一個表現出優勢[58].

與注意力缺陷多動障礙相關的額葉-皮質下回路(外側前額葉皮層、背側前扣帶皮層、尾狀核和殼核)富含兒茶酚胺,而兒茶酚胺參與了用於治療這種障礙的藥物的作用機製。神經藥理學研究已經提供證據,ADHD涉及去甲腎上腺素(NE)和DA神經遞質係統的失調[59].MPH治療通過多種作用引起DA信號的增加,包括阻斷DA再攝取轉運體、放大DA反應持續時間、解除多巴胺D2受體抑製和放大DA音調[60].MPH也是NE再吸收的抑製劑。ATX是突觸再攝取的選擇性抑製劑在活的有機體內,它專門增加了前額葉皮層的細胞外DA水平,但在紋狀體中沒有;可能是通過NE轉運體調節皮質突觸DA的攝取[61].右苯丙胺通過增加神經遞質向突觸間隙的釋放,減少向突觸前神經元的再攝取,抑製它們的分解代謝,從而增加DA和NE的突觸活性[62].有力的證據表明,興奮劑藥物,如MPH和右苯丙胺,以及非興奮劑ATX,對改善注意力缺陷多動障礙症狀有效[63].胍法辛是一種選擇性的阿爾法2a腎上腺素能受體激動劑,它通過刺激突觸後的阿爾法2a腎上腺素能受體,增強前額皮質網絡的功能連通性,從而改善工作記憶[64].胍法辛也被證明能有效減輕注意力缺陷多動障礙症狀[6566].表格1總結了這些藥物治療ADHD的最重要的特點。目前在意大利,隻有ATX和立即釋放的MPH被批準用於ADHD的治療。

表1 ADHD藥物治療的臨床特點

注意力缺陷多動障礙的藥物治療通常耐受性良好1).然而,對其中一些藥物心血管安全性的擔憂促使最近對ATX和MPH對血壓(BP)、心率(HR)和心電圖參數的影響進行了研究。MPH似乎會引起輕微的血壓和心率升高,但沒有強有力的數據表明它會增加QT間期。有限的數據表明ATX可在短期內提高血壓和心率;從長遠來看,它似乎隻會提高BP。ATX對QT間期的影響尚不確定。由於目前的證據是基於沒有專門設計來調查這些藥物對心血管的影響的研究,因此很難得出確切的結論[67].

MPH和ATX都顯著增加了負責注意和執行功能的關鍵皮層和皮層下區域的激活。因此,改變多巴胺能和去甲腎上腺素能功能顯然是藥物治療ADHD的臨床療效所必需的[68].然而,MPH和ATX對神經的影響既相同又不同,這與觀察結果一致,即許多兒童對兩種治療都有良好反應,但有些兒童對其中一種治療有優先反應。盡管ADHD的藥物治療似乎可以幫助大腦為學習做好準備和促進,但體驗式項目需要誘發大腦的代償性發展。一些兒童在環境經驗輸入和早期認知/行為治療後的臨床改善可能表明與結果相關的可塑性大腦反應[69].一年的MPH治療可能有助於顯示注意力的神經相關的持久正常化。然而,人們對興奮劑對發育中的大腦功能組織的長期影響知之甚少。70].最近的研究結果表明,長期服用藥物幼稚的多動症男孩在“識別記憶”部分任務中具有適度執行要求的神經心理功能增強[71].接受藥物治療的多動症患者應始終密切監測常見和不尋常的潛在嚴重不良反應。

結論

來自神經影像學、神經心理學、遺傳學和神經化學研究的數據一致表明,額紋狀體網絡的參與可能是ADHD病理生理學的一個因素。這個網絡包括外側前額葉皮層、背側前扣帶皮層、尾狀核和殼核[39].功能神經成像為檢查多動症的病理生理學提供了新的方法,顯示了涉及前額葉、紋狀體和頂葉腦區的神經係統廣泛功能障礙,並導致了一個多發育通路缺陷的大腦模型[72].分子遺傳學研究支持神經遞質係統失調是該疾病遺傳易感性的基礎,並且越來越清楚的是,基因型可能影響對藥物的反應[73].希望,對注意力缺陷多動障礙潛在神經生物學的理解將有助於確定更具體和有針對性的藥物治療,並將幫助兒童神經學家更好地管理他們的患者。

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手稿的編輯和表格的準備工作由Fishawack通信公司的Rachel Wright完成,並得到Shire發展公司的支持。

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Paolo Curatolo教授曾擔任禮來公司和Shire公司的顧問委員會成員,並獲得了禮來公司和Shire公司的研究資助。其他作者沒有利益衝突需要聲明。

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PC提出並設計了研究,並修改了最終稿。EDA和RM審閱了文獻上的所有相關文章,並在Paolo Curatolo教授的指導下編寫了第一稿。所有作者都對知識內容做出了貢獻,並批準了最終版本。

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Curatolo, P, D'Agati, E. & Moavero, R.多動症的神經生物學基礎。斜體字J Pediatr3679(2010)。https://doi.org/10.1186/1824-7288-36-79

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  • 擴散張量成像
  • 多動症的症狀
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