人嗅性誘發(fā)電位

作者：陳興明　徐春曉　倪道鳳

關鍵詞：嗅覺系統(tǒng)

嗅性誘發(fā)電位（olfactory evoked potentials,OEP）作為一項客觀而靈敏的電生理指標，對于嗅覺系統(tǒng)及其相關疾病的診斷具有重要的臨床應用價值?，F(xiàn)從嗅覺的解剖、生理，嗅性誘發(fā)電位的波形、影響因素及其臨床應用等方面加以闡述。

定義和研究歷史

嗅性誘發(fā)電位系由氣味劑（odrants）或電脈沖刺激嗅粘膜，應用計算機疊加技術，按國際標準10/20法在頭皮特定部位記錄到的特異性腦電位。由氣味劑刺激誘發(fā)者亦稱嗅性相關電位（olfactory event-related potentials,OERP）。

嗅覺是最原始的感覺功能之一，起著識別、報警、增進食欲、影響情緒等作用，對于一些從事特殊職業(yè)者，如香精師、美食家、偵察員、化學師、醫(yī)師、公安消防人員等，靈敏的嗅覺更是必不可少。

長期以來，對于嗅覺能力的檢測或嗅覺疾病的診斷，主要依賴患者的主訴和一些主觀的檢查方法，如常用的標準微膠囊嗅功能檢查法（University of Pennsylvania Smell Identification Test,UPSIT）、T&T嗅覺計和靜脈性嗅覺試驗等，它們的主觀隨意性大，結果不夠可靠。因此，人們一直致力于尋找一種客觀的嗅覺檢查方法。

本世紀五十年代，人們以電刺激動物嗅粘膜，在頭皮特定部位記錄到穩(wěn)定的特異性腦電位變化，稱之為嗅性誘發(fā)電位。1966年Finkenzeller等［1］用氣味劑刺激人類嗅粘膜，同樣在頭皮特定部位記錄到了嗅性誘發(fā)電位，亦即嗅性相關電位。

但在當時的實驗條件下，不能排除三叉神經受刺激誘發(fā)的電位的影響。1978年Kobal等［2］研制了一種嗅覺刺激裝置，其在刺激嗅區(qū)粘膜的同時不會引起呼吸區(qū)粘膜的溫度和體感變化。后來，人們又發(fā)現(xiàn)了僅能興奮嗅覺系統(tǒng)而不興奮三叉神經系統(tǒng)的化學物質，如香草醛（3-甲氧基-4-羥基甲醛）、硫化氫等［3］。從此，嗅性誘發(fā)電位的研究得到了較快的發(fā)展。與電刺激相比較，應用化學刺激更接近嗅覺生理，近年來的研究也主要集中于OERP。

嗅覺系統(tǒng)的解剖通路

嗅覺系統(tǒng)主要由嗅上皮、嗅球和嗅皮層三部分組成［4］。

每側鼻腔嗅區(qū)粘膜總面積約1～5cm2，由假復層柱狀上皮構成。嗅上皮內主要含嗅覺感受細胞（olfactory receptor cells）、支持細胞和基底細胞。嗅覺感受細胞為雙極神經元，周圍突伸向粘膜表面，末端形成帶纖毛（10～30根）的嗅泡；中樞突無髓鞘，融合成嗅絲后穿過篩板止于嗅球。支持細胞規(guī)則排列于粘膜淺表嗅感覺細胞的樹突間，起著支持作用，而不直接參與嗅覺處理。基底細胞位于粘膜最底層，能分化為嗅覺感受細胞和支持細胞。

嗅球位于前顱窩底，是嗅覺通路的第一中轉站。嗅球呈層狀結構，由外向內依次為嗅神經層（olfactory nerve layer）、突觸球層（glomerular layer）、外叢狀層（external plexiform layer）、僧帽細胞層（mitral cell layer）、顆粒細胞層（granule cell layer）和前嗅核層（anterior olfactory nucleus layer），其中顆粒細胞層亦稱內叢狀層（internal plexiform layer）。分布于其間的神經元有僧帽細胞（mitral cells）、叢狀細胞（tufted cells）、球周細胞（periglomerular cells）、顆粒細胞（granule cells）和短軸突細胞（shortaxon cells）等。僧帽細胞的胞體直徑15～30μm，頂樹突垂直穿過外叢狀層，與突觸球形成樹形復合體，二級樹突分深、淺二類，平行分布于外叢狀層。叢狀細胞根據(jù)其位置分內叢狀細胞、中叢狀細胞和外叢狀細胞，樹突分布于突觸球層，內、外叢狀細胞和僧帽細胞的軸突一起參與嗅束的構成，而中叢狀細胞的軸突則分叉后分布于顆粒細胞層。球周細胞位于突觸球周圍，軸突參與球周局部神經元回路的形成。顆粒細胞無軸突，有大量樹突嵴。淺層顆粒細胞的樹突在外叢狀層淺部與叢狀細胞的二級樹突形成突觸回路，深層顆粒細胞則在外叢狀層深部與僧帽細胞的二級樹突形成局部突觸回路。由此可見，嗅覺系統(tǒng)內存在兩種平行的嗅覺信號處理機制的觀點是有一定道理的。另外，在各突觸球、兩側嗅球、嗅中樞神經元之間均有著廣泛的神經聯(lián)系，起著相互影響和反饋的作用。嗅束主要由僧帽細胞、叢狀細胞的軸突纖維及嗅皮質投射到嗅球顆粒細胞的纖維構成，還包括一些對側嗅球與前嗅核的傳出纖維，為嗅信息的傳入與抑制性的傳出通路。

對于深層嗅中樞的解剖結構，目前尚無定論。大多數(shù)學者認為［5］：嗅束接近前穿質處形成嗅三角，其底部兩側發(fā)出兩條灰質帶：即外側嗅回和內側嗅回。前者移行于梨狀葉，其內側緣的纖維束（外側嗅紋）至島回，終止于杏仁核周區(qū)；后者移行于大腦半球內側面隔區(qū)，通過內側嗅紋中的纖維束連接終板旁回、胼胝體下回和前海馬殘體，部分內側嗅紋經前連合與對側嗅球聯(lián)系。嗅皮質為嗅高級中樞，分為初級嗅皮質和次級嗅皮質。前者包括前梨狀區(qū)和杏仁周區(qū)，直接接受來自嗅球和前嗅核的纖維；后者指內嗅區(qū)，接受來自初級嗅皮質的纖維，而不直接接受嗅球或嗅束來的纖維，發(fā)出纖維主要投射到海馬。嗅覺的較高級中樞受兩側皮質支配。

嗅覺生理

氣味分子經高而窄的鼻通道到達嗅區(qū)后，必須通過親水的粘液層才能與嗅覺感受細胞發(fā)生作用。鼻粘膜內的可溶性氣味結合蛋白（odrant binding proteins）有粘合和運輸氣味分子、增加氣味分子的溶解度的作用，促進氣味分子接近嗅覺感受器，并使嗅細胞周圍的氣味分子濃度比外周空氣中的濃度提高數(shù)千倍。嗅粘膜內還具有高濃度的藥物代謝酶，其中包括細胞色素P-450，谷胱苷肽及尿苷二磷酸轉移酶，這些酶具有將氣味物質轉化為代謝產物的能力。氣味分子一旦溶解于粘膜，嗅覺轉導即刻啟動。

目前認為嗅覺轉導是通過嗅上皮的特異性G蛋白激活細胞內第二信使系統(tǒng)環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate,cAMP）和/或三磷酸肌醇（inositol1,4,5-triphosphate,IP3），直接影響纖毛中的離子通道，使感覺神經元去極化［5,6］。嗅覺感受器及中樞神經系統(tǒng)對各種各樣的氣味刺激如何編碼與識別，目前還不清楚。有人認為嗅上皮可被分為一系列特定表達區(qū)域，這或許是將嗅信息傳遞到大腦嗅球的初期粗略的特異性基因定位。嗅覺的信息處理部位主要位于嗅球內，并于該處進一步將初級嗅信息提純。另外，有人發(fā)現(xiàn)人類兩側大腦的嗅覺能力不一樣，多數(shù)認為右側為優(yōu)勢側，因為觀察到在左側中樞、周邊及后腦切除的患者仍保持嗅覺識別能力［7］，而右側頂、額、顳葉損害的患者出現(xiàn)單側氣味識別障礙［8］。嗅覺具有明顯的適應現(xiàn)象，有人認為這是細胞內Ca2+/調蛋白通過對核苷酸閘門性嗅覺通道的負反饋作用，調節(jié)其對cAMP的親合力的結果。

嗅覺障礙及其檢查方法

據(jù)文獻報道，有200多種疾病和40多種藥物可引起嗅覺障礙，包括先天性感受器神經元發(fā)育不良及后天性的外傷、腫瘤、感染、血管病變、內分泌和神經系統(tǒng)疾病、職業(yè)暴露以及維生素和微量元素缺乏等諸多疾患。而在臨床以鼻部疾患、上呼吸道病毒感染和頭部外傷為最常見。嗅覺障礙的分類方法很多，按其表現(xiàn)形式可分為：嗅覺缺失、嗅覺減退、嗅覺過敏、嗅覺倒錯和幻嗅。按發(fā)病部位又可分為：呼吸性嗅覺障礙、感受性嗅覺障礙、顱內神經性嗅覺障礙和精神性嗅覺障礙。嗅覺障礙的檢查方法主要為主觀嗅覺功能檢查法和客觀嗅覺功能檢查法兩大類。前者主要有標準微膠囊嗅功能檢查法、T&T嗅覺計和靜脈性嗅覺試驗。后者主要有嗅性誘發(fā)電位、嗅電圖（electro-olfactogram,EOG）和伴發(fā)負電改變（contingent negative variation）等［5］。主觀法測試方法簡便，但結果誤差大?？陀^法技術要求較高，但結果客觀、準確且靈敏。另外，影象學檢查及嗅粘膜活組織檢查等方法對嗅覺障礙的診斷也有重要意義。

OERP的測試

受檢者鎮(zhèn)靜、放松，經口呼吸，盡量減少轉頭、動眼、吞咽等動作。一定濃度和濕度的氣味劑以恒溫恒流速平穩(wěn)地流向鼻腔嗅區(qū)，反復、間斷作用數(shù)十次，按國際標準10/20法在頭皮Fz、Cz、Pz、C3、C4等處分別記錄到腦電位后，再依次經放大和濾波，得到穩(wěn)定的OERP波形。參考電極置于A1、A2，地極連于左乳突或前額部。實驗一般要求氣味劑溫度約36.5℃，流速5～9l/min。刺激持續(xù)40～200ms，間隔30～150s，分析時間為2～4s。記錄電極的電阻小于5KΩ，帶通濾波為0.1～100Hz［9］。整個操作在屏蔽室內進行，用50～65dB SPL的白噪聲掩蓋操作時發(fā)生的異響。由眨眼等動作引起的電位必須排除在外。一般以Pz處記錄到的波形為最佳。Kobal等［9］還要求受檢者通過計算機執(zhí)行“跟蹤任務（tracking task）

”，以使其集中注意力。

一、OERP各波的命名

OERP各波根據(jù)其正負極性和出現(xiàn)順序分別命名為P1、N1、P2、N2［10］，有時還可記錄到第三個正向波P3。

二、OERP各波的產生源

由于嗅覺系統(tǒng)的解剖、生理較為復雜，尤其對深層嗅覺中樞的具體定位尚無定論，OERP各波的具體來源目前尚不清楚。有學者認為N1和P2主要與外源性嗅感覺有關，而P3則主要反映內源性嗅覺處理［11］。

三、OERP的影響因素

各波的振幅和潛伏期與受檢者的年齡、性別及氣味劑的種類、濃度等有關。

1．與受檢者年齡的關系：Hummel等［12］、Evans等、Murphy等、Morgan等［13］的研究表明，各波的振幅隨年齡增加而減小。不過也有例外，對女性而言，老年組的振幅明顯大于中年和青年，中年組的振幅最小。對于潛伏期，其意見并不統(tǒng)一。Hummel等［12］和Morgan等［13］認為各波的潛伏期隨年齡增加而增大，Evans等研究發(fā)現(xiàn)P2、N2的潛伏期隨年齡增加而增加，且前者的變化具有顯著性，成年人大致每增加1歲潛伏期平均增加2.5ms。而P1、N1的潛伏期未見明顯變化。Hummel等［12］還發(fā)現(xiàn)，對于同一年齡段，振幅和潛伏期的個體差異以老年組最大。

2．與受檢者性別的關系：研究表明［12,14］女性各波的振幅普遍高于男性，可高出60％～90％，這可能與性激素水平有關。文獻報道嗅覺系統(tǒng)的外周和中樞均與雌二醇的代謝有聯(lián)系。老年男性各波的振幅還與刺激間隔有關［13］，當刺激間隔為90s時，其振幅并不比同齡女性小。

3．與氣味劑種類的關系:對比不同學者的研究結果［9,15］不難發(fā)現(xiàn)，不同氣味劑誘發(fā)的OERP各波的振幅和潛伏期不同，這可能首先與嗅區(qū)粘液對不同化學物質的吸收性高低不同有關；其次，有些化學物質如醋酸戊酯（amyl acetate）在興奮嗅覺系統(tǒng)的同時也能興奮三叉神經系統(tǒng)，從而誘發(fā)出三叉神經性體感誘發(fā)電位；再者，還可能與不同學者的具體實驗條件不同有關。

4．與氣味劑濃度的關系：研究表明隨著濃度增加，所有峰及峰間振幅均增大，但只有P3達顯著性。各波潛伏期都減小，以N1、P1最顯著［10,16］。對此也有不同意見，Pause等研究認為，隨著氣味劑濃度增加，N1的潛伏期縮短，而振幅無變化。

5．其它:如吸毒、嗜酒，可致N1波的振幅明顯減?。?7］。

電刺激誘發(fā)的OEP

電刺激誘發(fā)OEP的研究從1959年就已開始，早先的研究均以動物作模型。1996年Masanori等［18］首次將其用于臨床。他們用1～7mA的方波電脈沖刺激全身麻醉行經前顱窩開顱術的腦瘤患者的嗅粘膜，持續(xù)0.1ms，頻率為0.1～5Hz，在嗅束處記錄到OEP。該波根據(jù)其極性（負電位）和潛伏期（約27ms），命名為N27，振幅為5～25μV。N27具有很高的可重復性和穩(wěn)定性，不受肌肉松馳劑的影響，且當頻率由1Hz增至5Hz時，其振幅約減小60％。另有學者刺激側額部頭皮也成功記錄到電刺激誘發(fā)的OEP，其潛伏期為19.4ms。

嗅性誘發(fā)電位的臨床應用

1．嗅覺障礙的診斷：嗅性誘發(fā)電位對診斷嗅覺缺失的意義是不言而喻的，它與伴發(fā)負電改變結合還可以診斷嗅覺減退、嗅覺倒錯。嗅性誘發(fā)電位對于嬰幼兒、腦損傷患者的嗅覺水平的檢查，更是具有不可替代的重要作用。

2．嗅覺水平的監(jiān)測和評價：嗅覺系統(tǒng)鄰近區(qū)域的手術，尤其是前顱窩和某些鼻部手術，很容易傷及嗅覺系統(tǒng)，引起嗅覺功能障礙。如果應用嗅性誘發(fā)電位對嗅覺水平作術中監(jiān)測，可以降低這一并發(fā)癥的發(fā)生率。術后應用嗅性誘發(fā)電位檢查嗅覺水平，可以客觀評價手術效果，促進術式的改進。

3．某些臨床疾病的輔助診斷：嗅覺系統(tǒng)疾病如嗅神經母細胞瘤，另外如帕金森病、老年性癡呆、Kallmann綜合征、多發(fā)性硬化、顳葉癲癇等疾病早期往往伴有嗅覺水平的下降［19-21］，故嗅性誘發(fā)電位可用于該些疾病早期診斷的參考。

4．其它：如詐病，應用嗅性誘發(fā)電位是目前最理想的檢測方法。

目前所存問題及研究前景

嗅覺系統(tǒng)的解剖復雜，深層嗅覺中樞的具體定位尚無定論。嗅覺生理具有特殊性，許多理論和技術問題（如嗅覺系統(tǒng)與三叉神經系統(tǒng)之間的關系，刺激氣的數(shù)量、強度和頻率的控制等）尚待解決。嗅性誘發(fā)電位各波的具體來源及其與疾病間的相互關系還不清楚，目前尚不能用于嗅性系統(tǒng)疾病的定位、定性診斷。

但是，越來越符合自然嗅機制的刺激器不斷研制產生，嗅覺通路的解剖和嗅覺生理正在不斷得到闡明。隨著對嗅性誘發(fā)電位研究的不斷深入，它必將得到更加廣泛的應用。另外，CT、MRI等影像學檢查主要反映組織結構的改變，而嗅性誘發(fā)電位主要用于反映感覺徑路功能和大腦高級中樞的認知水平，兩者相互結合，必將大大提高臨床診斷及病情預估的質量。且已有研究表明，應用嗅性誘發(fā)電位檢查嗅覺障礙比應用主觀的嗅覺功能檢查方法更靈敏［13,19,20］。

綜上所述，嗅性誘發(fā)電位作為一項客觀而靈敏的電生理指標，具有廣闊的科研前景和重要的臨床應用價值。

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