針刺合谷穴后前額葉腦功能血氧水平依賴信號與神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸及谷氨酰胺復(fù)合物的關(guān)系

趙彥萍，陳媛媛，方繼良，洪 洋，王 寅，王 珺，許 可，李小嬌，孫 黎，陳麗梅，張國雷，羅 萍*，王 智

(1.中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院放射科；2.針灸科，北京， 100053；3.北京中醫(yī)院平谷醫(yī)院針灸科，北京 101200)

“面口合谷收”是針灸治療中循經(jīng)取穴原則最具代表性的理論之一。針刺合谷穴治療面癱等疾病的作用機(jī)制目前尚不明確。血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent， BOLD)功能MRI(functional magnetic resonance imaging， fMRI)及磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy， MRS)可實(shí)時(shí)監(jiān)測腦內(nèi)血流及代謝物濃度變化；前者已廣泛用于針灸腦機(jī)制研究[1-2]，后者應(yīng)用尚少。谷氨酸(glutamic acid， Glu)和谷氨酰胺(glutamine， Gln)復(fù)合物(Glx)是腦內(nèi)主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì)及代謝物。既往研究[3-4]發(fā)現(xiàn)BOLD信號與Glx濃度具有一定相關(guān)性。本研究觀察針刺右側(cè)合谷穴時(shí)BOLD信號定量值與矯正Glx(Glx+)濃度的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2015年9月—2018年1月招募76名健康受試者，女53名，男23名，年齡20～30歲，平均(24.5±1.4)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①右利手；②無MR檢查禁忌證；③無相關(guān)神經(jīng)及精神疾病史等。本研究通過院倫理委員會審批(倫理編號：EC-AF-055)。檢查前所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magneton Skyra 3.0T超導(dǎo)MR儀，20通道頭頸線圈；一次性0.4 mm×25 mm無磁不繡鋼針(蘇州醫(yī)療用品廠有限公司)及規(guī)格為5.88的Patterson Von Frey纖毛機(jī)械刺激針(簡稱纖毛針)。囑受檢者仰臥、閉目，采集全腦解剖成像、刺激前BOLD-fMRI及MRS；隨后由1名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的針灸科醫(yī)生進(jìn)行手針針刺或纖毛針刺激，采集BOLD-fMRI及MRS。全腦解剖成像采用磁化準(zhǔn)備快速梯度回波(magnetization-prepared rapid gradient-echo， MPRAGE)序列，TR 15 ms，TE 6.9 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，F(xiàn)A 15°，層數(shù)196，層厚1 mm。BOLD-fMRI采用多層平面回波成像(echo planar imaging， EPI)序列，首先空掃30s，TR 750 ms，TE 30 ms，F(xiàn)A 90°，F(xiàn)OV 210 mm×210 mm，矩陣70×70，層數(shù)48，層厚3 mm，層距0，掃描時(shí)長6 min 46 s；軸位定位線平行于前后聯(lián)合連線(AC-PC線)，掃描范圍包括小腦和腦干。MRS采用Meshcher-Garwood點(diǎn)分辨光譜法(Meshcher-Garwood point resolved spectroscopy， MEGA-PRESS)，TR 2 000 ms，TE 68 ms，采集次數(shù)128，脈沖頻率1.9 ppm，中心頻率4.7 ppm，時(shí)間8 min 40 s，全寬半高<30，于雙側(cè)前額葉內(nèi)側(cè)皮層(medial prefrontal cortex， mPFC)及前扣帶回(anterior cingulate cortex， ACC)垂直于前聯(lián)合-后聯(lián)合線平行勾畫35 mm3×30 mm3×25 mm3ROI，使之含mPFC及ACC各半(圖1)。對所有受試者間隔1周手針針刺和纖毛針刺激各1次，順序隨機(jī)分配。針灸科醫(yī)師根據(jù)掃描觸發(fā)指令完成3次手針平補(bǔ)平瀉捻轉(zhuǎn)或纖毛針表面垂直刺激，頻率60次/分，持續(xù)30 s，刺激間隔2 min(圖2)；針刺結(jié)束后詢問并記錄受試者針感。

圖1 MRS定位圖 A.矢狀位； B.冠狀位； C.軸位 (紅色區(qū)域?yàn)镽OI)

圖2 刺激模式示意圖 (A：手針針刺；V：Von Frey纖毛針刺激；R：靜息狀態(tài))

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 MRS 將MRS原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為*.rda格式，以LCModel軟件獲得Glx濃度值及曲線圖(圖3)。采用Matlab 8.0及SPM 12軟件對全腦解剖成像進(jìn)行分割、配準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)化，得到腦灰質(zhì)(gray matter， GM)、白質(zhì)(white matter， WM)及腦脊液(cerebrospinal fluid， CSF)體積，計(jì)算GM體積占比并得到Glx+。

圖3 MRS曲線 3.75 ppm處為Glx波峰(箭)

1.3.2 BOLD-fMRI 將fMRI原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為*.nii格式，以SPM 12軟件行預(yù)處理及個(gè)體分析。分別采用SPM 12及REST 1.8軟件，以單樣本或配對樣本t檢驗(yàn)分析手針組與纖毛針組刺激后激活存在差異的腦區(qū)。參照文獻(xiàn)[5]方法計(jì)算ROI灰質(zhì)內(nèi)正、負(fù)BOLD信號體素?cái)?shù)量及信號強(qiáng)度值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。符合正態(tài)分布且方差齊的計(jì)量資料以±s表示，以t檢驗(yàn)比較組間fMRI和MRS定量值差異。Pearson相關(guān)性分析觀察BOLD信號與Glx+以及Glx+刺激前、后的相關(guān)性。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 BOLD-fMRI 手針組負(fù)激活區(qū)主要位于雙側(cè)mPFC及ACC等(P<0.001，50體素)；纖毛針組負(fù)激活區(qū)主要位于雙側(cè)ACC前部及楔前葉等(P<0.005，50體素)。手針組較纖毛針組負(fù)激活范圍更廣、強(qiáng)度更高，尤以雙側(cè)mPFC及ACC為著，見圖4。

2.2 BOLD信號定量值、Glx+濃度及其相關(guān)性 10名受試者Glx標(biāo)準(zhǔn)差>15%，予以排除；對66名受試者行BOLD信號定量值、Glx+濃度及其相關(guān)性分析。

2.2.1 BOLD信號定量值 手針組正激活10名，負(fù)激活45名，零激活11名，平均BOLD信號強(qiáng)度-1.61±2.30。纖毛針組正激活15名，負(fù)激活39名，零激活12名，平均BOLD信號強(qiáng)度-0.96±2.37。2組整組、正激活、零激活及負(fù)激活亞組BOLD信號定量值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，但手針組除零激活亞組外BOLD信號定量值均略高于纖毛針組(表1)。

表1 額葉ROI內(nèi)BOLD定量值分析

2.2.2 Glx+濃度及相關(guān)性 2組整組、正激活、零激活及負(fù)激活亞組刺激前、后Glx+濃度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)(表2)。手針組整組及各亞組，纖毛組針整組及負(fù)激活亞組刺激前、后Glx+定量值均呈明顯正相關(guān)(P均<0.05)(表3)。

表2 2組刺激前后ROI內(nèi)Glx+濃度比較

2.2.3 BOLD信號定量值與Glx+濃度的相關(guān)性 手針組及纖毛針組整組、組內(nèi)正激活、負(fù)激活亞組BOLD信號定量值與刺激前、后Glx+濃度及其差值均無明顯相關(guān)(P均>0.05，表4)。

圖4 BOLD-fMRI顯示手針組與纖毛針組刺激后激活存在差異的腦區(qū) A.軸位； B.矢狀位； C.冠狀位 (紅色為ROI) (紅色為正激活腦區(qū)，藍(lán)色為負(fù)激活腦區(qū))

表3 額葉ROI內(nèi)Glx+濃度定量及相關(guān)性分析

表4 ROI內(nèi)BOLD信號值與Glx+濃度相關(guān)性分析

3 討論

既往研究[6-7]報(bào)道，與纖毛針相比，手針針刺合谷穴可引起大腦皮層更廣泛的負(fù)激活，主要集中于大腦中線區(qū)域和部分邊緣葉，表現(xiàn)為邊緣葉-旁邊緣葉-新皮層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)激活；本研究所見與之基本相符，2種刺激下雙側(cè)mPFC及ACC的ROI內(nèi)均存在正、零及負(fù)激活，手針針刺下負(fù)激活范圍更廣、強(qiáng)度更高。

GUTZEIT等[8]發(fā)現(xiàn)感知疼痛時(shí)島葉、前扣帶回和枕葉皮層Glx濃度升高；KUPERS等[9]則認(rèn)為扣帶回喙部Glx濃度并無明顯變化。APVALKA等[3]發(fā)現(xiàn)Glu濃度增加與相同視覺刺激重復(fù)無關(guān)，而與新的不重復(fù)視覺刺激顯著相關(guān)，原因可能在于腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和適應(yīng)。神經(jīng)遞質(zhì)傳遞及代謝迅速，在較長時(shí)間的刺激模塊內(nèi)可能無法檢出其瞬時(shí)變化，且反復(fù)刺激會使神經(jīng)元產(chǎn)生適應(yīng)性而減少活動；Block刺激模式時(shí)間較長，可能大大增加適應(yīng)性機(jī)會，導(dǎo)致Glx濃度變化不明顯。另一方面，Glu在腦的內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)中存在預(yù)防興奮性毒性環(huán)路機(jī)制，較長時(shí)間刺激后，上述因素綜合作用可能導(dǎo)致Glu變化趨于微弱[10]。IP等[11]報(bào)道，給予短時(shí)視覺刺激，枕葉皮層Glu濃度即發(fā)生變化。本研究以較長時(shí)間重復(fù)相同刺激，可能導(dǎo)致Glx+濃度刺激后與刺激前相差不明顯，不能體現(xiàn)Glx+的短時(shí)、快速變化。

目前對于BOLD信號與Glx濃度的關(guān)系尚無定論，可能與個(gè)體健康狀況[12]、生理狀態(tài)[2]、BOLD個(gè)體差異[2，12]或任務(wù)負(fù)荷程度[13]等有關(guān)。PETROFF等[14]認(rèn)為腦皮質(zhì)葡萄糖氧化過程與Glu/Gln循環(huán)速率高度相關(guān)，興奮性神經(jīng)元傳遞神經(jīng)遞質(zhì)減少則Gln轉(zhuǎn)化成Glu的速率下降，致刺激后Glu減少。本研究發(fā)現(xiàn)2種刺激均可產(chǎn)生正、零及負(fù)激活，以負(fù)激活為主；負(fù)激活亞組中Glx+濃度升高者占比稍高，總體Glx+濃度也略有升高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。腦內(nèi)Glu經(jīng)糖酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生，為能量消耗的主要方式。神經(jīng)元活動期間，腦血流量增加使供氧量增加，同時(shí)Glu和耗氧量增加。BOLD檢測腦內(nèi)血氧飽和度，有無激活、為正或負(fù)激活及其程度主要取決于供氧量與耗氧量的相對關(guān)系。針刺引起血流量增加，使供氧量增加，同時(shí)神經(jīng)興奮引起Glx濃度增加，導(dǎo)致耗氧量亦增加。推測當(dāng)某種量相對固定的刺激引起血流量增加、使供氧量大于Glx濃度增加所致耗氧量時(shí)，整體血氧飽和度升高，BOLD信號呈正激活；而若血流增加帶來的供氧量等于或小于Glx濃度增加所致耗氧量時(shí)，整體血氧飽和度降低，BOLD信號呈零或負(fù)激活。

本研究的局限性：①僅分析了興奮性神經(jīng)遞質(zhì)Glx，未結(jié)合抑制性神經(jīng)遞質(zhì)如γ-氨基丁酸等進(jìn)行觀察；②未考慮個(gè)體差異以及穴位的雙向調(diào)節(jié)作用。

綜上，手針針刺較Von Frey纖毛針刺激對邊緣葉-旁邊緣葉-新皮層網(wǎng)絡(luò)負(fù)激活范圍更廣、強(qiáng)度更高；手針刺激前、后Glx+濃度多無明顯變化，且BOLD信號與Glx+濃度無明顯相關(guān)。