電針刺激雙側(cè)率谷穴腦激活效應(yīng)fMRI研究

陳義磊，康英杰，吳佳楨，譚文莉，羅詩蕾，詹松華

針刺作為東方醫(yī)學(xué)常用治療手段之一，得到了廣泛的應(yīng)用[1]，但其治療機(jī)制比較復(fù)雜，目前，與針刺相關(guān)的研究尚未完全闡明其治療機(jī)制，因而限制了針刺療法的推廣與應(yīng)用，而血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)由于其無創(chuàng)性等被廣泛應(yīng)用，而且其任務(wù)態(tài)研究方法能夠直觀顯示針刺效應(yīng)在中樞的定位，因此為研究針刺穴位的特異性效應(yīng)提供了一種新的路徑[2]。由于磁共振設(shè)備及射頻線圈的限制，目前針刺穴位fMRI任務(wù)態(tài)研究取穴主要在體穴[3]。本課題組研發(fā)的針刺專用頭顱柔性線圈，可以在針刺頭穴的同時進(jìn)行fMRI掃描，為BOLD-fMRI任務(wù)態(tài)方法研究針刺頭穴的特異性效應(yīng)提供了一定的實驗基礎(chǔ)[4]。

率谷穴是臨床常用的一個針灸穴位，其主要用途是治療眩暈、偏頭痛、耳鳴、耳聾、失眠健忘、中風(fēng)后偏癱等[5]，本研究通過BOLD-fMRI任務(wù)態(tài)方法研究健康被試者針刺雙側(cè)率谷穴的腦激活區(qū)，探討其電針刺激后穴位即刻腦效應(yīng)，為研究其治療疾病的中樞機(jī)制提供一種方法。

材料與方法

1.一般資料

2019年10月-11月招募15名健康受試者，其中男3名，女12名，年齡25.45±1.62歲，受教育程度均為研究生學(xué)歷，受教育年限(19.26±1.53)年。納入標(biāo)準(zhǔn)如下：右利手；無明確外傷史、無神經(jīng)及精神損傷病史。七天內(nèi)無藥物攝入史。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核通過，在實驗前受試者均被告知試驗內(nèi)容，均需簽署知情同意書。

2.檢查方法

15名受試者首先針刺雙側(cè)率谷穴，7～14天針灸效應(yīng)洗脫后再針刺非經(jīng)非穴，受試者對實驗前后兩次所取針刺位置信息不知情。率谷穴的位置參照腧穴名稱與定位標(biāo)準(zhǔn)[6]，位于雙側(cè)耳廓尖角直上方入發(fā)際1.5寸處。非經(jīng)非穴的位置為率谷穴前方15 mm。針灸操作采用無磁性華佗牌金針，刺入深度為15 mm。確認(rèn)志愿者有"得氣"針感后，接通電針刺激儀，刺激采用華佗牌低頻脈沖治療儀(G6805-2)，刺激強(qiáng)度以受試者能忍受強(qiáng)度調(diào)整。

本研究采用fMRI的組塊設(shè)計(BLOCK Design)范式(圖1)，總共8個組塊，包括4次留針及4次電針刺激狀態(tài)，其中留針時間為120 s，電針刺激時間為30 s，電針刺激與留針不刺激輪流進(jìn)行，掃描時間為10 min。掃描時，受試者頭顱兩側(cè)用海綿墊固定，同時帶上眼罩及耳塞。掃描期間每個受試者被要求保持放松狀態(tài)。針刺操作由一名具有豐富臨床經(jīng)驗的針灸科醫(yī)師完成。

圖1 電針刺激操作實驗設(shè)計。

實驗結(jié)束后對每一名受試者“得氣”針感進(jìn)行評分，采用馬薩諸塞州總醫(yī)院針灸感覺量表中文版(c-MASS)[7]進(jìn)行主觀量化評分，標(biāo)準(zhǔn)包括12個詞條，分別是酸痛、疼痛、深部壓覺、沉重、脹滿、刺痛、麻木、銳痛、鈍痛、熱感、冷感、跳動。每一個詞條后都有一個標(biāo)尺，受試者在標(biāo)尺上標(biāo)出每種針感強(qiáng)度主觀評分，以0分為無感覺，10分為無法承受。

3.MRI掃描

采用聯(lián)影公司3.0T 780MR掃描儀，配以針刺專用頭顱柔性線圈[4]。受試者先行顱腦橫軸面T2WI FLAIR(fluid attenuated inversion recovery)掃描，其目的在于觀察腦內(nèi)是否有疾患。之后行3DGRE序列T1WI、BOLD掃描。掃描參數(shù)：T2WI FLAIR序列參數(shù)：TR 8000 ms，TE 105.3 ms，翻轉(zhuǎn)角150°，F(xiàn)OV 230 mm×200 mm，層厚5 mm，層間距1 mm，掃描層數(shù)24層。3DGRE-T1WI序列參數(shù)：TR 7.2 ms，TE 3.1 ms，翻轉(zhuǎn)角10°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm，層間距0，掃描層數(shù)192層。BOLD掃描，采用FE-EPI序列采集，參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，層厚3.5 mm，層間距0.7 mm，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 224 mm×224 mm，掃描范圍包括全部大腦、小腦和腦干，層數(shù)33層，掃描時間10 min，總共300個時間點。

4.圖像處理

基于MATLAB平臺，采用SPM12軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，首先采用MRI-Convert軟件將DICOM格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NIFTI格式，再進(jìn)行時間層校正(Slice timing)、頭動校正(Realign)，同時剔除掉頭動平移>1 mm和角度>1°的數(shù)據(jù)，然后解剖像與功能像配準(zhǔn)(Coregister)，配準(zhǔn)后圖像分割(Segment)，將收集的數(shù)據(jù)歸一化到蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)模板中實現(xiàn)空間標(biāo)準(zhǔn)化。重新采樣為3 mm空間分辨率，空間平滑運用8 mm×8 mm×8 mm的半寬全高的高斯平滑核。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPM(Statistical Parametric Mapping)12軟件對所有平滑后的功能像進(jìn)行統(tǒng)計分析，先對每名受試者進(jìn)行單樣本t檢驗，得到各受試者電針刺激率谷穴及非經(jīng)非穴組的腦激活區(qū)，之后再對兩組進(jìn)行配對樣本t檢驗，獲得電針刺激率谷穴組與非經(jīng)非穴組比較差異激活腦區(qū)數(shù)據(jù)。統(tǒng)計閾值為體素(voxel)水平P<0.001(未校正)，團(tuán)塊(cluster)水平P<0.05[FWEc校正(family wise error correction)]。

組間針感評分先采用K-S檢驗(Kolmogorov-Smirnov test)判斷是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布組間比較采用配對t檢驗分析；非正態(tài)分布采用Wilcoxon符號秩檢驗。采用REST V1.8工具包提取兩組間有顯著差異激活腦區(qū)的時間序列信號值，采用SPSS 21.0軟件對其與得氣評分強(qiáng)度做Spearman相關(guān)分析，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖3 針刺雙側(cè)率谷穴真穴組及非經(jīng)非穴組腦激活區(qū)差異圖(橫軸面)。橙色、黃色表示增強(qiáng)的腦激活區(qū)。

表1針刺雙側(cè)率谷穴腦激活區(qū)

結(jié) 果

1.兩組“得氣”針感比較

兩組被試各針感強(qiáng)度見圖2，真穴組針感強(qiáng)度較重的依次為麻木、脹滿、沉重、酸疼、疼痛及刺痛，深部壓覺、銳疼、鈍疼、熱感、冷感及跳動強(qiáng)度較輕。非經(jīng)非穴組針感強(qiáng)度較重的依次為沉重、酸疼、疼痛、麻木、脹滿及刺痛，深部壓覺、銳疼、鈍疼、熱感、冷感及跳動強(qiáng)度較輕。相比較非經(jīng)非穴組，真穴組酸疼、脹滿及麻木針感強(qiáng)度較重(P=0.021,0.012,0.016)，余針感強(qiáng)度兩組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.562,0.719,0.080,0.325,0.420,0.077,0.345,0.075,0.479)。

圖2 兩組“得氣”針感評分比較。*P<0.05。

2.針刺雙側(cè)率谷穴腦激活區(qū)情況

與非經(jīng)非穴組相比較，真穴組正激活腦區(qū)包括：中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、左側(cè)眶部額下回、左側(cè)海馬旁回、右側(cè)眶部額下回及右側(cè)海馬旁回，未見負(fù)激活腦區(qū)出現(xiàn)(P<0.05，F(xiàn)WE校正)，見表1、圖3。

3.“得氣”針感評分與激活腦區(qū)的相關(guān)性分析

中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)信號值與酸疼、脹滿及麻木針感強(qiáng)度呈明顯正相關(guān)(r值分別為0.7441、0.7120及0.5949；P值分別為0.0015、0.0029及0.0193)，雙側(cè)眶部額下回、海馬旁回信號值與針感強(qiáng)度無明顯相關(guān)性(P<0.05)，見圖4。

圖4 針感評分與激活腦區(qū)的相關(guān)性分析。a)PAG信號值與酸疼評分相關(guān)性；b)PAG信號值與脹滿評分相關(guān)性；c)PAG信號值與麻木評分相關(guān)性。PAG指中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)。

討 論

在本研究中，通過招募健康受試者，針刺雙側(cè)率谷穴及非經(jīng)非穴，比較其腦激活區(qū)的差異，旨在探討針刺雙側(cè)率谷穴特異性腦效應(yīng)。針灸穴位特異性是研究者一直在不斷探索的領(lǐng)域，1998年，Cho等[8]首次提出了穴位特異性的存在，2010年Bai等[9]又進(jìn)一步研究了針灸穴位時間響應(yīng)變化模式，驗證了針刺穴位特異性效應(yīng)的存在。目前研究工作中，穴位特異性研究主要是將不同經(jīng)絡(luò)、不同經(jīng)穴與非經(jīng)非穴進(jìn)行對照研究，而功能磁共振成像技術(shù)能夠使針刺腦功能效應(yīng)可視化，并且可以量化功能改變，為研究針灸穴位特異性提供了一種手段。李曉陵等[10-11]在針刺合谷穴及豐隆穴的研究中發(fā)現(xiàn)，相比非穴，合谷穴及豐隆穴在腦激活效應(yīng)具有一定的特異性。這些方法說明fMRI在研究針刺特異性腦效應(yīng)中具有較好的可行性。

本研究采用的頭顱柔性線圈，具有伸縮性，可以調(diào)節(jié)內(nèi)徑適應(yīng)受試者頭顱大小，目的是通過降低頭顱與線圈間的距離，從而提高圖像的信噪比。在本課題組前期研究中發(fā)現(xiàn)，頭顱柔性線圈可以獲得與24通道硬質(zhì)線圈相仿的的圖像質(zhì)量[12]。龔志剛等[13]通過與頭顱16通道硬質(zhì)線圈比較，發(fā)現(xiàn)在高場強(qiáng)下，柔性線圈可以獲得優(yōu)于16通道硬質(zhì)線圈的圖像質(zhì)量。筆者在先前的研究中[14]也證實了在MRS成像中，改良的AHC12頭顱柔性線圈可獲得與HC24線圈相同的圖像質(zhì)量。這些研究都說明頭顱柔性線圈可進(jìn)行BOLD-fMRI檢查，并可獲得理想的成像效果。

率谷穴(GB8)是足太陽膀胱經(jīng)與足少陽膽經(jīng)的交會穴，有清頭寧神、消腫止痛等作用，臨床應(yīng)用比較廣泛，但是其中樞機(jī)制目前未明確。在本研究中發(fā)現(xiàn)，針刺雙側(cè)率谷穴后，相比非經(jīng)非穴組，正激活腦區(qū)包含了中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、左側(cè)眶部額下回、左側(cè)海馬旁回、右側(cè)眶部額下回及右側(cè)海馬旁回等腦區(qū)，而未見負(fù)激活腦區(qū)出現(xiàn)。中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)是一個具有復(fù)雜功能的腦干核團(tuán)，參與了許多病理生理學(xué)過程[15]，包括疼痛調(diào)解、抑郁及焦慮等功能。有動物研究發(fā)現(xiàn)，它具有鎮(zhèn)痛作用[16]，是下行疼痛調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要節(jié)點之一[17]。Li等[18]發(fā)現(xiàn)偏頭痛患者經(jīng)針灸治療后，中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)與前扣帶回皮層之間的腦功能連接度較治療之前有顯著增加。本研究中，中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)呈現(xiàn)正激活，激活越大，隨之疼痛閾值越高，從而疼痛強(qiáng)度越弱，這說明針刺率谷穴參與了疼痛的抑制。本研究同時發(fā)現(xiàn)雙側(cè)海馬旁回及眶部額下回呈正激活，海馬旁回屬于邊緣系統(tǒng)，具有情緒記憶及記憶編碼的作用[19]；額下回通常被認(rèn)為是認(rèn)知控制、情感表達(dá)的重要區(qū)域[20]，這些都提示了針刺率谷穴參與了認(rèn)知和情緒的調(diào)節(jié)。針刺得氣研究也是針灸領(lǐng)域熱點，諸多研究認(rèn)為得氣與否會產(chǎn)生顯著不同的腦活動，得氣狀態(tài)下腦區(qū)激活范圍廣且程度強(qiáng)，而且不同性質(zhì)的針感在腦區(qū)的反應(yīng)也不同。有研究[21]對通里和懸鐘組穴及其假穴進(jìn)行針刺后發(fā)現(xiàn)，真穴組較假穴組能獲得更多得氣感，且真穴組在感覺皮層和語言功能區(qū)激活范圍更廣。王單等[22]發(fā)現(xiàn)針刺太溪穴后，酸、麻、脹及溫?zé)岬确矫娴脷鈴?qiáng)度更大，大腦網(wǎng)絡(luò)連接的相互作用更強(qiáng)，說明得氣程度不同可能引起不同的臨床效果。在本研究中，筆者也發(fā)現(xiàn)，針刺雙側(cè)率谷穴后，其激活腦區(qū)的信號值與酸疼、脹滿及麻木等"得氣"針感強(qiáng)度呈明顯正相關(guān)，這也為得氣促進(jìn)針刺療效以及穴位特異性提供了中樞層面的客觀依據(jù)。

本研究探討了針刺雙側(cè)率谷穴即刻特異性腦效應(yīng)情況，但是存在著一定的局限性，主要在以下幾方面：①本研究招募的是健康志愿者，當(dāng)在患者身上進(jìn)行率谷穴電針針刺時可能存在著不同的神經(jīng)生理反應(yīng)。②本研究只是用了單任務(wù)單模態(tài)fMRI進(jìn)行研究，而且樣本量較少，今后將應(yīng)用多任務(wù)多模態(tài)fMRI方法進(jìn)行大樣本研究。③本研究缺乏神經(jīng)遞質(zhì)等實驗室指標(biāo)，不能為針刺率谷穴后生理效應(yīng)提供更多客觀依據(jù)。

綜上所述，本研究采用針刺專用頭顱柔性線圈，觀察了針刺雙側(cè)率谷穴后腦激活情況，探討了健康受試者即刻特異性腦效應(yīng)情況，以提高對其穴位中樞機(jī)制的進(jìn)一步認(rèn)識。

致謝：感謝方繼良教授對論文寫作過程中的指導(dǎo)。