應用磁共振波譜研究針刺對健康人前額葉神經(jīng)遞質(zhì)影響的性別差異

趙彥萍,方繼良,陳媛媛,王寅,李小嬌,孫黎,史珊,孫繼飛,馬躍,王智,郭春蕾,羅屹,張國雷,洪洋,羅萍

(中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院,北京 100053)

“面口合谷收”作為長期積累的針灸醫(yī)學經(jīng)驗,是循經(jīng)遠道取穴的典型代表,但目前其治療面部疾病的腦作用機制尚未完全闡明。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy, MRS)是現(xiàn)在唯一無創(chuàng)性檢測腦內(nèi)代謝物濃度的技術(shù),已用于針灸腦機制研究[1-3],其中的 Mescher-Garwood point resolved spectroscopy (MEGA-PRESS)序列可檢測腦內(nèi)微含量的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸(glutamate, Glu)及谷氨酰胺(glutamine, Glx),為研究腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的變化提供了新的無創(chuàng)方法[4]。越來越多的研究表明,男女兩性大腦存在差別主要與基因、激素的差異相關(guān);GABA及Glu受體在大腦中的表達也受性別差異的影響[5-7]。近年來隨著 MRS技術(shù)的廣泛應用,少數(shù)研究也證實健康人特定腦區(qū)中GABA、Glx和Glu濃度存在顯著的性別差異[8-10]。O’GORMAN R L等[8]研究發(fā)現(xiàn)男性GABA、Glx和Glu濃度顯著高于女性;ENDRES D等[9]研究發(fā)現(xiàn)男、女兩性小腦Glx濃度雖無顯著的統(tǒng)計學差異,但男性Glx濃度有比女性濃度高的趨勢;H?DEL S等[10]研究發(fā)現(xiàn)女性海馬Glu濃度明顯高于男性。既往的針灸研究發(fā)現(xiàn),手針誘導了邊緣葉-旁邊緣葉-新皮層網(wǎng)絡及默認網(wǎng)絡的負激活[11],而電針治療效果存在性別差異[12],但尚未檢索到針刺腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)濃度是否存在性別差異的報道。故本研究通過對比刺激男女受試者右側(cè)合谷穴前額葉感興趣區(qū)(region of interest,ROI)內(nèi)Glu、Glx、GABA濃度差異及相關(guān)性,從興奮與抑制性神經(jīng)遞質(zhì)方面初步探討不同性別的腦內(nèi)差異以及針刺激發(fā)的相關(guān)效應,現(xiàn)報道如下。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

本研究于2015年9月至2018年1月共招募健康受試者78例,符合納入標準76例(按納入標準排除年齡＞30歲的 2例),其中男 23例,女 53例;年齡最小20歲,最大30歲,平均(25±1)歲。本研究通過中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院倫理委員會審批(EC-AF-055)。

1.2 納入標準

①年齡20～30歲,性別不限;②右利手;③無功能性磁共振成像禁忌證,如幽閉恐懼癥等;④既往無精神、神經(jīng)異常,無腦部外傷史、手術(shù)史等;⑤檢查前向所有受試者解釋試驗過程、目的、潛在不適和危險性,受試者均自愿參加研究,并簽署知情同意書。

1.3 排除標準

①有中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病者;②有心血管疾病者;③存在藥物濫用或乙醇濫用者;④有其他可能影響認知功能的慢性疾病者;⑤有精神疾病或家族史者;⑥體內(nèi)有金屬殘留無法進行核磁檢查或影響檢查質(zhì)量者。

1.4 剔除標準

①因依從性差而影響結(jié)局評估者;②研究期間服用藥物或采取其他治療手段干預研究結(jié)果者;③按照LCModel統(tǒng)計軟件對結(jié)果準確性的判定要求,MRS數(shù)據(jù)處理后,GABA、Glu或Glx標準差≥15%者。

2 儀器與方法

2.1 刺激方法

所有納入的受試者均接受手針和纖毛針兩種刺激方式,時間間隔 1周。兩種刺激方式的先后順序采用SPSS23.0統(tǒng)計軟件進行隨機分配,即將樣本量及組數(shù)2輸入軟件,產(chǎn)生隨機數(shù)字及分組數(shù),制作隨機數(shù)字卡并裝入密封信封,信封的編號和數(shù)字卡序號相一致,按受試者納入順序,依次取相同序號的信封,拆封取卡,嚴格按照卡片上分組數(shù)(①為先手針刺激,②為先纖毛針刺激)進行分配。

手針刺激采用一次性無磁不繡鋼針(0.40 mm×25 mm,蘇州醫(yī)療用品廠有限公司),囑受試者仰臥閉眼,安排1名具有5年以上工作經(jīng)驗的針灸科醫(yī)生進入掃描室,消毒受試者右手合谷穴區(qū)域皮膚,將針體垂直皮膚進針10～26 mm,然后依據(jù)掃描觸發(fā)指令,采用平補平瀉捻轉(zhuǎn)30 s,間隔2 min后再進行捻轉(zhuǎn)30 s,共行3次捻轉(zhuǎn)刺激。刺激結(jié)束后詢問并記錄受試者酸麻脹痛等針感及程度。

纖毛針刺激采用Patterson Von Frey纖毛機械刺激針[美國Patterson,規(guī)格5.88(60.0 g)],垂直于皮膚刺激,依據(jù)掃描觸發(fā)指令行表面垂直刺激,頻率為60次· min-1,持續(xù)刺激30 s,間隔2 min后再刺激30 s,反復刺激3次。

2.2 儀器和檢測方法

采用德國 Siemens Magneton Skyra 3.0T超導MR儀,20通道頭頸線圈,掃描序列包括全腦解剖像(用于波譜準確定位,在波譜采集前進行)、刺激前MRS和刺激時MRS。

2.3 掃描參數(shù)

全腦解剖成像采用磁化準備快速梯度回波(magnetization-prepared rapid gradient-echo,MPRAGE)序列,層厚 1 mm,層數(shù) 196 層,視野 256 mm×256 mm,翻轉(zhuǎn)角 15°,重復時間(repetition time, TR)15 ms,回波時間(echo time,TE)6.9 ms; MRS采用MEGA-PRESS序列,采集次數(shù)128,脈沖頻率1.9 ppm,中心頻率4.7 ppm, TR 2000 ms, TE 68 ms,時間8 min 40 s,半高全寬＜30,dd ROI大小約為 35 mm×30 mm×25 mm,位于雙側(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 AC-PC線的平行線,長方體后壁中點位于胼胝體尖端(詳見圖1),避開額骨、額竇及雙側(cè)側(cè)腦室前角,并在ROI的前、上、下部設置飽和帶以減少偽影。

圖1 MRS矢、冠、軸定位圖

2.4 數(shù)據(jù)分析

將 MRS原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為*.rda格式,應用 Linear Combination Model in vitro spectra (LC Model)軟件進行后處理,獲得Glx及GABA濃度定量值及曲線(詳見圖2)。采用Matlab 8.0及SPM 12軟件將受試者全腦解剖成像進行分割、配準及標準化,得到腦灰質(zhì)(gray matter, GM)、白質(zhì)(white matter, WM)及腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)體積,參照相關(guān)文獻[13]方法計算GM體積比,得到的矯正Glu、Glx、GABA含量以 Glu﹢、Glx﹢、GABA﹢表示。

圖2 Glx及GABA濃度曲線圖

2.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS23.0統(tǒng)計軟件分析相關(guān)數(shù)據(jù)。滿足正態(tài)分布且方差齊的計量資料以均數(shù)±標準差表示,采用t檢驗比較男、女兩組間MRS定量值差異,配對t檢驗比較男女組內(nèi)刺激前后MRS定量值差異。采用Pearson相關(guān)性檢驗分析男女組內(nèi)刺激前與刺激時 Glu﹢、Glx﹢、GABA﹢的相關(guān)性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 結(jié)果

3.1 男女受試者一般資料比較

按照LCModel統(tǒng)計軟件對結(jié)果準確性的判定要求,MRS數(shù)據(jù)處理后,剔除分析結(jié)果中GABA、Glu或Glx標準差≥15%者的8例受試者,最終納入統(tǒng)計的有68例受試者。其中男19例;年齡22～27歲,平均(24±1)歲;GM體積比為50.3%～61.9%,平均(55.4±3.4)%。其余49例女性受試者年齡 20～29歲,平均(25±2)歲;GM體積比為51.7%～62.8%,平均(56.9±2.6)%。男性與女性受試者的年齡和GM體積比比較,差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

3.2 手針刺激前和刺激時男女 Glu﹢、Glx﹢和 GABA﹢濃度比較

手針刺激前,男性 Glu﹢濃度明顯高于女性(P＜0.05);男性 Glx﹢濃度略高于女性,僅具有一定趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義(P＝0.07)。手針刺激時,男性Glu﹢濃度較刺激前略升高,但差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);男性 Glx﹢濃度較刺激前略升高,僅具有一定趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義(P＝0.09);男性 GABA﹢濃度較刺激前無明顯變化(P＞0.05);女性 Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度與刺激前比較,差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。手針刺激時,男性Glu﹢和Glx﹢濃度明顯高于女性,差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05);男性 GABA﹢濃度與女性比較,差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。詳見表1。

表1 手針刺激前和刺激時男女Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度比較(±s)

表1 手針刺激前和刺激時男女Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度比較(±s)

注:與同期男性比較1)P＜0.05。

項目 時間Glu﹢×10﹣2 刺激前刺激時Glx﹢×10﹣2 刺激前刺激時GABA﹢×10﹣2 刺激前刺激時 男性(19例) 女性(49例) 16.95±2.82 15.75±1.521) 17.24±2.59 15.64±2.691) 17.19±2.89 16.13±1.76 18.03±2.60 16.32±2.021) 3.37±0.66 3.32±0.60 3.34±0.51 3.27±0.66

3.3 纖毛針刺激前和刺激時男女Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度比較

纖毛針刺激前,男性 Glx﹢濃度明顯高于女性(P＜0.05);男性 Glu﹢濃度略高于女性,僅具有一定趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義(P＝0.09)。纖毛針刺激時,男性Glu﹢、Glx﹢和 GABA﹢濃度較刺激前無明顯變化(P＞0.05);女性 Glu﹢、Glx﹢和 GABA﹢濃度較刺激前無明顯變化(P＞0.05)。纖毛針刺激時,男性Glu﹢和Glx﹢濃度明顯高于女性,差異均具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05);男性 GABA﹢濃度與女性比較,差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。詳見表2。

表2 纖毛針刺激前和刺激時男女Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度比較(±s )

表2 纖毛針刺激前和刺激時男女Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度比較(±s )

注:與同期男性比較1)P＜0.05。

項目 時間Glu﹢×10﹣2 刺激前刺激時Glx﹢×10﹣2 刺激前刺激時GABA﹢×10﹣2 刺激前刺激時 男性(19例) 女性(49例) 16.91±1.99 16.04±1.791) 16.96±1.75 15.81±1.941) 17.37±2.37 16.17±1.78 17.92±2.16 16.09±1.901) 3.35±0.72 3.21±0.53 3.16±0.85 3.28±0.64

3.4 手針、纖毛針男女刺激前和刺激時 Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度的差值比較

手針刺激前和刺激時,性別與 Glu﹢、Glx﹢濃度均呈正相關(guān)(P＜0.05),性別與 GABA﹢濃度均無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。纖毛針刺激前和刺激時,男性與Glu﹢、Glx﹢濃度均呈正相關(guān)(P＜0.05),性別與 GABA﹢濃度均無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。詳見表3和表4。

表3 手針刺激前和刺激時性別與Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度相關(guān)性

表4 纖毛針刺激前和刺激時性別與Glu﹢、Glx﹢和GABA﹢濃度相關(guān)性

4 討論

近年來,人類大腦結(jié)構(gòu)功能的性別差異受到越來越多的關(guān)注和研究。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),大腦不僅存在總體積[14]、灰白質(zhì)比例[14-15]等形態(tài)方面的性別差異,還可能存在功能激活區(qū)、腦內(nèi)代謝物濃度及其動態(tài)變化等方面的性別差異[16-17]。隨著神經(jīng)精神病學的研究進展,報道腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝物的性別差異研究越來越多[18-19]。GABA是腦內(nèi)主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡的反應性、興奮性以及同步皮層神經(jīng)元信號活動中起著關(guān)鍵作用,還廣泛參與調(diào)節(jié)認知、記憶和學習等功能[20]。最近研究發(fā)現(xiàn),GABA能神經(jīng)系統(tǒng)存在性別差異[6,21],這不僅與月經(jīng)周期、激素水平(雌二醇和孕酮)、情緒、認知和身體癥狀相關(guān)[22-23],還與腦區(qū)相關(guān),如 SANACORA G等[24]發(fā)現(xiàn)女性背外側(cè)前額葉皮層中的GABA濃度比男性低;EPPERSON C N等[25]發(fā)現(xiàn)女性經(jīng)期枕葉GABA濃度降低;EPPERSON C N等[26]還發(fā)現(xiàn)產(chǎn)后女性枕葉GABA濃度降低。Glu是人類大腦中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),參與運動、情緒和認知等功能,Glu能神經(jīng)系統(tǒng)同樣存在性別差異[27],這與固醇性激素能影響大腦谷氨酸-谷氨酰胺代謝[27]相關(guān),如O'GORMAN RL等[8]發(fā)現(xiàn)男性背外側(cè)前額葉皮層中Glx和Glu濃度明顯高于女性。

O’GORMAN R L等[8]測量14名健康志愿者背外側(cè)前額葉皮層神經(jīng)遞質(zhì),排除了年齡、感興趣區(qū)組織成份等其他影響因素,發(fā)現(xiàn)男性GABA、Glx和Glu濃度顯著高于女性,而谷氨酰胺、N-乙酰-天冬氨酸(N-acetyl aspartic acid, NAA)、肌酐(creatinine, Cr)、膽堿化合物峰和肌醇濃度無性別差異,認為GABA和谷氨酸存在性別差異。SANACORA G等[24]發(fā)現(xiàn)女性枕葉 GABA濃度高于男性,GAO F等[28]未發(fā)現(xiàn)額葉和頂葉腦區(qū)GABA﹢/Cr、GABA﹢/NAA、Glx﹢/Cr 存在性別差異。CHANG L等[29]開始報道了Glu存在年齡和性別的差異,但隨后重新分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)Glu僅有年齡差異,無性別差異。本研究結(jié)果顯示,手針組和纖毛針組刺激時男性Glu、Glx濃度均高于女性(P＜0.05);手針組刺激前男性 Glu濃度明顯高于女性(P＜0.05),且刺激前男性Glx濃度有高于女性的趨勢(P＝0.07);纖毛針組刺激前男性Glx濃度明顯高于女性(P＜0.05),且刺激前男性Glu濃度有高于女性的趨勢(P＝0.09),提示Glu、Glx濃度可能存在性別差異,這可能與類固醇性激素影響大腦前額葉Glu-Glx代謝有關(guān)。

最近研究發(fā)現(xiàn),人類大腦在處理針刺刺激時腦內(nèi)神經(jīng)效應存在性別差異,如QIU W Q等[11]發(fā)現(xiàn)女性大腦邊緣-邊緣-新皮層網(wǎng)絡/默認模式網(wǎng)絡的負激活較男性更廣泛;而男性次級軀體感覺皮層的正激活較女性更廣泛,前-中扣帶的功能連接(BA32/24)比女性更強。LI A等[30]研究發(fā)現(xiàn)針刺膝關(guān)節(jié)周圍局部穴位,男性右側(cè)額中回、額下回、右側(cè)楔前葉、右側(cè)頂葉上小葉、左側(cè)小腦前葉等部位出現(xiàn)正激活,右腦額葉出現(xiàn)負激活;而女性右額葉、右頂葉和右顳中回出現(xiàn)正激活;左右內(nèi)側(cè)額葉回出現(xiàn)負激活;YEO S等[31]發(fā)現(xiàn)針刺陽陵泉女性在右側(cè)中央后回、中央前回、楔前葉、中央后回、頂葉下回、下臥回、枕中回和海馬旁回的正激活比男性更明顯。但尚未發(fā)現(xiàn)針刺后腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝物濃度是否存在性別差異的相關(guān)研究,本研究發(fā)現(xiàn)針刺組男女兩性刺激前后Glu、Glx濃度均存在明顯相關(guān)性;男性刺激時Glu、Glx濃度增加較多,但女性刺激時Glu濃度較刺激前減少、Glx濃度較刺激前略增加,提示針刺有可能對大腦興奮性神經(jīng)遞質(zhì)影響存在性別差異。

目前神經(jīng)遞質(zhì)性別差異的神經(jīng)生理學基礎尚不明確,研究表明神經(jīng)活性類固醇,如雌激素、黃體酮、睪酮,均可影響Glu能和GABA能神經(jīng)傳遞[32];同時神經(jīng)遞質(zhì)釋放或突觸后受體反應的機制較復雜,并因腦區(qū)、功能狀態(tài)以及神經(jīng)活性類固醇類型而不同,故在今后研究中需進一步深入闡明腦區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)濃度與血漿激素水平之間的關(guān)系。

本研究的局限性如下。①男女病例數(shù)相差較大,年齡較輕且范圍較小,可能存在偏差;②本研究未考慮女性月經(jīng)周期對大腦谷氨酸-谷氨酰胺代謝的影響,故測量時未固定月經(jīng)周期,使Glu、Glx濃度在刺激前存在不穩(wěn)定性,需固定的月經(jīng)周期后進一步研究;③未測量血漿雌孕激素及類固醇激素水平,不能分析血漿激素水平與腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的相關(guān)性;④未涉及與疾病狀態(tài)下的對比研究。

總之,本研究結(jié)果提示大腦前額葉內(nèi)興奮性神經(jīng)遞質(zhì)(Glu和Glx)濃度可能存在性別差異,抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA濃度基本不存在性別差異;針刺對大腦興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的影響可能存在性別差異,在今后臨床研究設計中應考慮性別差異的影響。