手針和電針足三里穴持續(xù)性效應(yīng)的功能磁共振成像研究

譚建豪　王燕燕　隆曉菁　刁彥君

摘 要：通過采集的靜息態(tài)腦功能磁共振成像數(shù)據(jù)和并對(duì)其進(jìn)行分析，分別探索傳統(tǒng)手針和電針足三里穴的人腦持續(xù)性效應(yīng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng).選擇12例（6男，6女，23～27歲）無針刺經(jīng)歷的、右利手健康成年志愿者，分成手針組（12例）和電針組（12例）.手針刺激（2 Hz）和電針刺激（2 Hz，連續(xù)方波，電流強(qiáng)度 0.5～1.4 mA）實(shí)驗(yàn)中，針刺刺激分別以2 Hz的頻率對(duì)足三里進(jìn)行2 min的雙向捻轉(zhuǎn)，采集針刺刺激前后靜息態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示手針和電針針刺足三里后引起了不同的持續(xù)性效應(yīng)，包括中腦和基底神經(jīng)節(jié)在內(nèi)的參與與鎮(zhèn)痛有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放的腦區(qū)結(jié)構(gòu)，在針刺刺激后階段呈現(xiàn)出了持續(xù)性的活動(dòng).兩種針刺模態(tài)下不同的腦區(qū)響應(yīng)模式表明兩者可能在經(jīng)絡(luò)傳輸通道和神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的活動(dòng)存在差異.

關(guān)鍵詞： 功能磁共振成像；持續(xù)性效應(yīng)；手針；電針

中圖分類號(hào)： R445.2；R245 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

fMRI Investigation of the Sustainedeffect of Manual

Acupuncture and Electroacupuncture

TAN Jianhao1， WANG Yanyan1， LONG Xiaojing2， DIAO Yanjun2

（1. College of Electrical and Information Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China；

2. Shenzhen Institute of Advanced Technology， Chinese Academy of Sciences， Shenzhen， Guangdong 510085， China）

Abstract：This paper investigated the sustained effect of central nervous system activities on human brain between traditional manual acupuncture and electroacupuncture on ST36 by collecting restingstate functional magnetic resonance imaging （fMRI） data and analyzing the fMRI data. 12 （male/female=6/6， aged from 23 to 27） acupuncture naive， righthanded healthy adult volunteers were chosen and divided into manual acupuncture （MA） group （12 subjects） and electroacupuncture （EA） group （12 subjects）. The needle was rotated bidirectionally at the frequency of 2 Hz for 2 minutes stimulation on ST36 during MA （2 Hz） and EA （constant square wave， 2 Hz， intensities ranging from 0.5 to 1.4 mA）. Statistical results showed that manual acupuncture and electroacupuncture induced different longlasting responses after the administration of acupuncture on ST36.Structures associated with the release of analgesiarelated neurotransmitters， including the midbrain and basal ganglia， presented prolonged activities in poststimulus stage. Different patterns of brain responses between the two modalities may show differences in the transmission channels of meridian and activities in neurotransmitter system.

Key words： functional magnetic resonance imaging； sustainedeffect； manual acupuncture； electroacupuncture

針刺是中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的重要部分，至今已有2 500年的歷史，針刺作為替代醫(yī)學(xué)或輔助醫(yī)學(xué)療法已被西方國家所承認(rèn)，但針刺的作用機(jī)制尚未被闡明.臨床上廣泛應(yīng)用的功能磁共振成像有著無創(chuàng)性、高分辨率、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，從而為針刺與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間聯(lián)系的研究提供了方便.靜息態(tài)是指大腦在沒有特定目標(biāo)任務(wù)時(shí)一直存在的持續(xù)性大腦功能活動(dòng)，它是在生理基態(tài)水平下發(fā)生的活動(dòng)，有著易操作、被試配合程度高等優(yōu)點(diǎn).針刺特定穴位可以引起大腦相應(yīng)的功能反應(yīng)，該反應(yīng)能夠被功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging ， fMRI）技術(shù)所探測，本文主要是用手針和電針針刺足三里，通過fMRI技術(shù)研究針刺穴位后的靜息態(tài)人腦功能區(qū)的活動(dòng)情況，比較手針和電針針刺后的腦功能區(qū)變化，探索手針與電針的機(jī)理有何不同，以期對(duì)針刺穴位的作用機(jī)制進(jìn)行研究和初步探討.

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

國人健康志愿者12例，男女各6例，年齡23～27歲不等，皆為右利手，受教育程度都為大學(xué)本科以上，受試者均無針刺經(jīng)歷，無神經(jīng)病及精神病史，近1周內(nèi)未服用任何鎮(zhèn)靜藥物，無疼痛、煩躁、焦慮等癥狀.所有被試者在試驗(yàn)前被告知試驗(yàn)內(nèi)容，并簽署了知情同意書，受試者有權(quán)在實(shí)驗(yàn)的任何時(shí)候退出.

1.2 針刺方法

手針實(shí)驗(yàn)時(shí)，針刺均由同一位執(zhí)業(yè)針灸醫(yī)師來操作，手針采用無菌一次性奧氏體不銹鋼針（長度：50 mm ，直徑：0.32 mm ），針刺左側(cè)下肢足三里，垂直進(jìn)針，以頻率2 Hz進(jìn)行捻轉(zhuǎn)刺激，進(jìn)針深度10～15 mm.電針實(shí)驗(yàn)中，采用韓氏電針儀器，電針刺激參數(shù)為：頻率2 Hz，連續(xù)方波，除針刺足三里之外，還需選取足三里附近假穴處進(jìn)針以形成電流回路（圖1），假穴只有在電針實(shí)驗(yàn)時(shí)才被選用.行針期間詢問被試的得氣感避免其產(chǎn)生疼痛感覺.

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

每個(gè)受試者分別進(jìn)行手針足三里和電針足三里兩次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用非重復(fù)的事件相關(guān)設(shè)計(jì)（nonrepeated eventrelated）^{[1] （圖1），每次實(shí)驗(yàn)包括8 min的前靜息，2 min得氣狀態(tài)下的捻針，刺激之后2 s拔針，以及14 min的后靜息.為排除不同刺激的相互干擾，同一受試者兩次試驗(yàn)的間隔為一周，掃描過程中受試者平臥于檢查床，閉目平靜呼吸，使用泡沫頭墊固定頭部以最大限度減少頭部運(yùn)動(dòng)，并用橡皮耳塞減少噪音， 同時(shí)要求被試者不進(jìn)行任何系統(tǒng)性思維活動(dòng)并保持清醒.掃描結(jié)束后告知被試填寫針刺過程中的針感量表（0 =無痛覺， 1～3=輕微， 4～6=中等， 7～8 =強(qiáng)烈， 9 =劇烈，10 =不能忍受）.}

8 min前靜息作為基線，得氣后針灸刺激2 min，以及14 min后靜息

1.4 數(shù)據(jù)采集

采用西門子公司3.0T MAGNETOM超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)和12通道相控陣頭線圈進(jìn)行頭顱MR掃描.采用3D Turbo FLASH序列獲得功能圖像的解剖參考圖像，參數(shù)如下：TR/TE 1.9s/2.53 ms，F(xiàn)OV 250 mm，層厚 1 mm，翻轉(zhuǎn)角 9°，矩陣 256×256.BOLD功能成像采用梯度回波T2*加權(quán)成像脈沖序列平行前-后連合線矢狀位獲得，成像參數(shù)：TR/TE 2 s/20 ms， FOV 200 mm， 翻轉(zhuǎn)角 90°，層厚 3 mm，矩陣 64×64.

1.5 圖像處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖SPM8（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）軟件對(duì)針刺刺激前的240個(gè)時(shí)間點(diǎn)，以及針刺刺激后的420個(gè)時(shí)間點(diǎn)（分為前6 min靜息的180個(gè)時(shí)間點(diǎn)和后8 min靜息的240個(gè)時(shí)間點(diǎn)）分別進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，前靜息去掉前10 幀圖像以避免fMRI時(shí)間序列圖像受磁場不均勻性的影響，功能圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過時(shí)間及運(yùn)動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、空間平滑預(yù)處理.將旋轉(zhuǎn)移動(dòng)>2°，平移>2 mm的數(shù)據(jù)剔除， 空間平滑處理采用6 mm×6 mm×6 mm半高全寬的高斯核.

定義分析模型和統(tǒng)計(jì)分析：用t檢驗(yàn)分析針刺刺激前的8 min靜息，刺激后的前6 min以及后8 min靜息狀態(tài)下的腦功能圖像數(shù)據(jù)，P<0.05認(rèn)為有顯著性差異，將腦功能區(qū)激活圖疊加到模板上，并用SliceViewer（http：//www.restfmri.net/）顯示并分析信號(hào)變化.

2 結(jié) 果

在手針和電針得氣刺激過程中沒有被試報(bào)告刺痛針感.兩種實(shí)驗(yàn)下的針感量表表明電針較之手針產(chǎn)生了明顯的酸痛和隱痛針感（P<0.05）.其他的針感如麻木，脹痛和熱則沒有發(fā)現(xiàn)顯著性差異（P>0.05）（圖2）.

數(shù)據(jù)處理中2名被試者因?yàn)轭^動(dòng)過大而被剔除，剩余的10個(gè)被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析，兩種針刺模態(tài)下針刺足三里穴拔針后后靜息的前6 min和后8 min腦部分別出現(xiàn)了不同區(qū)域的激活以及負(fù)激活（圖3）.手針試驗(yàn)中拔針后的前6 min靜息態(tài)中顳葉、頂葉、感覺運(yùn)動(dòng)皮層、小腦、腹側(cè)中腦分別出現(xiàn)了顯著的左側(cè)激活，顯著負(fù)激活的腦區(qū)有右側(cè)枕回、雙側(cè)眶額皮質(zhì)、雙側(cè)前扣帶回、雙側(cè)尾狀核、左側(cè)伏隔核、下丘腦（圖3（a））；在后8 min靜息態(tài)中負(fù)的血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)持續(xù)降低而正血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)增加，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示左側(cè)顳葉、枕葉、頂葉以及雙側(cè)邊緣系統(tǒng)包含前扣帶回和海馬、左側(cè)小腦、腹側(cè)中腦左側(cè)出現(xiàn)了血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)信號(hào)的增加，信號(hào)降低的腦區(qū)有雙側(cè)額上回、雙側(cè)前扣帶回、雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)下丘腦（圖3（b））.電針實(shí)驗(yàn)中拔針后的前6 min靜息態(tài)出現(xiàn)了大范圍的負(fù)激活.包括右側(cè)頂葉、雙側(cè)額上回和額中回、眶額皮質(zhì)、枕葉、扣帶回、下丘腦、小腦，激活區(qū)域有雙側(cè)額上回、腦島、小腦、左側(cè)殼核、左側(cè)蒼白球以及右側(cè)尾狀核（圖3（c））；后8 min靜息態(tài)激活區(qū)域有左側(cè)殼核、左側(cè)蒼白球、雙側(cè)腦島、小腦和腦干，負(fù)激活區(qū)域有雙側(cè)眶額皮質(zhì)、頂葉、右側(cè)顳葉、雙側(cè)丘腦、下丘腦、前扣帶回和小腦（圖3（d））.

針感

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)手針和電針針刺穴位后的持續(xù)性效應(yīng)進(jìn)行了研究，中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)和長期積累的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，針刺在行針停止后能夠產(chǎn)生持久的效應(yīng)，研究針刺的持續(xù)性效應(yīng)能夠幫助我們理解與針刺相關(guān)的腦部活動(dòng)的時(shí)域特征.一些研究人員以人類志愿者為實(shí)驗(yàn)對(duì)象已經(jīng)研究了針刺引起的神經(jīng)元響應(yīng)活動(dòng)^{[2-6]. Bai等人[5，7]認(rèn)為手針在不同的腦區(qū)能引起持續(xù)性活動(dòng)和隨時(shí)間改變的神經(jīng)元響應(yīng).Qin等人[6]發(fā)現(xiàn)在針刺穴位的過程中和針刺穴位后存在明顯不同的神經(jīng)調(diào)節(jié)，從而表明了針刺后存在特定的時(shí)空編碼/解碼機(jī)制對(duì)潛在的持續(xù)性效應(yīng)起著調(diào)節(jié)作用.另外一些研究[3-4，8]還報(bào)道了針灸在刺激后的靜息態(tài)腦活動(dòng)中對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)連接也有影響.}

（a）手針實(shí)驗(yàn)拔針后前6 min；（b）手針實(shí)驗(yàn)拔針后后8 min；（c）電針實(shí)驗(yàn)拔針后前6 min；

（d）電針實(shí)驗(yàn)拔針后后8 min； R：實(shí)際腦部右邊；L：實(shí)際腦部左邊

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)手針拔針后的后8 min出現(xiàn)大范圍的激活，而電針拔針后的后8 min出現(xiàn)大范圍的負(fù)激活，并且手針拔針后的前6 min靜息態(tài)與電針相比激活和負(fù)激活的腦區(qū)都有著明顯不同.這一結(jié)果表明手針和電針可能有著不同的調(diào)節(jié)機(jī)制，并且隨著時(shí)間的變化，這兩種針刺模態(tài)的腦部響應(yīng)也發(fā)生了變化，這一結(jié)果與Bai等人^{[5，7]的研究結(jié)果一致.}

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，行針后持久的神經(jīng)元響應(yīng)在兩種針刺模態(tài)中存在于不同的腦區(qū)包括腦干、部分邊緣/旁邊緣腦區(qū)以及腦島.實(shí)驗(yàn)中腹側(cè)中腦的激活只出現(xiàn)手針模態(tài)下，而電針靜息實(shí)驗(yàn)中并沒有發(fā)現(xiàn)中腦的顯著差異.已有研究表明針刺足三里穴能夠刺激肌肉周圍神經(jīng)，這些周圍神經(jīng)發(fā)送信息給腦部告知其釋放通過阻塞疼痛信號(hào)的傳輸進(jìn)而產(chǎn)生麻醉的內(nèi)源性阿片類物質(zhì)^{[9].中腦神經(jīng)元釋放充當(dāng)局部神經(jīng)遞質(zhì)作用的內(nèi)啡肽來激勵(lì)位于腦干下端的延腦頭端腹內(nèi)側(cè).延腦頭端腹內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)而投射到位于脊髓背角的疼痛傳輸神經(jīng)元來抑制疼痛感的傳輸.以前的研究已經(jīng)報(bào)道了中腦在針刺后的持續(xù)階段有比較強(qiáng)的活動(dòng)[10]，表明手針針刺的后靜息調(diào)節(jié)可能通過激活內(nèi)啡肽的下行抑制通路產(chǎn)生鎮(zhèn)痛從而持續(xù)地對(duì)中腦產(chǎn)生影響.}

邊緣/旁邊緣腦區(qū)既調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)也在針刺鎮(zhèn)痛中調(diào)節(jié)腦干下行控制脊髓^{[11]，這些腦區(qū)包括大腦皮層以及腦部皮質(zhì)下區(qū)域例如杏仁核、海馬、下丘腦、伏隔核、基底核、扣帶回和眶額皮質(zhì).本實(shí)驗(yàn)中部分邊緣/旁邊緣系統(tǒng)在手針靜息實(shí)驗(yàn)中不同的時(shí)間段呈現(xiàn)了不同的響應(yīng)模式，而在電針靜息實(shí)驗(yàn)中的前6 min和后8 min均顯示負(fù)激活，盡管目前關(guān)于邊緣/旁邊緣系統(tǒng)在針刺治療效果中調(diào)節(jié)的生理機(jī)制仍然不為人所知，但可以推測若干神經(jīng)回路可能通過整合自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能，調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡，控制情緒、認(rèn)知以及記憶特異性地參與了針刺的延遲響應(yīng).}

除了腦干和邊緣/旁邊緣這些腦區(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電針實(shí)驗(yàn)中前6 min和后8 min均出現(xiàn)了腦島的激活，而手針實(shí)驗(yàn)中并未檢測到腦島的顯著變化，一些研究^{[12-13]指出了腦島在針刺的持續(xù)性效應(yīng)階段刺激非依賴變化中也起著重要作用，表明腦島可能參與了監(jiān)控針刺效果的不間斷調(diào)節(jié).然而，這個(gè)發(fā)現(xiàn)僅僅在我們的電針實(shí)驗(yàn)中被觀察到.另外一些學(xué)者還發(fā)現(xiàn)即使在針刺假穴時(shí)腦島也是激活的[14].因此腦島的神經(jīng)元響應(yīng)可能與很多復(fù)雜的因素有關(guān)（例如行針時(shí)的針感等）.}

以上討論了針刺足三里后靜息狀態(tài)下手針和電針在腦干和邊緣/旁邊緣以及腦島中存在的差異，可以發(fā)現(xiàn)手針和電針足三里引起的大腦響應(yīng)存在著很大不同，同時(shí)還推測針刺效果可能并非通過單一腦功能區(qū)，而是通過有功能聯(lián)系的多個(gè)腦功能區(qū)所形成的一個(gè)復(fù)雜的流動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)的相互作用而實(shí)現(xiàn)的.我們的實(shí)驗(yàn)再一次證實(shí)，電針鎮(zhèn)痛可能是通過興奮或抑制與痛覺調(diào)制相關(guān)的多個(gè)腦功能區(qū)而實(shí)現(xiàn)的.本實(shí)驗(yàn)對(duì)手針和電針持續(xù)性效應(yīng)的研究有利于我們在未來的研究中探索不同針刺模態(tài)潛在的針刺神經(jīng)化學(xué)機(jī)制.

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