小動物超聲成像技術(shù)在針灸研究中運(yùn)用的新思路?

劉 群，周 晨，王圓圓，戴求福，辛娟娟，伍舒揚(yáng)，陸鳳燕，趙玉雪， 高俊虹，喻曉春

(中國中醫(yī)科學(xué)院針灸研究所，北京 100700)

作為中醫(yī)的重要組成部分，針灸在疾病的預(yù)防、治療以及保健領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，并已在全世界范圍內(nèi)推廣。迄今為止，針灸已經(jīng)傳播至140多個國家和地區(qū)，為保障全人類的生命健康發(fā)揮了巨大作用。目前，針灸臨床相關(guān)研究為針灸在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用提供了豐富的證據(jù)，而在基礎(chǔ)研究方面，可視性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)可以更為客觀地詮釋針灸的有效性及其作用機(jī)制。對于機(jī)體內(nèi)部功能的觀察，更是需要借助現(xiàn)代科技手段方可進(jìn)行詳盡的觀察和了解。超高分辨率小動物超聲成像系統(tǒng)采用的是一種新的影像技術(shù)，相比于臨床用超聲儀器具有更高的分辨率，通過高頻探頭甚至可以達(dá)到30 μm的分辨率，因此可以對小動物體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行清晰的觀察，而且可以通過M模式等進(jìn)行動態(tài)觀察，了解體內(nèi)組織的功能情況，這為針灸基礎(chǔ)研究提供了有效的研究手段。

1 原理

超聲成像技術(shù)是將儀器中發(fā)射的高頻電信號，通過探頭里的晶體振動轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡?，發(fā)射進(jìn)入機(jī)體組織內(nèi)，在組織中傳播并發(fā)生超聲反射。由于組織中聲阻抗率不同，相鄰聲阻抗有差別則反射回波信號有強(qiáng)弱的差別，由此該信號的強(qiáng)弱承載了機(jī)體組織的信息。對反射回來的超聲波再經(jīng)由晶體上轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過一系列的處理和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槌晥D像并由顯示屏顯示出來。通過超聲成像系統(tǒng)可以對機(jī)體內(nèi)臟器的位置、大小、形態(tài)、動態(tài)變化以及血流等情況進(jìn)行觀察。

2 小動物超聲成像技術(shù)在針灸研究中的應(yīng)用

針灸對臨床多種疾病均有較好的療效，因而相關(guān)的研究也顯得尤為重要。目前小動物超聲成像技術(shù)在針灸研究中的運(yùn)用極少，相關(guān)文獻(xiàn)亦不多見，且主要見于運(yùn)用針灸改善心血管系統(tǒng)以及消化系統(tǒng)疾病等研究。

2.1 心血管系統(tǒng)

唐關(guān)敏等[1]探討電針大鼠內(nèi)關(guān)穴預(yù)處理聯(lián)合骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)移植對心肌梗死大鼠心肌重構(gòu)的影響。小動物超聲成像技術(shù)檢測結(jié)果表明，干預(yù)后大鼠的左心室前壁厚度、左心室射血分?jǐn)?shù)(EF)及短軸縮短率(FS)均明顯升高，而左心室收縮末期內(nèi)徑(LVDs)、左心室舒張末期內(nèi)徑(LVDd)明顯下降，說明針灸預(yù)處理聯(lián)合BMSCs移植可以改善心功能，有利于減緩大鼠心肌梗死區(qū)的心肌重構(gòu)。

汪德生[2]、張鶴[3]等通過小動物超聲成像觀察到模擬失重效應(yīng)使大鼠心功能降低，而電針內(nèi)關(guān)穴可以顯著增高其左心室舒張末期內(nèi)徑(LVDd)、室間隔舒張末期厚度(IVSd)、室間隔收縮末期厚度(IVSs)、左心室舒張末期后壁厚度(LVPWd)，提高左心室短軸縮短率(FS)和左心室射血分?jǐn)?shù)(EF)，從而抑制模擬失重效應(yīng)所致的大鼠心室重構(gòu)，增加心臟射血能力，對模擬失重效應(yīng)大鼠心功能發(fā)揮明顯的保護(hù)作用。

另有研究運(yùn)用小動物超聲成像技術(shù)觀察到電針內(nèi)關(guān)穴可以改善SHR高血壓心肌肥厚大鼠左心室前壁舒張末期厚度(LVAWd)、左室后壁舒張末期厚度(LVPWd)，而左心室舒張末期內(nèi)徑(LVDd)顯著增大，EF和FS均明顯升高[4]。運(yùn)用該技術(shù)在異丙腎上腺素皮下注射致心肌肥厚模型小鼠上也得出較一致的結(jié)果，模型組和非穴組小鼠表現(xiàn)出心肌肥厚和心功能減退，針刺內(nèi)關(guān)穴組小鼠出現(xiàn)拮抗異丙腎上腺素所致心肌肥厚過程的表現(xiàn)[5]。

2.2 消化系統(tǒng)

小動物超聲成像結(jié)果表明，急性膽囊炎家兔膽囊壁厚度明顯增厚，而電針陽陵泉和陰陵泉穴治療后膽囊壁厚度值均明顯降低，且陽陵泉組降低更為明顯[6-7]，提示電針陽陵泉及陰陵泉穴均能修復(fù)增厚的膽囊壁，使膽囊壁變薄，且陽陵泉穴比陰陵泉穴效果更明顯，為臨床治療膽腑疾病提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.3 針刺深度的可視性指導(dǎo)

有研究在小動物超聲成像系統(tǒng)的可視性指導(dǎo)下，針刺坐骨神經(jīng)硅膠管擠壓慢性損傷模型大鼠環(huán)跳穴下不同組織部位，即肌肉組織和神經(jīng)干，以此來探討不同針刺組織結(jié)構(gòu)與針刺效應(yīng)的關(guān)系[8-9]。

由此可見，目前小動物超聲成像技術(shù)在針灸研究中的運(yùn)用主要集中在心臟疾病的研究，消化系統(tǒng)稍有涉及。其實(shí)，小動物超聲成像技術(shù)可以運(yùn)用于更多方面的研究，如血管疾病研究、腫瘤研究、發(fā)育生物學(xué)研究等方面。然而，目前該技術(shù)運(yùn)用在針灸對上述相關(guān)方面的影像學(xué)研究還非常缺乏或幾乎沒有，因此可以作為今后的重點(diǎn)研究方向之一。

3 小動物超聲成像技術(shù)應(yīng)用于針灸研究的優(yōu)勢

目前小動物超聲成像技術(shù)運(yùn)用在心血管系統(tǒng)疾病中的研究比較多，而心血管系統(tǒng)疾病在各系統(tǒng)疾病中發(fā)病率較高，嚴(yán)重危害人類健康。研究疾病發(fā)展過程中以及針灸治療過程中心臟以及血管結(jié)構(gòu)、功能的改變，對于探究病因和疾病的診斷、治療、預(yù)防以及進(jìn)一步探討針灸的作用機(jī)制具有極其重要的意義。該系統(tǒng)運(yùn)用于針灸研究具有如下優(yōu)勢。

3.1 高分辨率

雖然臨床用超聲儀也可以獲得大小鼠心臟超聲圖像，但其分辨率限制其圖像不夠清晰。小動物超聲成像系統(tǒng)不同于臨床所用的超聲檢查儀器，它針對不同體型的動物，具有不同配置、不同頻率的探頭，可以敏感地評價小動物心室腔徑及心肌收縮功能，在心室二維、M超及二尖瓣血流頻譜圖像的清晰度方面均會明顯優(yōu)于臨床用超聲儀，能夠更加清晰地顯示心臟舒縮功能方面的圖像及參數(shù)。高分辨小動物超聲成像系統(tǒng)能真實(shí)可靠地反映小鼠的心臟舒縮功能，可以有效地記錄心動周期內(nèi)心臟的動態(tài)改變，測量血流量和血流速度、血壓改變與血流速度、血流量、心腔體積改變間的關(guān)系，亦可整合所有測量的數(shù)據(jù)同步分析各參數(shù)。

3.2 無創(chuàng)性

超聲成像技術(shù)利用的是機(jī)體對于超聲波的反射，搜集反射信號經(jīng)過一系列處理而形成的影像。這是一種完全無創(chuàng)的、無侵入性的檢查方法，可以在動物身上進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)，是在活體水平上觀察動物的心臟、腹部臟器、血管結(jié)構(gòu)、血流情況等一種研究技術(shù)，這使檢驗(yàn)和分析可以在活體組織上進(jìn)行，彌補(bǔ)了離體組織細(xì)胞和分子生物學(xué)研究中的不足。

3.3 實(shí)時動態(tài)

由于其無創(chuàng)性，因此可以進(jìn)行縱向研究和長時間跟蹤，在同一動物身上可以重復(fù)測量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不同時間點(diǎn)的比較，這在要觀察長時間效應(yīng)以及集結(jié)構(gòu)、功能、分子成像于一體的研究中具有優(yōu)勢。針灸穴位作用于機(jī)體，可以產(chǎn)生快速的效應(yīng)以及長時間的效應(yīng)。小動物超聲成像系統(tǒng)則既可運(yùn)用于快速效應(yīng)的實(shí)時觀察，也可運(yùn)用于長時間效應(yīng)的動態(tài)觀察。

3.4 整體性及局部觀察

超聲成像系統(tǒng)可以整體觀察整個心臟的收縮舒張功能。臨床常出現(xiàn)這樣一種心功能不全的情況,患者尚未出現(xiàn)臨床癥狀，但器械檢查提示其收縮功能或舒張功能已不正常。對于動物來說，較小的改變即可被分辨出來，超聲心動檢查能在早期階段即發(fā)現(xiàn)此改變。另一方面，通過高分辨率超聲成像系統(tǒng)采集圖像，還可以對心室壁的局部運(yùn)動進(jìn)行分析，對室壁運(yùn)動的不同步性分析也能獲得較好的結(jié)果。

4 小動物超聲成像技術(shù)應(yīng)用于針灸研究中的新思路

目前對于針灸的治療作用評價，即療效評價的方法很多，大體來說分為兩類，一是主觀指標(biāo)，如癥狀改善等，二是客觀指標(biāo)，如高血壓病患者的血壓情況等。雖然對于患者來說，主觀指標(biāo)似乎更為重要，然而對于科學(xué)研究來說，在動物實(shí)驗(yàn)中，一方面主觀指標(biāo)無法獲得，另一方面采用客觀化評價指標(biāo)則更容易被采納和接受，諸如記錄時不易受主觀因素影響的心電圖、肌電圖和各種檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等。因此如何選取以及如何準(zhǔn)確地獲得客觀化指標(biāo)結(jié)果至關(guān)重要。對于很多非體表的疾病來說，如何對其發(fā)生發(fā)展、治療效果等進(jìn)行評價也是至關(guān)重要的。

在針灸治療心臟疾病的研究中，心電圖、心臟B超、心臟多普勒血流等都是非常重要的評價指標(biāo)。超高分辨率超聲成像系統(tǒng)可以在一定程度上突破現(xiàn)有超聲成像檢測系統(tǒng)中固有的空間分辨率獲取極限，獲得更加清晰的超聲圖像，從而提高檢測系統(tǒng)的缺陷檢測能力，對小動物心臟的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行無創(chuàng)的客觀化評價，并結(jié)合隨著時間軸改變的重復(fù)檢查，可以更好地運(yùn)用于針灸改善心力衰竭、先天性心臟病、冠心病、心肌梗死、心臟瓣膜病、心內(nèi)膜炎、心肌病等心臟疾病的研究中。

而在血管疾病方面，小動物超聲可以檢測不同血管的切面影像，精確測量大鼠或小鼠的動脈管壁厚度、管腔大小，測量血管壁的內(nèi)膜、中膜、外膜等，觀測動脈粥樣硬化斑塊的形成與消融、血栓的形成與消融，并通過超聲彈性成像分析斑塊的性質(zhì)、軟硬度等。同時可以通過脈沖多普勒測量粥樣硬化/血栓所導(dǎo)致的血流量和血流速度等變化，并結(jié)合彩色超聲可以觀測血流方向改變甚至心腔內(nèi)的渦流情況，進(jìn)而動態(tài)觀察針灸改善動脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生發(fā)展和預(yù)后情況。

在腫瘤研究方面，可以運(yùn)用小動物超聲成像系統(tǒng)對腫瘤進(jìn)行清晰的成像顯示，對于極小的腫瘤也可發(fā)現(xiàn)，不僅拓展其運(yùn)用而且增加其診斷以及針灸改善腫瘤療效評價的準(zhǔn)確性和精確性。

此外，小動物超聲成像系統(tǒng)可以運(yùn)用于針灸效應(yīng)研究的更多方面，如泌尿系統(tǒng)疾病、眼科疾病、發(fā)育生物學(xué)等諸多方面，為針灸研究者提供非侵入式的實(shí)時、動態(tài)觀察以及高分辨率的影像，同時可以進(jìn)行相關(guān)組織結(jié)構(gòu)及血流速度的量化分析。

另一方面，運(yùn)用可視化技術(shù)在小動物超聲成像系統(tǒng)的輔助下進(jìn)行不同部位、組織結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)針刺，并結(jié)合相關(guān)效應(yīng)觀察，可以應(yīng)用于研究穴區(qū)不同組織結(jié)構(gòu)在針刺效應(yīng)中的作用，為臨床淺深不同針法的選擇提供明確的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并為提高針灸臨床療效、避免不良作用等奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

綜上所述，將小動物超聲成像系統(tǒng)運(yùn)用于針灸研究，一方面有助于完善針灸治療不同疾病效應(yīng)及其作用機(jī)制研究，另一方面亦可為不同深度針刺方法的臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，這都將促進(jìn)針灸效應(yīng)機(jī)制研究的發(fā)展，為針灸研究開拓新的方向。