電針率谷穴任務(wù)對偏頭痛患者疼痛相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)的影響?

羅詩蕾， 劉姍姍， 魏翔宇， 陳義磊， 詹松華△

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院放射科，上海 201203；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院針灸科，上海 201203)

偏頭痛是臨床常見的慢性疼痛性疾病?；颊咭灾兄囟?、反復(fù)發(fā)作的一側(cè)或雙側(cè)頭痛為主訴，同時伴有惡心嘔吐、畏光畏聲等癥狀，長期疼痛會引發(fā)患者情緒、認(rèn)知等功能障礙[1]。針刺對偏頭痛具有良好的療效,既往國內(nèi)外大量臨床試驗(yàn)證實(shí)了針刺對偏頭痛的效果。功能磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技術(shù)目前應(yīng)用于疼痛或認(rèn)知相關(guān)疾病的影像學(xué)研究[2]，亦是闡釋針刺療效機(jī)制的重要工具。

率谷穴屬足少陽膽經(jīng)，是治療各類疼痛類疾病的重要穴位之一，對于其獨(dú)立治療偏頭痛的作用，既往較少有fMRI研究報道?；诖?，本研究團(tuán)隊(duì)使用前期成功開發(fā)的頭針專用柔性線圈等設(shè)備，以任務(wù)態(tài)經(jīng)典組塊設(shè)計方法，觀察電針率谷穴對偏頭痛患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的即刻影響，為其干預(yù)偏頭痛的中樞機(jī)制尋找神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)。本研究通過上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(批號2019-766-121-01)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年9月至2020年2月上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院針灸科門診符合標(biāo)準(zhǔn)的偏頭痛患者20名，其中女性16名，男性4名作為觀察組。納入與偏頭痛患者年齡、性別相匹配的健康受試者20名作為對照組,其中女性16名，男性4名。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)

出現(xiàn)單側(cè)、搏動性的中重度頭痛；每月頭痛至少發(fā)作3次，每次發(fā)作持續(xù)4～72 h；頭痛病史超過1年；發(fā)作過程中出現(xiàn)惡心嘔吐或畏光畏聲等癥狀。

1.3 納入標(biāo)準(zhǔn)

年齡18～55歲，右利手；符合“頭痛疾患的國際分類”(ICHD-Ⅲ)中無先兆偏頭痛的診斷標(biāo)準(zhǔn)；無磁共振禁忌癥；簽署知情同意書。

1.4 排除標(biāo)準(zhǔn)

偏頭痛首次發(fā)作在50歲后；合并外傷史或其他類型偏頭痛；月經(jīng)期、妊娠期婦女；不配合檢查者。

1.5 干預(yù)方法

針刺由一名具有專業(yè)資格的針灸醫(yī)生完成，于耳尖直上1.5寸選擇雙側(cè)率谷穴。采用14K華佗牌金制毫針進(jìn)行針刺，毫針與頭皮呈15°角，從上往下進(jìn)針，進(jìn)針深度約0.5寸。當(dāng)針尖達(dá)到帽狀腱膜下層時捻轉(zhuǎn)得氣，以受試者感到酸、麻、脹、重等針感為佳，再連接具有磁屏蔽特性的改進(jìn)后華佗牌低頻脈沖治療儀(型號G6805-2)，刺激波形為連續(xù)波，頻率2 Hz，電流1～2 mA，以受試者耐受為度，電壓67 mV～8.5V，以任務(wù)態(tài)組塊模式對穴位進(jìn)行電刺激。刺激狀態(tài)30 s，非刺激狀態(tài)2 min，以上刺激間隔狀態(tài)重復(fù)4次(圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計范式(針刺前后各靜息態(tài)掃描8 min。任務(wù)態(tài)模式針刺由4個非刺激狀態(tài)及4個刺激狀態(tài)間隔組成，刺激狀態(tài)30 s，非刺激狀態(tài)2 min，共10 min)

1.6 掃描方法與參數(shù)

受試者到達(dá)后先平臥休息，直至完全平靜，掃描前在頸側(cè)塞入海綿墊保持頭部穩(wěn)定，配戴降噪耳塞，使用頭穴專用柔性線圈作為信號發(fā)射和接收設(shè)備。囑受試者全程合眼，保持安靜，減少神經(jīng)認(rèn)知相關(guān)活動。首先對兩組受試者進(jìn)行定位相、結(jié)構(gòu)相掃描，確認(rèn)腦結(jié)構(gòu)無異常后行靜息態(tài)掃描8 min，對照組僅掃描不做電針干預(yù)。然后對患者組進(jìn)行雙側(cè)率谷穴針刺，于耳尖往上1.5寸取率谷穴，進(jìn)針后得氣為度，再加入任務(wù)態(tài)模式電針刺激，電針同時進(jìn)行fMRI掃描，任務(wù)態(tài)掃描時間為10 min。結(jié)束后出針，行靜息態(tài)掃描8 min。

本次試驗(yàn)使用聯(lián)影公司uMR780 3.0磁共振機(jī)進(jìn)行掃描，采用頭穴專用柔性線圈(14-channel flexible head coil，AHC14)進(jìn)行信號采集，成像序列包括T1WI成像、T2WI成像及fMRI掃描。

T1WI結(jié)構(gòu)相成像參數(shù)：TR=7.2 ms，TE=3.1 ms，層厚=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=10°，F(xiàn)OV=256 mm×256 mm，層數(shù)=192。T2WI成像參數(shù)：FSE序列；TR=5000 ms；TE=81.1 ms；層厚5 mm，層間距1 mm；FOV=200 mm×230 mm。fMRI成像參數(shù)：梯度回波-回波平面成像序列，TR=2000 ms，TE=30 ms，層厚=3.5 mm，翻轉(zhuǎn)角=90°，F(xiàn)OV=224 mm×224 mm，矩陣64×64，掃描全腦，層數(shù)=33，靜息態(tài)掃描采集7920幅圖像，任務(wù)態(tài)掃描采集9900幅圖像。

1.7 圖像處理

功能連接后采用SPM12軟件包(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)進(jìn)行預(yù)處理，步驟包括：1)時間校正；2)頭動矯正(若受試者各角度頭動>1.5°及空間移位>1.5 mm，則數(shù)據(jù)予以剔除)；3)空間標(biāo)準(zhǔn)化；4)去線性漂移；5)空間平滑：6)對空間平滑后的圖像進(jìn)行空域?yàn)V波；7)得到各期腦功能變化圖譜。設(shè)置左右前扣帶回為種子點(diǎn)：左側(cè)前扣帶回：X=-5, Y=38，Z=6, Radius=5 mm。右側(cè)前扣帶回：X=5, Y=38, Z=6, Radius=5 mm。

提取兩側(cè)前扣帶回所有體素時間序列的平均值，計算該區(qū)域信號的時間序列同其余全腦每個體素時間序列的相關(guān)系數(shù)。利用Fisher變換將相關(guān)系數(shù)r值轉(zhuǎn)變?yōu)閦值，最后得到腦干和全腦的功能連接圖。將年齡、性別和受教育年限作為協(xié)變量，患者組電針前和對照組功能連接z值圖采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，患者組電針前后的功能連接z值圖采用配對t檢驗(yàn)，統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行AlphaSim校正(P<0.05)，簇體素>10表示該腦區(qū)功能連接有差異。

任務(wù)態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)電針刺激任務(wù)時間點(diǎn)，使用SPM12軟件進(jìn)行預(yù)處理，步驟包括：1)時間層校正；2)頭動校正(將頭動平移>3 mm和角度>1.5°的數(shù)據(jù)予以剔除，已剔除2個不符合標(biāo)準(zhǔn)的患者數(shù)據(jù))；3)空間標(biāo)準(zhǔn)化；4)空間平滑；5)去線性漂移及空間濾波。構(gòu)建一般線性模型得到血氧水平(blood oxygen level-dependent，BOLD)值統(tǒng)計參數(shù)圖，對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行FDR校正，對應(yīng)校正后P<0.05，簇體素>96。使用REST V1.7軟件，提取感興趣區(qū)BOLD信號時間序列的平均值。

1.8 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 基線資料

經(jīng)過統(tǒng)計分析，2組受試者之間年齡、性別組成、受教育程度比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(表1)。

表1 基線資料對照比較

2.2 功能連接結(jié)果

觀察組電針前與對照組比較(表2)，左側(cè)前扣帶回未見功能連接有明顯差異的腦區(qū)。右側(cè)前扣帶回與右側(cè)枕中回、左側(cè)尾狀核、左內(nèi)側(cè)額上回、左側(cè)中央前回、右側(cè)額中回、左側(cè)額中回之間的功能連接減弱(圖2)。觀察組電針后與電針前比較(表3)，左側(cè)前扣帶回與左側(cè)三角部額下回，左、右額中回之間的功能連接增強(qiáng)(圖3)；右側(cè)前扣帶回與左側(cè)三角部額下回，左側(cè)額上回，左、右額中回之間的功能連接增強(qiáng)(圖3)。

表2 觀察組電針前與對照組相比較

注：藍(lán)色代表功能連接減弱的腦區(qū)圖2 觀察組電針前與對照組比較

表3 偏頭痛患者電針后與電針前比較，前扣帶回與全腦功能連接有差異的腦區(qū)

注：紅-黃色代表功能連接增強(qiáng)腦區(qū)圖3 觀察組電針前后對照比較

2.3 任務(wù)態(tài)fMRI-BOLD結(jié)果

電針刺激階段，觀察組腦區(qū)以正激活為主，左側(cè)額下回三角部(BA46)、左側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回、右側(cè)中央溝蓋、右側(cè)緣上回BOLD值升高(表4)。

表4 觀察組電針刺激階段BOLD值差異顯著腦區(qū)比較

2.4 相關(guān)性分析結(jié)果

以背外側(cè)前額葉皮層為感興趣區(qū)BOLD值，發(fā)現(xiàn)與患者病程年長呈負(fù)相關(guān)(r=-0.6713，P<0.01)(圖4)。

注：紅-黃色代表BOLD值升高的腦區(qū)圖4 電針刺激階段觀察組腦區(qū)以正激活為主(FDR校正，P<0.05)

3 討論

偏頭痛屬于中醫(yī)學(xué)“頭風(fēng)”“頭痛”范疇，其發(fā)病部位常以一側(cè)枕部、額顳部多見，嚴(yán)重時可引起全頭痛，給患者正常生活和工作帶來極大困擾。然而偏頭痛的病理生理機(jī)制目前尚不明確，國內(nèi)外學(xué)者亦從多種角度進(jìn)行研究，對腦功能網(wǎng)絡(luò)的探索為揭示偏頭痛機(jī)制提供了新線索。靜息狀態(tài)時，大腦存在許多相互獨(dú)立、空間連貫的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(DMN)、額頂網(wǎng)絡(luò)(FPN)、突顯網(wǎng)絡(luò)(SN)以及執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)(ECN)等，這些腦網(wǎng)絡(luò)與疼痛感覺的整合息息相關(guān)[3，4]。既往影像學(xué)研究表明，偏頭痛患者除主訴疼痛癥狀，其腦網(wǎng)絡(luò)功能和腦結(jié)構(gòu)亦會產(chǎn)生微觀性改變。Coppola等對20名偏頭痛患者腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DMN與ECN功能連接呈顯著下降趨勢[5]。Chen等納入不同類型偏頭痛患者與健康人作對照，提出偏頭痛導(dǎo)致的痛覺超敏及痛閾值降低，也許與負(fù)責(zé)疼痛加工的腦功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如腦島、小腦、丘腦、扣帶回、軀體感覺皮層等活躍性增加有關(guān)[6]。

本研究基于前期文獻(xiàn)選擇了疼痛相關(guān)大腦網(wǎng)絡(luò)(DMN、ECN、SN)的共同腦區(qū)前扣帶回(anterior cingulate cortex，ACC)為種子點(diǎn)，探討偏頭痛腦網(wǎng)絡(luò)的變化特征及電針率谷穴的實(shí)時腦效應(yīng)。率谷穴為足少陽經(jīng)腧穴，自古為治療偏頭痛的經(jīng)典穴位?！夺樉募滓医?jīng)》記載：“發(fā)兩目眩痛……率谷主之?！爆F(xiàn)代研究表明，針刺率谷對偏頭痛具有良好療效[7]，但由于常規(guī)硬質(zhì)頭顱線圈的限制，既往對率谷治療偏頭痛的實(shí)時腦效應(yīng)研究較少。本研究團(tuán)隊(duì)采用前期開發(fā)的頭穴專用柔性線圈，配合特制金針及具有磁屏蔽功能的電針儀，可在針刺狀態(tài)下對頭部穴位進(jìn)行實(shí)時功能磁共振掃描，為針刺率谷穴即刻腦效應(yīng)的研究提供了硬件保障[8]。

本研究結(jié)果顯示，偏頭痛患者與健康受試者相比，右側(cè)前扣帶回與額葉、枕葉等諸腦區(qū)的功能連接減弱，這些腦區(qū)部分功能涵蓋了軀體運(yùn)動皮層(左側(cè)中央前回)、視覺皮層(右側(cè)枕中回)、軀體感覺皮層(尾狀核)等腦區(qū)，也許與偏頭痛常見的如畏光[9]、產(chǎn)生負(fù)性情緒[10]及認(rèn)知執(zhí)行力下降等伴隨癥狀有關(guān)。內(nèi)側(cè)額上回及額中回均為ECN腦區(qū)，參與痛覺認(rèn)知功能的調(diào)節(jié)，其與ACC連接強(qiáng)度下降的結(jié)果與既往研究結(jié)論基本一致[11，12]。可見，ECN功能連接減弱是偏頭痛患者中普遍存在的現(xiàn)象[5,13]，可能頻繁的傷害性輸入改變了額葉皮質(zhì)的功能模式，這為偏頭痛功能障礙提供了一定的解釋。

電針刺激階段，患者的左側(cè)額下回三角部(BA46)、左側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回、右側(cè)中央溝蓋(BA22)、右側(cè)緣上回(BA2)出現(xiàn)正激活效應(yīng)。結(jié)合針刺前靜息態(tài)結(jié)果，猜測針刺率谷可對功能異常的左側(cè)中央前回等結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性調(diào)制。左側(cè)中央后回為初級軀體感覺皮層(S1)，右側(cè)緣上回屬于次級軀體感覺皮層(S2)，均為國際較公認(rèn)“痛覺矩陣”的相關(guān)腦區(qū)[14]。另外結(jié)果顯示，BA46區(qū)的大面積激活，該區(qū)對應(yīng)的背外側(cè)前額葉皮層(dorsolater prefrontal cortex，dlPFC)是ECN核心區(qū)域。作為認(rèn)知調(diào)節(jié)的高級中樞，dlPFC接收來自脊髓經(jīng)邊緣系統(tǒng)的痛覺信息，引起機(jī)體對疼痛的認(rèn)知調(diào)控行為，經(jīng)皮質(zhì)-皮質(zhì)纖維聯(lián)系抑制內(nèi)側(cè)前額葉(medial prefrontal cortex, mPFC)的活躍度以降低人體的痛覺感受。有研究表明，偏頭痛患者存在dlPCC灰質(zhì)體積及密度減少的現(xiàn)象，該腦區(qū)神經(jīng)元萎縮可能是偏頭痛感覺統(tǒng)合及疼痛加工受阻的生理基礎(chǔ)[15]。本研究提取任務(wù)態(tài)期間dlPFC腦區(qū)BOLD平均值，發(fā)現(xiàn)其與偏頭痛患者病程呈負(fù)相關(guān)(r=-0.6713，P<0.01)，說明患者病程越長，針刺率谷所能誘導(dǎo)的dlPFC激活強(qiáng)度越低，提示該腦區(qū)功能受損程度更重?？梢哉J(rèn)為，電針活動引起dlPFC激活或是一種良性刺激，促進(jìn)患者疼痛相關(guān)腦功能的重塑與恢復(fù)，對長病程患者有更大的治療意義。

電針前后對比分析顯示，針刺后偏頭痛患者ACC與額下回三角部(BA46)、額上回、額中回等腦區(qū)功能連接增強(qiáng)，可見針刺率谷穴的即刻效應(yīng)集中在對ECN腦區(qū)的持續(xù)激活，增強(qiáng)其與前扣帶回的協(xié)同效應(yīng)。

綜上所述，本研究以偏頭痛患者及健康人為載體，觀察到偏頭痛患者ACC與包括ECN在內(nèi)多個疼痛相關(guān)腦功能區(qū)連接強(qiáng)度降低，電針率谷穴階段，患者ECN等疼痛相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)區(qū)域出現(xiàn)正激活反應(yīng)，電針后ACC與ECN連接強(qiáng)度增加?？梢哉J(rèn)為，針刺率谷穴能調(diào)制偏頭痛患者ACC與ECN的連接異常，是其潛在的中樞鎮(zhèn)痛機(jī)制之一。

盡管本研究發(fā)現(xiàn)電針刺激率谷穴的即刻腦效應(yīng)情況，但存在一定局限性?？紤]到針灸可通過累積作用對患者產(chǎn)生延后性影響，僅觀察即刻時間窗或未能完整覆蓋針刺率谷所誘導(dǎo)的經(jīng)穴腦效應(yīng)，且納入樣本量較少，不排除產(chǎn)生結(jié)果偏倚的可能。因此，本研究將在后續(xù)階段繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，增加掃描時間窗，同時追蹤患者在經(jīng)過完整治療周期后，腦功能連接的變化與療效評價等情況。