淺析針刺物理信號在穴區(qū)的啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)

呂偉,康麗娟,陳肖峰,林小偉,郭永明,2,郭義,2,劉陽陽,2

(1.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 301617;2.國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心,天津 300381)

針刺是中醫(yī)治療方法,屬于物理療法范疇,它通過刺激體表的穴位以激發(fā)機體的整體調(diào)節(jié)能力,從而達到防治疾病的目的。從中醫(yī)學(xué)角度來看,針刺入穴位后,通過提插或捻轉(zhuǎn)等刺激,使穴位局部產(chǎn)生酸、麻、重、脹等“得氣”感,得氣感沿著經(jīng)絡(luò)傳導(dǎo),到達相應(yīng)臟腑組織以發(fā)揮調(diào)節(jié)效應(yīng)。從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度來看,針刺入穴位后,可以激活穴區(qū)的各種細胞、感受器,引起針刺信號的級聯(lián)放大,進而調(diào)節(jié)機體功能發(fā)揮治療效應(yīng)。由此看來,針刺對穴區(qū)局部的刺激是激發(fā)針刺效應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針刺引起穴位局部相關(guān)物質(zhì)或細胞變化,構(gòu)成了針效的穴位啟動環(huán)節(jié)[1],是針刺作用原理的重要部分。

針刺的提插、捻轉(zhuǎn)操作對于機體而言是一種物理刺激,作用于穴位產(chǎn)生的是物理信號,但機體內(nèi)的各種變化、反應(yīng)、信息傳遞主要是化學(xué)信號過程。針刺物理信號是如何轉(zhuǎn)變成化學(xué)信號從而傳遞針刺信息的,物理信號是否能直接啟動針刺信息的傳遞,與穴位的哪些組織結(jié)構(gòu)相關(guān),信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)有怎樣的特點,與哪些因素相關(guān),這些都是非常復(fù)雜的問題。本文從穴位的組織結(jié)構(gòu)、針刺物理信號的啟動、物理信號向化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、化學(xué)信號啟動4個方面對針刺信號在穴位的啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)過程進行梳理和淺析,并總結(jié)出針刺信號啟動與轉(zhuǎn)導(dǎo)的時序特點,以期能更好地理解針刺效應(yīng)的啟動過程。

1 穴位的組織結(jié)構(gòu)

穴位的組織結(jié)構(gòu)是針刺信號啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)的基礎(chǔ)。研究表明,穴位是由皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、神經(jīng)、血管、淋巴、筋膜等多種組織構(gòu)成的立體構(gòu)筑結(jié)構(gòu)[2]。皮膚的表皮層形成機體的外部屏障,同時也有一定的免疫功能。真皮位于表皮下方,由結(jié)締組織構(gòu)成,主要有成纖維細胞、肥大細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、朗格漢斯細胞等,并存在多種感受器,包括游離神經(jīng)末梢、環(huán)層小體、麥斯納氏小體等,是皮膚感受刺激的主要部位,也是免疫反應(yīng)的發(fā)生部位。皮下組織,常被稱為淺筋膜,主要成分是疏松結(jié)締組織和脂肪組織,也含有神經(jīng)、血管、淋巴管等[3]。肌肉、肌腱被認(rèn)為是得氣產(chǎn)生的重要部位[4]。針刺信號的穴位啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)與這些穴位結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

2 針刺物理信號的啟動

針刺刺入穴位后通過提插、捻轉(zhuǎn)等手法操作,針體與周圍組織可產(chǎn)生壓力、摩擦力和牽張力的作用[5],即形成力學(xué)的物理信號。穴位處皮膚、皮下組織和肌肉含有豐富的感受器,其中就包含感受力學(xué)刺激的機械感受器,如肌梭、觸覺小體、環(huán)層小體等。針刺的物理刺激可以直接激活這些機械敏感型感受器,引起神經(jīng)興奮。用提插、捻轉(zhuǎn)等手法進行針刺,可在大鼠坐骨神經(jīng)分支、脊髓背根神經(jīng)記錄到針刺所誘發(fā)的神經(jīng)電信號[6-7],這些誘發(fā)的電信號與針刺刺激頻率基本一致,說明是針刺的機械作用力信號直接誘發(fā)了神經(jīng)放電。對誘發(fā)放電的神經(jīng)纖維進行分析,顯示主要為Ⅱ類纖維,Ⅱ類纖維相當(dāng)于Aβ纖維,主要傳遞觸、壓覺。早期研究通過分析針刺貓內(nèi)關(guān)和承山穴的神經(jīng)放電,發(fā)現(xiàn)其感受器主要為肌梭,肌梭是分布于骨骼肌中感受牽張刺激的本體感受器,屬于機械感受器[8-10]。此外,董泉聲等[11]觀察了手針對Ⅰ型觸體——梅克爾氏小盤(由梅克爾氏細胞與有髓鞘神經(jīng)纖維末梢構(gòu)成,感受觸覺刺激)的影響,發(fā)現(xiàn)手針刺激觸體的頭、尾部各測試點,可引起神經(jīng)放電,損毀觸體后再予以同樣強度針刺刺激,各測試點均不再出現(xiàn)反應(yīng),表明手針可以通過直接刺激Ⅰ型觸體引起神經(jīng)放電。趙晏等[12]發(fā)現(xiàn)手針刺激貓的內(nèi)膝眼穴,可以在內(nèi)膝眼穴內(nèi)側(cè)背根神經(jīng)細束處記錄到神經(jīng)放電,其感受器主要為環(huán)層小體,環(huán)層小體的主要功能是感受壓力、振動和張力覺。這些研究都表明針刺通過提插、捻轉(zhuǎn)的物理信號作用于機械感受器,直接誘發(fā)神經(jīng)放電,從而啟動針刺信號的傳遞。

3 針刺物理信號向化學(xué)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)

針刺不僅可以通過物理刺激直接作用于機械感受器啟動針刺信號的神經(jīng)傳遞,提插、捻轉(zhuǎn)還可以使穴區(qū)處的結(jié)締組織產(chǎn)生形變,活化組織間隙的細胞,誘發(fā)細胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的釋放,引起針刺物理信號向化學(xué)信號的轉(zhuǎn)換傳導(dǎo)。LANGEVIN H M等[13]采用捻轉(zhuǎn)手法刺激大鼠的離體腹壁組織,發(fā)現(xiàn)針刺可使穴區(qū)結(jié)締組織發(fā)生纏繞,纏繞后針體的牽拉力顯著增高,并進一步發(fā)現(xiàn)纏繞的結(jié)締組織在針體運動時可帶動結(jié)締組織的膠原纖維網(wǎng)產(chǎn)生形變位移,進而對組織周圍的細胞,如成纖維細胞產(chǎn)生力學(xué)刺激,推測可通過細胞表面的整合素,引起細胞的生物化學(xué)反應(yīng)。成纖維細胞廣泛分布于皮膚的真皮和結(jié)締組織層,主要功能包括細胞外基質(zhì)的合成與重造、調(diào)節(jié)上皮細胞的分化、組織損傷的修復(fù)以及炎癥調(diào)節(jié)等過程[14]。正常組織的成纖維細胞存在“活化”的表型,組織炎癥可以產(chǎn)生多種刺激物質(zhì)而使成纖維細胞活化[15]?；罨某衫w維細胞可以釋放多種免疫因子,包括白介素-6(interleukin,IL)-6、IL-8、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)等[16-17]。炎癥可以促使成纖維細胞活化,釋放免疫因子,那么針刺是否能引起成纖維細胞的功能變化呢?陳波等[18]對足三里穴區(qū)筋膜結(jié)締組織的成纖維細胞進行了體外培養(yǎng),并在細胞表面放置氣壓傳導(dǎo)壓力加載裝置,以模擬針刺對組織細胞的壓力作用,發(fā)現(xiàn)成纖維細胞合成分泌前列腺素(prostaglandin,PG)E2和IL-6都顯著增多。QU F等[17]也觀察了不同壓力刺激對足三里穴區(qū)筋膜組織中成纖維細胞的增殖活化,發(fā)現(xiàn)機械壓力可以激活成纖維細胞上的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路,促進成纖維細胞的增殖活化,提高了下游免疫因子TNF-α、INF-γ的釋放。劉峰等[19-20]研究證實了不同壓力、張力和摩擦力刺激可使成纖維細胞力學(xué)感應(yīng)整合素β1(recombinant integrin β1,ITGβ1)明顯增多,細胞骨架的微絲結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變。以上研究為成纖維細胞介導(dǎo)的針刺物理信號向化學(xué)信號轉(zhuǎn)換傳導(dǎo)提供了一定的實驗依據(jù),但這些研究大部分是細胞實驗,用壓力裝置模擬針刺的機械力作用,尚缺乏針刺對穴位局部成纖維細胞增殖活化的直接證據(jù),此外調(diào)控成纖維細胞功能是否會引起針刺效應(yīng)的改變,這些內(nèi)容也有待進一步研究。

除了成纖維細胞外,肥大細胞也可能參與了針刺物理信號向化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。肥大細胞在穴位處多存在于疏松結(jié)締組織,沿經(jīng)脈線上的小血管、神經(jīng)囊等分布[21],大量研究表明針刺可以促進肥大細胞的聚集和脫顆粒[22-23],其脫顆粒釋放的化學(xué)物質(zhì),包括組織胺(histamine,HA)、五羥色胺(5-Hydroxytryptamine,5-HT)和P物質(zhì)(Substance P,SP)等,這些物質(zhì)參與了針刺效應(yīng)的發(fā)揮,是穴區(qū)針刺信號的啟動與轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵物質(zhì)[24-26]。肥大細胞的脫顆粒是如何被激活的?有研究認(rèn)為針刺可使穴區(qū)鈣離子(Ca2+)含量增高,Ca2+可促使肥大細胞脫顆粒[27]。余曉佳等[28]研究表明,針刺足三里穴實施提插、捻轉(zhuǎn)刺激,可使穴區(qū)膠原纖維發(fā)生形變,繼而引起肥大細胞的激活。當(dāng)注射Ⅰ型膠原酶對穴位膠原纖維組織結(jié)構(gòu)進行破壞,肥大細胞的脫粒率顯著降低,針刺效應(yīng)減弱,說明膠原纖維的形變誘發(fā)了肥大細胞脫顆粒。朱海寧等[29]對人的皮下肥大細胞進行體外培養(yǎng),通過膜片鉗的記錄電極對肥大細胞進行負(fù)壓刺激,發(fā)現(xiàn)細胞膜上的機械敏感型通道TRPV2被激活,促使肥大細胞脫顆粒,進一步運用鈣成像技術(shù),發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)Ca2+濃度增加,并引起了HA分泌釋放,HA可以進一步作用于血管、神經(jīng)末梢,從而傳導(dǎo)針刺信號。HUANG M等[30]采用提插、捻轉(zhuǎn)手針刺激小鼠足三里穴,也證實了機械刺激可以作用于肥大細胞上的TRPV2通道,促進肥大細胞脫顆粒,當(dāng)TRPV2敲除,肥大細胞脫顆粒作用明顯減弱,針刺鎮(zhèn)痛效應(yīng)明顯減弱。以上研究表明針刺的提插、捻轉(zhuǎn)可以使穴區(qū)處的結(jié)締組織產(chǎn)生形變,激活組織間隙的細胞,包括成纖維細胞、肥大細胞,誘發(fā)細胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)(HA,還包括 SP、5-HT、免疫因子等)的釋放,引起針刺的物理信號向化學(xué)信號的轉(zhuǎn)換,這些化學(xué)物質(zhì)又可作用于鄰近的細胞、血管和神經(jīng)末梢,使得針刺信號級聯(lián)放大,從而進一步傳導(dǎo)針刺信息。

4 針刺化學(xué)信號的啟動

針刺作為一種有創(chuàng)的機械性的物理刺激,反復(fù)刺激可引起局部組織的適度損傷,從而可直接啟動化學(xué)信號以傳導(dǎo)針刺信息。有研究者發(fā)現(xiàn)針刺后針尖部位附著有膠原纖維、彈性纖維、成纖維細胞、脂肪細胞和肥大細胞組成的受損筋膜[31]。陳靜霞等[32]針刺大鼠足三里穴,發(fā)現(xiàn)針刺可以引起穴區(qū)肌纖維的斷裂和毛細血管的破裂,在針后6 h穴區(qū)組織內(nèi)有大量的中性粒細胞浸潤,這些研究表明了針刺是一種創(chuàng)傷性刺激。研究發(fā)現(xiàn),針刺后確實有大量的損傷相關(guān)分子的釋放,包括腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)、腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)、腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)、腺苷、高遷移率族蛋白 1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)[33-34],這些損傷相關(guān)分子是在組織損傷時由壞死細胞被動釋放和(或)激活的免疫細胞主動分泌至細胞外,可作為內(nèi)源性危險信號參與局部或全身炎癥反應(yīng)[35]。針刺引起細胞損傷時,皮膚中的角質(zhì)形成細胞、成纖維細胞、肥大細胞和其他細胞中的ATP會被大量釋放出來[36-37],ATP的代謝產(chǎn)物ADP、AMP、腺苷在針刺后也是升高的[38-39]。針刺引起組織損傷造成的化學(xué)物質(zhì)釋放可以直接啟動針刺信號,傳導(dǎo)針刺信息,發(fā)揮針刺效應(yīng)。例如針刺引起穴區(qū)的腺苷含量增高,腺苷可與神經(jīng)末梢上的A1受體結(jié)合,產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用,將A1受體阻斷后,針刺則不能發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[40-41],這說明腺苷在穴位局部啟動了針刺效應(yīng)。此外,QU F等[17]取大鼠足三里穴的皮下組織,在顯微鏡下分離筋膜結(jié)締組織,用胰蛋白酶分離獲得原代成纖維細胞,發(fā)現(xiàn)給予腺苷 A3受體可以激活成纖維細胞膜上的MAPK信號通路,誘導(dǎo)成纖維細胞增殖活化,這提示腺苷與A3受體結(jié)合使成纖維細胞增殖活化可能也是腺苷傳遞針刺信號的途徑之一。席強等[42]通過針刺大鼠足三里穴發(fā)現(xiàn)針刺后HMGB1濃度升高,高永輝等[43]在針刺干預(yù)足三里穴治療慢性壓迫性損傷大鼠的坐骨神經(jīng),發(fā)現(xiàn) HMGB1可通過其受體 CD24上調(diào)β-內(nèi)啡肽的水平而參與針刺引起的外周免疫調(diào)節(jié),從而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效果。這些研究表明,針刺的創(chuàng)傷性刺激,引起損傷相關(guān)分子的釋放可直接啟動化學(xué)信號,這些物質(zhì)可誘發(fā)穴區(qū)局部免疫反應(yīng),在局部形成一種適度的炎性反應(yīng),使得針刺信號級聯(lián)放大,一方面作用于周圍的血管、細胞產(chǎn)生局部效應(yīng);另一方面作用于鄰近神經(jīng)末梢,將針刺信息傳遞至脊髓、進一步傳遞至大腦,通過各級中樞的整合調(diào)制發(fā)揮針刺對病灶靶組織的調(diào)節(jié)作用。

5 討論

通過上述淺析可知針刺物理刺激作用于穴位時,存在多種信號啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)方式。穴位處的感受器即有感受機械刺激的,也有感受化學(xué)刺激的,且一些感受器還是多覺型感受器[44];穴區(qū)處的細胞也可以被多種刺激和多種物質(zhì)所激活[45],這些因素決定了針刺信號在穴位處的啟動與轉(zhuǎn)導(dǎo)是一個多物質(zhì)、多細胞互相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)過程。然而目前的研究多是點、線的形式,缺乏面、網(wǎng)的整體研究。因此這個過程的起承轉(zhuǎn)合經(jīng)過是什么,又是如何交互影響的并不清楚,也缺乏相關(guān)研究。根據(jù)針刺操作過程和感受器的作用特點,筆者分析這一過程可能存在一定的時序關(guān)系。在最初進行針刺時,提插、捻轉(zhuǎn)刺激會率先激活穴區(qū)的機械感受器,將針刺機械力信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)電信號傳向中樞,即物理信號啟動。這是因為機械敏感通道蛋白介導(dǎo)的機械力傳導(dǎo)過程是迄今已知的生物體內(nèi)最快速的傳導(dǎo)體系,可在毫秒內(nèi)將機械刺激轉(zhuǎn)化為電信號[46],針刺時的得氣感產(chǎn)生主要就是機械感受器感受刺激,經(jīng)神經(jīng)傳導(dǎo)被大腦感知的[47]。隨著提插、捻轉(zhuǎn)將穴區(qū)膠原纖維、肌纖維纏繞在針身,針刺的機械力作用通過整合素—細胞骨架傳遞給鄰近細胞,并促進MAPK、TRPV2等信號通路的激活,引起細胞增殖、活化,促進了免疫因子等化學(xué)物質(zhì)的釋放,即物理信號向化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),這些化學(xué)物質(zhì)可作用于血管和神經(jīng)進一步傳遞針刺信息。針刺過程中穴位局部可出現(xiàn)潮紅現(xiàn)象,可能就與局部化學(xué)物質(zhì)釋放,如HA、5-HT等作用于周圍血管引起血管擴張相關(guān)。當(dāng)針刺反復(fù)刺激時,可引起局部組織損傷,釋放損傷相關(guān)分子、炎癥因子等,直接啟動化學(xué)信號。針刺后遺留的針感,以及穴區(qū)局部的形態(tài)色澤變化,可能主要與化學(xué)信號的持續(xù)刺激相關(guān)。這一時序關(guān)系研究有助于更清晰地闡釋針刺穴位效應(yīng)的啟動-轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,對相關(guān)環(huán)節(jié)進行調(diào)控,將有助于調(diào)控針刺效應(yīng),但還需進一步開展科學(xué)研究進行論證。

此外,針刺信號的啟動和轉(zhuǎn)導(dǎo)方式可能與針刺刺激量存在一定的相關(guān)性。由于不同感受器,興奮/激活的閾值不一樣,針刺刺激量存在強弱差異。較弱的提插、捻轉(zhuǎn)刺激可能激活的是低閾值感受器,如 Aα、Aβ神經(jīng)纖維末梢,以物理信號啟動為主;而中、強度的提插捻轉(zhuǎn)刺激,以及長時間的刺激,通過結(jié)締組織形變激活鄰近的功能細胞,或者直接引起了局部組織的適度損傷,可能以物理-化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),以及化學(xué)信號的直接啟動為主。以上所述有待進一步從針刺的時間因素、刺激量因素等角度進行深入研究和論證。穴區(qū)信號的不同傳導(dǎo)方式如何進一步影響中樞乃至機體的整體調(diào)節(jié),對針刺效應(yīng)有著怎樣的貢獻都有待進一步探究。

綜上,針刺作為一種物理刺激可以直接啟動針刺信息的傳遞,或轉(zhuǎn)換成化學(xué)信號后進行信息傳導(dǎo);針刺也是一種有創(chuàng)的機械性刺激,能引起穴位局部損傷相關(guān)分子等化學(xué)物質(zhì)釋放,通過化學(xué)信號啟動針刺信息傳導(dǎo)。研究針刺信號啟動與轉(zhuǎn)導(dǎo)方式,并探討與針刺時間因素、刺激量因素的關(guān)系,以及與針刺療效的關(guān)系,有助于從針刺穴位源頭調(diào)控針刺效應(yīng),促進針刺基礎(chǔ)研究的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。