耳穴電刺激正常人心率變異性與腦比率低頻振幅的相關(guān)性研究

侯小燕，周思繁，王雨涵，傅成偉，張 岳，葉泳松，劉 波

廣東省中醫(yī)院/廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科，廣東 廣州510120

耳穴療法對(duì)多種疾病的治療效果良好［1-4］，尤其對(duì)具有自主神經(jīng)系統(tǒng)參與的一些軀體性疾病，如功能性消化不良等效果顯著［5-7］，但其具體機(jī)制不明。有研究發(fā)現(xiàn)，耳穴刺激時(shí)可引起腦功能活動(dòng)改變［8］，但這種改變與軀體自主神經(jīng)功能是否相關(guān)、有無(wú)潛在聯(lián)系，目前尚無(wú)定論。本研究嘗試通過(guò)分析耳穴電刺激時(shí)正常人心率變異性與腦功能狀態(tài)的改變，以及兩者之間的相關(guān)性，探討耳穴電刺激所引起的腦功能活動(dòng)改變與軀體自主神經(jīng)功能具有潛在聯(lián)系的可能性，為研究耳穴療法的神經(jīng)、生理基礎(chǔ)提供相關(guān)證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2019 年7 月至2022 年7 月共納入29 例健康志愿者，其中男11 例，女18 例；年齡21～45 歲，平均（25.3±4.2）歲。受試者均無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病家族史及精神類藥物服用史；均完成簡(jiǎn)易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）評(píng)估。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用自身對(duì)照重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)方法，分別于刺激前（基線狀態(tài)）、耳穴電刺激及假穴電刺激時(shí)行持續(xù)8 min 的靜息態(tài)fMRI 掃描；采集3 種狀態(tài)下持續(xù)5 min的動(dòng)態(tài)心電圖數(shù)據(jù)，記錄心率變異性的總心搏數(shù)、RR 間期、時(shí)域指標(biāo)［相鄰RR 間期差值（MSSD）、相鄰RR 間期差值大于50 ms 的心搏數(shù)占總心搏數(shù)的百分比（PN50%）］及頻域指標(biāo)［低頻功率（LF）、高頻功率（HF）及兩者比值（LF/HF）］。其中耳穴電刺激與假穴電刺激的數(shù)據(jù)采集間隔1 周洗脫。

耳穴電刺激參照耳穴定位，選取左耳心、小腸穴（富于迷走神經(jīng)分布區(qū)）為耳穴真刺激點(diǎn)，假穴選取上耳舟部（無(wú)迷走神經(jīng)分布區(qū)）為假刺激點(diǎn)。設(shè)備采用華佗牌SDZ-ⅡB 型電子針療儀。刺激參數(shù)輸出為恒定電壓，電流連續(xù)輸出，刺激脈沖波型為疏密波，頻率20 Hz，波寬0.2 ms，最佳電流強(qiáng)度為患者耐受且無(wú)尖銳性痛覺(jué)（類似于血管的搏動(dòng)感），通常為4～8 mA，記錄每位受試者的刺激參數(shù)。

1.3 靜息態(tài)fMRI 掃描及數(shù)據(jù)處理 采用Siemens Verio 3.0 T MRI 成像儀，16 通道頭線圈進(jìn)行檢查。受試者取平臥位，固定頭部，于靜息狀態(tài)下采集數(shù)據(jù)。fMRI 掃描采用T2*-EPI-GRE 序列，TR 2 000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，層厚3.5 mm，層距4.2 mm，視野384 mm×384 mm，矩陣64×64，層數(shù)31，掃描時(shí)間8 min；解剖成像采用T1WI 三維磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波（3D-MPRAGE）序列，TR 1 900.0 ms，TE 2.3 ms，翻轉(zhuǎn)角9°，層厚1 mm，視野256 mm×256 mm，矩陣256×256，層數(shù)176，掃描時(shí)間4 min26 s。

基于Matlab 軟件，采用DPABI V3.1 和SPM 12 行功能圖像預(yù)處理及比率低頻振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuations，fALFF）數(shù)據(jù)分析［9］，得到不同狀態(tài)下的fALFF 參數(shù)圖。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 軟件對(duì)3 種狀態(tài)下的總心搏數(shù)、RR 間期、MSSD、PN50%、LF、HF、LF/HF 行單因素重復(fù)測(cè)量方差分析，并采用配對(duì)t 檢驗(yàn)行事后檢驗(yàn)（即Post-hoc 分析）。

運(yùn)用SPM 12 對(duì)3 種狀態(tài)下的fALFF 參數(shù)圖行單因素重復(fù)測(cè)量方差分析，多重比較矯正采用體素水平P＜0.05，F(xiàn)WE 簇水平（P＜0.05）校正為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；提取差異腦區(qū)內(nèi)的fALFF 均值，采用配對(duì)t 檢驗(yàn)進(jìn)行事后檢驗(yàn)。對(duì)耳穴真刺激時(shí)心率變異性各指標(biāo)與差異腦區(qū)內(nèi)fALFF 值行Pearson 相關(guān)分析。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 心率變異性指標(biāo)結(jié)果

基線狀態(tài)、耳穴電刺激、假穴電刺激3 種狀態(tài)的總心搏數(shù)、LF、LF/HF 差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；而3 種狀態(tài)的RR 間期、MSSD、PN50%及HF 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05，表1）。

表1 基線狀態(tài)、耳穴電刺激與假穴電刺激時(shí)的心率變異性統(tǒng)計(jì)值（）

表1 基線狀態(tài)、耳穴電刺激與假穴電刺激時(shí)的心率變異性統(tǒng)計(jì)值（）

注：總心搏數(shù)，5 min 內(nèi)總心搏次數(shù)；RR 間期：2 個(gè)完整波形之間的時(shí)間間隔；MSSD，相鄰RR 間期差值；PN50%，相鄰RR 間期差值大于50 ms 的心搏數(shù)占總心搏數(shù)的百分比；LF，低頻功率；HF，高頻功率。

與基線狀態(tài)相比，耳穴電刺激RR 間期、MSSD、PN50%均升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.01，0.023，0.005）；假穴電刺激與基線狀態(tài)的RR 間期、MSSD、PN50%比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.310，0.194，0.437），HF 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.018）。

2.2 靜息態(tài)腦功能fALFF 結(jié)果

基線狀態(tài)、耳穴電刺激、假穴電刺激3 種狀態(tài)對(duì)比，重復(fù)測(cè)量方差分析主效應(yīng)結(jié)果顯示：差異腦區(qū)為含邊緣葉、海馬旁回及顳葉的體素團(tuán)塊（體素水平P＜0.05，F(xiàn)WE 矯正，表2，圖1）。事后分析結(jié)果顯示：與基線狀態(tài)相比，耳穴電刺激時(shí)差異腦區(qū)fALFF 值明顯升高（P=0.011），假穴電刺激時(shí)差異腦區(qū)fALFF值升高（P＜0.001）。

圖1 基線狀態(tài)、真穴電刺激、假穴電刺激的比率低頻振幅（fALFF）差異腦區(qū)圖 注：紅色區(qū)域代表顯著差異區(qū)（P＜0.05，F(xiàn)WE 矯正）

表2 基線狀態(tài)、耳穴電刺激與假穴電刺激時(shí)的差異腦區(qū)

2.3 耳穴電刺激時(shí)顯著差異腦區(qū)的fALFF 值與心率變異性的相關(guān)性分析

耳穴電刺激時(shí)，顯著差異腦區(qū)的fALFF 值與LF/HF 值呈正相關(guān)（r=0.422，P=0.023）（圖2）；假穴電刺激時(shí)，顯著差異腦區(qū)的fALFF 值與LF/HF 值無(wú)相關(guān)性（r=-0.030，P=0.877）。

圖2 耳穴電刺激時(shí)顯著差異腦區(qū)的fALFF 值與LF/HF 值的相關(guān)性圖 注：LF/HF 與fALFF 呈正相關(guān)，LF/HF 隨著fALFF 值升高而升高。fALFF，比率低頻振幅；LF/HF，低頻功率與高頻功率的比值

3 討論

耳穴療法是中醫(yī)學(xué)的重要組成部分，在臨床上應(yīng)用廣泛［10-11］?；诙康谋姸鄡?nèi)臟穴位，耳穴療法適用于功能性消化不良、胃食管反流等疾病的治療且效果良好［12－13］；以上疾病均與人體自主神經(jīng)功能異常相關(guān)［14-15］，提示耳穴療法的潛在作用機(jī)制可能包含了對(duì)人自主神經(jīng)功能的調(diào)節(jié)。

心率變異性作為評(píng)估軀體整體自主神經(jīng)功能的指標(biāo)被廣大學(xué)者認(rèn)同，并已廣泛運(yùn)用于臨床及各項(xiàng)研究中［16-17］。本研究運(yùn)用心率變異性對(duì)健康人基線狀態(tài)、耳穴電刺激及假穴電刺激3 種狀態(tài)下自主神經(jīng)功能的變化進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)耳穴電刺激能在一定程度上調(diào)節(jié)人體自主神經(jīng)功能；對(duì)比基線狀態(tài)，耳穴電刺激時(shí)RR 間期、MSSD、PN50%、HF 均顯著升高。MSSD、PN50%主要代表軀體迷走神經(jīng)的活動(dòng)水平［17］，這說(shuō)明耳穴電刺激參與自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)的主要構(gòu)成部分是調(diào)節(jié)迷走神經(jīng)的活動(dòng)水平。而本研究中假穴（無(wú)迷走神經(jīng)分布）刺激對(duì)比基線狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)代表迷走神經(jīng)活動(dòng)水平的指標(biāo)，如MSSD、PN50%及HF 均未顯著升高。以上發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)代神經(jīng)解剖基礎(chǔ)學(xué)耳甲區(qū)皮下存在迷走神經(jīng)分布的證據(jù)相符合［18］，提示刺激耳部迷走神經(jīng)分布區(qū)域可影響整個(gè)軀體內(nèi)的迷走神經(jīng)活動(dòng)水平。

現(xiàn)代神經(jīng)及示蹤顯像神經(jīng)形態(tài)學(xué)研究證實(shí)，耳迷走神經(jīng)的耳支纖維主要經(jīng)投射至迷走神經(jīng)上核、孤束核和三叉神經(jīng)神經(jīng)脊束核［18］。而這些核團(tuán)又與中樞神經(jīng)、腦纖維存在廣泛聯(lián)系。這些神經(jīng)解剖學(xué)的發(fā)現(xiàn)為耳穴電刺激可能通過(guò)迷走神經(jīng)傳入纖維通路對(duì)中樞腦活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)［8］，進(jìn)而調(diào)節(jié)軀體癥狀的假說(shuō)提供了有利的解剖生理學(xué)依據(jù)。方繼良等［8］在對(duì)16 例健康志愿者的耳迷走神經(jīng)刺激腦功能MRI 研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)皮電刺激耳甲部時(shí)激發(fā)了孤束核及邊緣葉腦區(qū)廣泛而較強(qiáng)的負(fù)激活效應(yīng)，為上述假說(shuō)提供了有利證據(jù)。而本研究也顯示，耳穴電刺激可引起相似腦區(qū)功能的改變，含邊緣葉、海馬旁回及顳葉的腦區(qū)fALFF 值明顯升高，說(shuō)明在耳穴刺激時(shí)，這幾個(gè)腦區(qū)的活動(dòng)更趨于一致。

雖然對(duì)耳穴電刺激引起的腦神經(jīng)活動(dòng)改變的研究［19-21］較多，但很少學(xué)者關(guān)注這種中樞神經(jīng)改變與軀體自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)的關(guān)系。Zhang 等［22］采用fMRI 對(duì)耳迷走神經(jīng)治療偏頭痛機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，耳迷走神經(jīng)刺激誘發(fā)的fMRI 信號(hào)在默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和腦干區(qū)域（包括球狀位點(diǎn)、邊緣核、副腦核和孤立核的腦區(qū)）降低，這些腦區(qū)與迷走神經(jīng)中樞通路相關(guān)。Wu 等［21］在失眠患者中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)耳迷走神經(jīng)持續(xù)刺激時(shí)，腦感覺(jué)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的腦區(qū)fALFF 值降低，且對(duì)該療法有效患者的心率變異性與fALFF 值具有相關(guān)性。本研究進(jìn)一步對(duì)耳穴電刺激時(shí)的心率變異性指標(biāo)與差異腦區(qū)內(nèi)fALFF值行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)代表軀體交感迷走神經(jīng)活動(dòng)之間平衡水平的指標(biāo)LF/HF 值與fALFF 值呈顯著正相關(guān)；說(shuō)明耳穴電刺激所引起的邊緣葉、海馬旁回及顳葉的腦活動(dòng)，可能一定程度參與了軀體交感與迷走2 種神經(jīng)活動(dòng)的平衡調(diào)節(jié)，邊緣葉、海馬旁回及顳葉內(nèi)腦活動(dòng)越趨于一致，則軀體交感和迷走神經(jīng)兩者越趨于平衡狀態(tài)；這也間接揭示了耳穴電刺激療法治療自主神經(jīng)功能紊亂類疾病，如功能性消化不良、胃食管反流病的潛在機(jī)制。

綜上所述，耳穴電刺激可調(diào)節(jié)正常人的軀體自主神經(jīng)功能，且主要以對(duì)迷走神經(jīng)活動(dòng)水平的調(diào)節(jié)為主；在耳穴電刺激時(shí)，腦邊緣葉、海馬旁回及顳葉參與了對(duì)軀體自主神經(jīng)活動(dòng)水平的調(diào)節(jié)，且這種調(diào)節(jié)可能為一種同向調(diào)節(jié)；而腦邊緣葉、海馬旁回及顳葉是以何種方式參與軀體自主神經(jīng)功能的調(diào)節(jié)有待神經(jīng)、生理學(xué)的深入研究。