針刺治療腦梗死的功能性磁共振成像研究進(jìn)展

張倍瑋 胡秋菊 黃丹青 王鳴 朱博藝 歐陽鋼 葛偉

腦梗死又稱缺血性腦卒中,是一種腦部血液供應(yīng)障礙,缺血缺氧引起的局限性腦組織或全腦的缺血性壞死或腦軟化疾病。此病通常在睡眠或安靜時(shí)發(fā)病,因腦動(dòng)脈血栓或栓塞性閉塞所致[1],有著高發(fā)病率、高致殘率的特點(diǎn)。隨著溶栓等現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,腦梗死病人的死亡率明顯下降,但是腦梗死后因腦缺血造成腦的部分功能損傷而遺留的運(yùn)動(dòng)、感覺、言語、認(rèn)知等方面的障礙,給病人的生活和工作造成了非常大的影響。針刺作為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的精粹,在治療腦梗死及其后遺癥方面有著確切的療效,是國(guó)際公認(rèn)的腦梗死首選治療手段之一[2-3]。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)是近30年來快速發(fā)展的一項(xiàng)磁共振技術(shù),可以通過磁共振掃描呈現(xiàn)出各個(gè)腦區(qū)的功能活動(dòng)狀態(tài),有著無創(chuàng)且空間分辨率高的特點(diǎn),是現(xiàn)在獲取針刺影響相關(guān)腦功能活動(dòng)信息的優(yōu)選手段。本文擬從運(yùn)用fMRI研究針刺頭穴治療腦梗死的機(jī)制進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腦部fMRI

現(xiàn)階段fMRI腦部成像主要使用的是血氧水平依賴性功能磁共振(blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)技術(shù),其理論基于Ogawa等[4]提出的BOLD效應(yīng)。腦部功能活動(dòng)多為復(fù)雜、快速的神經(jīng)活動(dòng),故BOLD-fMRI所使用的是單次激發(fā)的平面回波成像(echo planar imaging, EPI),可在短時(shí)間內(nèi)捕捉到腦功能區(qū)的激活狀態(tài)。BOLD-fMRI分為靜息態(tài)fMRI(resting state fMRI, rs-fMRI)與任務(wù)態(tài)fMRI(tasking state fMRI, ts-fMRI)兩大類。rs-fMRI是被檢查者在身體靜止、不進(jìn)行系統(tǒng)的思考且非睡眠狀態(tài)下進(jìn)行的頭部fMRI掃描,有掃描過程簡(jiǎn)單的特點(diǎn),可以檢測(cè)無生理活動(dòng)狀態(tài)下的腦功能區(qū)激活狀態(tài),適合用于疾病狀態(tài)下的腦部神經(jīng)活動(dòng)以及正常腦功能的生理神經(jīng)活動(dòng)研究。ts-fMRI是在給予被檢查者特定任務(wù)狀態(tài)下進(jìn)行頭部fMRI掃描,可以獲得特定任務(wù)狀態(tài)下的腦組織功能活動(dòng)。任務(wù)狀態(tài)下被檢查者需進(jìn)行主動(dòng)/非自主的肢體活動(dòng)或受到感官刺激或自主的系統(tǒng)性思考。ts-fMRI需從受試者的任務(wù)啟動(dòng)前開始掃描直至任務(wù)完全結(jié)束來獲得此任務(wù)狀態(tài)下腦功能區(qū)的BOLD圖像。

2 fMRI研究針刺治療腦梗死的方式和應(yīng)用

針刺對(duì)腦梗死的治療效果機(jī)制曾一直是研究難題,fMRI在臨床上應(yīng)用后,研究人員發(fā)現(xiàn)可以通過使用fMRI捕捉針刺后各腦區(qū)的功能活動(dòng)狀態(tài),來反映不同穴位和針法對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響,從而探究針刺穴位如何對(duì)疾病起到治療效果。

2.1 rs-fMRI研究 rs-fMRI試驗(yàn)中,受試者在清醒狀態(tài)下,靜息放松地平臥于檢查床,固定頭部,并最大限度減少頭部及身體其他部位的主動(dòng)及被動(dòng)活動(dòng),盡量不做任何思維活動(dòng)。早期人們對(duì)靜息狀態(tài)的理解是一種穩(wěn)定狀態(tài),這種狀態(tài)下的腦活動(dòng)被認(rèn)為是無規(guī)律的背景噪聲,很少被注意及重視[5];但隨著對(duì)腦部神經(jīng)活動(dòng)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),一些研究發(fā)現(xiàn),靜息狀態(tài)下雖不進(jìn)行思考和自主活動(dòng),可腦神經(jīng)依舊處于代謝較低但復(fù)雜、持續(xù)的活動(dòng)狀態(tài),這些不同的神經(jīng)活動(dòng)通常都擁有一定的組織性[6],這種狀態(tài)下大腦存在的自發(fā)功能活動(dòng)被稱之為默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。而針刺穴位引起腦部神經(jīng)活動(dòng)改變的正是大腦的自發(fā)性活動(dòng),所以rs-fMRI一直是研究針刺治療腦梗死機(jī)制的最直觀方法。臨床常用的rs-fMRI腦功能分析方法主要是局部一致性(regional homogeneity, ReHo)、低頻振幅(amplitude low-frequency fluctuation, ALFF)、功能連接(functional connectivity, FC)。

2.1.1 ReHo:ReHo分析法采用肯德爾和諧系數(shù)(Kendalls consistency coefficient, KCC)來衡量局部腦功能區(qū)中相鄰體素區(qū)域活動(dòng)步調(diào)的一致性,KCC值的波動(dòng)可反映出該區(qū)域有神經(jīng)功能活動(dòng)變化的存在[7];在腦功能區(qū)滿足其特定所需條件下,KCC值更接近1,即此區(qū)域神經(jīng)活動(dòng)同步性較強(qiáng),提示此腦區(qū)處于活躍狀態(tài)。付彩紅等[8]選取陽陵泉穴對(duì)20例左側(cè)肢體偏癱腦梗死病人行常規(guī)針刺治療探究其即刻效應(yīng),發(fā)現(xiàn)與健康受試者相比,偏癱病人針刺后ReHo信號(hào)增強(qiáng)的腦區(qū)均位于左側(cè)大腦半球,分別為額中回、中央前回、中央后回、頂下小葉、扣帶回、島葉;而右側(cè)中央前回、中央后回、雙側(cè)額內(nèi)側(cè)回ReHo信號(hào)減弱,說明針刺陽陵泉調(diào)節(jié)了上述腦區(qū)的ReHo值,對(duì)腦功能重塑與代償有著促進(jìn)作用。曾曉清[9]研究發(fā)現(xiàn),治療前腦梗死病人相較于健康人的右側(cè)楔前葉、前扣帶回、左側(cè)海馬旁回、右側(cè)腦島、雙側(cè)緣上回、左側(cè)頂下小葉、右側(cè)額中回等處ReHo信號(hào)升高,針刺百會(huì)、風(fēng)池、曲池、合谷、足三里、懸鐘、三陰交20次后,中央前回、BA6、角回、額中回、枕中回、顳上回、左側(cè)楔前葉處ReHo信號(hào)升高。提示針刺這些穴位前病人腦區(qū)激活以次級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)及認(rèn)知相關(guān)腦區(qū)為主,針刺后皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)被廣泛激活,認(rèn)知相關(guān)腦區(qū)代償減弱;此研究認(rèn)為針刺這些穴位治療腦梗死的療效,可能與提高腦梗死病人的皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)及認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的局部一致性有關(guān)。謝西梅等[10]也選取了與前者相同的穴位和針刺方式,并對(duì)比了右側(cè)偏癱腦梗死病人針刺治療前后與健康者的ReHo信號(hào)差異,發(fā)現(xiàn)治療前病人的初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、頂下小葉ReHo信號(hào)明顯增高,這些運(yùn)動(dòng)區(qū)域是腦梗死后偏癱病人腦功能重組及代償?shù)年P(guān)鍵區(qū)域,針刺后這些運(yùn)動(dòng)區(qū)域同步性皆有下降,考慮針刺治療腦梗死偏癱的機(jī)制之一與調(diào)節(jié)腦可塑性的變化有關(guān)。有學(xué)者對(duì)不同針刺方法治療腦梗死后的腦ReHo信號(hào)的變化進(jìn)行了比較研究,發(fā)現(xiàn)與治療前相比,電針治療后的雙側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、扣帶回運(yùn)動(dòng)區(qū)、初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、頂上小葉、頂下小葉、尾狀核、殼核、蒼白球、初級(jí)體感區(qū)等部位ReHo信號(hào)存在差異,而普通針刺治療后的尾狀核、殼核、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、頂上小葉、頂下小葉等部位信號(hào)發(fā)生改變;提示針刺治療后一些腦功能區(qū)域的ReHo信號(hào)被激活、強(qiáng)化,其中電針治療后的信號(hào)強(qiáng)弱改變較普通針刺更為顯著[11]。

2.1.2 ALFF:相比ReHo,ALFF可以直接揭示腦功能區(qū)域自發(fā)活動(dòng)的BOLD信號(hào)強(qiáng)度。rs-fMRI對(duì)大腦掃描后,篩選出腦區(qū)0.01～0.08 Hz的BOLD信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換,并求其平方根,求和后再除以時(shí)間點(diǎn)數(shù)取平均值就可獲得ALFF[12]。ALFF增高說明神經(jīng)活動(dòng)性增高。有學(xué)者通過觀察ALFF值變化來研究醒腦開竅針刺聯(lián)合物理療法治療腦梗死病人下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的療效[13]。通過3周的觀察發(fā)現(xiàn),治療后與治療前相比,ALFF值升高的腦區(qū)主要包括右側(cè)的中央前回、中央后回、中央旁小葉、楔葉、緣上回、枕上回,及雙側(cè)的頂上小葉、楔前葉。ALFF值降低的腦區(qū)主要位于左側(cè)的梭狀回;治療前后病人右側(cè)中央旁小葉的ALFF差值同簡(jiǎn)化版的Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表評(píng)分差值以及改良Barthel指數(shù)評(píng)分差值均呈線性正相關(guān),驗(yàn)證了醒腦開竅針刺聯(lián)合物理治療對(duì)急性腦梗死病人的下肢運(yùn)動(dòng)功能及日常生活活動(dòng)能力有確切的改善作用。由于實(shí)驗(yàn)中ALFF易受大腦內(nèi)低頻生理噪聲的影響,后續(xù)Zou等[14]通過計(jì)算ALFF與全部頻率的功率譜均方根的比值(fractional amplitude low-frequency fluctuation, fALFF),有效地解決了這個(gè)問題。歐芳元等[15]對(duì)比了33例腦梗死伴右側(cè)肢體障礙病人針刺治療前后與30例健康人的fALFF值,結(jié)果顯示腦梗死病人fALFF值顯著降低的右側(cè)楔前葉、左側(cè)丘腦、雙側(cè)中央前回、左側(cè)中央旁小葉,在頭針、體針聯(lián)合電針治療后皆開始恢復(fù),而治療前顯著增高的左側(cè)直回、右側(cè)背外側(cè)額上回、雙側(cè)眶額回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、雙側(cè)楔葉在治療后也逐漸正常,治療前fALFF值正常的腦干、左側(cè)顳下回等區(qū)域在針刺后發(fā)生增高。其中左側(cè)丘腦、左側(cè)中央旁小葉等運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū),腦梗死運(yùn)動(dòng)功能障礙后顯著降低的fALFF在執(zhí)行針刺治療后恢復(fù)正常,提示腦梗死造成的相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)活動(dòng)異常引起運(yùn)動(dòng)功能損壞,而針刺可改變神經(jīng)活動(dòng)異常情況,且針刺后大部分的異常腦區(qū)fALFF值恢復(fù),以及某些正常腦區(qū)的激活強(qiáng)化證明了針刺改善和促進(jìn)腦梗死后大腦損傷功能的重組和代償活動(dòng)。

2.1.3 FC:大腦神經(jīng)活動(dòng)時(shí)不同腦區(qū)之間存在著一定的聯(lián)系,如協(xié)同工作、傳遞信息等,形成腦功能活動(dòng)網(wǎng)絡(luò),即FC。FC的作用主要是描述區(qū)域之間的相關(guān)性,通過尋找2個(gè)腦區(qū)BOLD信號(hào)變化的同步性來確定2個(gè)區(qū)域之間的聯(lián)系,在針刺治療疾病的fMRI研究中很常用。目前針刺治療腦梗死病人感覺運(yùn)動(dòng)功能障礙的FC研究已有確切結(jié)果[16]。易小琦等[17]納入了21例腦梗死伴右側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的病人和18例健康人,做腦梗死針刺配合電針治療前后的FC變化比較,發(fā)現(xiàn)針刺治療顯著增強(qiáng)了雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)與右側(cè)中央前回、中央后回之間的FC,提示針刺能改善病人在接收處理軀體運(yùn)動(dòng)與感覺信息的能力,且針刺后FC增強(qiáng)的區(qū)域主要位于健側(cè)大腦半球,FC減弱的區(qū)域主要位于同側(cè)大腦半球,提示針刺治療主要通過增強(qiáng)鏡像區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)。Chen等[18]選取左側(cè)偏癱腦梗死病人6例,針刺陽陵泉前后進(jìn)行fMRI掃描,發(fā)現(xiàn)右側(cè)顳葉、左側(cè)舌回和左側(cè)小腦的FC值增強(qiáng),而對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層和同側(cè)下肢運(yùn)動(dòng)皮層FC值降低,說明針刺陽陵泉穴可增加運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知功能的FC強(qiáng)度,降低健側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的代償,促進(jìn)腦梗死病人偏癱和痙攣的康復(fù)。

2.2 ts-fMRI研究 ts-fMRI在針刺治療腦梗死上的研究隨著近年來靜息態(tài)發(fā)展成熟后逐漸減少。任務(wù)態(tài)研究通過設(shè)計(jì)試驗(yàn),觀察針刺時(shí)或針刺后腦梗死病人各個(gè)腦功能區(qū)動(dòng)態(tài)情況的改變,常用的有組塊設(shè)計(jì)和事件相關(guān)設(shè)計(jì)。杜鐘名等[19]使用組塊設(shè)計(jì)探索腦梗死病人感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能連接及其動(dòng)態(tài)性在針刺左側(cè)陽陵泉穴前后的變化及留針的效應(yīng)機(jī)制,以25例右側(cè)皮質(zhì)下腦梗死病人作為試驗(yàn)組,在fMRI成像下采集靜息態(tài)、針刺態(tài)圖像,針刺以1 Hz/min的頻率平補(bǔ)平瀉捻針并留針7 min,結(jié)果顯示試驗(yàn)組針刺態(tài)感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)FC在左側(cè)頂下小葉較靜息態(tài)增加,在左側(cè)中央后回動(dòng)態(tài)FC較靜息態(tài)降低,而25例健康對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示針刺對(duì)腦梗死病人感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的改變存在時(shí)間依賴性;比較針刺態(tài)FC圖像發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)組與健康對(duì)照組存在雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、左側(cè)中央后回、右側(cè)中央前回的差異,而靜息態(tài)FC僅有感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)外的雙側(cè)丘腦差異,說明針刺對(duì)腦梗死病人和健康人的感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)改變模式存在不同。有研究利用ts-fMRI組塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)探索針刺陽陵泉治療腦梗死的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)針刺陽陵泉緩解肢體痙攣、提高運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性是通過激活皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)前區(qū)、小腦及錐體外系來實(shí)現(xiàn)的[20]。史昕玥等[21]將40例腦梗死單側(cè)偏癱病人分為長(zhǎng)、短病程組,選取陽陵泉穴進(jìn)行針刺,并在針刺態(tài)以及靜息態(tài)行fMRI掃描,觀察FC值變化后發(fā)現(xiàn),針刺時(shí)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、背側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)、腹側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)之間有特定的效應(yīng)靶點(diǎn),考慮針刺通過對(duì)這些區(qū)域FC的調(diào)控,對(duì)腦卒中偏癱的腦組織進(jìn)行重組及腦功能進(jìn)行重塑。陳建文等[22]對(duì)34例腦梗死后手功能運(yùn)動(dòng)障礙的病人進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,相較于單純運(yùn)動(dòng)組,針刺留針基礎(chǔ)上進(jìn)行患側(cè)食指運(yùn)動(dòng)時(shí),腦部除對(duì)側(cè)PMA區(qū)、S1區(qū)激活例數(shù)增多外,還可見到同側(cè)M1區(qū)、對(duì)側(cè)頂上小葉等部位的激活。提示針刺可能通過增強(qiáng)多個(gè)與運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)大腦區(qū)域的活動(dòng)來影響大腦運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。

3 小結(jié)

在針刺治療腦梗死的作用機(jī)制研究上,fMRI的腦功能活動(dòng)信息獲取能力是無可替代的?，F(xiàn)有的大部分fMRI研究表明,針刺可通過促進(jìn)腦梗死病人損傷的腦功能重組以及激活其他腦區(qū)對(duì)肢體功能障礙進(jìn)行代償來治療腦梗死。但此類研究仍存在巨大的發(fā)展空間,如針刺各個(gè)穴位、手法對(duì)腦梗死的治療效果研究數(shù)量依舊偏少,并且通過從不同分析角度來綜合探討針刺如何影響各個(gè)受損腦功能區(qū)的相關(guān)研究也不多。rs-fMRI研究針刺治療腦梗死的3種主要分析方法各有優(yōu)缺點(diǎn):ReHo可通過同步性對(duì)局部的腦神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的觀測(cè),但無法同時(shí)捕捉全腦的腦區(qū)激活狀態(tài);ALFF雖數(shù)據(jù)直觀且在升級(jí)為fALFF后可排除許多生理噪聲的影響,但依舊避免不了準(zhǔn)確性較低的問題;FC在各腦區(qū)的協(xié)同、拮抗作用上有很好的捕捉能力,但在研究局部的功能活動(dòng)變化上不如其他方法。因此,想要獲得較為全面且準(zhǔn)確的治療效果數(shù)據(jù),還需綜合的分析方式。