手针和电针足三里穴持续性效应的功能磁共振成像研究

谭建豪　王燕燕　隆晓菁　刁彦君

摘 要：通过采集的静息态脑功能磁共振成像数据和并对其进行分析，分别探索传统手针和电针足三里穴的人脑持续性效应的中枢神经系统活动.选择12例（6男，6女，23～27岁）无针刺经历的、右利手健康成年志愿者，分成手针组（12例）和电针组（12例）.手针刺激（2 Hz）和电针刺激（2 Hz，连续方波，电流强度 0.5～1.4 mA）实验中，针刺刺激分别以2 Hz的频率对足三里进行2 min的双向捻转，采集针刺刺激前后静息态的数据进行预处理并对其进行统计分析.统计结果显示手针和电针针刺足三里后引起了不同的持续性效应，包括中脑和基底神经节在内的参与与镇痛有关的神经递质释放的脑区结构，在针刺刺激后阶段呈现出了持续性的活动.两种针刺模态下不同的脑区响应模式表明两者可能在经络传输通道和神经递质系统的活动存在差异.

关键词： 功能磁共振成像；持续性效应；手针；电针

中图分类号： R445.2；R245 文献标识码：A

fMRI Investigation of the Sustainedeffect of Manual

Acupuncture and Electroacupuncture

TAN Jianhao1， WANG Yanyan1， LONG Xiaojing2， DIAO Yanjun2

（1. College of Electrical and Information Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China；

2. Shenzhen Institute of Advanced Technology， Chinese Academy of Sciences， Shenzhen， Guangdong 510085， China）

Abstract：This paper investigated the sustained effect of central nervous system activities on human brain between traditional manual acupuncture and electroacupuncture on ST36 by collecting restingstate functional magnetic resonance imaging （fMRI） data and analyzing the fMRI data. 12 （male/female=6/6， aged from 23 to 27） acupuncture naive， righthanded healthy adult volunteers were chosen and divided into manual acupuncture （MA） group （12 subjects） and electroacupuncture （EA） group （12 subjects）. The needle was rotated bidirectionally at the frequency of 2 Hz for 2 minutes stimulation on ST36 during MA （2 Hz） and EA （constant square wave， 2 Hz， intensities ranging from 0.5 to 1.4 mA）. Statistical results showed that manual acupuncture and electroacupuncture induced different longlasting responses after the administration of acupuncture on ST36.Structures associated with the release of analgesiarelated neurotransmitters， including the midbrain and basal ganglia， presented prolonged activities in poststimulus stage. Different patterns of brain responses between the two modalities may show differences in the transmission channels of meridian and activities in neurotransmitter system.

Key words： functional magnetic resonance imaging； sustainedeffect； manual acupuncture； electroacupuncture

针刺是中国传统医学的重要部分，至今已有2 500年的历史，针刺作为替代医学或辅助医学疗法已被西方国家所承认，但针刺的作用机制尚未被阐明.临床上广泛应用的功能磁共振成像有着无创性、高分辨率、无辐射等优点，从而为针刺与中枢神经系统之间联系的研究提供了方便.静息态是指大脑在没有特定目标任务时一直存在的持续性大脑功能活动，它是在生理基态水平下发生的活动，有着易操作、被试配合程度高等优点.针刺特定穴位可以引起大脑相应的功能反应，该反应能够被功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging ， fMRI）技术所探测，本文主要是用手针和电针针刺足三里，通过fMRI技术研究针刺穴位后的静息态人脑功能区的活动情况，比较手针和电针针刺后的脑功能区变化，探索手针与电针的机理有何不同，以期对针刺穴位的作用机制进行研究和初步探讨.

1 材料和方法

1.1 实验对象

国人健康志愿者12例，男女各6例，年龄23～27岁不等，皆为右利手，受教育程度都为大学本科以上，受试者均无针刺经历，无神经病及精神病史，近1周内未服用任何镇静药物，无疼痛、烦躁、焦虑等症状.所有被试者在试验前被告知试验内容，并签署了知情同意书，受试者有权在实验的任何时候退出.

1.2 针刺方法

手针实验时，针刺均由同一位执业针灸医师来操作，手针采用无菌一次性奥氏体不锈钢针（长度：50 mm ，直径：0.32 mm ），针刺左侧下肢足三里，垂直进针，以频率2 Hz进行捻转刺激，进针深度10～15 mm.电针实验中，采用韩氏电针仪器，电针刺激参数为：频率2 Hz，连续方波，除针刺足三里之外，还需选取足三里附近假穴处进针以形成电流回路（图1），假穴只有在电针实验时才被选用.行针期间询问被试的得气感避免其产生疼痛感觉.

1.3 实验方案

每个受试者分别进行手针足三里和电针足三里两次实验，实验设计采用非重复的事件相关设计（nonrepeated eventrelated）^{[1] （图1），每次实验包括8 min的前静息，2 min得气状态下的捻针，刺激之后2 s拔针，以及14 min的后静息.为排除不同刺激的相互干扰，同一受试者两次试验的间隔为一周，扫描过程中受试者平卧于检查床，闭目平静呼吸，使用泡沫头垫固定头部以最大限度减少头部运动，并用橡皮耳塞减少噪音， 同时要求被试者不进行任何系统性思维活动并保持清醒.扫描结束后告知被试填写针刺过程中的针感量表（0 =无痛觉， 1～3=轻微， 4～6=中等， 7～8 =强烈， 9 =剧烈，10 =不能忍受）.}

8 min前静息作为基线，得气后针灸刺激2 min，以及14 min后静息

1.4 数据采集

采用西门子公司3.0T MAGNETOM超导磁共振成像系统和12通道相控阵头线圈进行头颅MR扫描.采用3D Turbo FLASH序列获得功能图像的解剖参考图像，参数如下：TR/TE 1.9s/2.53 ms，FOV 250 mm，层厚 1 mm，翻转角 9°，矩阵 256×256.BOLD功能成像采用梯度回波T2*加权成像脉冲序列平行前-后连合线矢状位获得，成像参数：TR/TE 2 s/20 ms， FOV 200 mm， 翻转角 90°，层厚 3 mm，矩阵 64×64.

1.5 图像处理及统计学分析

应用统计参数图SPM8（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）软件对针刺刺激前的240个时间点，以及针刺刺激后的420个时间点（分为前6 min静息的180个时间点和后8 min静息的240个时间点）分别进行数据预处理，前静息去掉前10 帧图像以避免fMRI时间序列图像受磁场不均匀性的影响，功能图像数据经过时间及运动校正、空间标准化、空间平滑预处理.将旋转移动>2°，平移>2 mm的数据剔除， 空间平滑处理采用6 mm×6 mm×6 mm半高全宽的高斯核.

定义分析模型和统计分析：用t检验分析针刺刺激前的8 min静息，刺激后的前6 min以及后8 min静息状态下的腦功能图像数据，P<0.05认为有显著性差异，将脑功能区激活图叠加到模板上，并用SliceViewer（http：//www.restfmri.net/）显示并分析信号变化.

2 结 果

在手针和电针得气刺激过程中没有被试报告刺痛针感.两种实验下的针感量表表明电针较之手针产生了明显的酸痛和隐痛针感（P<0.05）.其他的针感如麻木，胀痛和热则没有发现显著性差异（P>0.05）（图2）.

数据处理中2名被试者因为头动过大而被剔除，剩余的10个被试的数据进行进一步的统计分析，两种针刺模态下针刺足三里穴拔针后后静息的前6 min和后8 min脑部分别出现了不同区域的激活以及负激活（图3）.手针试验中拔针后的前6 min静息态中颞叶、顶叶、感觉运动皮层、小脑、腹侧中脑分别出现了显著的左侧激活，显著负激活的脑区有右侧枕回、双侧眶额皮质、双侧前扣带回、双侧尾状核、左侧伏隔核、下丘脑（图3（a））；在后8 min静息态中负的血液动力学响应持续降低而正血液动力学响应增加，统计结果显示左侧颞叶、枕叶、顶叶以及双侧边缘系统包含前扣带回和海马、左侧小脑、腹侧中脑左侧出现了血液动力学响应信号的增加，信号降低的脑区有双侧额上回、双侧前扣带回、双侧尾状核、双侧下丘脑（图3（b））.电针实验中拔针后的前6 min静息态出现了大范围的负激活.包括右侧顶叶、双侧额上回和额中回、眶额皮质、枕叶、扣带回、下丘脑、小脑，激活区域有双侧额上回、脑岛、小脑、左侧壳核、左侧苍白球以及右侧尾状核（图3（c））；后8 min静息态激活区域有左侧壳核、左侧苍白球、双侧脑岛、小脑和脑干，负激活区域有双侧眶额皮质、顶叶、右侧颞叶、双侧丘脑、下丘脑、前扣带回和小脑（图3（d））.

针感

3 讨 论

本实验对手针和电针针刺穴位后的持续性效应进行了研究，中国传统医学和长期积累的临床实践经验表明，针刺在行针停止后能够产生持久的效应，研究针刺的持续性效应能够帮助我们理解与针刺相关的脑部活动的时域特征.一些研究人员以人类志愿者为实验对象已经研究了针刺引起的神经元响应活动^{[2-6]. Bai等人[5，7]认为手针在不同的脑区能引起持续性活动和随时间改变的神经元响应.Qin等人[6]发现在针刺穴位的过程中和针刺穴位后存在明显不同的神经调节，从而表明了针刺后存在特定的时空编码/解码机制对潜在的持续性效应起着调节作用.另外一些研究[3-4，8]还报道了针灸在刺激后的静息态脑活动中对脑网络连接也有影响.}

（a）手针实验拔针后前6 min；（b）手针实验拔针后后8 min；（c）电针实验拔针后前6 min；

（d）电针实验拔针后后8 min； R：实际脑部右边；L：实际脑部左边

本实验发现手针拔针后的后8 min出现大范围的激活，而电针拔针后的后8 min出现大范围的负激活，并且手针拔针后的前6 min静息态与电针相比激活和负激活的脑区都有着明显不同.这一结果表明手针和电针可能有着不同的调节机制，并且随着时间的变化，这两种针刺模态的脑部响应也发生了变化，这一结果与Bai等人^{[5，7]的研究结果一致.}

本实验结果表明，行针后持久的神经元响应在两种针刺模态中存在于不同的脑区包括脑干、部分边缘/旁边缘脑区以及脑岛.实验中腹侧中脑的激活只出现手针模态下，而电针静息实验中并没有发现中脑的显著差异.已有研究表明针刺足三里穴能够刺激肌肉周围神经，这些周围神经发送信息给脑部告知其释放通过阻塞疼痛信号的传输进而产生麻醉的内源性阿片类物质^{[9].中脑神经元释放充当局部神经递质作用的内啡肽来激励位于脑干下端的延脑头端腹内侧.延脑头端腹内侧转而投射到位于脊髓背角的疼痛传输神经元来抑制疼痛感的传输.以前的研究已经报道了中脑在针刺后的持续阶段有比较强的活动[10]，表明手针针刺的后静息调节可能通过激活内啡肽的下行抑制通路产生镇痛从而持续地对中脑产生影响.}

边缘/旁边缘脑区既调节神经内分泌系统也在针刺镇痛中调节脑干下行控制脊髓^{[11]，这些脑区包括大脑皮层以及脑部皮质下区域例如杏仁核、海马、下丘脑、伏隔核、基底核、扣带回和眶额皮质.本实验中部分边缘/旁边缘系统在手针静息实验中不同的时间段呈现了不同的响应模式，而在电针静息实验中的前6 min和后8 min均显示负激活，尽管目前关于边缘/旁边缘系统在针刺治疗效果中调节的生理机制仍然不为人所知，但可以推测若干神经回路可能通过整合自主神经系统的功能，调节体内平衡，控制情绪、认知以及记忆特异性地参与了针刺的延迟响应.}

除了脑干和边缘/旁边缘这些脑区，实验结果显示电针实验中前6 min和后8 min均出现了脑岛的激活，而手针实验中并未检测到脑岛的显著变化，一些研究^{[12-13]指出了脑岛在针刺的持续性效应阶段刺激非依赖变化中也起着重要作用，表明脑岛可能参与了监控针刺效果的不间断调节.然而，这个发现仅仅在我们的电针实验中被观察到.另外一些學者还发现即使在针刺假穴时脑岛也是激活的[14].因此脑岛的神经元响应可能与很多复杂的因素有关（例如行针时的针感等）.}

以上讨论了针刺足三里后静息状态下手针和电针在脑干和边缘/旁边缘以及脑岛中存在的差异，可以发现手针和电针足三里引起的大脑响应存在着很大不同，同时还推测针刺效果可能并非通过单一脑功能区，而是通过有功能联系的多个脑功能区所形成的一个复杂的流动性网络的相互作用而实现的.我们的实验再一次证实，电针镇痛可能是通过兴奋或抑制与痛觉调制相关的多个脑功能区而实现的.本实验对手针和电针持续性效应的研究有利于我们在未来的研究中探索不同针刺模态潜在的针刺神经化学机制.

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