基于右侧脑岛功能连接性的哮喘针刺fMRI研究

魏翔宇，陈慧，龚志刚，王辉，黄炎文，詹松华

针刺是治疗哮喘的重要补充替代疗法之一，大椎、风门、肺俞在各类哮喘，尤其是缓解期哮喘中应用广泛[1]，根据患者中医症候不同，临床多以此三处穴位为核心，配伍其他穴位进行治疗。既往研究多从调控气道炎症、免疫调节等角度出发，分析针刺干预哮喘的疗效[2-5]。近年来，功能磁共振成像(f unct ional MRI，f MRI)技术被广泛用于分析针刺作用的脑效应机制[6]，而观察针刺治疗哮喘的中枢机制研究较少。因此，本研究尝试以大椎、风门、肺俞这一经典穴位配伍模式，探讨针刺对哮喘患者脑功能的影响。此外，哮喘患者在长期发病中，脑功能活动的异常逐渐引起关注[7-8]，其中脑岛既是人类感觉和情绪处理的高级中枢，同时接受来自内脏和皮肤感受器传入的信号，例如哮喘患者时常发作导致的呼吸困难，首先波及位于延髓的呼吸中枢，进而通过脑岛对患者情绪、认知等心理过程产生影响。因此，本研究以脑岛作为目标脑区，采用功能连接性(f unct ional connect ivit y，FC)的分析方法，探索电针大椎、风门、肺俞对哮喘患者脑功能的影响。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本次前瞻性研究共纳入哮喘患者与健康受试者各18名，所有患者均来自上海中医药大学附属曙光医院呼吸科门诊。本研究得到上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会批准(No：2019-766-121-01)，所有受试者均已了解实验内容并签署知情同意书。

纳入标准：确诊为支气管哮喘且处于缓解期的患者(2016版支气管哮喘诊治指南)；年龄18～60岁；男女不限；右利手；近1个月未接受过针刺治疗；能够接受电针并配合完成磁共振扫描；签署知情同意书。排除标准：近1个月内有发热、咳嗽或服用过镇静药物；合并有肺部感染、肿瘤或慢性阻塞性肺疾病；伴有抑郁、焦虑、失眠、头痛等神经或精神症状。

1.2 电针方案

大椎、风门、肺俞分别依据中医针刺穴位位置标准(GB/T12346-006)进行定位。针具采用华佗牌一次性不锈钢无菌针刺针(0.3 0 mm×40 mm)。所有针刺操作均由同一位具备3年以上经验的针灸医师完成，斜刺进针，进针深度为0.5 寸(约12.5 mm)，行平补平泻手法，以患者出现酸、麻、胀、痛、传递等“得气”感且能耐受为度，随后开启电针，采用华佗牌电子针疗仪(SDZ-Ⅱ型)，连续波，3/20 Hz，使患者维持“得气”状态并留针30 min。健康受试者不接受电针，只进行一次静息态功能磁共振扫描。

1.3 f MRI扫描

采用联影uMR 780 3.0 T磁共振仪，32通道硬质头颅线圈。受试者经检查后进入机房，取仰卧位，头戴降噪耳塞，头两侧用海绵固定。在安静、闭眼、不执行特定任务的状态下完成扫描。先行T1WI结构像平 扫，TR：7.2 ms，TE：3.1 ms，翻 转 角10°，FOV：256 mm×256 mm，层厚1 mm，层数192。再行血氧水平依赖(bl ood oxygen l evel dependent，BOLD)-f MRI扫 描，TR：2000 ms，TE：30 ms，翻 转 角90°，FOV：224 mm×224 mm，矩阵64×64，层数33层。体素3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm，全脑横断扫描，平行于AC-PC线，包括小脑和脑干，每次扫描前行空扫5次。每期扫描时间均为8 min，共240个时间点。

1.4 f MRI数据处理

主要步骤包括：①去除前10个时间点数据，减少初始图像质量不稳定的影响；②剔除X、Y、Z 3个方向上平移超过1.5 mm和运动旋转超过1.5 °的数据(若扫描中发现头动过大，则立刻重新扫描)；③数据标准化至蒙特利尔神经病学研究所(Mont r eal Neur ol ogical Inst it ut e，MNI)空间，重采样大小为3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm；④去线性漂移；⑤空间平滑及滤波，使用0.0 1～0.0 8 Hz带通滤波，去除低频信号和高频呼吸心跳等生理噪音的影响。

1.5 功能连接分析

用RESTpl us软件包，右侧脑岛3个亚区坐标为[9]：右腹侧前脑岛(vent r al ant er ior insul a，vAI)：X=32，Y=10，Z=-6；右 背 侧 前 脑 岛(dor sal ant er ior insul a，dAI)：X=35，Y=7，Z=3；右后脑岛(post erior insul a，PI)：X=35，Y=-11，Z=6。

提取右侧脑岛3个亚区坐标周围6 mm半径球形区域作为种子点区，计算种子点区域信号的时间序列同其余全脑每个体素的时间序列的相关系数。得到相关系数图后，利用Fisher变换将相关系数r值转变为Z值，最后得到每个感兴趣区域与全脑的功能连接图。

1.6 统计学分析

采用SPSS 25.0 软件，对两组受试者的年龄、受教育程度等基本资料采用两样本t检验；性别构成比采用卡方检验，以P＜0.0 5表示差异有统计学意义。静息态功能磁共振数据分析采用RESTpl us软件(ht t p：//r est f mr i.net/f or um/RESTpl usV1.2 )，将年龄、性别和受教育年限作为协变量。哮喘组电针前和健康组功能连接Z值图采用两独立样本t检验，哮喘组治疗前后的功能连接Z值图采用配对t检验，统计结果进行Al phaSim校正(随机次数1000次，校正后最小簇体素为10，P值为0.0 5)。

2 结果

本研究中，1名患者为左利手予以剔除并重新招募，另有2名患者及1名健康受试者因头动过大，予重新扫描后图像符合要求，所有患者均完成了针刺治疗且无不适。本研究最终共纳入哮喘患者及健康受试者各18名。

两组基本资料比较(表1)，两组受试者年龄(P=0.7 1)、性别(P=0.7 3)、受教育程度(P=0.5 3)等基本资料无差异(P＞0.0 5，95%置信区间)。哮喘组电针前与健康组受试者比较(表2)，右侧vAI与左侧苍白球功能连接减弱(图1A)；右侧dAI与右侧中央前回、右侧角回、右侧额上回功能连接增强(图1B)；右侧PI与右侧颞下回、右侧颞上回功能连接减弱(图1C)。哮喘组电针后与电针前相比较(表3)，右侧dAI与左侧中央前回、左侧后扣带回、左侧角回及右侧楔前叶功能连接增强(图2A)；右侧PI与左右中央后回、右侧中央前回、左侧后扣带回的功能连接增强(图2B)。

表1 两组受试者基本资料比较Tab.1 Demographic data of all subjects

表2 哮喘组电针前与健康组受试者功能连接强度变化Tab.2 Difference FCvalue between patients with asthma and healthy control

表3 哮喘组电针前与电针后功能连接变化Tab.3 Difference FCvalue of patients with asthma before and after EA

图1 哮喘组电针前与健康组比较。A：右侧vAI与全脑功能连接变化(红-黄色代表功能连接增强区域，蓝色代表功能连接减弱区域)；B：右侧dAI与全脑功能连接变化(红-黄色代表功能连接增强区域，蓝色代表功能连接减弱区域)；C：右侧PI与全脑功能连接变化(红-黄色代表功能连接增强区域，蓝色代表功能连接减弱区域)Fig.1 Comparison of patients with asthma before EA vs.healthy control.A:Difference in FC between the right ventral anterior insula(vAI)and the whole brain.Red-yellow area represents enhanced FC value and blue-green area represents reduced FC value;B:Difference in FC between the right dorsal anterior insula(dAI)and the whole brain.Red-yellow area represents enhanced FC value and blue-green area represents reduced FC value;C:Difference in FC between the right posterior insula(PI)and thewholebrain.Red-yellow area representsenhanced FCvalueand blue-green area representsreduced FCvalue.

图2 哮喘组电针前与电针后。A：右侧dAI与全脑功能连接变化(红-黄色代表功能连接增强区域)；B：右侧PI与全脑功能连接变化(红-黄色代表功能连接增强区域)Fig.2 A:In patients with asthma,changes of FC between right dorsal anterior insula(dAI)and the whole brain after EA were compared with those before EA(Red-yellow area represents enhanced FC value);B:In patients with asthma,changes of FC between right posterior insula(PI)and the whole brain after EA were compared with thosebefore EA(Red-yellow area representsenhanced FCvalue).

3 讨论

3.1 哮喘患者脑岛功能异常研究

哮喘对中枢神经系统以及情绪、认知等心理过程的影响被广泛关注[10]。哮喘发作时的相对缺氧状态可导致患者潜在的脑损伤，同时也增加患者出现焦虑、抑郁等心理问题的风险[11]。Zhang等[12]进一步针对哮喘伴或不伴抑郁患者进行分组研究，发现右侧vAI与左侧壳核的FC值增强情况表现为：哮喘伴抑郁组＞哮喘不伴抑郁组＞健康对照组。这些研究表明，哮喘这一慢性疾病过程不仅是单纯的气道炎症反应，更与情感、认知等功能存在密切联系，对于未表现出焦虑、抑郁的患者来说，哮喘对脑功能的影响可能更加容易被忽视[13]，而脑岛在其中扮演关键角色。在脑网络中，脑岛是突显网络(sal ience net wor k)的重要节点脑区。研究表明[14]，右侧脑岛负责执行注意任务，调节大脑默认网络(def aul t mode net wor k，DMN)和执行控制网络(execut ive contr ol net wor k)。vAI与前扣带回(ant er ior cingul at e cor t ex，ACC)相连，负责情绪监控与调节，以及情绪变化与外周反应(如疼痛、呼吸困难)的整合；dAI与ACC和注意控制网络脑区相连，主要负责高级认知加工；PI主要与初级和次级躯体运动皮层相连，负责疼痛和感觉运动加工[15-16]。本研究两组受试者基线期比较，哮喘患者右侧vAI与左侧苍白球，右侧PI与右侧颞下回、右侧颞上回FC减低。苍白球与壳核同属于豆状核，既往f MRI研究表明[17]，在处理恐惧及悲伤情绪中，苍白球的自发活性存在异常增高。颞上回为听觉性语言中枢，颞下回靠近枕叶，与角回同属于视觉环路的组成部分，负责情景记忆与特征识别，并参与了认知调节等过程[18]。此外，本研究还发现哮喘患者右侧dAI与右侧中央前回、角回和额上回的FC增高。Zhang等[19]研究发现，经干预后的哮喘伴抑郁患者存在额上回自发活性较干预前增高。结合既往研究结果，推测右侧脑岛与这些脑区FC值的变化可能涉及到哮喘患者长期发病过程中，气道阻塞、呼吸困难等症状对患者造成的恐惧、焦虑等负面情绪以及患者用药干预等相关。

3.2 针刺对哮喘患者默认网络的影响

本研究发现，电针干预30 min后，哮喘组右侧脑岛与中央后回、中央前回、角回、楔前叶等DMN相关脑区的FC增强。这些脑区属于DMN相关脑区，越来越多的证据表明，无论健康还是疾病状态，针刺均表现出对受试者DMN的显著调制作用，例如Zou等[20]发现针刺对偏头痛患者DMN的调节主要表现为提高左侧额上回与左侧楔前叶等DMN相关脑区的FC值；Liu等[21]利用针灸治疗坐骨神经痛患者，发现针刺干预后患者脑岛与后扣带回等脑区的FC增加，且增加的FC与疼痛持续时间呈正相关；Yu等[22]发现真假针刺对原发性痛经患者DMN相关脑区FC的调节作用存在显著差异。本研究结果也一致性地发现了针刺对哮喘患者DMN相关脑区FC的调制作用。脑岛亚区由于在功能上有所分化[23]，因此各亚区与DMN相关脑区的FC增强又有所不同。特别注意到，dAI与楔前叶的FC增强，楔前叶参与疼痛的识别、处理和记忆过程[24]，右侧脑岛与楔前叶的FC增强，可能反映了哮喘患者对针刺疼痛引起的情绪变化。此外，前后脑岛均表现出与后扣带回FC的增强，后扣带回位于顶叶，与楔前叶毗邻，也是DMN的关键节点脑区，在认知活动中起着核心作用。有研究发现，阿尔茨海默病、缺血性脑卒中等患者后扣带回区域存在代谢降低和功能失活[25]，结合脑岛对情绪和感觉的调控功能，针刺是否通过影响哮喘患者的痛觉认知，间接改善呼吸困难带来的负面情绪及临床症状，还需要进一步研究加以证实。

受制于针刺脑效应的复杂性以及哮喘这一疾病的异质性，本研究尚存在一些不足之处。首先样本量较少，女性受试者比例较高，平均年龄较年轻。此外，一次干预后的横断面研究，所能分析到的功能连接改变情况其意义是有限的，并且距离发现哮喘特定的脑功能生物信息学标志物或指标还有一段距离。因此，在后续研究中将继续扩大样本量，完善受试者中医证型、用药情况、心理状态以及完整治疗周期后的功能磁共振数据，以提高本研究的应用价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。