电针刺激双侧率谷穴脑激活效应fMRI研究

陈义磊，康英杰，吴佳桢，谭文莉，罗诗蕾，詹松华

针刺作为东方医学常用治疗手段之一，得到了广泛的应用[1]，但其治疗机制比较复杂，目前，与针刺相关的研究尚未完全阐明其治疗机制，因而限制了针刺疗法的推广与应用，而血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)由于其无创性等被广泛应用，而且其任务态研究方法能够直观显示针刺效应在中枢的定位，因此为研究针刺穴位的特异性效应提供了一种新的路径[2]。由于磁共振设备及射频线圈的限制，目前针刺穴位fMRI任务态研究取穴主要在体穴[3]。本课题组研发的针刺专用头颅柔性线圈，可以在针刺头穴的同时进行fMRI扫描，为BOLD-fMRI任务态方法研究针刺头穴的特异性效应提供了一定的实验基础[4]。

率谷穴是临床常用的一个针灸穴位，其主要用途是治疗眩晕、偏头痛、耳鸣、耳聋、失眠健忘、中风后偏瘫等[5]，本研究通过BOLD-fMRI任务态方法研究健康被试者针刺双侧率谷穴的脑激活区，探讨其电针刺激后穴位即刻脑效应，为研究其治疗疾病的中枢机制提供一种方法。

材料与方法

1.一般资料

2019年10月-11月招募15名健康受试者，其中男3名，女12名，年龄25.45±1.62岁，受教育程度均为研究生学历，受教育年限(19.26±1.53)年。纳入标准如下：右利手；无明确外伤史、无神经及精神损伤病史。七天内无药物摄入史。本研究经医院伦理委员会审核通过，在实验前受试者均被告知试验内容，均需签署知情同意书。

2.检查方法

15名受试者首先针刺双侧率谷穴，7～14天针灸效应洗脱后再针刺非经非穴，受试者对实验前后两次所取针刺位置信息不知情。率谷穴的位置参照腧穴名称与定位标准[6]，位于双侧耳廓尖角直上方入发际1.5寸处。非经非穴的位置为率谷穴前方15 mm。针灸操作采用无磁性华佗牌金针，刺入深度为15 mm。确认志愿者有"得气"针感后，接通电针刺激仪，刺激采用华佗牌低频脉冲治疗仪(G6805-2)，刺激强度以受试者能忍受强度调整。

本研究采用fMRI的组块设计(BLOCK Design)范式(图1)，总共8个组块，包括4次留针及4次电针刺激状态，其中留针时间为120 s，电针刺激时间为30 s，电针刺激与留针不刺激轮流进行，扫描时间为10 min。扫描时，受试者头颅两侧用海绵垫固定，同时带上眼罩及耳塞。扫描期间每个受试者被要求保持放松状态。针刺操作由一名具有丰富临床经验的针灸科医师完成。

图1 电针刺激操作实验设计。

实验结束后对每一名受试者“得气”针感进行评分，采用马萨诸塞州总医院针灸感觉量表中文版(c-MASS)[7]进行主观量化评分，标准包括12个词条，分别是酸痛、疼痛、深部压觉、沉重、胀满、刺痛、麻木、锐痛、钝痛、热感、冷感、跳动。每一个词条后都有一个标尺，受试者在标尺上标出每种针感强度主观评分，以0分为无感觉，10分为无法承受。

3.MRI扫描

采用联影公司3.0T 780MR扫描仪，配以针刺专用头颅柔性线圈[4]。受试者先行颅脑横轴面T2WI FLAIR(fluid attenuated inversion recovery)扫描，其目的在于观察脑内是否有疾患。之后行3DGRE序列T1WI、BOLD扫描。扫描参数：T2WI FLAIR序列参数：TR 8000 ms，TE 105.3 ms，翻转角150°，FOV 230 mm×200 mm，层厚5 mm，层间距1 mm，扫描层数24层。3DGRE-T1WI序列参数：TR 7.2 ms，TE 3.1 ms，翻转角10°，FOV 256 mm×256 mm，层厚1 mm，层间距0，扫描层数192层。BOLD扫描，采用FE-EPI序列采集，参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，层厚3.5 mm，层间距0.7 mm，翻转角90°，FOV 224 mm×224 mm，扫描范围包括全部大脑、小脑和脑干，层数33层，扫描时间10 min，总共300个时间点。

4.图像处理

基于MATLAB平台，采用SPM12软件进行数据预处理，首先采用MRI-Convert软件将DICOM格式的数据转换成NIFTI格式，再进行时间层校正(Slice timing)、头动校正(Realign)，同时剔除掉头动平移>1 mm和角度>1°的数据，然后解剖像与功能像配准(Coregister)，配准后图像分割(Segment)，将收集的数据归一化到蒙特利尔神经科学研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)标准模板中实现空间标准化。重新采样为3 mm空间分辨率，空间平滑运用8 mm×8 mm×8 mm的半宽全高的高斯平滑核。

5.统计学分析

采用SPM(Statistical Parametric Mapping)12软件对所有平滑后的功能像进行统计分析，先对每名受试者进行单样本t检验，得到各受试者电针刺激率谷穴及非经非穴组的脑激活区，之后再对两组进行配对样本t检验，获得电针刺激率谷穴组与非经非穴组比较差异激活脑区数据。统计阈值为体素(voxel)水平P<0.001(未校正)，团块(cluster)水平P<0.05[FWEc校正(family wise error correction)]。

组间针感评分先采用K-S检验(Kolmogorov-Smirnov test)判断是否符合正态分布，符合正态分布组间比较采用配对t检验分析；非正态分布采用Wilcoxon符号秩检验。采用REST V1.8工具包提取两组间有显著差异激活脑区的时间序列信号值，采用SPSS 21.0软件对其与得气评分强度做Spearman相关分析，以P<0.05为差异具有统计学意义。

图3 针刺双侧率谷穴真穴组及非经非穴组脑激活区差异图(横轴面)。橙色、黄色表示增强的脑激活区。

表1针刺双侧率谷穴脑激活区

结 果

1.两组“得气”针感比较

两组被试各针感强度见图2，真穴组针感强度较重的依次为麻木、胀满、沉重、酸疼、疼痛及刺痛，深部压觉、锐疼、钝疼、热感、冷感及跳动强度较轻。非经非穴组针感强度较重的依次为沉重、酸疼、疼痛、麻木、胀满及刺痛，深部压觉、锐疼、钝疼、热感、冷感及跳动强度较轻。相比较非经非穴组，真穴组酸疼、胀满及麻木针感强度较重(P=0.021,0.012,0.016)，余针感强度两组之间差异无统计学意义(P=0.562,0.719,0.080,0.325,0.420,0.077,0.345,0.075,0.479)。

图2 两组“得气”针感评分比较。*P<0.05。

2.针刺双侧率谷穴脑激活区情况

与非经非穴组相比较，真穴组正激活脑区包括：中脑导水管周围灰质、左侧眶部额下回、左侧海马旁回、右侧眶部额下回及右侧海马旁回，未见负激活脑区出现(P<0.05，FWE校正)，见表1、图3。

3.“得气”针感评分与激活脑区的相关性分析

中脑导水管周围灰质信号值与酸疼、胀满及麻木针感强度呈明显正相关(r值分别为0.7441、0.7120及0.5949；P值分别为0.0015、0.0029及0.0193)，双侧眶部额下回、海马旁回信号值与针感强度无明显相关性(P<0.05)，见图4。

图4 针感评分与激活脑区的相关性分析。a)PAG信号值与酸疼评分相关性；b)PAG信号值与胀满评分相关性；c)PAG信号值与麻木评分相关性。PAG指中脑导水管周围灰质。

讨 论

在本研究中，通过招募健康受试者，针刺双侧率谷穴及非经非穴，比较其脑激活区的差异，旨在探讨针刺双侧率谷穴特异性脑效应。针灸穴位特异性是研究者一直在不断探索的领域，1998年，Cho等[8]首次提出了穴位特异性的存在，2010年Bai等[9]又进一步研究了针灸穴位时间响应变化模式，验证了针刺穴位特异性效应的存在。目前研究工作中，穴位特异性研究主要是将不同经络、不同经穴与非经非穴进行对照研究，而功能磁共振成像技术能够使针刺脑功能效应可视化，并且可以量化功能改变，为研究针灸穴位特异性提供了一种手段。李晓陵等[10-11]在针刺合谷穴及丰隆穴的研究中发现，相比非穴，合谷穴及丰隆穴在脑激活效应具有一定的特异性。这些方法说明fMRI在研究针刺特异性脑效应中具有较好的可行性。

本研究采用的头颅柔性线圈，具有伸缩性，可以调节内径适应受试者头颅大小，目的是通过降低头颅与线圈间的距离，从而提高图像的信噪比。在本课题组前期研究中发现，头颅柔性线圈可以获得与24通道硬质线圈相仿的的图像质量[12]。龚志刚等[13]通过与头颅16通道硬质线圈比较，发现在高场强下，柔性线圈可以获得优于16通道硬质线圈的图像质量。笔者在先前的研究中[14]也证实了在MRS成像中，改良的AHC12头颅柔性线圈可获得与HC24线圈相同的图像质量。这些研究都说明头颅柔性线圈可进行BOLD-fMRI检查，并可获得理想的成像效果。

率谷穴(GB8)是足太阳膀胱经与足少阳胆经的交会穴，有清头宁神、消肿止痛等作用，临床应用比较广泛，但是其中枢机制目前未明确。在本研究中发现，针刺双侧率谷穴后，相比非经非穴组，正激活脑区包含了中脑导水管周围灰质、左侧眶部额下回、左侧海马旁回、右侧眶部额下回及右侧海马旁回等脑区，而未见负激活脑区出现。中脑导水管周围灰质是一个具有复杂功能的脑干核团，参与了许多病理生理学过程[15]，包括疼痛调解、抑郁及焦虑等功能。有动物研究发现，它具有镇痛作用[16]，是下行疼痛调节系统的重要节点之一[17]。Li等[18]发现偏头痛患者经针灸治疗后，中脑导水管周围灰质与前扣带回皮层之间的脑功能连接度较治疗之前有显著增加。本研究中，中脑导水管周围灰质呈现正激活，激活越大，随之疼痛阈值越高，从而疼痛强度越弱，这说明针刺率谷穴参与了疼痛的抑制。本研究同时发现双侧海马旁回及眶部额下回呈正激活，海马旁回属于边缘系统，具有情绪记忆及记忆编码的作用[19]；额下回通常被认为是认知控制、情感表达的重要区域[20]，这些都提示了针刺率谷穴参与了认知和情绪的调节。针刺得气研究也是针灸领域热点，诸多研究认为得气与否会产生显著不同的脑活动，得气状态下脑区激活范围广且程度强，而且不同性质的针感在脑区的反应也不同。有研究[21]对通里和悬钟组穴及其假穴进行针刺后发现，真穴组较假穴组能获得更多得气感，且真穴组在感觉皮层和语言功能区激活范围更广。王单等[22]发现针刺太溪穴后，酸、麻、胀及温热等方面得气强度更大，大脑网络连接的相互作用更强，说明得气程度不同可能引起不同的临床效果。在本研究中，笔者也发现，针刺双侧率谷穴后，其激活脑区的信号值与酸疼、胀满及麻木等"得气"针感强度呈明显正相关，这也为得气促进针刺疗效以及穴位特异性提供了中枢层面的客观依据。

本研究探讨了针刺双侧率谷穴即刻特异性脑效应情况，但是存在着一定的局限性，主要在以下几方面：①本研究招募的是健康志愿者，当在患者身上进行率谷穴电针针刺时可能存在着不同的神经生理反应。②本研究只是用了单任务单模态fMRI进行研究，而且样本量较少，今后将应用多任务多模态fMRI方法进行大样本研究。③本研究缺乏神经递质等实验室指标，不能为针刺率谷穴后生理效应提供更多客观依据。

综上所述，本研究采用针刺专用头颅柔性线圈，观察了针刺双侧率谷穴后脑激活情况，探讨了健康受试者即刻特异性脑效应情况，以提高对其穴位中枢机制的进一步认识。

致谢：感谢方继良教授对论文写作过程中的指导。