电针率谷穴任务对偏头痛患者疼痛相关脑网络的影响❋

罗诗蕾， 刘姗姗， 魏翔宇， 陈义磊， 詹松华△

(1.上海中医药大学附属曙光医院放射科，上海 201203；2.上海中医药大学附属曙光医院针灸科，上海 201203)

偏头痛是临床常见的慢性疼痛性疾病。患者以中重度、反复发作的一侧或双侧头痛为主诉，同时伴有恶心呕吐、畏光畏声等症状，长期疼痛会引发患者情绪、认知等功能障碍[1]。针刺对偏头痛具有良好的疗效,既往国内外大量临床试验证实了针刺对偏头痛的效果。功能磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术目前应用于疼痛或认知相关疾病的影像学研究[2]，亦是阐释针刺疗效机制的重要工具。

率谷穴属足少阳胆经，是治疗各类疼痛类疾病的重要穴位之一，对于其独立治疗偏头痛的作用，既往较少有fMRI研究报道。基于此，本研究团队使用前期成功开发的头针专用柔性线圈等设备，以任务态经典组块设计方法，观察电针率谷穴对偏头痛患者脑功能网络的即刻影响，为其干预偏头痛的中枢机制寻找神经影像学证据。本研究通过上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会批准(批号2019-766-121-01)。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年9月至2020年2月上海中医药大学附属曙光医院针灸科门诊符合标准的偏头痛患者20名，其中女性16名，男性4名作为观察组。纳入与偏头痛患者年龄、性别相匹配的健康受试者20名作为对照组,其中女性16名，男性4名。

1.2 诊断标准

出现单侧、搏动性的中重度头痛；每月头痛至少发作3次，每次发作持续4～72 h；头痛病史超过1年；发作过程中出现恶心呕吐或畏光畏声等症状。

1.3 纳入标准

年龄18～55岁，右利手；符合“头痛疾患的国际分类”(ICHD-Ⅲ)中无先兆偏头痛的诊断标准；无磁共振禁忌症；签署知情同意书。

1.4 排除标准

偏头痛首次发作在50岁后；合并外伤史或其他类型偏头痛；月经期、妊娠期妇女；不配合检查者。

1.5 干预方法

针刺由一名具有专业资格的针灸医生完成，于耳尖直上1.5寸选择双侧率谷穴。采用14K华佗牌金制毫针进行针刺，毫针与头皮呈15°角，从上往下进针，进针深度约0.5寸。当针尖达到帽状腱膜下层时捻转得气，以受试者感到酸、麻、胀、重等针感为佳，再连接具有磁屏蔽特性的改进后华佗牌低频脉冲治疗仪(型号G6805-2)，刺激波形为连续波，频率2 Hz，电流1～2 mA，以受试者耐受为度，电压67 mV～8.5V，以任务态组块模式对穴位进行电刺激。刺激状态30 s，非刺激状态2 min，以上刺激间隔状态重复4次(图1)。

图1 实验设计范式(针刺前后各静息态扫描8 min。任务态模式针刺由4个非刺激状态及4个刺激状态间隔组成，刺激状态30 s，非刺激状态2 min，共10 min)

1.6 扫描方法与参数

受试者到达后先平卧休息，直至完全平静，扫描前在颈侧塞入海绵垫保持头部稳定，配戴降噪耳塞，使用头穴专用柔性线圈作为信号发射和接收设备。嘱受试者全程合眼，保持安静，减少神经认知相关活动。首先对两组受试者进行定位相、结构相扫描，确认脑结构无异常后行静息态扫描8 min，对照组仅扫描不做电针干预。然后对患者组进行双侧率谷穴针刺，于耳尖往上1.5寸取率谷穴，进针后得气为度，再加入任务态模式电针刺激，电针同时进行fMRI扫描，任务态扫描时间为10 min。结束后出针，行静息态扫描8 min。

本次试验使用联影公司uMR780 3.0磁共振机进行扫描，采用头穴专用柔性线圈(14-channel flexible head coil，AHC14)进行信号采集，成像序列包括T1WI成像、T2WI成像及fMRI扫描。

T1WI结构相成像参数：TR=7.2 ms，TE=3.1 ms，层厚=1 mm，翻转角=10°，FOV=256 mm×256 mm，层数=192。T2WI成像参数：FSE序列；TR=5000 ms；TE=81.1 ms；层厚5 mm，层间距1 mm；FOV=200 mm×230 mm。fMRI成像参数：梯度回波-回波平面成像序列，TR=2000 ms，TE=30 ms，层厚=3.5 mm，翻转角=90°，FOV=224 mm×224 mm，矩阵64×64，扫描全脑，层数=33，静息态扫描采集7920幅图像，任务态扫描采集9900幅图像。

1.7 图像处理

功能连接后采用SPM12软件包(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)进行预处理，步骤包括：1)时间校正；2)头动矫正(若受试者各角度头动>1.5°及空间移位>1.5 mm，则数据予以剔除)；3)空间标准化；4)去线性漂移；5)空间平滑：6)对空间平滑后的图像进行空域滤波；7)得到各期脑功能变化图谱。设置左右前扣带回为种子点：左侧前扣带回：X=-5, Y=38，Z=6, Radius=5 mm。右侧前扣带回：X=5, Y=38, Z=6, Radius=5 mm。

提取两侧前扣带回所有体素时间序列的平均值，计算该区域信号的时间序列同其余全脑每个体素时间序列的相关系数。利用Fisher变换将相关系数r值转变为z值，最后得到脑干和全脑的功能连接图。将年龄、性别和受教育年限作为协变量，患者组电针前和对照组功能连接z值图采用两独立样本t检验，患者组电针前后的功能连接z值图采用配对t检验，统计结果进行AlphaSim校正(P<0.05)，簇体素>10表示该脑区功能连接有差异。

任务态数据根据电针刺激任务时间点，使用SPM12软件进行预处理，步骤包括：1)时间层校正；2)头动校正(将头动平移>3 mm和角度>1.5°的数据予以剔除，已剔除2个不符合标准的患者数据)；3)空间标准化；4)空间平滑；5)去线性漂移及空间滤波。构建一般线性模型得到血氧水平(blood oxygen level-dependent，BOLD)值统计参数图，对统计结果进行FDR校正，对应校正后P<0.05，簇体素>96。使用REST V1.7软件，提取感兴趣区BOLD信号时间序列的平均值。

1.8 统计学方法

2 结果

2.1 基线资料

经过统计分析，2组受试者之间年龄、性别组成、受教育程度比较差异无统计学意义(P>0.05)(表1)。

表1 基线资料对照比较

2.2 功能连接结果

观察组电针前与对照组比较(表2)，左侧前扣带回未见功能连接有明显差异的脑区。右侧前扣带回与右侧枕中回、左侧尾状核、左内侧额上回、左侧中央前回、右侧额中回、左侧额中回之间的功能连接减弱(图2)。观察组电针后与电针前比较(表3)，左侧前扣带回与左侧三角部额下回，左、右额中回之间的功能连接增强(图3)；右侧前扣带回与左侧三角部额下回，左侧额上回，左、右额中回之间的功能连接增强(图3)。

表2 观察组电针前与对照组相比较

注：蓝色代表功能连接减弱的脑区图2 观察组电针前与对照组比较

表3 偏头痛患者电针后与电针前比较，前扣带回与全脑功能连接有差异的脑区

注：红-黄色代表功能连接增强脑区图3 观察组电针前后对照比较

2.3 任务态fMRI-BOLD结果

电针刺激阶段，观察组脑区以正激活为主，左侧额下回三角部(BA46)、左侧中央前回、左侧中央后回、右侧中央沟盖、右侧缘上回BOLD值升高(表4)。

表4 观察组电针刺激阶段BOLD值差异显著脑区比较

2.4 相关性分析结果

以背外侧前额叶皮层为感兴趣区BOLD值，发现与患者病程年长呈负相关(r=-0.6713，P<0.01)(图4)。

注：红-黄色代表BOLD值升高的脑区图4 电针刺激阶段观察组脑区以正激活为主(FDR校正，P<0.05)

3 讨论

偏头痛属于中医学“头风”“头痛”范畴，其发病部位常以一侧枕部、额颞部多见，严重时可引起全头痛，给患者正常生活和工作带来极大困扰。然而偏头痛的病理生理机制目前尚不明确，国内外学者亦从多种角度进行研究，对脑功能网络的探索为揭示偏头痛机制提供了新线索。静息状态时，大脑存在许多相互独立、空间连贯的网络系统，如默认网络(DMN)、额顶网络(FPN)、突显网络(SN)以及执行控制网络(ECN)等，这些脑网络与疼痛感觉的整合息息相关[3，4]。既往影像学研究表明，偏头痛患者除主诉疼痛症状，其脑网络功能和脑结构亦会产生微观性改变。Coppola等对20名偏头痛患者脑网络进行研究，发现DMN与ECN功能连接呈显著下降趋势[5]。Chen等纳入不同类型偏头痛患者与健康人作对照，提出偏头痛导致的痛觉超敏及痛阈值降低，也许与负责疼痛加工的脑功能网络结构如脑岛、小脑、丘脑、扣带回、躯体感觉皮层等活跃性增加有关[6]。

本研究基于前期文献选择了疼痛相关大脑网络(DMN、ECN、SN)的共同脑区前扣带回(anterior cingulate cortex，ACC)为种子点，探讨偏头痛脑网络的变化特征及电针率谷穴的实时脑效应。率谷穴为足少阳经腧穴，自古为治疗偏头痛的经典穴位。《针灸甲乙经》记载：“发两目眩痛……率谷主之。”现代研究表明，针刺率谷对偏头痛具有良好疗效[7]，但由于常规硬质头颅线圈的限制，既往对率谷治疗偏头痛的实时脑效应研究较少。本研究团队采用前期开发的头穴专用柔性线圈，配合特制金针及具有磁屏蔽功能的电针仪，可在针刺状态下对头部穴位进行实时功能磁共振扫描，为针刺率谷穴即刻脑效应的研究提供了硬件保障[8]。

本研究结果显示，偏头痛患者与健康受试者相比，右侧前扣带回与额叶、枕叶等诸脑区的功能连接减弱，这些脑区部分功能涵盖了躯体运动皮层(左侧中央前回)、视觉皮层(右侧枕中回)、躯体感觉皮层(尾状核)等脑区，也许与偏头痛常见的如畏光[9]、产生负性情绪[10]及认知执行力下降等伴随症状有关。内侧额上回及额中回均为ECN脑区，参与痛觉认知功能的调节，其与ACC连接强度下降的结果与既往研究结论基本一致[11，12]。可见，ECN功能连接减弱是偏头痛患者中普遍存在的现象[5,13]，可能频繁的伤害性输入改变了额叶皮质的功能模式，这为偏头痛功能障碍提供了一定的解释。

电针刺激阶段，患者的左侧额下回三角部(BA46)、左侧中央前回、左侧中央后回、右侧中央沟盖(BA22)、右侧缘上回(BA2)出现正激活效应。结合针刺前静息态结果，猜测针刺率谷可对功能异常的左侧中央前回等结构进行针对性调制。左侧中央后回为初级躯体感觉皮层(S1)，右侧缘上回属于次级躯体感觉皮层(S2)，均为国际较公认“痛觉矩阵”的相关脑区[14]。另外结果显示，BA46区的大面积激活，该区对应的背外侧前额叶皮层(dorsolater prefrontal cortex，dlPFC)是ECN核心区域。作为认知调节的高级中枢，dlPFC接收来自脊髓经边缘系统的痛觉信息，引起机体对疼痛的认知调控行为，经皮质-皮质纤维联系抑制内侧前额叶(medial prefrontal cortex, mPFC)的活跃度以降低人体的痛觉感受。有研究表明，偏头痛患者存在dlPCC灰质体积及密度减少的现象，该脑区神经元萎缩可能是偏头痛感觉统合及疼痛加工受阻的生理基础[15]。本研究提取任务态期间dlPFC脑区BOLD平均值，发现其与偏头痛患者病程呈负相关(r=-0.6713，P<0.01)，说明患者病程越长，针刺率谷所能诱导的dlPFC激活强度越低，提示该脑区功能受损程度更重。可以认为，电针活动引起dlPFC激活或是一种良性刺激，促进患者疼痛相关脑功能的重塑与恢复，对长病程患者有更大的治疗意义。

电针前后对比分析显示，针刺后偏头痛患者ACC与额下回三角部(BA46)、额上回、额中回等脑区功能连接增强，可见针刺率谷穴的即刻效应集中在对ECN脑区的持续激活，增强其与前扣带回的协同效应。

综上所述，本研究以偏头痛患者及健康人为载体，观察到偏头痛患者ACC与包括ECN在内多个疼痛相关脑功能区连接强度降低，电针率谷穴阶段，患者ECN等疼痛相关脑网络区域出现正激活反应，电针后ACC与ECN连接强度增加。可以认为，针刺率谷穴能调制偏头痛患者ACC与ECN的连接异常，是其潜在的中枢镇痛机制之一。

尽管本研究发现电针刺激率谷穴的即刻脑效应情况，但存在一定局限性。考虑到针灸可通过累积作用对患者产生延后性影响，仅观察即刻时间窗或未能完整覆盖针刺率谷所诱导的经穴脑效应，且纳入样本量较少，不排除产生结果偏倚的可能。因此，本研究将在后续阶段继续扩大样本量，增加扫描时间窗，同时追踪患者在经过完整治疗周期后，脑功能连接的变化与疗效评价等情况。