针刺治疗脑梗死的功能性磁共振成像研究进展

张倍玮 胡秋菊 黄丹青 王鸣 朱博艺 欧阳钢 葛伟

脑梗死又称缺血性脑卒中,是一种脑部血液供应障碍,缺血缺氧引起的局限性脑组织或全脑的缺血性坏死或脑软化疾病。此病通常在睡眠或安静时发病,因脑动脉血栓或栓塞性闭塞所致[1],有着高发病率、高致残率的特点。随着溶栓等现代医学技术的发展,脑梗死病人的死亡率明显下降,但是脑梗死后因脑缺血造成脑的部分功能损伤而遗留的运动、感觉、言语、认知等方面的障碍,给病人的生活和工作造成了非常大的影响。针刺作为中国传统医学的精粹,在治疗脑梗死及其后遗症方面有着确切的疗效,是国际公认的脑梗死首选治疗手段之一[2-3]。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)是近30年来快速发展的一项磁共振技术,可以通过磁共振扫描呈现出各个脑区的功能活动状态,有着无创且空间分辨率高的特点,是现在获取针刺影响相关脑功能活动信息的优选手段。本文拟从运用fMRI研究针刺头穴治疗脑梗死的机制进展进行综述。

1 脑部fMRI

现阶段fMRI脑部成像主要使用的是血氧水平依赖性功能磁共振(blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)技术,其理论基于Ogawa等[4]提出的BOLD效应。脑部功能活动多为复杂、快速的神经活动,故BOLD-fMRI所使用的是单次激发的平面回波成像(echo planar imaging, EPI),可在短时间内捕捉到脑功能区的激活状态。BOLD-fMRI分为静息态fMRI(resting state fMRI, rs-fMRI)与任务态fMRI(tasking state fMRI, ts-fMRI)两大类。rs-fMRI是被检查者在身体静止、不进行系统的思考且非睡眠状态下进行的头部fMRI扫描,有扫描过程简单的特点,可以检测无生理活动状态下的脑功能区激活状态,适合用于疾病状态下的脑部神经活动以及正常脑功能的生理神经活动研究。ts-fMRI是在给予被检查者特定任务状态下进行头部fMRI扫描,可以获得特定任务状态下的脑组织功能活动。任务状态下被检查者需进行主动/非自主的肢体活动或受到感官刺激或自主的系统性思考。ts-fMRI需从受试者的任务启动前开始扫描直至任务完全结束来获得此任务状态下脑功能区的BOLD图像。

2 fMRI研究针刺治疗脑梗死的方式和应用

针刺对脑梗死的治疗效果机制曾一直是研究难题,fMRI在临床上应用后,研究人员发现可以通过使用fMRI捕捉针刺后各脑区的功能活动状态,来反映不同穴位和针法对中枢神经系统的影响,从而探究针刺穴位如何对疾病起到治疗效果。

2.1 rs-fMRI研究 rs-fMRI试验中,受试者在清醒状态下,静息放松地平卧于检查床,固定头部,并最大限度减少头部及身体其他部位的主动及被动活动,尽量不做任何思维活动。早期人们对静息状态的理解是一种稳定状态,这种状态下的脑活动被认为是无规律的背景噪声,很少被注意及重视[5];但随着对脑部神经活动的进一步认识,一些研究发现,静息状态下虽不进行思考和自主活动,可脑神经依旧处于代谢较低但复杂、持续的活动状态,这些不同的神经活动通常都拥有一定的组织性[6],这种状态下大脑存在的自发功能活动被称之为默认网络。而针刺穴位引起脑部神经活动改变的正是大脑的自发性活动,所以rs-fMRI一直是研究针刺治疗脑梗死机制的最直观方法。临床常用的rs-fMRI脑功能分析方法主要是局部一致性(regional homogeneity, ReHo)、低频振幅(amplitude low-frequency fluctuation, ALFF)、功能连接(functional connectivity, FC)。

2.1.1 ReHo:ReHo分析法采用肯德尔和谐系数(Kendalls consistency coefficient, KCC)来衡量局部脑功能区中相邻体素区域活动步调的一致性,KCC值的波动可反映出该区域有神经功能活动变化的存在[7];在脑功能区满足其特定所需条件下,KCC值更接近1,即此区域神经活动同步性较强,提示此脑区处于活跃状态。付彩红等[8]选取阳陵泉穴对20例左侧肢体偏瘫脑梗死病人行常规针刺治疗探究其即刻效应,发现与健康受试者相比,偏瘫病人针刺后ReHo信号增强的脑区均位于左侧大脑半球,分别为额中回、中央前回、中央后回、顶下小叶、扣带回、岛叶;而右侧中央前回、中央后回、双侧额内侧回ReHo信号减弱,说明针刺阳陵泉调节了上述脑区的ReHo值,对脑功能重塑与代偿有着促进作用。曾晓清[9]研究发现,治疗前脑梗死病人相较于健康人的右侧楔前叶、前扣带回、左侧海马旁回、右侧脑岛、双侧缘上回、左侧顶下小叶、右侧额中回等处ReHo信号升高,针刺百会、风池、曲池、合谷、足三里、悬钟、三阴交20次后,中央前回、BA6、角回、额中回、枕中回、颞上回、左侧楔前叶处ReHo信号升高。提示针刺这些穴位前病人脑区激活以次级运动区及认知相关脑区为主,针刺后皮质运动区被广泛激活,认知相关脑区代偿减弱;此研究认为针刺这些穴位治疗脑梗死的疗效,可能与提高脑梗死病人的皮质运动区及认知功能相关脑区的局部一致性有关。谢西梅等[10]也选取了与前者相同的穴位和针刺方式,并对比了右侧偏瘫脑梗死病人针刺治疗前后与健康者的ReHo信号差异,发现治疗前病人的初级运动区、运动前区、辅助运动区、顶下小叶ReHo信号明显增高,这些运动区域是脑梗死后偏瘫病人脑功能重组及代偿的关键区域,针刺后这些运动区域同步性皆有下降,考虑针刺治疗脑梗死偏瘫的机制之一与调节脑可塑性的变化有关。有学者对不同针刺方法治疗脑梗死后的脑ReHo信号的变化进行了比较研究,发现与治疗前相比,电针治疗后的双侧辅助运动区、扣带回运动区、初级运动区、运动前区、顶上小叶、顶下小叶、尾状核、壳核、苍白球、初级体感区等部位ReHo信号存在差异,而普通针刺治疗后的尾状核、壳核、运动前区、辅助运动区、顶上小叶、顶下小叶等部位信号发生改变;提示针刺治疗后一些脑功能区域的ReHo信号被激活、强化,其中电针治疗后的信号强弱改变较普通针刺更为显著[11]。

2.1.2 ALFF:相比ReHo,ALFF可以直接揭示脑功能区域自发活动的BOLD信号强度。rs-fMRI对大脑扫描后,筛选出脑区0.01～0.08 Hz的BOLD信号进行傅里叶变换,并求其平方根,求和后再除以时间点数取平均值就可获得ALFF[12]。ALFF增高说明神经活动性增高。有学者通过观察ALFF值变化来研究醒脑开窍针刺联合物理疗法治疗脑梗死病人下肢运动功能障碍的疗效[13]。通过3周的观察发现,治疗后与治疗前相比,ALFF值升高的脑区主要包括右侧的中央前回、中央后回、中央旁小叶、楔叶、缘上回、枕上回,及双侧的顶上小叶、楔前叶。ALFF值降低的脑区主要位于左侧的梭状回;治疗前后病人右侧中央旁小叶的ALFF差值同简化版的Fugl-Meyer下肢运动功能评定量表评分差值以及改良Barthel指数评分差值均呈线性正相关,验证了醒脑开窍针刺联合物理治疗对急性脑梗死病人的下肢运动功能及日常生活活动能力有确切的改善作用。由于实验中ALFF易受大脑内低频生理噪声的影响,后续Zou等[14]通过计算ALFF与全部频率的功率谱均方根的比值(fractional amplitude low-frequency fluctuation, fALFF),有效地解决了这个问题。欧芳元等[15]对比了33例脑梗死伴右侧肢体障碍病人针刺治疗前后与30例健康人的fALFF值,结果显示脑梗死病人fALFF值显著降低的右侧楔前叶、左侧丘脑、双侧中央前回、左侧中央旁小叶,在头针、体针联合电针治疗后皆开始恢复,而治疗前显著增高的左侧直回、右侧背外侧额上回、双侧眶额回、双侧内侧额上回、双侧楔叶在治疗后也逐渐正常,治疗前fALFF值正常的脑干、左侧颞下回等区域在针刺后发生增高。其中左侧丘脑、左侧中央旁小叶等运动相关脑区,脑梗死运动功能障碍后显著降低的fALFF在执行针刺治疗后恢复正常,提示脑梗死造成的相关脑区神经活动异常引起运动功能损坏,而针刺可改变神经活动异常情况,且针刺后大部分的异常脑区fALFF值恢复,以及某些正常脑区的激活强化证明了针刺改善和促进脑梗死后大脑损伤功能的重组和代偿活动。

2.1.3 FC:大脑神经活动时不同脑区之间存在着一定的联系,如协同工作、传递信息等,形成脑功能活动网络,即FC。FC的作用主要是描述区域之间的相关性,通过寻找2个脑区BOLD信号变化的同步性来确定2个区域之间的联系,在针刺治疗疾病的fMRI研究中很常用。目前针刺治疗脑梗死病人感觉运动功能障碍的FC研究已有确切结果[16]。易小琦等[17]纳入了21例脑梗死伴右侧肢体运动功能障碍的病人和18例健康人,做脑梗死针刺配合电针治疗前后的FC变化比较,发现针刺治疗显著增强了双侧初级运动皮质区与右侧中央前回、中央后回之间的FC,提示针刺能改善病人在接收处理躯体运动与感觉信息的能力,且针刺后FC增强的区域主要位于健侧大脑半球,FC减弱的区域主要位于同侧大脑半球,提示针刺治疗主要通过增强镜像区域的神经活动促进运动恢复。Chen等[18]选取左侧偏瘫脑梗死病人6例,针刺阳陵泉前后进行fMRI扫描,发现右侧颞叶、左侧舌回和左侧小脑的FC值增强,而对侧运动皮层和同侧下肢运动皮层FC值降低,说明针刺阳陵泉穴可增加运动与认知功能的FC强度,降低健侧运动皮质的代偿,促进脑梗死病人偏瘫和痉挛的康复。

2.2 ts-fMRI研究 ts-fMRI在针刺治疗脑梗死上的研究随着近年来静息态发展成熟后逐渐减少。任务态研究通过设计试验,观察针刺时或针刺后脑梗死病人各个脑功能区动态情况的改变,常用的有组块设计和事件相关设计。杜钟名等[19]使用组块设计探索脑梗死病人感觉运动网络功能连接及其动态性在针刺左侧阳陵泉穴前后的变化及留针的效应机制,以25例右侧皮质下脑梗死病人作为试验组,在fMRI成像下采集静息态、针刺态图像,针刺以1 Hz/min的频率平补平泻捻针并留针7 min,结果显示试验组针刺态感觉运动网络内FC在左侧顶下小叶较静息态增加,在左侧中央后回动态FC较静息态降低,而25例健康对照组差异无统计学意义,提示针刺对脑梗死病人感觉运动网络的改变存在时间依赖性;比较针刺态FC图像发现,试验组与健康对照组存在双侧内侧额上回、左侧中央后回、右侧中央前回的差异,而静息态FC仅有感觉运动网络外的双侧丘脑差异,说明针刺对脑梗死病人和健康人的感觉运动网络改变模式存在不同。有研究利用ts-fMRI组块设计试验探索针刺阳陵泉治疗脑梗死的机制,发现针刺阳陵泉缓解肢体痉挛、提高运动协调性是通过激活皮质运动前区、小脑及锥体外系来实现的[20]。史昕玥等[21]将40例脑梗死单侧偏瘫病人分为长、短病程组,选取阳陵泉穴进行针刺,并在针刺态以及静息态行fMRI扫描,观察FC值变化后发现,针刺时初级运动区、背侧运动前区、腹侧运动前区、辅助运动区之间有特定的效应靶点,考虑针刺通过对这些区域FC的调控,对脑卒中偏瘫的脑组织进行重组及脑功能进行重塑。陈建文等[22]对34例脑梗死后手功能运动障碍的病人进行研究,结果显示,相较于单纯运动组,针刺留针基础上进行患侧食指运动时,脑部除对侧PMA区、S1区激活例数增多外,还可见到同侧M1区、对侧顶上小叶等部位的激活。提示针刺可能通过增强多个与运动功能有关大脑区域的活动来影响大脑运动功能的恢复。

3 小结

在针刺治疗脑梗死的作用机制研究上,fMRI的脑功能活动信息获取能力是无可替代的。现有的大部分fMRI研究表明,针刺可通过促进脑梗死病人损伤的脑功能重组以及激活其他脑区对肢体功能障碍进行代偿来治疗脑梗死。但此类研究仍存在巨大的发展空间,如针刺各个穴位、手法对脑梗死的治疗效果研究数量依旧偏少,并且通过从不同分析角度来综合探讨针刺如何影响各个受损脑功能区的相关研究也不多。rs-fMRI研究针刺治疗脑梗死的3种主要分析方法各有优缺点:ReHo可通过同步性对局部的脑神经活动进行准确的观测,但无法同时捕捉全脑的脑区激活状态;ALFF虽数据直观且在升级为fALFF后可排除许多生理噪声的影响,但依旧避免不了准确性较低的问题;FC在各脑区的协同、拮抗作用上有很好的捕捉能力,但在研究局部的功能活动变化上不如其他方法。因此,想要获得较为全面且准确的治疗效果数据,还需综合的分析方式。