腧穴特异性的功能磁共振成像研究

王浩然,王从安,贾红玲

(1.山东大学第二医院,山东 济南 250033;2.山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院,山东 济南 250012;3.山东中医药大学第二附属医院,山东 济南 250001)

针灸是中医学的重要组成部分,是中医学体系中最具特色的学科之一,具有适应证广、应用方便、疗效显著与经济安全等优点,但其治病多依据古代文献条文,缺少足够的可视化证据,致使作用机制尚无法完全阐明。fMRI的出现实现了针刺过程的可视化,使非创伤性研究针刺的大脑效应成为可能,为深入探讨针刺机制打开了一扇窗口,开辟了新的途径,对于完善和阐明针灸理论具有重要意义。近年来随着fMRI技术的不断完善,越来越多的学者利用该项技术研究针刺的脑功能机制并取得了可喜的成绩,而针刺机制的可视化正在逐步推动着针灸学的发展。

1 单穴fMRI研究

经穴特异性作为国内外研究的焦点是中医针灸学的重要组成部分,可以理解为特定的腧穴有别于其他穴位的功能,可对某一或某些躯体或内脏产生特殊的作用。穴位的针刺治疗作用涉及了一个复杂的神经网络通路及神经-内分泌过程,此环节需要脑部多个功能区相互协调、共同参与,具有多途径、多靶点与多环节之特点,故针刺每个穴位皆可引起多个脑区的激活,从而对人体多个器官、多个系统实现整体和广泛的调节作用。有研究认为,针刺机制明确有中枢机制的参与,经穴效应的实现多通过穴位-经络-中枢-经络-靶器官发挥作用[1]。“经穴特异性与脑相关”假说认为,神经中枢的调整、整合是发挥针刺穴位的干预调节作用的必经环节[2]。众多学者运用fMRI技术对针刺足三里、合谷、太冲、太溪与阳陵泉等经穴所激活的脑功能改变及涉及的中枢机制进行了大量研究。

陈鑫等[3]观察分析针刺足三里引起静息态下ALFF改变,发现可引起额、颞、顶与枕叶在内的广泛大脑皮层、小脑及脑干等脑区增高。冯家强[4]对健康人针刺左、右足三里的中枢效应进行fMRI对照研究,针刺左足三里穴激活的脑功能区有右额上回、右中央前回与左中央前回等,针刺右足三里激活左侧小结、左颞上回与右岛叶等,研究说明针刺足三里穴能广泛激活与运动相关的脑功能区。刘颖[5]采用经皮电刺激和电针合谷穴,均激活了额下回、颞上回、缘上回、岛叶、中央后回与中央前回等脑区,二者大脑激活区存在很大范围重叠或毗邻。鲁娜等[6]对同一经络上中都、太冲的脑功能磁共振成像进行研究,发现针刺同一经络上的不同穴位既会引起相似的大脑反应,也会引起特异性激活,而其特异性也表明了穴位特异性的存在。欧阳怀亮[7]针刺健康志愿者太溪穴前后比较变化的脑区:ALFF值增强的脑区为右侧小脑后叶下半月小叶、左侧大脑额叶额中回,减弱脑区未见,BA分区的激活在10区,ReHo值增强的脑区为左侧大脑颞叶梭状回,右侧大脑额叶额内侧回,减弱的脑区为左侧大脑边缘叶扣带回,BA分区的激活在37、10区,负激活在31区,认为针刺太溪穴可靶向性作用于精神、认知、运动、感觉与视觉等脑部功能区,其作用可能与太溪穴临床功效的中枢机制相关。Yeo S等[8]研究左侧和右侧阳陵泉(GB34)对大脑的调节作用,发现左侧GB34针刺可诱发左侧壳核、尾状体、岛叶、中央后回、屏状核、左右丘脑、右额中回、下丘脑和丘脑底核,右侧GB34针刺可诱发右侧额中回、顶下小叶、丘脑、壳核、外侧苍白球、内侧苍白球和岛叶,左侧或右侧GB34通过针刺激活了同侧壳核和岛叶,初步证明针刺左侧和右侧腧穴对大脑的调制作用不同。

2 腧穴配伍效应机制研究

尽管单穴在fMRI研究较为多见,但在临床治疗中由于疾病的复杂性,在分析病因病机、明确辨证立法的基础上,多选取腧穴进行配伍以提高疗效。这些配穴方法既包含经脉配穴法,又涉及部位配穴法。故诸多学者对腧穴配伍组合进行了fMRI研究,如足三里穴组、合谷太冲穴组、太溪穴组与阳陵泉穴组等。

谭惠斌等[9]利用fMRI选取健康成年人观察足阳明胃经梁丘穴联合足三里穴电针刺激时的活动规律,发现激活区峰值位于左侧尾状核体部、右侧豆状核、左侧颞下回(BA20)、左侧海马旁回及左侧尾状核尾等部位,负激活区峰值位于小脑右半球前叶、小脑左半球前叶蚓部、左侧颞上回(BA22)、左侧屏状核与左丘脑等部位,认为梁丘穴联合足三里穴进行电针刺激时,激活脑区和负激活脑区较单独针刺足三里穴时明显集中、激活或负激活程度明显增高。刘连生[10]观察针刺足三里、阳陵泉以及二穴配伍的静息态脑区功能局部一致性差异,发现针刺足三里、阳陵泉可引起左侧内囊、右侧额叶白质和左侧额叶白质等ReHo值增高,右侧小脑后叶、左侧中央前回与左侧楔前叶等ReHo值减低,相对于针刺单穴可激活更广泛的脑区。许建阳等[11]发现针刺合谷与太冲可诱导颞叶、额叶脑组织血流容积和血流量的增加。杨晶晶[12]发现配伍针刺表里经原络穴太溪、飞扬可引起左侧小脑前叶、小脑后叶、额内侧回等脑区和右侧小脑后叶、额中回与颞上回(BA22)等脑区正激活,未出现负激活脑区,相比于单穴,二穴配伍激活范围更广、程度更强。Zhang WT等[13]刺激阳陵泉与承山发现可激活背侧丘脑并抑制初级运动区和前运动皮层。

目前为止,对针刺不同腧穴的fMRI研究呈现百花齐放状态,但由于核磁设备原因,研究穴位相对集中于人体四肢部,对于躯干部和颈项部穴位研究相对缺乏。

3 真假穴、真假刺fMRI研究

经穴具有特异性,在真假穴及真假刺的对照研究中,多数研究结果显示针刺真穴较针刺假穴、真针刺较假刺在脑内诱导的功能区更多。其原因可能与非穴引起的刺激阈值较小、无法形成完整的神经反射通路有关[14]。刘建宪[15]应用fMRI对比研究针刺足三里及其邻近非经络假穴脑皮层激活区域,发现针刺假穴以躯体感觉中枢的兴奋为主,而针刺足三里可引起躯体感觉中枢、内脏神经中枢和复杂高级神经中枢的兴奋,激活脑区范围更加广泛。吴迪[16]运用fMRI技术探讨针刺丰隆穴产生疗效的机制,并与非穴相比较,发现针刺丰隆穴与非穴比较激活脑区更广且具有特异性,印证了“经穴特异性学说”。殷宝[17]通过研究发现,较之于非经非穴,针刺经穴内关、通里治疗慢性稳定型心绞痛激活/负激活脑区更多,对右侧脑岛、前扣带回、中央前回、杏仁核、额中回、眶前回和楔前叶等与疼痛和情绪相关脑区的特异性调节可能是其中枢作用机制。Zhu B等[18]基于ALFF、ReHo研究针刺健康人太溪穴(KI3)所引起的脑功能反应,结果发现与假针刺和非穴比较,针刺太溪穴引发的大脑活动与视觉、听觉、躯体运动及联想功能相关联。Wu C等[19]运用静息态脑功能成像研究太冲穴(LR3)与脑功能之间的关系,基于ALFF与ReHo发现,真针刺较假针刺可激活/负激活双侧Sublobar、extranuclear及右侧颞中回(BA38)、右侧小脑前叶和右侧丘脑等部位。Deng G等[20]发现,真针刺二间穴相对于安慰针更多激活了岛叶和岛盖部。

4 针刺效应影响因素研究

不同针灸方法、不同刺激强度、不同行针手法、不同针感、不同针刺深度、补泻手法不同和针刺时间不同,则针刺的效应可能不同。

在不同针灸方法上,傅海扬等[21]观察针刺与麦粒灸足三里的fMRI成像差异,结果针刺足三里能负激活大脑的边缘系统、双侧的颞叶及额叶,而麦粒灸能显著激活双侧大脑的额叶,提示运用针、灸两种干预方法作用于同一穴位对大脑的影响存在差异性。在不同刺激强度上,于慧娟[22]以健康成年人为研究对象,从电针不同刺激持续时间(60 s,180 s)、不同电针刺激频率(2 Hz、10 Hz、50 Hz和100 Hz)、行针与否、相同频率的电针和手针以及不同频率经皮穴位电刺激(2 Hz、10 Hz、50 Hz和100 Hz)研究不同刺激量激活的脑区,结果发现电流强度为1 mA、刺激频率为2 Hz和刺激持续时间180 s激活的脑区数目最多,主要激活的脑区集中在初级躯体感觉皮质、初级运动皮质和岛叶皮层等。在不同行针手法上,陆凤燕等[23]基于fMRI发现在针感综合指数上提插法>提插捻转法>捻转法,刺激量小时,脑区负激活可能更明显,而刺激量大时,脑区激活可能更明显。在不同针感上,张蔚[24]针刺足三里得气时的脑功能区激活范围较广泛,包括单侧或双侧第Ⅱ躯体感觉皮质、第Ⅰ躯体感觉皮质,以左侧为主的颞叶、前扣带回和后扣带回等,针刺不得气仅见散在脑功能区激活,提示针刺足三里穴得气与否引起的脑功能反应有所不同,针刺足三里穴得气后能够引起脑区的广泛激活。在不同针刺深度上,邹燕齐[25]在生理状态下运用fMRI探讨外关配伍支沟皮部浅刺和常规刺激激活脑功能区的特点,结果显示皮部浅刺激能够相对特异地激活左侧额叶,常规深度针刺刺激能够相对特异地激活双侧枕叶、小脑与右侧基底节区,推测治疗与视觉、听觉、平衡及锥体外系相关运动疾病应多考虑二穴深刺,而需治疗与运动、语言、记忆和情绪有关的疾病应多考虑二穴浅刺。在不同补泻手法上,江虹等[26]运用fMRI技术观察补法、泻法针刺足三里的中枢效应,在激活最明显时两种方法都能激活中央旁小叶、中央前回、颞中回、额中回、前后扣带、岛叶、丘脑、尾状核头部与小脑半球,但应用补法激活脑区范围更广、强度更大和效果更佳。在针刺时间上,甄俊平等[27]分别于开穴和闭穴时电针针刺足阳明胃经的足三里和上巨虚穴,结果显示开穴和闭穴时信号增高脑区与信号减低脑区之间存在差异,开、闭穴组同时引起多个脑区出现了功能抑制,开穴比闭穴在抑制脑区上范围大、数目多,开、闭穴组功能信号增高的激活脑区均形成了大脑-边缘系统-小脑整体反应环,开穴比闭穴在激活脑区上范围大、数目多,该研究初步揭示了时间因素对于针灸效应的影响。

5 针刺后效应fMRI研究

针刺作用除即时效应外,亦有后效应即针刺治疗后仍然存在的效应。有研究发现,针刺后效应可持续到治疗后30 min[28]。运用fMRI技术观察针刺后脑功能的变化能为针刺后效应的存在提供可视化的证据。

陈俊等[29]为研究健康志愿者针刺足三里穴后多个时间点的脑功能网络动态变化特点,采集针刺前及针刺后10、25、45与60 min的fMRI数据,针刺前脑默认网络、视觉相关皮层、感觉运动皮层和小脑半球为大脑功能网络核心脑区,针刺后4个时间点的脑网络核心脑区仍位于上述区域,其中双侧颞中回及颞上回、楔前叶、舌回、右侧距状回和左侧枕中回等脑区与针刺前相同,与针刺前比较,针刺后10、25与45 min的多个核心脑区有所不同,其中针刺后45 min时健康受试者的大脑核心脑区构成的脑全脑效率属性和网络富人俱乐部属性均显著增加(P<0.05),而针刺后60 min的核心脑区分布具有相似性,提示针刺足三里穴后健康受试者的脑网络属性存在动态变化,以针刺后45 min变化最显著。钟治平等[30]应用静息态磁共振成像技术的局部一致性探讨足三里穴的中枢神经网络作用机制,拔针后25 min后额叶、颞叶、枕叶与扣带回相关脑区局部一致性发生改变。杨雪捷等[31]发现对足三里、三阴交及太冲联合针刺,拔针后可引起后扣带回、海马的功能活动度改变,证实了针刺后效应的存在。

6 针刺治病机制fMRI研究

借助脑功能成像技术,有助于研究针刺对中枢神经系统的功能调节作用,对进一步揭开经穴的实质、阐释与周围神经的关系具有极高的价值。早期的针刺fMRI研究为减少外界干扰因素以健康志愿者为主,近年来随着研究的不断深入和与临床接轨,广泛开展了针刺镇痛以及针刺治疗缺血性脑卒中、功能性消化不良、抑郁症与高血压等治疗机制的研究,其中在缺血性脑卒中方面做了大量的研究。

对针刺镇痛机理的探讨,韩济生教授[32]认为是不同感觉传入相互作用的结果,这种相互作用发生在中枢系统的延髓网状结构、丘脑髓板内核群与中央灰质等部位,范围涉及脊髓到大脑皮层各个层面,其中初级传入中枢背角和高级感觉整合中枢丘脑发挥着关键作用。有研究认为,针刺镇痛机理在于神经-内分泌系统的调节,针刺作用于肌肤的感受器,通过髓神经将神经冲动传入脊髓灰质,激活含有脑啡肽的内源性神经元,促使蛋内啡肽、p-内啡肽释放,阻断痛觉传入大脑,与此同时,针刺还作用于中脑内肾上腺素源性和血清素源性两个下行控制痛觉的系统[33]。

在针刺镇痛机制受到了广泛关注的同时,众多学者应用fMRI开展了研究。fMRI研究发现,针刺穴位可以引起中脑导水管灰质、丘脑、躯体感觉皮质、杏仁核、扣带回、邻近额叶与小脑等镇痛、疼痛相关脑区信号改变[34]。中脑导水管灰质接受和调节伤害性刺激,是内源性痛觉调制系统的重要结构,对于针刺镇痛调控至关重要;丘脑是外周伤害性信息上传至大脑高级皮质的重要中继站,有大量的纤维往返于丘脑与大脑皮质间,这些纤维在痛觉加工过程中发挥重要作用,在伤害性信息的整合过程中,丘脑中央下核和腹外侧眶皮质参与了痛觉的感受和调制;丘脑核团将痛觉信息投射到皮质区域,躯体感觉皮质负责对外周感觉的传导,大脑皮质作为最高中枢,参与了痛觉的产生过程,对针刺镇痛的影响是一个复杂的调整过程;杏仁核在情感编码、维持自身功能稳定方面起着重要作用;扣带回参与痛觉的刺激定位、运动反应与情绪反应等多种功能的整合;额眶皮质的激活与中脑兴奋性相关,可改变内源性阿片类调节体系,起到镇痛作用,而小脑为处理多重效应之枢纽,参与了疼痛处理过程。覃小兰等[35]发现平衡针针刺头痛穴的镇痛效应可能与以边缘系统为主的多个脑功能区的互相作用有关。于国强等[36]对针刺足临泣治疗腰椎间盘突出症进行fMRI研究,发现右侧足临泣穴的脑激活区左侧中央前回及右侧颞上、中回的激活区多位于皮层,小脑蚓部比较明确地参与镇痛的作用,左侧额上回、左侧岛盖部与右侧压后扣带皮层均在痛觉传导通路上,可能因为痛觉在中枢呈高度分散方式分布,这些区域的疼痛反应是在机体受到伤害性刺激时产生,激活频率较高,从而形成“疼痛矩阵”,说明针刺治疗腰腿痛主要通过镇痛中枢进行镇痛调节起效。

在缺血性脑卒中研究方面,李庆等[37]发现针刺缺血性脑卒中患者足三里、悬钟可激活颞中回、额中回、额上回、岛叶、枕上回、中央前回、中央后回、岛盖与角回等脑区。陈俊琦[38]以缺血性脑卒中患者为对象进行fMRI研究,发现针刺外关穴特异性的指向性激活/负激活运动、感觉、视觉与语言相关脑区,可能是外关治疗运动、感觉及视觉障碍和失语的机制之一。肖慧玲[39]通过对巨刺缺血性中风患者外关穴进行fMRI研究,初步认为巨刺可改变脑区血流状态,并发现外关穴能够指向地作用于与认知、情绪及运动相关的脑部功能区。付彩红等[40]发现与针刺前比较,脑梗患者针刺阳陵泉后ReHo增强的脑区均位于左侧中央前回与中央后回、额中回、扣带回、顶下小叶与岛叶,而ReHo减弱脑区在双侧额内侧回、右侧中央前回、中央后回,提示脑梗患者多个运动相关脑区均存在异常变化,而针刺阳陵泉可通过调节运动相关脑区,促进脑功能代偿、重塑,进而改善运动功能。

在其他疾病研究方面,胡伟等[41]研究功能性消化不良患者针刺足三里后大脑皮层信息反应特点,结果显示针刺足三里时可明显激活颞叶、岛叶、枕叶、下丘脑、扣带回与海马回等区域。曹丹娜等[42]观察老年抑郁症患者针刺太冲穴前后静息态fMRI变化,与针刺前比较,针刺后ReHo值明显升高的脑区为双侧海马及海马旁回、左侧岛叶及左侧颞下回,针刺后ReHo值明显降低的脑区为双侧额中上回、左侧眶部额下回和左侧楔叶等,认为针刺太冲穴可直接影响老年抑郁症患者视觉、情绪与认知相关脑区,进而调节异常皮层的功能活动。王艳杰[43]发现针刺太冲配伍太溪治疗高血压可靶向性作用于前额叶皮质(辅助运动区)和岛叶等边缘系统的脑区,其可能是针刺辅助降压的中枢作用机制。管素梅[44]观察耳综疗法治疗无先兆偏头痛的临床疗效,并借助fMRI为其取效提供证据,结果发现耳综疗法通过对脑区内局部神经元活动的同步性及活动强度的影响以改善相关脑区及脑功能网络的功能,进而干预疼痛信息的感受、传递、处理以及情绪处理和认知调整等过程。

7 针刺fMRI影响因素

针刺fMRI研究结果既存在相同情况,也存在差异。试验条件不同、试验设计不同与试验对象不同等皆会影响最终的结果。

在试验条件方面,磁共振扫描仪本身硬件与软件配置不同,有3.0T和1.5T之分。扫描参数差别最主要是TR和TE,而TE最为关键,其决定图像质量、相位编码获取速度和磁敏感程度,是激活信号对比度和成像速度的重要影响因素。张海等[45]对脑功能磁共振成像的扫描参数进行优化发现,50 ms的回波时间和256×256分辨率的组合为最佳,优于其他参数组合。在试验设计方面,主要有组块设计、事件相关设计和静息态设计之分,每一种分类其具体的设计又有所不同。数据后处理的软件不同,如统计参数图(SPM2、5、8与12)、静息态fMRI数据软件如DPARSF、RESTplus、结果查看软件如REST slice viewer及xjview等软件包的不同。试验对象方面,健康受试者和疾病患者的差异、儿童及青年和老年人的不同、不同时间的不同身体状态,皆会影响试验结果。针刺的方法、强度、深浅、补泻手法与得气感的不同以及受试者针刺过程中的注意力以及心理预期效应,也是影响脑功能变化的因素。此外,fMRI通过大脑血流量间接反映大脑神经活跃程度,故磁共振的噪声、伪影以及磁场不均匀问题及受试者在核磁期间的呼吸和心跳等生理性噪声会在一定程度上影响到图像的变化与质量,如部分额颞叶的激活可能与MRI机器的噪声和试验引起的紧张情绪有关[46]。

8 灸法fMRI效应研究

因灸法在操作时需点燃艾条且有烟雾产生,在MRI扫描室内操作不便、易产生危险,遂该类研究相对较少,且多采用静息态fMRI的研究方法。张冰月[47]运用静息态fMRI的ReHo指标来研究艾灸干预原发性痛经的中枢镇痛机制,艾灸组与安慰艾灸组治疗前后ReHo值差异增大的脑区有右侧梭状回、左侧角回和左侧背外侧额上回,艾灸组与安慰艾灸组治疗前后ReHo值差异减小的脑区有左侧眶部额上回、右侧中央旁小叶和左侧颞中回等。刘灿[48]利用静息态fMRI的ALFF指标观察艾灸功能消化不良患者足三里穴的中枢相应特征差异,发现艾灸时与艾灸前静息对比,左额中回、右顶下小叶ALFF值降低;艾灸时与艾灸后静息对比,右顶下小叶ALFF值降低,左脑岛、右距状回与右颞中回 ALFF值增高;艾灸后静息与艾灸前静息对比结果,左额下回三角部、额中回 ALFF 值降低,右枕叶中部、右楔叶与左中央后回ALFF值增高,提示艾灸可通过调节患者精神情绪、内脏敏感度和疼痛来起到治疗作用。

9 动物实验fMRI研究

fMRI的研究主要集中于健康志愿者及临床患者,但亦有少量学者从动物入手进行研究。林云娇[49]以缺血再灌注损伤大鼠为研究对象,发现电针曲池、足三里穴可以改善运动功能,其中枢效应机制可能与促进运动相关脑区(如运动皮质、纹状体和感觉皮质)的ReHo值升高及增强它们之间的功能连接有关。金香兰等[50]发现针刺大鼠后三里穴可引起丘脑室旁核、下丘脑前区、外侧区和腹内侧区等脑区MRI信号增加,并认为在活体动物实验中fMRI是研究针刺中枢机制的可行方法之一。陈媛等[51]探寻胃俞募穴治疗对脑岛味觉皮层损毁功能性消化不良大鼠的全脑功能连接的影响,结果发现胃俞募穴对大鼠的边缘系统、嗅觉皮层、基底神经节等与情绪、认知和内脏感觉调控相关的脑功能系统具有一定的调节作用,可能是治疗的中枢机制之一。

10 小结

本研究从单穴fMRI研究、腧穴配伍效应机制研究、真假穴及真假刺fMRI研究、针刺效应影响因素研究、针刺后效应fMRI研究、针刺治病机制fMRI研究、针刺fMRI影响因素、灸法效应fMRI研究和动物实验fMRI研究9个方面对近20年关于腧穴特异性的功能磁共振成像的报道进行归纳总结,发现fMRI技术存在自身优势的同时,还存在诸多不足,今后应进一步进行完善。

fMRI具有无放射、精准定位脑皮质、无创伤性、较高的空间和时间分辨率等优势,能够实时反映人体生理或病理状态下脑的结构与功能活动,为针刺提供可视化的证据,为研究针刺机制开辟新的途径,具有广阔的应用前景。与此同时,fMRI作为新兴而复杂的研究手段还存在诸多不足和尚未解决的问题。对于针刺机制的研究虽然取得了进展,但至今尚未取得统一结论,重要原因是fMRI技术的复杂性与多变性,涉及到的试验条件与扫描参数、试验设计、试验对象及配合度和后期处理软件参数的选择等因素,任一条件的改变皆会影响到最终的结果。此外,还存在BOLD信号相对神经活动的延迟性及BOLD噪声有特殊的时间依赖特性和基线漂移问题。到目前为止,国内外在利用fMRI进行针刺机制研究中尚未形成一个相对统一的方法,也是导致结果多样化的因素之一[52]。

针对上述情况,当前核磁设备的提高和信号提取软件的升级已成为重点,有必要对试验设计、扫描参数和数据处理进行规范,形成一套研究针刺机制、数据采集和数据处理的最佳试验方案,为针刺机制的突破性进展创造有利条件。今后研究应尽可能选用高场强磁共振机器、优化试验设计与参数、保证针刺操作的标准化、减少个体差异和加强受试者的配合度,争取在最大程度上降低对试验结果的影响。