手針和電針足三里穴持續性效應的功能磁共振成像研究

譚建豪　王燕燕　隆曉菁　刁彥君

摘 要：通過采集的靜息態腦功能磁共振成像數據和并對其進行分析，分別探索傳統手針和電針足三里穴的人腦持續性效應的中樞神經系統活動.選擇12例（6男，6女，23～27歲）無針刺經歷的、右利手健康成年志愿者，分成手針組（12例）和電針組（12例）.手針刺激（2 Hz）和電針刺激（2 Hz，連續方波，電流強度 0.5～1.4 mA）實驗中，針刺刺激分別以2 Hz的頻率對足三里進行2 min的雙向捻轉，采集針刺刺激前后靜息態的數據進行預處理并對其進行統計分析.統計結果顯示手針和電針針刺足三里后引起了不同的持續性效應，包括中腦和基底神經節在內的參與與鎮痛有關的神經遞質釋放的腦區結構，在針刺刺激后階段呈現出了持續性的活動.兩種針刺模態下不同的腦區響應模式表明兩者可能在經絡傳輸通道和神經遞質系統的活動存在差異.

關鍵詞： 功能磁共振成像；持續性效應；手針；電針

中圖分類號： R445.2；R245 文獻標識碼：A

fMRI Investigation of the Sustainedeffect of Manual

Acupuncture and Electroacupuncture

TAN Jianhao1， WANG Yanyan1， LONG Xiaojing2， DIAO Yanjun2

（1. College of Electrical and Information Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China；

2. Shenzhen Institute of Advanced Technology， Chinese Academy of Sciences， Shenzhen， Guangdong 510085， China）

Abstract：This paper investigated the sustained effect of central nervous system activities on human brain between traditional manual acupuncture and electroacupuncture on ST36 by collecting restingstate functional magnetic resonance imaging （fMRI） data and analyzing the fMRI data. 12 （male/female=6/6， aged from 23 to 27） acupuncture naive， righthanded healthy adult volunteers were chosen and divided into manual acupuncture （MA） group （12 subjects） and electroacupuncture （EA） group （12 subjects）. The needle was rotated bidirectionally at the frequency of 2 Hz for 2 minutes stimulation on ST36 during MA （2 Hz） and EA （constant square wave， 2 Hz， intensities ranging from 0.5 to 1.4 mA）. Statistical results showed that manual acupuncture and electroacupuncture induced different longlasting responses after the administration of acupuncture on ST36.Structures associated with the release of analgesiarelated neurotransmitters， including the midbrain and basal ganglia， presented prolonged activities in poststimulus stage. Different patterns of brain responses between the two modalities may show differences in the transmission channels of meridian and activities in neurotransmitter system.

Key words： functional magnetic resonance imaging； sustainedeffect； manual acupuncture； electroacupuncture

針刺是中國傳統醫學的重要部分，至今已有2 500年的歷史，針刺作為替代醫學或輔助醫學療法已被西方國家所承認，但針刺的作用機制尚未被闡明.臨床上廣泛應用的功能磁共振成像有著無創性、高分辨率、無輻射等優點，從而為針刺與中樞神經系統之間聯系的研究提供了方便.靜息態是指大腦在沒有特定目標任務時一直存在的持續性大腦功能活動，它是在生理基態水平下發生的活動，有著易操作、被試配合程度高等優點.針刺特定穴位可以引起大腦相應的功能反應，該反應能夠被功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging ， fMRI）技術所探測，本文主要是用手針和電針針刺足三里，通過fMRI技術研究針刺穴位后的靜息態人腦功能區的活動情況，比較手針和電針針刺后的腦功能區變化，探索手針與電針的機理有何不同，以期對針刺穴位的作用機制進行研究和初步探討.

1 材料和方法

1.1 實驗對象

國人健康志愿者12例，男女各6例，年齡23～27歲不等，皆為右利手，受教育程度都為大學本科以上，受試者均無針刺經歷，無神經病及精神病史，近1周內未服用任何鎮靜藥物，無疼痛、煩躁、焦慮等癥狀.所有被試者在試驗前被告知試驗內容，并簽署了知情同意書，受試者有權在實驗的任何時候退出.

1.2 針刺方法

手針實驗時，針刺均由同一位執業針灸醫師來操作，手針采用無菌一次性奧氏體不銹鋼針（長度：50 mm ，直徑：0.32 mm ），針刺左側下肢足三里，垂直進針，以頻率2 Hz進行捻轉刺激，進針深度10～15 mm.電針實驗中，采用韓氏電針儀器，電針刺激參數為：頻率2 Hz，連續方波，除針刺足三里之外，還需選取足三里附近假穴處進針以形成電流回路（圖1），假穴只有在電針實驗時才被選用.行針期間詢問被試的得氣感避免其產生疼痛感覺.

1.3 實驗方案

每個受試者分別進行手針足三里和電針足三里兩次實驗，實驗設計采用非重復的事件相關設計（nonrepeated eventrelated）^{[1] （圖1），每次實驗包括8 min的前靜息，2 min得氣狀態下的捻針，刺激之后2 s拔針，以及14 min的后靜息.為排除不同刺激的相互干擾，同一受試者兩次試驗的間隔為一周，掃描過程中受試者平臥于檢查床，閉目平靜呼吸，使用泡沫頭墊固定頭部以最大限度減少頭部運動，并用橡皮耳塞減少噪音， 同時要求被試者不進行任何系統性思維活動并保持清醒.掃描結束后告知被試填寫針刺過程中的針感量表（0 =無痛覺， 1～3=輕微， 4～6=中等， 7～8 =強烈， 9 =劇烈，10 =不能忍受）.}

8 min前靜息作為基線，得氣后針灸刺激2 min，以及14 min后靜息

1.4 數據采集

采用西門子公司3.0T MAGNETOM超導磁共振成像系統和12通道相控陣頭線圈進行頭顱MR掃描.采用3D Turbo FLASH序列獲得功能圖像的解剖參考圖像，參數如下：TR/TE 1.9s/2.53 ms，FOV 250 mm，層厚 1 mm，翻轉角 9°，矩陣 256×256.BOLD功能成像采用梯度回波T2*加權成像脈沖序列平行前-后連合線矢狀位獲得，成像參數：TR/TE 2 s/20 ms， FOV 200 mm， 翻轉角 90°，層厚 3 mm，矩陣 64×64.

1.5 圖像處理及統計學分析

應用統計參數圖SPM8（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）軟件對針刺刺激前的240個時間點，以及針刺刺激后的420個時間點（分為前6 min靜息的180個時間點和后8 min靜息的240個時間點）分別進行數據預處理，前靜息去掉前10 幀圖像以避免fMRI時間序列圖像受磁場不均勻性的影響，功能圖像數據經過時間及運動校正、空間標準化、空間平滑預處理.將旋轉移動>2°，平移>2 mm的數據剔除， 空間平滑處理采用6 mm×6 mm×6 mm半高全寬的高斯核.

定義分析模型和統計分析：用t檢驗分析針刺刺激前的8 min靜息，刺激后的前6 min以及后8 min靜息狀態下的腦功能圖像數據，P<0.05認為有顯著性差異，將腦功能區激活圖疊加到模板上，并用SliceViewer（http：//www.restfmri.net/）顯示并分析信號變化.

2 結 果

在手針和電針得氣刺激過程中沒有被試報告刺痛針感.兩種實驗下的針感量表表明電針較之手針產生了明顯的酸痛和隱痛針感（P<0.05）.其他的針感如麻木，脹痛和熱則沒有發現顯著性差異（P>0.05）（圖2）.

數據處理中2名被試者因為頭動過大而被剔除，剩余的10個被試的數據進行進一步的統計分析，兩種針刺模態下針刺足三里穴拔針后后靜息的前6 min和后8 min腦部分別出現了不同區域的激活以及負激活（圖3）.手針試驗中拔針后的前6 min靜息態中顳葉、頂葉、感覺運動皮層、小腦、腹側中腦分別出現了顯著的左側激活，顯著負激活的腦區有右側枕回、雙側眶額皮質、雙側前扣帶回、雙側尾狀核、左側伏隔核、下丘腦（圖3（a））；在后8 min靜息態中負的血液動力學響應持續降低而正血液動力學響應增加，統計結果顯示左側顳葉、枕葉、頂葉以及雙側邊緣系統包含前扣帶回和海馬、左側小腦、腹側中腦左側出現了血液動力學響應信號的增加，信號降低的腦區有雙側額上回、雙側前扣帶回、雙側尾狀核、雙側下丘腦（圖3（b））.電針實驗中拔針后的前6 min靜息態出現了大范圍的負激活.包括右側頂葉、雙側額上回和額中回、眶額皮質、枕葉、扣帶回、下丘腦、小腦，激活區域有雙側額上回、腦島、小腦、左側殼核、左側蒼白球以及右側尾狀核（圖3（c））；后8 min靜息態激活區域有左側殼核、左側蒼白球、雙側腦島、小腦和腦干，負激活區域有雙側眶額皮質、頂葉、右側顳葉、雙側丘腦、下丘腦、前扣帶回和小腦（圖3（d））.

針感

3 討 論

本實驗對手針和電針針刺穴位后的持續性效應進行了研究，中國傳統醫學和長期積累的臨床實踐經驗表明，針刺在行針停止后能夠產生持久的效應，研究針刺的持續性效應能夠幫助我們理解與針刺相關的腦部活動的時域特征.一些研究人員以人類志愿者為實驗對象已經研究了針刺引起的神經元響應活動^{[2-6]. Bai等人[5，7]認為手針在不同的腦區能引起持續性活動和隨時間改變的神經元響應.Qin等人[6]發現在針刺穴位的過程中和針刺穴位后存在明顯不同的神經調節，從而表明了針刺后存在特定的時空編碼/解碼機制對潛在的持續性效應起著調節作用.另外一些研究[3-4，8]還報道了針灸在刺激后的靜息態腦活動中對腦網絡連接也有影響.}

（a）手針實驗拔針后前6 min；（b）手針實驗拔針后后8 min；（c）電針實驗拔針后前6 min；

（d）電針實驗拔針后后8 min； R：實際腦部右邊；L：實際腦部左邊

本實驗發現手針拔針后的后8 min出現大范圍的激活，而電針拔針后的后8 min出現大范圍的負激活，并且手針拔針后的前6 min靜息態與電針相比激活和負激活的腦區都有著明顯不同.這一結果表明手針和電針可能有著不同的調節機制，并且隨著時間的變化，這兩種針刺模態的腦部響應也發生了變化，這一結果與Bai等人^{[5，7]的研究結果一致.}

本實驗結果表明，行針后持久的神經元響應在兩種針刺模態中存在于不同的腦區包括腦干、部分邊緣/旁邊緣腦區以及腦島.實驗中腹側中腦的激活只出現手針模態下，而電針靜息實驗中并沒有發現中腦的顯著差異.已有研究表明針刺足三里穴能夠刺激肌肉周圍神經，這些周圍神經發送信息給腦部告知其釋放通過阻塞疼痛信號的傳輸進而產生麻醉的內源性阿片類物質^{[9].中腦神經元釋放充當局部神經遞質作用的內啡肽來激勵位于腦干下端的延腦頭端腹內側.延腦頭端腹內側轉而投射到位于脊髓背角的疼痛傳輸神經元來抑制疼痛感的傳輸.以前的研究已經報道了中腦在針刺后的持續階段有比較強的活動[10]，表明手針針刺的后靜息調節可能通過激活內啡肽的下行抑制通路產生鎮痛從而持續地對中腦產生影響.}

邊緣/旁邊緣腦區既調節神經內分泌系統也在針刺鎮痛中調節腦干下行控制脊髓^{[11]，這些腦區包括大腦皮層以及腦部皮質下區域例如杏仁核、海馬、下丘腦、伏隔核、基底核、扣帶回和眶額皮質.本實驗中部分邊緣/旁邊緣系統在手針靜息實驗中不同的時間段呈現了不同的響應模式，而在電針靜息實驗中的前6 min和后8 min均顯示負激活，盡管目前關于邊緣/旁邊緣系統在針刺治療效果中調節的生理機制仍然不為人所知，但可以推測若干神經回路可能通過整合自主神經系統的功能，調節體內平衡，控制情緒、認知以及記憶特異性地參與了針刺的延遲響應.}

除了腦干和邊緣/旁邊緣這些腦區，實驗結果顯示電針實驗中前6 min和后8 min均出現了腦島的激活，而手針實驗中并未檢測到腦島的顯著變化，一些研究^{[12-13]指出了腦島在針刺的持續性效應階段刺激非依賴變化中也起著重要作用，表明腦島可能參與了監控針刺效果的不間斷調節.然而，這個發現僅僅在我們的電針實驗中被觀察到.另外一些學者還發現即使在針刺假穴時腦島也是激活的[14].因此腦島的神經元響應可能與很多復雜的因素有關（例如行針時的針感等）.}

以上討論了針刺足三里后靜息狀態下手針和電針在腦干和邊緣/旁邊緣以及腦島中存在的差異，可以發現手針和電針足三里引起的大腦響應存在著很大不同，同時還推測針刺效果可能并非通過單一腦功能區，而是通過有功能聯系的多個腦功能區所形成的一個復雜的流動性網絡的相互作用而實現的.我們的實驗再一次證實，電針鎮痛可能是通過興奮或抑制與痛覺調制相關的多個腦功能區而實現的.本實驗對手針和電針持續性效應的研究有利于我們在未來的研究中探索不同針刺模態潛在的針刺神經化學機制.

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