針刺領域在磁共振腦功能成像研究進展

歐丙俊 謝慧 游雁燕

腦的磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是通過一定的刺激使大腦皮層各功能區在磁共振設備上成像的方法,它結合了功能、影像和解剖三方面的要素,是一種在活體人腦定位各功能區的有效方法。fMRI是利用大腦功能區活動時,腦組織的活躍可引起局部順磁性的脫氧血紅蛋白生成減少,使局部腦組織T2或T2*弛像時間延長,從而獲得激活腦區的功能成像圖。其突出特點是應用了平面回波(EPI)技術。近年來,該技術已經成功地運用到了針刺研究的領域,在穴位特異性等方面展開了研究,把針刺特點的觀察、研究和腦功能活動進行了有機的聯系。

1 fMRI的成像原理及成像技術

1.1 fMRI的成像原理

腦功能磁共振成像的基礎是因為血液動力學反應與腦神經活動間存在著密切的聯系。腦組織被激活時,同時伴隨著一系列的局部腦血流、腦血容量、氧攝取和局部腦葡萄糖利用的動力學改變。如腦組織的活躍可引起局部腦血流量增加,局部葡萄糖利用仍與其匹配,但氧攝取量只有輕微的增加,故使血管內的氧合血紅蛋白量增加,而脫氧血紅蛋白減少。脫氧血紅蛋白是順磁性物質,產生局部梯度磁場,使質子快速去相位,因此具有縮短T2的作用,而在腦區激活時,脫氧血紅蛋白量減少,其縮短T2的作用亦減小,同靜息態相比,局部腦區的T2或T2*相對延長,在T2WI或T2*WI上腦激活區信號相對升高,通過磁共振成像系統采集到的圖像上可見到激活腦區的信號強度增加,從而獲得激活腦區的功能成像圖。fMRI實驗設計主要采用“基線 baseline)-任務刺激”的OFF-ON減法模式,其相應信號來自于激活條件的信號減去控制條件的信號。成像時,將激活區高信號以不同顏色疊加于T1WI解剖圖像上,即可獲得相應腦區的功能成像,這種方法又稱血氧水平依賴對比腦功能成像(BOLD-fMRI)。BOLD效應與MR場強有關,場強越大,該效應越強。

1.2 fMRI的成像技術

fMRI大多采用梯度回波T2*加權像脈沖序列,單激發回波平面成像(EPI)。由于EPI在頻率編碼方向上采用了一系列反向梯度,可在一個TR間期內獲得多 個回波信號,即通過一次激發產生的信號包含有足夠重建一幅完整MR圖像所需的全部信息。因此,它是目前最快速的MR成像方法。fMRI技術對MR設備的要求大多是場強在1.5～2.0T以上。

2 腦功能成像技術在針刺特異性研究中的應用

針刺對人體的調節作用與針刺刺激對神經系統的影響和調整作用密切相關[1],針刺對外周神經系統與中樞神經系統(包括腦干、下丘腦、基底節、大腦皮層等)可產生多種不同的影響。腦功能成像技術能夠發現針刺引起哪些腦功能區發生變化,并且可以在一定程度上量化這些反應區域的功能改變,為研究針灸穴位特異性提供了極好的手段。通過功能性腦成像技術發現,給予穴位不同的刺激方式和刺激參數引起的腦功能變化是有差異的[2]。

針刺治療腦血管疾病、癡呆和抑郁癥等的fMRI、研究顯示,針刺效果與腦內部分區域的功能變化有關[3-7]。李霽等[3]、賈少微等[4]的研究都表明,穴位針刺可以使正常人的多個腦區出現功能增高變化。針刺治療抑郁癥、老年性癡呆的腦成像研究[6-7]表明,與腦血管病的針刺效應類似,針刺能夠增強某些腦區的功能活動或局部血流量。這種疾病患者比正常人腦區反應敏感、病變腦區比正常腦區反應敏感的現象,說明針刺治療具有選擇性調節作用,其效應與人體的狀態和腦功能區的狀態有關。

2.1 經絡腦功能成像研究

經絡學說是中醫學的核心基礎理論之一。 中醫認為經絡是運行氣血、聯系臟腑、體表及全身各部的通道,是人體功能的調控系統。 有文獻[8]總結了沿著 9 條經絡的 18 個穴位的腦功能成像研究結果,發現分布在相同經絡的多個穴位,其誘導的腦激活和負激活模式存在相似性,如胃經上分布的穴位,呈現了緣上回的激活,以及扣帶回后部、海馬和旁海馬區的負激活,這種現象是否為不同經絡入腦后的解剖定位還有待更多研究證實。 另外,也有學者應用腦功能成像技術研究經絡理論。“面口合谷收”是指刺激合谷穴對頭面五官部病癥有明顯的療效,是針灸經絡理論之一。 有研究[9-10]發現,針刺合谷穴能同時激活中央后回初級感覺皮層的手部投射區和面口部投射區,同時激活了面口部的運動皮層,直接反映了合谷穴和面口部的密切聯系,為“面口合谷收”理論提供了客觀證據。或許今后一段時間內揭示經絡原理的功能成像將是重要的研究方向。

2.2 穴位腦效應的腦功能成像研究

穴位也稱腧穴,是人體經絡線上特殊的點或局部區域,其主要生理功能是輸注臟腑經絡氣血,溝通體表與體內臟腑的聯系。穴位效應的腦功能成像研究,對照組設置方法十分重要,主要有2類:①假穴真刺激,國內學者多采用這種方法;②真穴假刺激,即采用不刺入皮膚的穴位表皮觸覺刺激法,如粘貼于皮膚表面的針或纖毛機械刺激針等。 這類研究多集中于足三里穴、合谷穴、太沖穴。結果顯示,穴位刺激多可誘發第一二體感區、丘腦、島葉等部位的正激活邊緣葉系統為主腦區多為負激活,腦干、小腦蚓部可出現負激活或正激活現象,而對照組(假穴真刺激或真穴假刺激)則更多地正激活運動區和島蓋、島葉區。 不少研[11-21]發現刺激真穴比對照組出現較多的正激活區和較強而廣的負激活區;刺激真穴誘發的腦功能網絡連接變化比刺激對照組更強、更廣;不同穴位之間出現相似的邊緣葉-旁邊緣葉-新皮層腦網絡的明顯負激活變化,但范圍強度有差異,還有其他腦區的不同,證明了刺激穴位腦效應存在相對特異性。

3 不同針刺方案對腦功能成像的不同影響

3.1 fMRI在針刺單個穴位研究中的應用

足三里穴,是“足陽明胃經”的主要穴位之一,也是臨床最常運用的穴位之一,其具有明顯的整體調節作用,故對其的研究也較為深入。如吳志遠等[22]針刺足三里發現右側的頂下小葉、中央前回、扣帶回、半球間結構(A 處)及左側的額葉皮層下結構和島葉區出現腦功能活動的增加,而半球間結構(B 處)、右側側腦室區、左側前扣帶回處出現腦功能活動的降低。FANG等[23]也報道針刺足三里能激活中央后回及右側額下回,抑制雙海馬旁回、海馬、扣帶回、楔前葉及小腦。 綜上所述,針刺足三里可以相對集中地激活額葉、顳葉、視丘、室旁核,這可能是足三里具有整體調節作用的原因之一。與此同時,其他單個穴位特異性的 f MRI 研究也有不少報道,如付平等[24]觀察了健康老年人和阿爾茨海默病(AD)患者,在針刺同一穴位內關時fMRI腦功能成像的變化,探討了內關穴的作用機制。結果表明,正常組兩側額葉及顳葉均被不同程度激活,AD組表現在額葉、顳葉和扣帶回、小腦等部位不同程度的激活,其他腦區無明顯激活。

以上研究表明經穴與腦功能區之間存在特異性的對應關系,這些特異性關系的發現是對經穴臟腑相關理論的有力佐證。

3.2 fMRI在穴位配伍效應研究中的應用

穴位配伍是指在選穴原則的指導下,針對疾病的病位、病因病機等,選取主治作用相同或相近,或對于治療疾病具有協同作用的腧穴進行配伍應用的方法。 其作用有二,一是可以發揮協同作用,二是可以發揮疏通和溝通作用。

fMRI 在穴位的配伍作用機制研究方面的報道也很多,王葳等[25]發現針刺“四關穴”后激活了雙側小腦半球、小腦蚓部、左側額中回、雙側額下回、雙側中央旁小葉、雙側丘腦、后扣帶回和前扣帶回,且針刺“四關穴”所激活的腦區并非單獨針刺太沖穴和合谷穴所激活腦區的簡單疊加。鄒明珠等[26]發現針刺中渚和陽陵泉穴后均可引起雙側聽覺、視覺相關大腦皮質和雙側軀體運動區大腦皮質及小腦興奮,這可能是臨床治療相關病癥的中樞作用基礎。

以上研究表明針刺特定功能組穴的針刺效應并不是激活單一腦區,而是多個腦區,是通過功能相互聯系的多個腦區相互作用、重新組合分配實現的,而并非組穴中各個單穴所對應的腦功能區效應變化的簡單疊加。

3.3 fMRI 在穴位不同刺激方式作用研究中的應用

鄒燕齊等[27]對外關配伍支溝分別進行皮部淺刺激及常規深度針刺刺激,發現這兩種不同層次刺激對不同腦區的激活無顯著性差異,但二者有著作用傾向的不同,根據各腦區所主功能的不同推測出治療與運動、語音、記憶和情緒有關的疾病應多考慮淺刺,而治療與視覺、平衡、椎體外系相關運動疾病則應考慮深刺。Kong等[28]運用fMRI研究手針和電針對正常人腦的激活效應,針刺合谷穴電針組主要引起中央前回、中央后回、頂葉/殼核和島葉fMRI信號的增強,與之形成對照的是手針組刺激引起扣帶回后部、顳上回和殼核、島葉的fMRI信號的顯著減弱,提示電針和手針刺激有不同的腦網絡參與,在手針和電針中有不同的腦機制被啟動。

4 總結

隨著腦功能成像技術的飛速發展,很多問題仍然沒有解決,不同實驗所得結果不完全相同,甚至出現相悖的結果,這可能與實驗設計有關。為了使實驗設計更嚴謹,實驗結果更具有說服力,研究者今后就需要進一步探討如何消除各種干擾因素,如觀察對象的選擇、實驗環境的設定、介入方法、評價指標等因素,設計出更加完善的實驗。