針刺豐隆穴腦激活區(qū)功能磁共振成像研究

李曉陵，張坤宇，蔡麗娜，劉曉慧， 竺柏年，姜曉旭，馬健，李崖雪，王豐，*

作者單位：1. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院CT磁共振科，哈爾濱 150040 2. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，哈爾濱 150040

針刺豐隆穴治療疾病臨床應(yīng)用廣泛[1]，大量研究證實(shí)，針刺豐隆穴在治療認(rèn)知障礙[2]、疼痛性疾病[3]等具有顯著的療效，但具體作用機(jī)制尚不完全明確。腦fMRI可以實(shí)時(shí)反映在特定刺激狀態(tài)下腦功能區(qū)的活動(dòng)狀況[4]。因此，本試驗(yàn)采用Bold-fMRI技術(shù)對(duì)針刺豐隆穴和非穴腦激活區(qū)進(jìn)行比較分析，探討針刺豐隆穴的腦效應(yīng)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

18名男性健康志愿者來(lái)自黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，為了避免女性受試者生理周期的影響，本試驗(yàn)未予納入。其中2名受試者由于圖像數(shù)據(jù)頭動(dòng)位移過(guò)大被排除，最終選取16名符合試驗(yàn)納入標(biāo)準(zhǔn)的受試者進(jìn)行分析研究，年齡(22±4.0)歲。本研究通過(guò)了黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：受試者BMI指數(shù)18～24，均為右利手；無(wú)明確外傷史，無(wú)神經(jīng)、精神損傷病史及磁共振掃描禁忌；7 d內(nèi)無(wú)攝入任何藥物，對(duì)針刺操作可接受；頭動(dòng)參數(shù)為：平動(dòng)＜1.5 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)＜1.5°；無(wú)嚴(yán)重的腦器質(zhì)性疾病或急慢性疾病；受試者均需簽署知情同意書。

1.2 試驗(yàn)方案

針刺操作使用一次性不銹鋼針灸針，針長(zhǎng)40 mm，由蘇州康升醫(yī)療器械有限公司制造，該品牌針灸針經(jīng)過(guò)本團(tuán)隊(duì)大量相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證為受磁場(chǎng)影響最小，且針刺部位距離磁體中心較遠(yuǎn)，因此對(duì)試驗(yàn)結(jié)果不會(huì)造成影響。豐隆穴位于小腿的前外側(cè)，在外踝尖上方8寸，條口穴外側(cè)1寸處[5]。選取非穴的位置為豐隆穴上方2 cm，此部位避開(kāi)了其它經(jīng)脈。試驗(yàn)順序是隨機(jī)原則，16名受試者均分別針刺右側(cè)豐隆穴及非穴，針刺深度為10～15 mm，每個(gè)受試者接受2次試驗(yàn)，試驗(yàn)間隔時(shí)間為7 d。fMRI數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，針刺操作采取區(qū)塊設(shè)計(jì)(Block Design)，共7個(gè)區(qū)塊，包括4次留針和3次捻針狀態(tài)，規(guī)律交替進(jìn)行(圖1)，捻針操作時(shí)運(yùn)用平補(bǔ)平瀉法，捻轉(zhuǎn)角度180°±20°，頻率60～100次/min，以酸麻脹痛量化指標(biāo)為中度得氣感。針刺操作由同一名具有豐富針灸經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師完成。

1.3 掃描參數(shù)

采用Philips Achieva 3.0 T TX磁共振掃描設(shè)備。完全休息30 min后，受試者平躺在掃描床上，將頭部放在16通道顱腦線圈中，配置眼罩、耳塞。首先行常規(guī)MRI顱腦檢查，目的是排除腦內(nèi)有器質(zhì)性病變受試者。常規(guī)掃描序列包括T1WI、T2WI，SE-T1WI掃描參數(shù)：重復(fù)時(shí)間(time of repeat，TR) 500 ms，回波時(shí)間(time of echo，TE) 15 ms，視野(fiеld оf viеw，F(xiàn)OV) 230 cm×230 cm，層厚(slice thickness) 6 mm，層間距(slice gap) 1 mm，掃描層數(shù)(slices) 24層，掃描時(shí)間(total scan duration) 2 min 55 s。TSE-T2WI掃描參數(shù)：TR 3000 ms，TE 80 ms，反轉(zhuǎn)角 90°，總掃描時(shí)間2 min 42 s。其他參數(shù)同T1WI。

解剖圖像掃描參數(shù)(T1W-3D-TFE序列)：TR 8.3 ms，TE 3.8 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，F(xiàn)A 12°，Slices 188，層厚1 mm，層間隔 0 mm，總掃描時(shí)間4 min 52 s。功能圖像掃描參數(shù)(FE-EPI序列)：TR 2000 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，F(xiàn)A 90°，矩陣64×64，掃描層數(shù) 36，層厚3 mm，層間隔 1 mm，總掃描時(shí)間9 min 9 s，共270個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

1.4 圖像處理

對(duì)獲得的功能及結(jié)構(gòu)MRI原始數(shù)據(jù)，使用MRIConvert軟件(version 2.0 rev.235，http://lcni.uoregon.edu)將DICOM格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式。在MATLAB (美國(guó)MathWorks公司的矩陣實(shí)驗(yàn)室) 2017a環(huán)境下運(yùn)行DPARSF (version 4.3，http://rfmri.org/ DPARSF)、XJVIEW (version 9.6，http:// www. alivelearn. net/ xjview)軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理及結(jié)果呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括：(1)時(shí)間層校正(slice timing)；(2)頭動(dòng)校正(realign)，若頭動(dòng)＞1.5 mm或1.5°，排除該受試者數(shù)據(jù)；(3)空間標(biāo)準(zhǔn)化(normalise)，利用配準(zhǔn)、分割后的3D-T1像把本地空間數(shù)據(jù)對(duì)齊到蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(Montreal neurilogical institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)空間；(4)空間平滑(smooth)，平滑核(FWHM)為6 mm×6 mm×6 mm。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPM12(statistical parametric mapping，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件。首先采用單樣本t檢驗(yàn)，得到針刺豐隆穴和非穴的腦激活區(qū)數(shù)據(jù)，然后取兩者腦激活區(qū)的并集，并以此作為模板(mask)，再進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)閾值為體素(voxel)水平P=0.001(未校正)，簇(cluster)水平P＜0.05(FWEc校正)，獲得針刺豐隆穴比較非穴相對(duì)增強(qiáng)、減弱的腦激活區(qū)。

2 結(jié)果

與針刺非穴相比，針刺豐隆穴增強(qiáng)腦激活區(qū)包括：右側(cè)額下回(BA45)、頂上小葉(BA7)，左側(cè)頂下小葉(BA40)；減弱腦激活區(qū)包括：右側(cè)邊緣葉、丘腦、前扣帶回(BA32)、額中回(BA46)、小腦后葉，左側(cè)海馬旁回(BA35)、腦島(BA13)、小腦前葉(表1，2；圖2)。

3 討論

3.1 針刺豐隆穴的中醫(yī)理論

傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)所述，豐隆穴出自《靈樞?根結(jié)》：“豐隆者，陽(yáng)血聚之而隆起，化陰絡(luò)交太陰，有豐滿之象，故名豐隆”，是足陽(yáng)明胃經(jīng)絡(luò)穴，具有健脾、化痰、利濕的功效，脾胃運(yùn)行正常，則痰無(wú)所生，所以本穴是治痰要穴，因“百病皆由痰作祟”[6]，因此本研究選取豐隆穴為研究對(duì)象。

3.2 針刺豐隆穴較針刺非穴增強(qiáng)的腦激活區(qū)分析

本研究中，針刺豐隆穴相比非穴額下回(BA45)、頂上小葉(BA7)、頂下小葉(BA40)腦區(qū)相對(duì)特異性增強(qiáng)激活。有研究表明，額葉的外部是空間信息材料實(shí)施的主要部位[7]，與信息工作記憶的編碼和提取有關(guān)[8]。Sack等[9]揭示頂葉皮層的激活與視空間任務(wù)密切相關(guān)，如物體位置的變化可導(dǎo)致雙頂葉皮層的強(qiáng)激活。針刺豐隆穴在治療認(rèn)知功能障礙疾病發(fā)揮重要作用[10]，結(jié)合本項(xiàng)研究結(jié)果，筆者推測(cè)與增強(qiáng)激活額葉、頂葉相

圖1 針刺操作試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。R：為得氣后留針狀態(tài)；S：為捻針狀態(tài) Fig. 1 Acupuncture operation test design. R is the state of the needle after the gas is obtained. S is the state of the twisting needle.

解剖部位 右/左 Brodmann分區(qū)t值 體素?cái)?shù) MNI 坐標(biāo)系

X Y Z

額下回 右 BA45 3.85 78 54 21 12頂上小葉 右 BA7 2.90 67 42 -48 33頂下小葉 左 BA40 2.85 65 -36 -45 51關(guān)腦區(qū)有關(guān)。頂葉是處理空間特征信息的主要部位，尤其在短期空間記憶的認(rèn)知過(guò)程中尤為突出[11]。

表2 針刺豐隆穴較針刺非穴減弱的腦激活區(qū)Tab. 2 Compared with acupuncture at sham acupoint, acpuncture at Fenglong weakened areas of brain activation

3.3 針刺豐隆穴較針刺非穴減弱的腦激活區(qū)分析

圖2 針刺豐隆穴較針刺非穴增強(qiáng)、減弱的腦激活區(qū)軸位圖。紅色表示增強(qiáng)的腦激活區(qū)，藍(lán)色表示減弱的腦激活區(qū) Fig. 2 Axis map of acupuncture at Fenglong point compared with acupuncture at sham acupoint enhancement and weakened brain activation area. Red indicates an enhanced brain activation area and blue indicates a weakened brain activation area.

針刺豐隆穴相比非穴，筆者發(fā)現(xiàn)丘腦、前扣帶回、腦島等腦激活區(qū)減弱，這些腦區(qū)主要管理疼痛的認(rèn)知和識(shí)別，形成“疼痛矩陣”[12]。臨床上，針刺豐隆穴用于治療頭痛、下肢痿痹、腹痛、腹脹、潰瘍性疼痛等疾病，且療效顯著[13]。本研究中，穴位刺激在上述腦區(qū)引發(fā)的激活，可能是針刺豐隆穴能起到緩解患者疼痛的中樞作用機(jī)制之一。丘腦是有害信息和疼痛信號(hào)進(jìn)入大腦皮層的中繼站[14]，是最重要的感覺(jué)整合中樞，與疼痛具有一定程度的相關(guān)性[15]。在本試驗(yàn)中觀察到丘腦活動(dòng)減弱，可以說(shuō)明丘腦在疼痛調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。腦島具有調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動(dòng)、情緒和疼痛的功能[16]，相關(guān)研究表明，島葉是脊髓丘腦系統(tǒng)的一個(gè)重要的感覺(jué)輸入?yún)^(qū)，參與疼痛和觸覺(jué)等信息處理[17]。在研究疼痛方面，應(yīng)用fMRI技術(shù)觀察腦功能區(qū)改變，眾多文獻(xiàn)證實(shí)島葉是最常見(jiàn)的腦激活區(qū)之一[18]。本研究中，腦島活動(dòng)相對(duì)減低，與先前研究證實(shí)腦島與疼痛有關(guān)的生理反應(yīng)以及回避行為密切相關(guān)的結(jié)論相符[19]。前扣帶回主管情緒處理，在＂疼痛矩陣＂網(wǎng)絡(luò)中對(duì)疼痛信息的整合起到重要作用[20]。本研究中，相比非穴針刺豐隆穴后觀察到前扣帶回激活腦區(qū)減弱，這與以往針刺穴位和非穴 fMRI研究中所觀察到的結(jié)果一致[21]。此外，本試驗(yàn)小腦前、后葉也出現(xiàn)了激活減弱腦區(qū)，研究證明小腦不僅具有協(xié)調(diào)軀體運(yùn)動(dòng)功能[22]，而且還參與了痛覺(jué)認(rèn)知的過(guò)程，也是痛覺(jué)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的重要部分[23-24]。

3.4 針刺非穴腦效應(yīng)分析

試驗(yàn)中針刺非穴對(duì)腦區(qū)的激活效應(yīng)，筆者理解為：一方面是非穴位于豐隆穴上方2 cm，可能正處于足陽(yáng)明胃經(jīng)經(jīng)氣布散的區(qū)域，理論上，該非穴針刺臨床功效較弱。如何進(jìn)一步界定豐隆穴與非穴的區(qū)別，還應(yīng)細(xì)化試驗(yàn)條件后再進(jìn)一步研究[25]。另一方面針刺非穴可能產(chǎn)生不良的效應(yīng)甚至加劇疼痛，即激活了疼痛相關(guān)腦區(qū)[26]。所以和豐隆穴比較，兩者存在顯著差異。

綜上所述，本研究結(jié)果表明，相比非穴針刺豐隆穴腦激活區(qū)具有相對(duì)特異性，這些激活的腦區(qū)與認(rèn)知、痛覺(jué)處理等功能相關(guān)。為針刺豐隆穴腦效應(yīng)機(jī)制提供了可視化依據(jù)。

利益沖突：無(wú)。