基于右側腦島功能連接性的哮喘針刺fMRI研究

魏翔宇，陳慧，龔志剛，王輝，黃炎文，詹松華

針刺是治療哮喘的重要補充替代療法之一，大椎、風門、肺俞在各類哮喘，尤其是緩解期哮喘中應用廣泛[1]，根據患者中醫癥候不同，臨床多以此三處穴位為核心，配伍其他穴位進行治療。既往研究多從調控氣道炎癥、免疫調節等角度出發，分析針刺干預哮喘的療效[2-5]。近年來，功能磁共振成像(f unct ional MRI，f MRI)技術被廣泛用于分析針刺作用的腦效應機制[6]，而觀察針刺治療哮喘的中樞機制研究較少。因此，本研究嘗試以大椎、風門、肺俞這一經典穴位配伍模式，探討針刺對哮喘患者腦功能的影響。此外，哮喘患者在長期發病中，腦功能活動的異常逐漸引起關注[7-8]，其中腦島既是人類感覺和情緒處理的高級中樞，同時接受來自內臟和皮膚感受器傳入的信號，例如哮喘患者時常發作導致的呼吸困難，首先波及位于延髓的呼吸中樞，進而通過腦島對患者情緒、認知等心理過程產生影響。因此，本研究以腦島作為目標腦區，采用功能連接性(f unct ional connect ivit y，FC)的分析方法，探索電針大椎、風門、肺俞對哮喘患者腦功能的影響。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本次前瞻性研究共納入哮喘患者與健康受試者各18名，所有患者均來自上海中醫藥大學附屬曙光醫院呼吸科門診。本研究得到上海中醫藥大學附屬曙光醫院倫理委員會批準(No：2019-766-121-01)，所有受試者均已了解實驗內容并簽署知情同意書。

納入標準：確診為支氣管哮喘且處于緩解期的患者(2016版支氣管哮喘診治指南)；年齡18～60歲；男女不限；右利手；近1個月未接受過針刺治療；能夠接受電針并配合完成磁共振掃描；簽署知情同意書。排除標準：近1個月內有發熱、咳嗽或服用過鎮靜藥物；合并有肺部感染、腫瘤或慢性阻塞性肺疾病；伴有抑郁、焦慮、失眠、頭痛等神經或精神癥狀。

1.2 電針方案

大椎、風門、肺俞分別依據中醫針刺穴位位置標準(GB/T12346-006)進行定位。針具采用華佗牌一次性不銹鋼無菌針刺針(0.3 0 mm×40 mm)。所有針刺操作均由同一位具備3年以上經驗的針灸醫師完成，斜刺進針，進針深度為0.5 寸(約12.5 mm)，行平補平瀉手法，以患者出現酸、麻、脹、痛、傳遞等“得氣”感且能耐受為度，隨后開啟電針，采用華佗牌電子針療儀(SDZ-Ⅱ型)，連續波，3/20 Hz，使患者維持“得氣”狀態并留針30 min。健康受試者不接受電針，只進行一次靜息態功能磁共振掃描。

1.3 f MRI掃描

采用聯影uMR 780 3.0 T磁共振儀，32通道硬質頭顱線圈。受試者經檢查后進入機房，取仰臥位，頭戴降噪耳塞，頭兩側用海綿固定。在安靜、閉眼、不執行特定任務的狀態下完成掃描。先行T1WI結構像平 掃，TR：7.2 ms，TE：3.1 ms，翻 轉 角10°，FOV：256 mm×256 mm，層厚1 mm，層數192。再行血氧水平依賴(bl ood oxygen l evel dependent，BOLD)-f MRI掃 描，TR：2000 ms，TE：30 ms，翻 轉 角90°，FOV：224 mm×224 mm，矩陣64×64，層數33層。體素3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm，全腦橫斷掃描，平行于AC-PC線，包括小腦和腦干，每次掃描前行空掃5次。每期掃描時間均為8 min，共240個時間點。

1.4 f MRI數據處理

主要步驟包括：①去除前10個時間點數據，減少初始圖像質量不穩定的影響；②剔除X、Y、Z 3個方向上平移超過1.5 mm和運動旋轉超過1.5 °的數據(若掃描中發現頭動過大，則立刻重新掃描)；③數據標準化至蒙特利爾神經病學研究所(Mont r eal Neur ol ogical Inst it ut e，MNI)空間，重采樣大小為3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm；④去線性漂移；⑤空間平滑及濾波，使用0.0 1～0.0 8 Hz帶通濾波，去除低頻信號和高頻呼吸心跳等生理噪音的影響。

1.5 功能連接分析

用RESTpl us軟件包，右側腦島3個亞區坐標為[9]：右腹側前腦島(vent r al ant er ior insul a，vAI)：X=32，Y=10，Z=-6；右 背 側 前 腦 島(dor sal ant er ior insul a，dAI)：X=35，Y=7，Z=3；右后腦島(post erior insul a，PI)：X=35，Y=-11，Z=6。

提取右側腦島3個亞區坐標周圍6 mm半徑球形區域作為種子點區，計算種子點區域信號的時間序列同其余全腦每個體素的時間序列的相關系數。得到相關系數圖后，利用Fisher變換將相關系數r值轉變為Z值，最后得到每個感興趣區域與全腦的功能連接圖。

1.6 統計學分析

采用SPSS 25.0 軟件，對兩組受試者的年齡、受教育程度等基本資料采用兩樣本t檢驗；性別構成比采用卡方檢驗，以P＜0.0 5表示差異有統計學意義。靜息態功能磁共振數據分析采用RESTpl us軟件(ht t p：//r est f mr i.net/f or um/RESTpl usV1.2 )，將年齡、性別和受教育年限作為協變量。哮喘組電針前和健康組功能連接Z值圖采用兩獨立樣本t檢驗，哮喘組治療前后的功能連接Z值圖采用配對t檢驗，統計結果進行Al phaSim校正(隨機次數1000次，校正后最小簇體素為10，P值為0.0 5)。

2 結果

本研究中，1名患者為左利手予以剔除并重新招募，另有2名患者及1名健康受試者因頭動過大，予重新掃描后圖像符合要求，所有患者均完成了針刺治療且無不適。本研究最終共納入哮喘患者及健康受試者各18名。

兩組基本資料比較(表1)，兩組受試者年齡(P=0.7 1)、性別(P=0.7 3)、受教育程度(P=0.5 3)等基本資料無差異(P＞0.0 5，95%置信區間)。哮喘組電針前與健康組受試者比較(表2)，右側vAI與左側蒼白球功能連接減弱(圖1A)；右側dAI與右側中央前回、右側角回、右側額上回功能連接增強(圖1B)；右側PI與右側顳下回、右側顳上回功能連接減弱(圖1C)。哮喘組電針后與電針前相比較(表3)，右側dAI與左側中央前回、左側后扣帶回、左側角回及右側楔前葉功能連接增強(圖2A)；右側PI與左右中央后回、右側中央前回、左側后扣帶回的功能連接增強(圖2B)。

表1 兩組受試者基本資料比較Tab.1 Demographic data of all subjects

表2 哮喘組電針前與健康組受試者功能連接強度變化Tab.2 Difference FCvalue between patients with asthma and healthy control

表3 哮喘組電針前與電針后功能連接變化Tab.3 Difference FCvalue of patients with asthma before and after EA

圖1 哮喘組電針前與健康組比較。A：右側vAI與全腦功能連接變化(紅-黃色代表功能連接增強區域，藍色代表功能連接減弱區域)；B：右側dAI與全腦功能連接變化(紅-黃色代表功能連接增強區域，藍色代表功能連接減弱區域)；C：右側PI與全腦功能連接變化(紅-黃色代表功能連接增強區域，藍色代表功能連接減弱區域)Fig.1 Comparison of patients with asthma before EA vs.healthy control.A:Difference in FC between the right ventral anterior insula(vAI)and the whole brain.Red-yellow area represents enhanced FC value and blue-green area represents reduced FC value;B:Difference in FC between the right dorsal anterior insula(dAI)and the whole brain.Red-yellow area represents enhanced FC value and blue-green area represents reduced FC value;C:Difference in FC between the right posterior insula(PI)and thewholebrain.Red-yellow area representsenhanced FCvalueand blue-green area representsreduced FCvalue.

圖2 哮喘組電針前與電針后。A：右側dAI與全腦功能連接變化(紅-黃色代表功能連接增強區域)；B：右側PI與全腦功能連接變化(紅-黃色代表功能連接增強區域)Fig.2 A:In patients with asthma,changes of FC between right dorsal anterior insula(dAI)and the whole brain after EA were compared with those before EA(Red-yellow area represents enhanced FC value);B:In patients with asthma,changes of FC between right posterior insula(PI)and the whole brain after EA were compared with thosebefore EA(Red-yellow area representsenhanced FCvalue).

3 討論

3.1 哮喘患者腦島功能異常研究

哮喘對中樞神經系統以及情緒、認知等心理過程的影響被廣泛關注[10]。哮喘發作時的相對缺氧狀態可導致患者潛在的腦損傷，同時也增加患者出現焦慮、抑郁等心理問題的風險[11]。Zhang等[12]進一步針對哮喘伴或不伴抑郁患者進行分組研究，發現右側vAI與左側殼核的FC值增強情況表現為：哮喘伴抑郁組＞哮喘不伴抑郁組＞健康對照組。這些研究表明，哮喘這一慢性疾病過程不僅是單純的氣道炎癥反應，更與情感、認知等功能存在密切聯系，對于未表現出焦慮、抑郁的患者來說，哮喘對腦功能的影響可能更加容易被忽視[13]，而腦島在其中扮演關鍵角色。在腦網絡中，腦島是突顯網絡(sal ience net wor k)的重要節點腦區。研究表明[14]，右側腦島負責執行注意任務，調節大腦默認網絡(def aul t mode net wor k，DMN)和執行控制網絡(execut ive contr ol net wor k)。vAI與前扣帶回(ant er ior cingul at e cor t ex，ACC)相連，負責情緒監控與調節，以及情緒變化與外周反應(如疼痛、呼吸困難)的整合；dAI與ACC和注意控制網絡腦區相連，主要負責高級認知加工；PI主要與初級和次級軀體運動皮層相連，負責疼痛和感覺運動加工[15-16]。本研究兩組受試者基線期比較，哮喘患者右側vAI與左側蒼白球，右側PI與右側顳下回、右側顳上回FC減低。蒼白球與殼核同屬于豆狀核，既往f MRI研究表明[17]，在處理恐懼及悲傷情緒中，蒼白球的自發活性存在異常增高。顳上回為聽覺性語言中樞，顳下回靠近枕葉，與角回同屬于視覺環路的組成部分，負責情景記憶與特征識別，并參與了認知調節等過程[18]。此外，本研究還發現哮喘患者右側dAI與右側中央前回、角回和額上回的FC增高。Zhang等[19]研究發現，經干預后的哮喘伴抑郁患者存在額上回自發活性較干預前增高。結合既往研究結果，推測右側腦島與這些腦區FC值的變化可能涉及到哮喘患者長期發病過程中，氣道阻塞、呼吸困難等癥狀對患者造成的恐懼、焦慮等負面情緒以及患者用藥干預等相關。

3.2 針刺對哮喘患者默認網絡的影響

本研究發現，電針干預30 min后，哮喘組右側腦島與中央后回、中央前回、角回、楔前葉等DMN相關腦區的FC增強。這些腦區屬于DMN相關腦區，越來越多的證據表明，無論健康還是疾病狀態，針刺均表現出對受試者DMN的顯著調制作用，例如Zou等[20]發現針刺對偏頭痛患者DMN的調節主要表現為提高左側額上回與左側楔前葉等DMN相關腦區的FC值；Liu等[21]利用針灸治療坐骨神經痛患者，發現針刺干預后患者腦島與后扣帶回等腦區的FC增加，且增加的FC與疼痛持續時間呈正相關；Yu等[22]發現真假針刺對原發性痛經患者DMN相關腦區FC的調節作用存在顯著差異。本研究結果也一致性地發現了針刺對哮喘患者DMN相關腦區FC的調制作用。腦島亞區由于在功能上有所分化[23]，因此各亞區與DMN相關腦區的FC增強又有所不同。特別注意到，dAI與楔前葉的FC增強，楔前葉參與疼痛的識別、處理和記憶過程[24]，右側腦島與楔前葉的FC增強，可能反映了哮喘患者對針刺疼痛引起的情緒變化。此外，前后腦島均表現出與后扣帶回FC的增強，后扣帶回位于頂葉，與楔前葉毗鄰，也是DMN的關鍵節點腦區，在認知活動中起著核心作用。有研究發現，阿爾茨海默病、缺血性腦卒中等患者后扣帶回區域存在代謝降低和功能失活[25]，結合腦島對情緒和感覺的調控功能，針刺是否通過影響哮喘患者的痛覺認知，間接改善呼吸困難帶來的負面情緒及臨床癥狀，還需要進一步研究加以證實。

受制于針刺腦效應的復雜性以及哮喘這一疾病的異質性，本研究尚存在一些不足之處。首先樣本量較少，女性受試者比例較高，平均年齡較年輕。此外，一次干預后的橫斷面研究，所能分析到的功能連接改變情況其意義是有限的，并且距離發現哮喘特定的腦功能生物信息學標志物或指標還有一段距離。因此，在后續研究中將繼續擴大樣本量，完善受試者中醫證型、用藥情況、心理狀態以及完整治療周期后的功能磁共振數據，以提高本研究的應用價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。