無先兆偏頭痛患者針刺治療后雙側楔葉的鏡像同倫功能連接改變

張亞男，劉璐，張雅杰，劉大鵬，劉妮，汪振佳，王麟鵬，霍健偉*

偏頭痛是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要特征為單側劇烈搏動性頭痛[1]，其患病率高、致殘率高、醫(yī)療負擔重，嚴重影響患者的生活和工作質量[2-3]。臨床上以無先兆偏頭痛(migraine without aura，MwoA)居多。針刺治療可減少偏頭痛發(fā)作天數(shù)、頻次，降低頭痛嚴重程度，改善患者生活質量[4-6]。其效果與預防性藥物治療相同，甚至更好[7]。因此，世界衛(wèi)生組織推薦針刺治療偏頭痛，因為它安全、有效且無副作用。然而，針刺治療偏頭痛的中樞機制尚未完全闡明，其影響大腦神經(jīng)元活動的靶向腦區(qū)也不明確。目前急需研究探索針刺治療無先兆頭痛的神經(jīng)機制。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)已被廣泛用于尋找針刺治療偏頭痛所調節(jié)的靶向腦區(qū)。體素-鏡像同倫功能連接(voxel-mirrored homotopic connectivity，VMHC)是一種新的rs-fMRI 分析指標，用于評估雙側大腦半球之間的功能連接程度。主要通過描述左右半球對稱區(qū)域自發(fā)活動的高度同步來反映半球間的信息交流和協(xié)調功能[8]。既往rs-fMRI 研究發(fā)現(xiàn)了MwoA 患者前扣帶回VMHC 降低，并與前扣帶皮層膝部各向異性分數(shù)降低呈正相關[9]。另有研究觀察到月經(jīng)性偏頭痛患者雙側額中回、楔前葉、前扣帶回和中央后回的VMHC 較健康對照明顯升高[10]。最近研究發(fā)現(xiàn)MwoA 患者雙側丘腦間的VMHC 異常增強，且以丘腦為種子點做與全腦的功能連接分析，觀察到與左側額上回、額中回存在功能連接的增強，并與頭痛程度或發(fā)作頻率呈負相關[11]。截至目前，關于偏頭痛患者與健康人間VMHC 的變化仍不十分明確，通過查閱國內外相關文獻，目前沒有治療后偏頭痛患者VMHC 動態(tài)變化的研究。

因此，本研究提出MwoA 患者可能存在不同于健康對照組的疼痛相關腦區(qū)VMHC 的異常變化，針刺治療后這些異常可能得到改善，VMHC 的改變也可能與臨床評分存在一定的相關性。本研究通過收集MwoA患者和健康對照組的臨床和影像數(shù)據(jù)，旨在探索MwoA 的病理靶點及針刺治療調節(jié)的腦區(qū)，有望為今后的靶向治療提供客觀依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般材料

2017 年2 月至2021 年12 月，首都醫(yī)科大學附屬北京中醫(yī)醫(yī)院針灸科門診前瞻性地招募MwoA 患者，同時通過網(wǎng)絡宣傳及社區(qū)招募健康對照者。所有受試者在試驗前均了解了課題內容，并簽署了知情同意書。本研究通過了北京中醫(yī)醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會的審核(批準文號：2021BL02-055-02)。研究中關于人類的研究遵循《赫爾辛基宣言》(2013年修訂)。

所有受試者的篩選及評估由有經(jīng)驗的針灸科醫(yī)生完成。MwoA患者納入標準如下:(1)符合國際頭痛疾病分類Ⅲ(ICHD-3 beta)診斷標準[1]；(2)年齡18～65歲；(3)右利手；(4)至少1 年的偏頭痛病史；(5)偏頭痛發(fā)作頻率至少每月2 次。健康對照組入組標準除沒有偏頭痛病史外，性別、年齡和受教育程度需與MwoA患者相匹配。所有受試者的排除標準為：(1)其他類型的頭痛；(2)其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病和精神障礙；(3)危及生命的嚴重疾病，如心血管疾病、急性傳染病等；(4)懷孕、哺乳和備孕期；(5)近3個月使用預防偏頭痛藥物和針灸治療；(6) MRI檢查和針灸治療的任何禁忌證；(7)顱腦嚴重結構異常；(8)酗酒、吸毒。

收集所有受試者的基本信息，包括性別、年齡、受教育年限和患者的病程。此外，所有患者需要詳細記錄頭痛日記，包括頭痛的部位、頻率、強度、天數(shù)、伴隨癥狀等。采用視覺模擬評分(Visual Analogue Scale，VAS)、頭 痛 影 響 測 試-6 (Headache Impact Test-6，HIT-6)問卷、偏頭痛殘疾評估(Migraine Disability Assessment，MIDAS)問卷、貝克焦慮量表(Beck Anxiety Inventory，BAI)和貝克抑郁量表(Beck Depression Inventory，BDI)進行基線和4 周針刺治療后的評估。VAS 評估頭痛的嚴重程度，患者自己根據(jù)自身感受，將疼痛賦予數(shù)值，范圍為0～10，其中0 為無痛，10 為能感受到的最劇烈的疼痛。HIT-6 用來評估頭痛對生活的負面影響程度，6 道問題，分數(shù)從36～78 分不等，分數(shù)越高，說明對生活影響越大，60 分以上為嚴重影響，56～59分為較大影響，50～55分為有一定影響，49 分以下則為無影響。MIDAS 是偏頭痛對生活、工作及家庭的負擔進行評估，0～5 分說明很少或沒有負擔，6～10分輕度負擔，11～20分中度負擔，21分及以上為重度負擔。BAI 對評估患者焦慮狀況的自測量表，共21 個問題，15～25 分為輕度焦慮，26～35為中度焦慮，36分以上為重度焦慮。BDI也是通過21道問題評估患者抑郁狀況。10分及以下為無抑郁，10～15 分說明有輕度情緒不良，但沒有達到抑郁的標準，總分大于15 分，表明已有抑郁，而當大于25 分時，說明抑郁程度已經(jīng)比較嚴重了。

本研究招募了75名患者，其中57人完成了針刺治療和兩次fMRI掃描。由于運動偽影和臨床評估不完整，排除3例病例，其中2例頭動校正平移超過3 mm，1例臨床資料缺失。46名性別、年齡和受教育年限相匹配的健康對照者參與了研究，2例因頭部運動明顯而被剔除。最后，研究包括54名MwoA患者和44名健康對照者。

1.2 針刺治療

由一名具有20年以上臨床經(jīng)驗并在國家衛(wèi)健委注冊的針灸科醫(yī)生對MwoA 患者進行每周3 次、連續(xù)4 周的針刺治療，而健康對照組沒有任何治療。每次持續(xù)30 min。穴位的最終選擇是根據(jù)臨床經(jīng)驗和前期的隨機對照試驗研究確定的[12]。針刺部位有百會、神庭、本神、率谷及風池。具體手法為向鼻尖方向斜刺風池(雙側) 0.8～1.2寸，從前向后平刺百會、神庭及本神(雙側) 0.5～0.8 寸，從上向下平刺率谷(雙側) 0.5～0.8 寸，使患者脹(痛)得氣，平補平瀉。針型為一次性消毒鋼針(直徑0.25 mm，長度40 mm，華佗針，蘇州，中國)。所有患者均采用同樣的針刺治療方法，除針刺外無其他治療方法。

1.3 磁共振檢查

所有fMRI數(shù)據(jù)均在首都醫(yī)科大學附屬北京中醫(yī)醫(yī)院放射科3.0 T MRI 掃描儀(德國，埃爾朗根，西門子醫(yī)療系統(tǒng)，Skyra)上獲取。頭線圈為自帶的二十通道相控陣線圈。數(shù)據(jù)采集被安排在患者的發(fā)作間期完成，這意味著患者在掃描前后至少72 h 內沒有偏頭痛發(fā)作。受試者仰臥在掃描床上，使用海綿墊固定頭部，盡量減少頭部活動，佩戴入耳式耳塞降低機噪音對受試者的影響。檢查過程中，要求受試者不動，保持清醒和放松，閉眼，不思考任何特別的事情。

首先獲得T1 加權像：重復時間2300 ms：回波時間2.32 ms，體素0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，層數(shù)192，間隔0；翻轉角度8°，視野240 mm×240 mm，矩陣256×256。然后掃描回波平面成像序列，參數(shù)如下:重復時間3000 ms，回波時間30 ms，體素2.3 mm×2.3 mm×3.0 mm，層數(shù)40；翻轉90°角，視野220 mm×220 mm，矩陣94×94，時間點150 s。

1.4 rs-fMRI的預處理及指標計算

基于MATLAB R2015b,使用腦成像數(shù)據(jù)處理與分析工具箱(DPABI，http://rfmri.org/DPABI)和統(tǒng)計參數(shù)圖(SPM 12，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對圖像進行預處理分析。詳細的預處理步驟包括：(1)將原始DICOM數(shù)據(jù)轉換成NIFTI格式。(2)刪除每個受試者前10 個時間點的數(shù)據(jù)。(3)時間層校正消除采集時間的差異。(4)頭動校正，所有頭部向任何方向運動導致平移3 mm 和(或)旋轉3°的受試者都被排除。(5)將功能像配準到T1 解剖圖像，然后以蒙特利爾神經(jīng)學研究所的空間進行標準化，并重新采樣為3 mm×3 mm×3 mm體素大小。為了結果更加準確，將白質、腦脊液和Friston 24個頭部運動參數(shù)作為協(xié)變量進行回歸分析。(6)為降低低頻數(shù)據(jù)引起的漂移和生理性高頻噪聲的影響，進行時域帶通濾波(0.01～0.1 Hz)和去線性漂移。(7)最后，用4 mm×4 mm×4 mm半高寬的高斯核對圖像進行平滑處理。

VMHC 的獲得是計算半球內對稱體素剩余時間序列之間的皮爾遜相關系數(shù)。然后通過FisherZ變換將計算得到的相關系數(shù)轉換為歸一化的Z值。并在組間進行進一步分析。

1.5 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 22.0軟件對臨床數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用卡方檢驗檢測針刺治療前MwoA患者和健康對照組的性別差異。采用兩組雙樣本t檢驗比較年齡、文化程度等連續(xù)變量。采用配對t檢驗比較針刺治療后所有MwoA 患者偏頭痛天數(shù)、VAS、HIT-6、MIDAS、BAI、BDI等指標與基線數(shù)據(jù)的變化。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

fMRI數(shù)據(jù)統(tǒng)計檢驗在DPABI工具箱中完成。計算健康對照組和MwoA患者基線數(shù)據(jù)、健康對照組和針灸治療后MwoA數(shù)據(jù)的VMHC值，采用兩樣本t檢驗，將性別、年齡和受教育年限作為協(xié)變量。采用配對t檢驗比較患者治療前后VMHC差異。將VMHC差異顯著的腦區(qū)作為感興趣區(qū)，提取數(shù)值進一步進行相關性分析。多重比較采用高斯隨體場理論(Gaussian random field，GRF)，將統(tǒng)計閾值設置在體素水平P＜0.001和組水平P＜0.05。

對所有MwoA 患者針灸治療前后雙側楔葉VMHC值與臨床評分變化情況進行Pearson 相關性分析。這些相關分析的顯著性水平為P值＜0.05。

2 結果

2.1 人口統(tǒng)計學基線數(shù)據(jù)及臨床特征

MwoA 患者與健康對照組在性別、年齡、受教育年限等方面差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05) (表1)。

表1 MwoA患者與健康對照組的基線特征Tab.1 Baseline characteristics of MwoA patients and healthy controls

2.2 臨床預后

與基線評估相比發(fā)現(xiàn)針刺4周后，患者在偏頭痛發(fā)作天數(shù)、VAS、HIT-6、MIDAS、BAI 和BDI 方面均有顯著改善(P≤0.001) (表2)。

表2 MwoA患者針刺治療前后臨床指標的變化Tab.2 Clinical outcome measures before and after acupuncture treatment in MwoA patients

2.3 VMHC結果

與健康對照組相比，針刺前MwoA 患者雙側小腦Ⅷ區(qū)、楔葉和中央后回VMHC降低，而針刺后患者雙側小腦Ⅷ區(qū)和中央前回VMHC 降低。針刺治療后，MwoA患者雙側楔葉VMHC 較針刺治療前明顯升高。上述VMHC更改的細節(jié)如表3和圖1所示。

圖1 無先兆偏頭痛患者治療前后、健康對照之間體素-鏡像同倫功能連接(VMHC)顯著變化的腦區(qū)。1A示藍色區(qū)域為相比健康對照組，針刺前患者VMHC減低的腦區(qū)；1B示針刺后患者較健康對照組VMHC減低的腦區(qū)(藍色)；圖1C示針刺治療后相比治療前VMHC增加的腦區(qū)位于雙側楔葉(紅色)。Fig. 1 Brain regions that showed markedly changed voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) among migraine without aura patients before and after acupuncture treatment and healthy controls.The blue areas in the figure 1A were the brain areas with reduced VMHC between patients before acupuncture compared with healthy controls.The brain areas with reduced VMHC in patients after acupuncture versus healthy controls were shown in blue in the figure 1B.The brain areas with increased VMHC after acupuncture compared to before treatment were located in the bilateral cuneus(red areas)in the figure 1C.

表3 MwoA患者治療前后、健康對照之間VMHC的變化Tab.3 The VMHC changes among MwoA patients before and after acupuncture and healthy controls

2.4 雙側楔葉VMHC與臨床指標的相關性

MwoA患者經(jīng)針刺治療后，雙側楔葉VMHC增加與BAI評分改善呈正相關(r=0.291，P=0.033)，見圖2。雙側楔葉VMHC的變化與偏頭痛天數(shù)、VAS、HIT-6、MIDAS和BDI的變化無明顯相關性(r=0.852，r=0.695，r=0.218，r=0.324，r=0.637，P＞0.05)。

圖2 無先兆偏頭痛患者針刺治療后雙側楔葉體素-鏡像同倫功能連接(VMHC)與貝克焦慮量表評分改善的相關性。Fig. 2 Correlation between the voxel-mirrored homotopic connectivity(VMHC) in the cuneus and Beck anxiety inventory changes in migraine without aura patients after acupuncture treatment.

3 討論

本研究主要關注MwoA患者發(fā)作間期以及針刺治療后VMHC 的變化，并探討這種治療背后的潛在神經(jīng)機制。研究結果表明，與健康對照組相比，針刺前MwoA患者雙側小腦Ⅷ、Ⅰ區(qū)、楔葉和中央后回的VMHC明顯降低。針刺治療后，患者的頭痛天數(shù)明顯減少，頭痛程度減低，對生活的影響，以及情緒方面也有一定改善。rs-fMRI 結果顯示患者雙側楔葉VMHC 明顯高于針刺治療前。有趣的是，楔葉是橫向和縱向研究重疊的腦區(qū)。此外，雙側楔葉VMHC 針刺前后的變化與BAI評分的改善呈正相關。

3.1 MwoA患者與健康對照組的橫向研究

本研究對MwoA患者和健康對照組的基線rs-fMRI數(shù)據(jù)進行了組分析，觀察到一些對稱腦區(qū)VMHC受損。小腦公認為是疼痛矩陣的一部分，參與情緒、高級認知功能、感覺功能和運動控制相關的多種疼痛加工維度[13-14]。先前的fMRI 研究已經(jīng)證實了偏頭痛患者存在小腦的功能和結構異常。一項誘發(fā)三叉神經(jīng)痛的試驗將54例偏頭痛患者和健康對照組進行對比發(fā)現(xiàn)患者小腦半球Ⅵ、Ⅶb 及Ⅷa、小腦腳Ⅰ和Ⅵ區(qū)灰質體積顯著增大，同時患者還有導水管周圍灰質和左側小腦腳Ⅰ區(qū)(刺激的同側)之間的功能連接增強，小腦腳與丘腦及其他高級皮層間功能連接減弱。小腦腳同時出現(xiàn)了功能和結構的異常，它與大腦皮層的顳葉、額葉和頂葉的高級認知區(qū)域密切相關[15]。有研究觀察了靜息狀態(tài)時14 例MwoA 患者和健康對照組灰質體積的變化，發(fā)現(xiàn)了患者雙側小腦、左側小腦腳Ⅰ區(qū)灰質體積較健康人縮小[16]。小腦體積的縮小也被報道出現(xiàn)在前庭性偏頭痛的患者中[17]。具體的偏頭痛對小腦灰質體積的影響結果爭議不斷。同時，有研究認為右側小腦與右側內側前額葉皮層之間的功能連接增強，推測小腦可能通過認知調控機制參與疼痛感知[18]。盡管部分結果有所不同，但大部分研究都確認了小腦與偏頭痛有關，可能是由于小腦與認知功能的高級中樞相聯(lián)系。無論如何，本研究創(chuàng)新地通過rs-fMRI 的VMHC 指標探索偏頭痛患者小腦半球的VHMC 變化，結果提示小腦參與了偏頭痛發(fā)作和調節(jié)的過程，可能是一種失代償表現(xiàn)。

除了小腦外，本研究還發(fā)現(xiàn)患者雙側中央后回VMHC降低，大量研究證實中央后回主要涉及識別疼痛感覺過程。先前的一項與腦干相關的基于種子點的rs-fMRI研究顯示，右側黑質和右側中央后回之間的功能連接減弱，并進一步發(fā)現(xiàn)這種連接減弱與偏頭痛持續(xù)時間呈負相關[19]。這些網(wǎng)絡的破壞可能會改變MwoA 患者的軀體感覺皮層的功能模式，導致其功能障礙，并且在初級體感覺皮層和顳葉皮層之間也發(fā)現(xiàn)了這種變化[20]。此外，在一些研究中發(fā)現(xiàn)了此區(qū)域結構的變化。與對照組相比，34 例MwoA 患者雙側中央后回皮質增厚。該區(qū)域的平均厚度與病程和估計終生頭痛頻率呈正相關[21]。中央后回在偏頭痛的病理生理學中起著至關重要的作用。皮質和皮質下結構的神經(jīng)可塑性變化可能是周期性偏頭痛長期過度刺激皮質的原因或結果。此區(qū)域結構和功能異常增加了我們對偏頭痛的中樞機制的認識。

楔葉位于枕葉，通過將注意網(wǎng)絡自上而下的信息傳遞給視覺皮層，參與視覺選擇性注意[22]。在之前的研究中，MwoA 患者右側丘腦和右側楔葉之間的功能連接增強。進一步的相關分析表明，兩者之間的功能連通性改變與廣泛性焦慮障礙評分呈負相關[23]。楔葉在發(fā)作間期較高的激活可能與代償和緩解頭痛有關。本研究發(fā)現(xiàn)雙側楔葉VMHC 減弱，可能是一種失代償，說明偏頭痛可使MwoA 患者靜息狀態(tài)下視覺皮層的VMHC發(fā)生改變。這種變化被另一項探討MwoA患者視覺網(wǎng)絡變化的研究所證實，他們發(fā)現(xiàn)患者存在視覺網(wǎng)絡內部以及與其他腦網(wǎng)絡相關腦區(qū)功能連接失調，部分腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路功能損傷，并且隨著病情的持續(xù)進展，MwoA患者部分代償腦區(qū)呈失代償改變[24]。

3.2 MwoA患者針刺治療前后縱向研究

在對rs-fMRI 數(shù)據(jù)的縱向研究比較中發(fā)現(xiàn)針刺治療后較治療前雙側楔葉的VMHC明顯升高。關于針灸的神經(jīng)影像學研究已經(jīng)證實了針刺能夠引起偏頭痛患者的大腦反應，主要調節(jié)的腦網(wǎng)絡區(qū)域包括額葉、顳葉、枕葉、頂葉、間腦、腦干和小腦等[25-26]。一項隨機對照研究比較了長期針刺誘發(fā)的腦活動區(qū)域同質性的差異。與非穴位相比，穴位的腦反應更廣泛、更明顯。大多數(shù)區(qū)域與疼痛矩陣、外側和內側疼痛系統(tǒng)、默認模式網(wǎng)絡和疼痛處理的認知成分有關[27]。與本研究一致的是，針刺激活穴位治療后，楔葉功能連接增加。這種表現(xiàn)也在電針率谷穴治療偏頭痛的fMRI 研究中得到證實[28]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)了楔葉結構的異常。該研究將有反應者定義為偏頭痛天數(shù)減少50%以上的人，希望通過基線腦灰質體積預測針刺治療偏頭痛的療效。在4周的針灸治療后，有反應者顯示出左側楔葉灰質體積的增加，而無反應者沒有[29]。然而，上述兩項研究并沒有發(fā)現(xiàn)楔葉結構或功能變化與針刺治療MwoA 的臨床療效之間的相關性。二者都缺乏健康組的對照，且前者的樣本量很小。本研究顯示雙側楔葉VMHC值針刺前后的變化與BAI 評分呈正相關。這些結果表明針刺誘導的調節(jié)作用有可能通過增強雙側楔葉的激活來改善癥狀，尤其是患者的焦慮狀況。這種情緒的調節(jié)在月經(jīng)性偏頭痛患者的針刺治療中也得到了證實[30]。但具體兩者之間的關系還需要后續(xù)因果研究加以證實。如果能夠明確針刺前后VMHC的改善與臨床療效之間的確切關系，針刺中樞機制的研究將產(chǎn)生很大臨床價值，為后續(xù)探索奠定基礎。

3.3 局限性

本研究雖然有一些發(fā)現(xiàn)，但仍存在一些局限性。首先，除了部分腦區(qū)VMHC降低外，患者與健康對照組之間沒有發(fā)現(xiàn)VMHC升高的腦區(qū)。VMHC的變化需要更多的研究確認。其次，針刺治療偏頭痛的療效探索應分為反應組和無反應組，限于樣本量有限，本研究沒有涉及這方面內容，后續(xù)研究會擴大樣本量完善此方向。第三，本研究僅觀察了4 周的針刺療效，關于針灸即刻和長期機制的研究需要在后續(xù)研究中補充。最后，本研究還沒有明確證實大腦的功能改變是否與結構改變一致。因此，在今后的工作中應該包含結構和功能數(shù)據(jù)分析的多模態(tài)分析。

綜上所述，本研究觀察到MwoA 患者發(fā)作間期出現(xiàn)VMHC受損，主要涉及雙側小腦、視覺皮層和初級軀體感覺皮層。針刺治療后臨床療效改善顯著，并可調節(jié)雙側楔葉減弱的VMHC。本研究可能有助于更好地了解偏頭痛發(fā)病的中樞機制和針灸治療的調節(jié)作用。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。