淺析針刺物理信號在穴區的啟動和轉導

呂偉,康麗娟,陳肖峰,林小偉,郭永明,2,郭義,2,劉陽陽,2

(1.天津中醫藥大學,天津 301617;2.國家中醫針灸臨床醫學研究中心,天津 300381)

針刺是中醫治療方法,屬于物理療法范疇,它通過刺激體表的穴位以激發機體的整體調節能力,從而達到防治疾病的目的。從中醫學角度來看,針刺入穴位后,通過提插或捻轉等刺激,使穴位局部產生酸、麻、重、脹等“得氣”感,得氣感沿著經絡傳導,到達相應臟腑組織以發揮調節效應。從現代醫學角度來看,針刺入穴位后,可以激活穴區的各種細胞、感受器,引起針刺信號的級聯放大,進而調節機體功能發揮治療效應。由此看來,針刺對穴區局部的刺激是激發針刺效應的關鍵環節。針刺引起穴位局部相關物質或細胞變化,構成了針效的穴位啟動環節[1],是針刺作用原理的重要部分。

針刺的提插、捻轉操作對于機體而言是一種物理刺激,作用于穴位產生的是物理信號,但機體內的各種變化、反應、信息傳遞主要是化學信號過程。針刺物理信號是如何轉變成化學信號從而傳遞針刺信息的,物理信號是否能直接啟動針刺信息的傳遞,與穴位的哪些組織結構相關,信號的轉導有怎樣的特點,與哪些因素相關,這些都是非常復雜的問題。本文從穴位的組織結構、針刺物理信號的啟動、物理信號向化學信號轉導、化學信號啟動4個方面對針刺信號在穴位的啟動和轉導過程進行梳理和淺析,并總結出針刺信號啟動與轉導的時序特點,以期能更好地理解針刺效應的啟動過程。

1 穴位的組織結構

穴位的組織結構是針刺信號啟動和轉導的基礎。研究表明,穴位是由皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、神經、血管、淋巴、筋膜等多種組織構成的立體構筑結構[2]。皮膚的表皮層形成機體的外部屏障,同時也有一定的免疫功能。真皮位于表皮下方,由結締組織構成,主要有成纖維細胞、肥大細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、朗格漢斯細胞等,并存在多種感受器,包括游離神經末梢、環層小體、麥斯納氏小體等,是皮膚感受刺激的主要部位,也是免疫反應的發生部位。皮下組織,常被稱為淺筋膜,主要成分是疏松結締組織和脂肪組織,也含有神經、血管、淋巴管等[3]。肌肉、肌腱被認為是得氣產生的重要部位[4]。針刺信號的穴位啟動和轉導與這些穴位結構密切相關。

2 針刺物理信號的啟動

針刺刺入穴位后通過提插、捻轉等手法操作,針體與周圍組織可產生壓力、摩擦力和牽張力的作用[5],即形成力學的物理信號。穴位處皮膚、皮下組織和肌肉含有豐富的感受器,其中就包含感受力學刺激的機械感受器,如肌梭、觸覺小體、環層小體等。針刺的物理刺激可以直接激活這些機械敏感型感受器,引起神經興奮。用提插、捻轉等手法進行針刺,可在大鼠坐骨神經分支、脊髓背根神經記錄到針刺所誘發的神經電信號[6-7],這些誘發的電信號與針刺刺激頻率基本一致,說明是針刺的機械作用力信號直接誘發了神經放電。對誘發放電的神經纖維進行分析,顯示主要為Ⅱ類纖維,Ⅱ類纖維相當于Aβ纖維,主要傳遞觸、壓覺。早期研究通過分析針刺貓內關和承山穴的神經放電,發現其感受器主要為肌梭,肌梭是分布于骨骼肌中感受牽張刺激的本體感受器,屬于機械感受器[8-10]。此外,董泉聲等[11]觀察了手針對Ⅰ型觸體——梅克爾氏小盤(由梅克爾氏細胞與有髓鞘神經纖維末梢構成,感受觸覺刺激)的影響,發現手針刺激觸體的頭、尾部各測試點,可引起神經放電,損毀觸體后再予以同樣強度針刺刺激,各測試點均不再出現反應,表明手針可以通過直接刺激Ⅰ型觸體引起神經放電。趙晏等[12]發現手針刺激貓的內膝眼穴,可以在內膝眼穴內側背根神經細束處記錄到神經放電,其感受器主要為環層小體,環層小體的主要功能是感受壓力、振動和張力覺。這些研究都表明針刺通過提插、捻轉的物理信號作用于機械感受器,直接誘發神經放電,從而啟動針刺信號的傳遞。

3 針刺物理信號向化學信號的轉導

針刺不僅可以通過物理刺激直接作用于機械感受器啟動針刺信號的神經傳遞,提插、捻轉還可以使穴區處的結締組織產生形變,活化組織間隙的細胞,誘發細胞內化學物質的釋放,引起針刺物理信號向化學信號的轉換傳導。LANGEVIN H M等[13]采用捻轉手法刺激大鼠的離體腹壁組織,發現針刺可使穴區結締組織發生纏繞,纏繞后針體的牽拉力顯著增高,并進一步發現纏繞的結締組織在針體運動時可帶動結締組織的膠原纖維網產生形變位移,進而對組織周圍的細胞,如成纖維細胞產生力學刺激,推測可通過細胞表面的整合素,引起細胞的生物化學反應。成纖維細胞廣泛分布于皮膚的真皮和結締組織層,主要功能包括細胞外基質的合成與重造、調節上皮細胞的分化、組織損傷的修復以及炎癥調節等過程[14]。正常組織的成纖維細胞存在“活化”的表型,組織炎癥可以產生多種刺激物質而使成纖維細胞活化[15]。活化的成纖維細胞可以釋放多種免疫因子,包括白介素-6(interleukin,IL)-6、IL-8、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)等[16-17]。炎癥可以促使成纖維細胞活化,釋放免疫因子,那么針刺是否能引起成纖維細胞的功能變化呢?陳波等[18]對足三里穴區筋膜結締組織的成纖維細胞進行了體外培養,并在細胞表面放置氣壓傳導壓力加載裝置,以模擬針刺對組織細胞的壓力作用,發現成纖維細胞合成分泌前列腺素(prostaglandin,PG)E2和IL-6都顯著增多。QU F等[17]也觀察了不同壓力刺激對足三里穴區筋膜組織中成纖維細胞的增殖活化,發現機械壓力可以激活成纖維細胞上的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路,促進成纖維細胞的增殖活化,提高了下游免疫因子TNF-α、INF-γ的釋放。劉峰等[19-20]研究證實了不同壓力、張力和摩擦力刺激可使成纖維細胞力學感應整合素β1(recombinant integrin β1,ITGβ1)明顯增多,細胞骨架的微絲結構發生顯著改變。以上研究為成纖維細胞介導的針刺物理信號向化學信號轉換傳導提供了一定的實驗依據,但這些研究大部分是細胞實驗,用壓力裝置模擬針刺的機械力作用,尚缺乏針刺對穴位局部成纖維細胞增殖活化的直接證據,此外調控成纖維細胞功能是否會引起針刺效應的改變,這些內容也有待進一步研究。

除了成纖維細胞外,肥大細胞也可能參與了針刺物理信號向化學信號轉導過程。肥大細胞在穴位處多存在于疏松結締組織,沿經脈線上的小血管、神經囊等分布[21],大量研究表明針刺可以促進肥大細胞的聚集和脫顆粒[22-23],其脫顆粒釋放的化學物質,包括組織胺(histamine,HA)、五羥色胺(5-Hydroxytryptamine,5-HT)和P物質(Substance P,SP)等,這些物質參與了針刺效應的發揮,是穴區針刺信號的啟動與轉導的關鍵物質[24-26]。肥大細胞的脫顆粒是如何被激活的?有研究認為針刺可使穴區鈣離子(Ca2+)含量增高,Ca2+可促使肥大細胞脫顆粒[27]。余曉佳等[28]研究表明,針刺足三里穴實施提插、捻轉刺激,可使穴區膠原纖維發生形變,繼而引起肥大細胞的激活。當注射Ⅰ型膠原酶對穴位膠原纖維組織結構進行破壞,肥大細胞的脫粒率顯著降低,針刺效應減弱,說明膠原纖維的形變誘發了肥大細胞脫顆粒。朱海寧等[29]對人的皮下肥大細胞進行體外培養,通過膜片鉗的記錄電極對肥大細胞進行負壓刺激,發現細胞膜上的機械敏感型通道TRPV2被激活,促使肥大細胞脫顆粒,進一步運用鈣成像技術,發現胞內Ca2+濃度增加,并引起了HA分泌釋放,HA可以進一步作用于血管、神經末梢,從而傳導針刺信號。HUANG M等[30]采用提插、捻轉手針刺激小鼠足三里穴,也證實了機械刺激可以作用于肥大細胞上的TRPV2通道,促進肥大細胞脫顆粒,當TRPV2敲除,肥大細胞脫顆粒作用明顯減弱,針刺鎮痛效應明顯減弱。以上研究表明針刺的提插、捻轉可以使穴區處的結締組織產生形變,激活組織間隙的細胞,包括成纖維細胞、肥大細胞,誘發細胞內化學物質(HA,還包括 SP、5-HT、免疫因子等)的釋放,引起針刺的物理信號向化學信號的轉換,這些化學物質又可作用于鄰近的細胞、血管和神經末梢,使得針刺信號級聯放大,從而進一步傳導針刺信息。

4 針刺化學信號的啟動

針刺作為一種有創的機械性的物理刺激,反復刺激可引起局部組織的適度損傷,從而可直接啟動化學信號以傳導針刺信息。有研究者發現針刺后針尖部位附著有膠原纖維、彈性纖維、成纖維細胞、脂肪細胞和肥大細胞組成的受損筋膜[31]。陳靜霞等[32]針刺大鼠足三里穴,發現針刺可以引起穴區肌纖維的斷裂和毛細血管的破裂,在針后6 h穴區組織內有大量的中性粒細胞浸潤,這些研究表明了針刺是一種創傷性刺激。研究發現,針刺后確實有大量的損傷相關分子的釋放,包括腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)、腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)、腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)、腺苷、高遷移率族蛋白 1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)[33-34],這些損傷相關分子是在組織損傷時由壞死細胞被動釋放和(或)激活的免疫細胞主動分泌至細胞外,可作為內源性危險信號參與局部或全身炎癥反應[35]。針刺引起細胞損傷時,皮膚中的角質形成細胞、成纖維細胞、肥大細胞和其他細胞中的ATP會被大量釋放出來[36-37],ATP的代謝產物ADP、AMP、腺苷在針刺后也是升高的[38-39]。針刺引起組織損傷造成的化學物質釋放可以直接啟動針刺信號,傳導針刺信息,發揮針刺效應。例如針刺引起穴區的腺苷含量增高,腺苷可與神經末梢上的A1受體結合,產生鎮痛作用,將A1受體阻斷后,針刺則不能發揮鎮痛作用[40-41],這說明腺苷在穴位局部啟動了針刺效應。此外,QU F等[17]取大鼠足三里穴的皮下組織,在顯微鏡下分離筋膜結締組織,用胰蛋白酶分離獲得原代成纖維細胞,發現給予腺苷 A3受體可以激活成纖維細胞膜上的MAPK信號通路,誘導成纖維細胞增殖活化,這提示腺苷與A3受體結合使成纖維細胞增殖活化可能也是腺苷傳遞針刺信號的途徑之一。席強等[42]通過針刺大鼠足三里穴發現針刺后HMGB1濃度升高,高永輝等[43]在針刺干預足三里穴治療慢性壓迫性損傷大鼠的坐骨神經,發現 HMGB1可通過其受體 CD24上調β-內啡肽的水平而參與針刺引起的外周免疫調節,從而產生鎮痛效果。這些研究表明,針刺的創傷性刺激,引起損傷相關分子的釋放可直接啟動化學信號,這些物質可誘發穴區局部免疫反應,在局部形成一種適度的炎性反應,使得針刺信號級聯放大,一方面作用于周圍的血管、細胞產生局部效應;另一方面作用于鄰近神經末梢,將針刺信息傳遞至脊髓、進一步傳遞至大腦,通過各級中樞的整合調制發揮針刺對病灶靶組織的調節作用。

5 討論

通過上述淺析可知針刺物理刺激作用于穴位時,存在多種信號啟動和轉導方式。穴位處的感受器即有感受機械刺激的,也有感受化學刺激的,且一些感受器還是多覺型感受器[44];穴區處的細胞也可以被多種刺激和多種物質所激活[45],這些因素決定了針刺信號在穴位處的啟動與轉導是一個多物質、多細胞互相關聯的復雜網絡過程。然而目前的研究多是點、線的形式,缺乏面、網的整體研究。因此這個過程的起承轉合經過是什么,又是如何交互影響的并不清楚,也缺乏相關研究。根據針刺操作過程和感受器的作用特點,筆者分析這一過程可能存在一定的時序關系。在最初進行針刺時,提插、捻轉刺激會率先激活穴區的機械感受器,將針刺機械力信號轉變為神經電信號傳向中樞,即物理信號啟動。這是因為機械敏感通道蛋白介導的機械力傳導過程是迄今已知的生物體內最快速的傳導體系,可在毫秒內將機械刺激轉化為電信號[46],針刺時的得氣感產生主要就是機械感受器感受刺激,經神經傳導被大腦感知的[47]。隨著提插、捻轉將穴區膠原纖維、肌纖維纏繞在針身,針刺的機械力作用通過整合素—細胞骨架傳遞給鄰近細胞,并促進MAPK、TRPV2等信號通路的激活,引起細胞增殖、活化,促進了免疫因子等化學物質的釋放,即物理信號向化學信號轉導,這些化學物質可作用于血管和神經進一步傳遞針刺信息。針刺過程中穴位局部可出現潮紅現象,可能就與局部化學物質釋放,如HA、5-HT等作用于周圍血管引起血管擴張相關。當針刺反復刺激時,可引起局部組織損傷,釋放損傷相關分子、炎癥因子等,直接啟動化學信號。針刺后遺留的針感,以及穴區局部的形態色澤變化,可能主要與化學信號的持續刺激相關。這一時序關系研究有助于更清晰地闡釋針刺穴位效應的啟動-轉導過程,對相關環節進行調控,將有助于調控針刺效應,但還需進一步開展科學研究進行論證。

此外,針刺信號的啟動和轉導方式可能與針刺刺激量存在一定的相關性。由于不同感受器,興奮/激活的閾值不一樣,針刺刺激量存在強弱差異。較弱的提插、捻轉刺激可能激活的是低閾值感受器,如 Aα、Aβ神經纖維末梢,以物理信號啟動為主;而中、強度的提插捻轉刺激,以及長時間的刺激,通過結締組織形變激活鄰近的功能細胞,或者直接引起了局部組織的適度損傷,可能以物理-化學信號轉導,以及化學信號的直接啟動為主。以上所述有待進一步從針刺的時間因素、刺激量因素等角度進行深入研究和論證。穴區信號的不同傳導方式如何進一步影響中樞乃至機體的整體調節,對針刺效應有著怎樣的貢獻都有待進一步探究。

綜上,針刺作為一種物理刺激可以直接啟動針刺信息的傳遞,或轉換成化學信號后進行信息傳導;針刺也是一種有創的機械性刺激,能引起穴位局部損傷相關分子等化學物質釋放,通過化學信號啟動針刺信息傳導。研究針刺信號啟動與轉導方式,并探討與針刺時間因素、刺激量因素的關系,以及與針刺療效的關系,有助于從針刺穴位源頭調控針刺效應,促進針刺基礎研究的臨床轉化應用。