針刺治療腦梗死的功能性磁共振成像研究進展

張倍瑋 胡秋菊 黃丹青 王鳴 朱博藝 歐陽鋼 葛偉

腦梗死又稱缺血性腦卒中,是一種腦部血液供應障礙,缺血缺氧引起的局限性腦組織或全腦的缺血性壞死或腦軟化疾病。此病通常在睡眠或安靜時發病,因腦動脈血栓或栓塞性閉塞所致[1],有著高發病率、高致殘率的特點。隨著溶栓等現代醫學技術的發展,腦梗死病人的死亡率明顯下降,但是腦梗死后因腦缺血造成腦的部分功能損傷而遺留的運動、感覺、言語、認知等方面的障礙,給病人的生活和工作造成了非常大的影響。針刺作為中國傳統醫學的精粹,在治療腦梗死及其后遺癥方面有著確切的療效,是國際公認的腦梗死首選治療手段之一[2-3]。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)是近30年來快速發展的一項磁共振技術,可以通過磁共振掃描呈現出各個腦區的功能活動狀態,有著無創且空間分辨率高的特點,是現在獲取針刺影響相關腦功能活動信息的優選手段。本文擬從運用fMRI研究針刺頭穴治療腦梗死的機制進展進行綜述。

1 腦部fMRI

現階段fMRI腦部成像主要使用的是血氧水平依賴性功能磁共振(blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)技術,其理論基于Ogawa等[4]提出的BOLD效應。腦部功能活動多為復雜、快速的神經活動,故BOLD-fMRI所使用的是單次激發的平面回波成像(echo planar imaging, EPI),可在短時間內捕捉到腦功能區的激活狀態。BOLD-fMRI分為靜息態fMRI(resting state fMRI, rs-fMRI)與任務態fMRI(tasking state fMRI, ts-fMRI)兩大類。rs-fMRI是被檢查者在身體靜止、不進行系統的思考且非睡眠狀態下進行的頭部fMRI掃描,有掃描過程簡單的特點,可以檢測無生理活動狀態下的腦功能區激活狀態,適合用于疾病狀態下的腦部神經活動以及正常腦功能的生理神經活動研究。ts-fMRI是在給予被檢查者特定任務狀態下進行頭部fMRI掃描,可以獲得特定任務狀態下的腦組織功能活動。任務狀態下被檢查者需進行主動/非自主的肢體活動或受到感官刺激或自主的系統性思考。ts-fMRI需從受試者的任務啟動前開始掃描直至任務完全結束來獲得此任務狀態下腦功能區的BOLD圖像。

2 fMRI研究針刺治療腦梗死的方式和應用

針刺對腦梗死的治療效果機制曾一直是研究難題,fMRI在臨床上應用后,研究人員發現可以通過使用fMRI捕捉針刺后各腦區的功能活動狀態,來反映不同穴位和針法對中樞神經系統的影響,從而探究針刺穴位如何對疾病起到治療效果。

2.1 rs-fMRI研究 rs-fMRI試驗中,受試者在清醒狀態下,靜息放松地平臥于檢查床,固定頭部,并最大限度減少頭部及身體其他部位的主動及被動活動,盡量不做任何思維活動。早期人們對靜息狀態的理解是一種穩定狀態,這種狀態下的腦活動被認為是無規律的背景噪聲,很少被注意及重視[5];但隨著對腦部神經活動的進一步認識,一些研究發現,靜息狀態下雖不進行思考和自主活動,可腦神經依舊處于代謝較低但復雜、持續的活動狀態,這些不同的神經活動通常都擁有一定的組織性[6],這種狀態下大腦存在的自發功能活動被稱之為默認網絡。而針刺穴位引起腦部神經活動改變的正是大腦的自發性活動,所以rs-fMRI一直是研究針刺治療腦梗死機制的最直觀方法。臨床常用的rs-fMRI腦功能分析方法主要是局部一致性(regional homogeneity, ReHo)、低頻振幅(amplitude low-frequency fluctuation, ALFF)、功能連接(functional connectivity, FC)。

2.1.1 ReHo:ReHo分析法采用肯德爾和諧系數(Kendalls consistency coefficient, KCC)來衡量局部腦功能區中相鄰體素區域活動步調的一致性,KCC值的波動可反映出該區域有神經功能活動變化的存在[7];在腦功能區滿足其特定所需條件下,KCC值更接近1,即此區域神經活動同步性較強,提示此腦區處于活躍狀態。付彩紅等[8]選取陽陵泉穴對20例左側肢體偏癱腦梗死病人行常規針刺治療探究其即刻效應,發現與健康受試者相比,偏癱病人針刺后ReHo信號增強的腦區均位于左側大腦半球,分別為額中回、中央前回、中央后回、頂下小葉、扣帶回、島葉;而右側中央前回、中央后回、雙側額內側回ReHo信號減弱,說明針刺陽陵泉調節了上述腦區的ReHo值,對腦功能重塑與代償有著促進作用。曾曉清[9]研究發現,治療前腦梗死病人相較于健康人的右側楔前葉、前扣帶回、左側海馬旁回、右側腦島、雙側緣上回、左側頂下小葉、右側額中回等處ReHo信號升高,針刺百會、風池、曲池、合谷、足三里、懸鐘、三陰交20次后,中央前回、BA6、角回、額中回、枕中回、顳上回、左側楔前葉處ReHo信號升高。提示針刺這些穴位前病人腦區激活以次級運動區及認知相關腦區為主,針刺后皮質運動區被廣泛激活,認知相關腦區代償減弱;此研究認為針刺這些穴位治療腦梗死的療效,可能與提高腦梗死病人的皮質運動區及認知功能相關腦區的局部一致性有關。謝西梅等[10]也選取了與前者相同的穴位和針刺方式,并對比了右側偏癱腦梗死病人針刺治療前后與健康者的ReHo信號差異,發現治療前病人的初級運動區、運動前區、輔助運動區、頂下小葉ReHo信號明顯增高,這些運動區域是腦梗死后偏癱病人腦功能重組及代償的關鍵區域,針刺后這些運動區域同步性皆有下降,考慮針刺治療腦梗死偏癱的機制之一與調節腦可塑性的變化有關。有學者對不同針刺方法治療腦梗死后的腦ReHo信號的變化進行了比較研究,發現與治療前相比,電針治療后的雙側輔助運動區、扣帶回運動區、初級運動區、運動前區、頂上小葉、頂下小葉、尾狀核、殼核、蒼白球、初級體感區等部位ReHo信號存在差異,而普通針刺治療后的尾狀核、殼核、運動前區、輔助運動區、頂上小葉、頂下小葉等部位信號發生改變;提示針刺治療后一些腦功能區域的ReHo信號被激活、強化,其中電針治療后的信號強弱改變較普通針刺更為顯著[11]。

2.1.2 ALFF:相比ReHo,ALFF可以直接揭示腦功能區域自發活動的BOLD信號強度。rs-fMRI對大腦掃描后,篩選出腦區0.01～0.08 Hz的BOLD信號進行傅里葉變換,并求其平方根,求和后再除以時間點數取平均值就可獲得ALFF[12]。ALFF增高說明神經活動性增高。有學者通過觀察ALFF值變化來研究醒腦開竅針刺聯合物理療法治療腦梗死病人下肢運動功能障礙的療效[13]。通過3周的觀察發現,治療后與治療前相比,ALFF值升高的腦區主要包括右側的中央前回、中央后回、中央旁小葉、楔葉、緣上回、枕上回,及雙側的頂上小葉、楔前葉。ALFF值降低的腦區主要位于左側的梭狀回;治療前后病人右側中央旁小葉的ALFF差值同簡化版的Fugl-Meyer下肢運動功能評定量表評分差值以及改良Barthel指數評分差值均呈線性正相關,驗證了醒腦開竅針刺聯合物理治療對急性腦梗死病人的下肢運動功能及日常生活活動能力有確切的改善作用。由于實驗中ALFF易受大腦內低頻生理噪聲的影響,后續Zou等[14]通過計算ALFF與全部頻率的功率譜均方根的比值(fractional amplitude low-frequency fluctuation, fALFF),有效地解決了這個問題。歐芳元等[15]對比了33例腦梗死伴右側肢體障礙病人針刺治療前后與30例健康人的fALFF值,結果顯示腦梗死病人fALFF值顯著降低的右側楔前葉、左側丘腦、雙側中央前回、左側中央旁小葉,在頭針、體針聯合電針治療后皆開始恢復,而治療前顯著增高的左側直回、右側背外側額上回、雙側眶額回、雙側內側額上回、雙側楔葉在治療后也逐漸正常,治療前fALFF值正常的腦干、左側顳下回等區域在針刺后發生增高。其中左側丘腦、左側中央旁小葉等運動相關腦區,腦梗死運動功能障礙后顯著降低的fALFF在執行針刺治療后恢復正常,提示腦梗死造成的相關腦區神經活動異常引起運動功能損壞,而針刺可改變神經活動異常情況,且針刺后大部分的異常腦區fALFF值恢復,以及某些正常腦區的激活強化證明了針刺改善和促進腦梗死后大腦損傷功能的重組和代償活動。

2.1.3 FC:大腦神經活動時不同腦區之間存在著一定的聯系,如協同工作、傳遞信息等,形成腦功能活動網絡,即FC。FC的作用主要是描述區域之間的相關性,通過尋找2個腦區BOLD信號變化的同步性來確定2個區域之間的聯系,在針刺治療疾病的fMRI研究中很常用。目前針刺治療腦梗死病人感覺運動功能障礙的FC研究已有確切結果[16]。易小琦等[17]納入了21例腦梗死伴右側肢體運動功能障礙的病人和18例健康人,做腦梗死針刺配合電針治療前后的FC變化比較,發現針刺治療顯著增強了雙側初級運動皮質區與右側中央前回、中央后回之間的FC,提示針刺能改善病人在接收處理軀體運動與感覺信息的能力,且針刺后FC增強的區域主要位于健側大腦半球,FC減弱的區域主要位于同側大腦半球,提示針刺治療主要通過增強鏡像區域的神經活動促進運動恢復。Chen等[18]選取左側偏癱腦梗死病人6例,針刺陽陵泉前后進行fMRI掃描,發現右側顳葉、左側舌回和左側小腦的FC值增強,而對側運動皮層和同側下肢運動皮層FC值降低,說明針刺陽陵泉穴可增加運動與認知功能的FC強度,降低健側運動皮質的代償,促進腦梗死病人偏癱和痙攣的康復。

2.2 ts-fMRI研究 ts-fMRI在針刺治療腦梗死上的研究隨著近年來靜息態發展成熟后逐漸減少。任務態研究通過設計試驗,觀察針刺時或針刺后腦梗死病人各個腦功能區動態情況的改變,常用的有組塊設計和事件相關設計。杜鐘名等[19]使用組塊設計探索腦梗死病人感覺運動網絡功能連接及其動態性在針刺左側陽陵泉穴前后的變化及留針的效應機制,以25例右側皮質下腦梗死病人作為試驗組,在fMRI成像下采集靜息態、針刺態圖像,針刺以1 Hz/min的頻率平補平瀉捻針并留針7 min,結果顯示試驗組針刺態感覺運動網絡內FC在左側頂下小葉較靜息態增加,在左側中央后回動態FC較靜息態降低,而25例健康對照組差異無統計學意義,提示針刺對腦梗死病人感覺運動網絡的改變存在時間依賴性;比較針刺態FC圖像發現,試驗組與健康對照組存在雙側內側額上回、左側中央后回、右側中央前回的差異,而靜息態FC僅有感覺運動網絡外的雙側丘腦差異,說明針刺對腦梗死病人和健康人的感覺運動網絡改變模式存在不同。有研究利用ts-fMRI組塊設計試驗探索針刺陽陵泉治療腦梗死的機制,發現針刺陽陵泉緩解肢體痙攣、提高運動協調性是通過激活皮質運動前區、小腦及錐體外系來實現的[20]。史昕玥等[21]將40例腦梗死單側偏癱病人分為長、短病程組,選取陽陵泉穴進行針刺,并在針刺態以及靜息態行fMRI掃描,觀察FC值變化后發現,針刺時初級運動區、背側運動前區、腹側運動前區、輔助運動區之間有特定的效應靶點,考慮針刺通過對這些區域FC的調控,對腦卒中偏癱的腦組織進行重組及腦功能進行重塑。陳建文等[22]對34例腦梗死后手功能運動障礙的病人進行研究,結果顯示,相較于單純運動組,針刺留針基礎上進行患側食指運動時,腦部除對側PMA區、S1區激活例數增多外,還可見到同側M1區、對側頂上小葉等部位的激活。提示針刺可能通過增強多個與運動功能有關大腦區域的活動來影響大腦運動功能的恢復。

3 小結

在針刺治療腦梗死的作用機制研究上,fMRI的腦功能活動信息獲取能力是無可替代的?，F有的大部分fMRI研究表明,針刺可通過促進腦梗死病人損傷的腦功能重組以及激活其他腦區對肢體功能障礙進行代償來治療腦梗死。但此類研究仍存在巨大的發展空間,如針刺各個穴位、手法對腦梗死的治療效果研究數量依舊偏少,并且通過從不同分析角度來綜合探討針刺如何影響各個受損腦功能區的相關研究也不多。rs-fMRI研究針刺治療腦梗死的3種主要分析方法各有優缺點:ReHo可通過同步性對局部的腦神經活動進行準確的觀測,但無法同時捕捉全腦的腦區激活狀態;ALFF雖數據直觀且在升級為fALFF后可排除許多生理噪聲的影響,但依舊避免不了準確性較低的問題;FC在各腦區的協同、拮抗作用上有很好的捕捉能力,但在研究局部的功能活動變化上不如其他方法。因此,想要獲得較為全面且準確的治療效果數據,還需綜合的分析方式。