基于功能性磁共振成像技術(shù)探討針刺太沖穴腦激活區(qū)的性別差異

蔡美意,崔海玲,2,李燎原,李小賈,朱一芳,徐春生,吳子建,5

(1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院,安徽 合肥 230012;2.安徽衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院,安徽 池州 247099;3.開封市第二中醫(yī)院,河南 開封 475000;4.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,安徽 合肥 230031;5.新安醫(yī)學(xué)教育部重點實驗室,安徽 合肥 230038)

針灸可調(diào)節(jié)邊緣—旁邊緣—新皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和默認模式網(wǎng)絡(luò)處的大腦活動[1],且這些大腦網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)情緒和認知任務(wù)時顯示出性別差異。同時,有研究[1-3]證明,針灸的神經(jīng)效應(yīng)在男性和女性之間也有所不同,具有性別二態(tài)性的大腦會以不同的方式處理不同性別之間的針灸刺激,但在腦激活區(qū)的功能連接方面研究有待深入。

太沖穴作為足厥陰肝經(jīng)的輸穴、原穴,針刺該穴具有平肝潛陽、疏通經(jīng)脈、燥濕生風(fēng)、行氣止痛、疏肝理氣、清熱調(diào)經(jīng)、清利下焦等功效,可用于治療肢體經(jīng)絡(luò)疼痛,泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)疾病以及與情緒或自主神經(jīng)相關(guān)疾病[4]。針刺太沖穴可治療偏頭痛[5]、抑郁證[6]以及阿爾茨海默病[7]等多種存在性別差異的疾病,由此推測針刺太沖穴的神經(jīng)效應(yīng)在不同性別之間可能存在差異。

本研究擬采用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance image, fMRI)技術(shù)觀察針刺健康青年太沖穴引起腦激活區(qū)的性別差異,為今后針灸臨床試驗的研究設(shè)計以及治療方案中應(yīng)考慮到的性別因素提供依據(jù)。

1 臨床資料

1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ①志愿者平均年齡(25.5±5.5)周歲,右利手,身體健康,無疾病史;②日常生活作息規(guī)律,無吸煙、酗酒等不良嗜好;③對本試驗知情同意,無幽閉恐懼癥,不暈針,自愿參加;④體內(nèi)無金屬,如戴牙套者進入磁共振掃描室前需摘除牙套;⑤身體表面無皮膚破損,針刺區(qū)域無皮膚破潰、水腫、瘢痕等;⑥近1周內(nèi)未接受過針刺或其他類似治療;⑦神志清楚,心理健康,無中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及體征;⑧顱腦無外傷,無病變及既往無嚴(yán)重的頭部創(chuàng)傷史。

1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①先天性頭顱畸形者;②處于妊娠期或月經(jīng)期女性;③體內(nèi)有金屬義齒、心臟起搏器、心臟支架者;④不能耐受針刺,暈針或凝血功能障礙者;⑤存在視覺障礙、聽覺障礙、言語障礙或書寫障礙者;⑥生殖系統(tǒng)或泌尿系統(tǒng)炎癥以及患有良性或惡性腫瘤者;⑦心血管、肺、肝、腎等重要器官功能障礙者;⑧服用抗癲癇藥、抗痙攣藥、鎮(zhèn)痛藥等藥物者;⑨抑郁、焦慮或近期有重大心理創(chuàng)傷者和精神疾病者。

1.3 剔除和中止標(biāo)準(zhǔn) ①研究過程中因依從性差無法遵循操作指導(dǎo),影響數(shù)據(jù)采集者,予以剔除;②發(fā)生不良反應(yīng)、疼痛感異常,不宜繼續(xù)接受實驗者,予以剔除;③掃描過程中,頭部震動幅度超過誤差者,予以剔除;④掃描過程中,出現(xiàn)咳嗽、搓手等行為者,予以剔除;⑤研究過程中,受試者因個人原因自行退出者,予以剔除。

1.4 一般資料 本研究在獲得安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(批文編號: 2021AH-78)后,招取55例健康成年志愿者并簽署知情同意書,在安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心完成本實驗。女性組25例,平均年齡(23.00±1.68)歲,平均體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)為(19.47±2.56)kg/m2,認為針灸有效21例,對fMRI了解15例;男性組30例,平均年齡(23.40±1.94)歲,平均BMI(20.15±1.67)kg/m2,認為針灸有效27例,對fMRI了解17例。兩組年齡、BMI、“認為針灸有效”百分比、“對fMRI了解”百分比比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。

2 方法

2.1 干預(yù)方法 由同一位具有臨床經(jīng)驗和研究經(jīng)歷的針灸師進行針刺,采用31號1.5寸一次性無菌不銹鋼毫針(環(huán)球牌,0.30 mm×40 mm)針刺左側(cè)太沖穴(LR3)。依據(jù)《腧穴名稱與定位》(GB/T 12346-2006),太沖穴定位在左側(cè)足背側(cè),當(dāng)?shù)?、2跖骨結(jié)合部之前凹陷處。對穴位常規(guī)無菌操作后,直刺0.5寸,采用靜留針和捻轉(zhuǎn)法2種手法,捻轉(zhuǎn)法采用平補平瀉法,左右捻轉(zhuǎn),捻轉(zhuǎn)角度為180°±5°,頻率為每分鐘50次。選用多組塊設(shè)計模式,采取靜息態(tài)(留針)與任務(wù)態(tài)(捻轉(zhuǎn))交互進行的方式:掃描開始之前進行針刺,針刺得氣后開始掃描,采集fMRI數(shù)據(jù)。實驗采取30 s“靜息”與30 s“任務(wù)”的方式交替進行,前面增加20 s靜息數(shù)據(jù),后期分析時剔除,以避免掃描起始時數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。實驗結(jié)束后,詳細詢問并記錄每一位受試者的針刺感覺和檢查過程中其他感覺或心理活動。

2.2 掃描方法 試驗前,充分告知受試者試驗步驟及注意事項,緩解其不安及焦慮情緒,但并不告知針刺穴位的具體信息,保證每一受試者得到相同的指令和信息。囑受試者排空大小便,取出金屬及磁性物品,于準(zhǔn)備室更衣并休息30 min左右,全身放松后,進入掃描室;囑受試者平躺閉眼,取仰臥位,關(guān)燈減少視覺刺激;用棉球塞耳,戴上專用隔音耳幔,除系統(tǒng)噪音外,盡可能去除其他一切聲音;固定頭部,最大程度限制頭部活動,囑受試者在掃描過程中,全身尤其是頭部保持靜止,并盡可能避免心理活動;囑受試者在針刺過程中得氣感達到最大耐受量時握拳示意,保證受試者均得氣。

本試驗使用美國GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀,選擇標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈進行掃描及信號采集。成像序列包括T1權(quán)重圖像(T1-weighted imaging,T1WI)、T2權(quán)重圖像(T2-weighted imaging,T2WI)及fMRI掃描,其參數(shù)如下:

(1)3D高分辨率T1WI結(jié)構(gòu)像(T1-3D BRAVO序列) 重復(fù)時間(repetition time,TR)=8.2 ms;回波時間(echo time,TE)=3.2 ms;反轉(zhuǎn)時間(inversion time,TI)=450 ms,翻轉(zhuǎn)角(flip angle,FA)=12°;矩陣256×256;視野(field of view,FOV )256 mm×256 mm;層厚1 mm,無層間距,矢狀位166層。

(2)T2WI 采用FSE序列進行掃描,具體參數(shù)為TR=9 000 ms,TE=124 ms,FA=111°,矩陣256×256,FOV 250 mm×250 mm,層厚5 mm,無層間距,掃描20層,用來排除腦部其他器質(zhì)性病變。

(3)靜息態(tài)BOLD-fMRI(刺激前) EPI序列:TR=2 000 ms,TE=30 ms,FA=90°,層厚3.0 mm,層間距1 mm,掃描36層,FOV 220 mm×220 mm,分辨率64×64。

(4)任務(wù)態(tài)BOLD-fMRI(針刺穴位) EPI序列的掃描參數(shù)同靜息態(tài):TR=2 000 ms,TE=30 ms,FA=90°,層厚3.0 mm,層間距1 mm,掃描36層,FOV 220 mm×220 mm,分辨率64×64。實驗采取30 s“靜息”與30 s“任務(wù)”的方式交替進行,前面增加20 s靜息數(shù)據(jù),后期分析時剔除,以避免掃描起始時數(shù)據(jù)不穩(wěn)定影響,共190個時間點、380 s。任務(wù)態(tài)數(shù)據(jù)掃描模式圖見圖1。

注:紅色線段表示任務(wù)態(tài)(捻轉(zhuǎn)),藍色線段表示靜息態(tài)(留針)

2.3 圖像處理 實驗數(shù)據(jù)處理在安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院數(shù)字化影像技術(shù)實驗室進行。采用SPM軟件包(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)進行預(yù)處理。首先刪除前10個時間點,因為掃描剛開始信號還未達到穩(wěn)定狀態(tài),受試者也需要一定的時間適應(yīng)掃描的噪聲,按照實驗設(shè)計刪除靜息態(tài)前20 s數(shù)據(jù)。之后利用插值的方法進行時間層校正[36層,層序(2∶2∶36 1∶2∶35),參考層36]。由于時間問題,采集過程中受試者頭部難免會有一些移動,將對數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生較大影響,因此使用空間校正方法校正不同時間點采集到的圖像,以消除頭動的影響。頭動大于3 mm的被試者被剔除。剩余47例被試者(男25例,女21例)的數(shù)據(jù)用于統(tǒng)計分析。不同被試者腦的大小和形狀有所不同,為了能夠進行被試者之間的對比,將每個被試者大腦標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)研究所(Montreal neurological institute,MNI)空間。最后去除圖像序列的線性漂移,并使用頻率為0.008～0.2 Hz的帶通濾波器對圖像進行濾波。

2.4 統(tǒng)計學(xué)方法 根據(jù)實驗設(shè)計和任務(wù)態(tài)數(shù)據(jù)進行個體水平統(tǒng)計分析,獲得個體水平的激活指標(biāo)(con文件)用于組水平統(tǒng)計分析。采用單樣本t檢驗分析兩組受試者腦區(qū)激活的狀態(tài),獨立樣本t檢驗分析兩組差異,P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義,并采用總體誤差(family wise error,FWE)矯正。采用SPM 12軟件包預(yù)處理后,獲得體素值、峰值點以及峰值點坐標(biāo)等信息,并且通過xjview軟件包(https://www.alivelearn.net/xjview)處理獲得的影像數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果

3.1 女性組激活區(qū)域 針刺左側(cè)太沖穴,女性組激活的腦區(qū)有左側(cè)小腦下部、右側(cè)緣上回、左側(cè)中央后回。見表1和圖2。

表1 針刺女性組LR3腦功能激活區(qū)

3.2 男性組激活區(qū)域 針刺左側(cè)太沖穴,男性組激活的腦區(qū)有右側(cè)緣上回、左側(cè)中央蓋溝、右側(cè)中央旁小葉。見表2和圖3。

圖2 針刺女性組LR3腦功能變化3D圖

表2 針刺男性組LR3腦功能激活區(qū)

3.3 男性組與女性組激活區(qū)域比較 當(dāng)體素水平P<0.001、簇水平P<0.05時,在FWE校正情況下未通過校正,高斯隨機場(Gaussian random-field,GRF)未通過校正。但體素水平P<0.05、體素值>200時,與女性組比較,男性組在右側(cè)緣上回、右側(cè)中央溝蓋區(qū)域激活水平增加。見表3、圖4。

圖3 針刺男性組LR3腦功能變化3D圖

表3 針刺兩組腦功能激活區(qū)比較

4 討論

大量的尸體解剖和影像學(xué)研究已證實,人腦在結(jié)構(gòu)上存在性別差異。有結(jié)構(gòu)影像學(xué)研究[8]表明,有腦區(qū)男性的腦容量較女性大,提示性別差異在大腦皮質(zhì)存在區(qū)域特異性。并且大腦連接方式亦存在性別差異,男性主要是大腦半球內(nèi)部的互相連接,而女性主要是兩個大腦半球互相之間的連接[9]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,針對發(fā)病機制性別差異的研究日益增多,性別差異廣泛存在于疾病發(fā)生發(fā)展、行為表達與生理特征等方面。中醫(yī)認為,女子以肝為先天,其發(fā)病機制、思維模式與男性略有差異。因此,本研究將針刺太沖穴與fMRI相聯(lián)系,進而探究針刺效應(yīng)的性別差異。

注:左圖為矢狀位圖,中間圖為冠狀位圖,右圖為橫軸位圖

本研究結(jié)果顯示:女性組針刺左側(cè)太沖穴激活的腦區(qū)有左側(cè)小腦下部、右側(cè)緣上回、左側(cè)中央后回;男性組針刺左側(cè)太沖穴激活右側(cè)緣上回、左側(cè)中央蓋溝、右側(cè)中央旁小葉。針刺青年女性和青年男性健康受試者左側(cè)太沖穴,均引起次級體感皮質(zhì)的信號變化,證實針刺能引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)對軀體刺激作出響應(yīng)。激活腦區(qū)并不完全對稱,表明針刺腧穴的腦效應(yīng)存在偏側(cè)性。針刺太沖穴時大腦活動反應(yīng)存在性別差異,男性組較女性組更廣泛地激活右側(cè)緣上回、右側(cè)中央溝蓋。

緣上回位于頂葉,主管精細的語言協(xié)調(diào)功能,是軀體運動、視覺和聽覺的綜合運動區(qū)。根據(jù)“經(jīng)脈所過,主治所及”理論,太沖為足厥陰肝經(jīng)之穴,其經(jīng)注肺,循喉嚨之后,引熱下行,平肝息風(fēng),調(diào)節(jié)咽喉舌本,主治舌緩不用、轉(zhuǎn)筋舌卷之癥。針刺太沖穴可激活語言運用中樞,治療腦卒中后失語[10]。中央溝蓋位于額葉,額葉參與調(diào)控情感活動、思維演算、分析思考等神經(jīng)活動[11]。足厥陰肝經(jīng)“上出額,與督脈會于巔”,說明肝經(jīng)與腦有關(guān)聯(lián),但并未明確肝經(jīng)是否分布于額葉。徐放明等[12]提出“腦內(nèi)經(jīng)絡(luò)”構(gòu)想,對抑郁患者進行針刺,抑制左側(cè)額葉、右側(cè)額葉等腦區(qū),其實驗結(jié)果與本實驗大體相同,因而可證明肝經(jīng)與額葉關(guān)系密切,說明針刺可以通過調(diào)控中樞來實現(xiàn)治療效果。同時,額葉是大腦皮質(zhì)最高級的神經(jīng)中樞,疼痛信號在額葉也會有所投射,在發(fā)生急性或慢性疼痛時,額葉皮質(zhì)會發(fā)生一系列生理反應(yīng),包括炎癥因子、基因表達、神經(jīng)遞質(zhì)改變,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化[13]。太沖為肝經(jīng)原穴,擅長治療情緒疾病。太沖穴治療抑郁的機制在于肝經(jīng)與額葉的廣泛聯(lián)系[14]。此外,多數(shù)研究結(jié)果表明,額葉參與認知、情緒調(diào)節(jié),抑郁患者多以額葉神經(jīng)活動改變?yōu)橹?腦區(qū)之間的環(huán)路神經(jīng)活動出現(xiàn)異常改變。而本實驗中針刺太沖穴導(dǎo)致額葉激活,可為針刺太沖穴治療抑郁提供依據(jù)。另有研究[15]顯示,男性在針灸時感覺運動腦區(qū)的激活比女性更強,這與本實驗研究結(jié)果相同。

起初通過兩個獨立樣本t檢驗發(fā)現(xiàn),針刺太沖穴后男性組與女性組所激活腦區(qū)差異無統(tǒng)計學(xué)意義,但將體素值降至200時發(fā)現(xiàn),兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義。既往研究證明,針灸的神經(jīng)效應(yīng)在男性和女性之間有所不同,具有性別二態(tài)性的大腦會以不同的方式處理不同性別之間的針灸刺激,因此,雖然兩組激活了不同腦區(qū),但所激活腦區(qū)無明顯統(tǒng)計學(xué)差異。本實驗調(diào)整體素值后才出現(xiàn)差異激活腦區(qū)的原因有3個方面:首先,人體作為一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體,大腦網(wǎng)絡(luò)是異質(zhì)性的,個體因素極有可能對實驗結(jié)果造成影響,因此應(yīng)加大樣本量;其次,穴位具有明顯的偏側(cè)性,本實驗僅針刺左側(cè)太沖穴,針刺右側(cè)太沖穴激活的腦區(qū)差異還有待研究;最后,實驗設(shè)計和分析方法與臨床實踐的關(guān)系仍需研究。未來應(yīng)采用多模式神經(jīng)成像技術(shù),結(jié)合大樣本量、適當(dāng)?shù)姆椒ê途_的對照實驗,探索針刺腦效應(yīng)的性別差異。

綜上,本研究結(jié)果表明,針刺受試者太沖穴激活的腦區(qū)并不完全對稱,針刺效應(yīng)在大腦中具有偏側(cè)性;且針刺太沖穴時大腦活動存在性別差異。大腦和經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)都是一個復(fù)雜且龐大的結(jié)構(gòu),未來可深入探究針刺效應(yīng)的腦功能連接網(wǎng)絡(luò),充分利用針灸影像學(xué)優(yōu)勢并結(jié)合其他實驗方法,為闡明針刺效應(yīng)提供有力的科學(xué)解釋。今后,在臨床試驗的研究設(shè)計及臨床治療方案的制定中應(yīng)考慮性別差異,為患者提供更加合理的治療方案。