合谷穴针刺周围性面瘫患者脑功能成像初步分析

杨 骏,李传富,张庆萍,袁爱红,徐春生,朱一芳,李落意,赵 斌

(1.安徽省中医院 数字化影像技术实验室，安徽 合肥 230031；2.安徽省中医院 针灸科，安徽 合肥 230031；3.安徽中医学院，安徽 合肥 230031)

针刺治疗面瘫具有显著的临床疗效已经大量的临床研究报道证实[1]，然而如何利用现代医学的科研方法来阐释针刺治疗的内在作用机制一直是一个难题[2]。随着现代科学技术的不断发展以及人们对更好医疗服务需求不断增长，近年来在全球范围内兴起了针刺研究的热潮[3]。作为现代针刺研究的一种最重要技术手段，磁共振功能成像技术(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)在针刺研究中发挥了极其重要的作用。本研究旨在利用任务态针刺fMRI以及静息态fMRI技术，通过周围性面瘫患者与正常健康志愿者的对照研究，分析针刺前、针刺中以及针刺后的fMRI变化，探索针刺治疗周围性面瘫的现代神经生理学机制。

1 资料与方法

1.1 研究对象分组及纳入排除标准 研究对象分为2组，即周围性面瘫组(简称面瘫组)和正常对照组(简称对照组)。面瘫组35例, 女15例，男20例,年龄19～70岁，中位年龄35岁。对照组24例，女14例，男10例，年龄18～29岁，中位年龄23岁。面瘫组均为安徽省中医院门诊或病房收治的周围性面瘫病人，右手利，无中枢神经系统疾病，无精神类疾病，无严重的其他系统疾病。健康志愿者均为在校大学生或研究生，右利手，无精神或神经系统疾病病史，无精神或神经科药物服用史，无严重心、肝、肾疾病等。

1.2 实验步骤与针刺 所有受试者均自愿参加全程实验并签署知情同意书。实验前让受试者更衣、休息，全身放松后进入扫描室。检查时嘱受试者平躺，闭眼，用棉球塞耳，戴上专用隔音耳幔，固定头部，最大限度地限制头部活动；关灯，以减少视觉刺激。整个扫描过程中，受试者尽可能避免心理活动。采用一次性无菌不锈钢毫针针刺受试者左侧或右侧合谷穴，用捻针和留针(非捻针)2种手法。捻针采用平补平泻方法，左右捻针，频率为1 Hz，进针深度约1.0 cm。所有针刺操作均由一名专业的针灸医师完成。实验结束后,详细询问并记录实验过程的相关信息。

1.3 实验设计与数据采集 1)任务态针刺fMRI方案设计:实验采用改良组块设计[4]，采取静息状态(留针)与刺激状态(捻针)交互进行的方式。扫描开始前进针，获得得气感后留针并开始采集fMRI数据，先采集静息32个时间点，然后32个时间点针刺，再48个时间点静息，32个时间点针刺,最后16个时间点静息，每个时间点为4 s整，整个任务态fMRI数据采集共持续10 min 40 s。2)静息态fMRI数据采集：分为针刺前、针刺中以及针刺后共3个阶段。针刺开始前，首先采集10 min共200个时间点的功能数据，每个时间点数据采集持续时间3 s；然后选择左侧或右侧合谷穴插入针刺针，获得得气感后开始采集针刺过程中的静息态功能数据，同样采集10 min 200个时间点的数据，扫描过程中每隔2 min捻针约10 s左右；最后拔出针刺针，再扫描10 min 200个时间点的针刺后静息态功能数据。3)数据采集次序及参数设置：所有fMRI实验均在安徽中医学院第一附属医院影像中心磁共振室完成。使用Siemens Symphony 1.5T MRI全身扫描仪和标准头线圈。共依次扫描8个序列，分别是:①定位像；②T2加权像；③T1加权2D解剖像：取与前后联合连线平行的横轴位，共36层，扫描范围覆盖全脑，采用自旋回波T1加权序列，TR/TE 500/12 ms，FOV 230 mm×230 mm，层厚/间距3.0 mm/0.75 mm，分辨率192×144；④针刺前静息态fMRI:采用EPI-BOLD序列，扫描方位和层数与2D解剖像相同，TR/TE/FA 3000 ms/30 ms/90°，FOV 192 mm×192 mm,分辨率64×64；⑤针刺中静息态fMRI：参数同针刺前；⑥针刺后静息态fMRI：参数同针刺前；⑦任务态针刺fMRI：扫描序列和方位同静息态扫描，参数设置稍有不同，TR/TE/FA 4 000 ms/50 ms/90 °;⑧T1加权3D解剖像：取矢状位，共扫描176层，采用扰相梯度回波序列，TR/TE/FA 2 100 mm/3.93 mm/13 °；FOV 250 mm×250 mm；层厚/间距1.0 mm/0.5 mm；分辨率256×256，扫描范围覆盖全脑。完成全部磁共振扫描数据采集共需约60 min。

1.4 数据处理 所有数据均由安徽中医学院第一附属医院数字化影像技术实验室(国家中医药管理局三级实验室，编号TCM-2009-196)负责处理。1)任务态数据处理方法与步骤:任务态数据处理采用Linux平台下的AFNI程序，处理步骤:①数据预处理：包括数据格式转换、去线性漂移，位置对齐，头动校正，空域滤波，灰度标准化等；②个体统计参数图：利用线性模型分析计算出每个个体数据的统计参数图，并提取其中的coef值作为进一步数据分析所需的对比图(Contrast image)；③空间标准化及滤波：将对比图从原始坐标系转换为标准的TT坐标系并进行空域滤波；④组内分析：将每组数据分别进行组内分析，得出组内分析结果，并进行Monte Carlo阈值校正(P<0.01,α≤0.05)，分别得出面瘫组和对照组的针刺脑激活区；⑤组间分析：将2组任务态的脑功能数据进行组间分析，得出2组之间的脑激活区差异，并进行Monte Carlo阈值校正(P<0.01,α≤0.05)，得出面瘫组与对照组的任务态针刺脑功能激活区的统计学差异。2)静息态数据处理方法与步骤：静息态数据处理也采用AFNI程序，处理步骤：①数据预处理：同任务态处理方法；②频域滤波：保留频率在0.01～0.08 Hz范围内的时间序列信号；③消除头动、脑白质及脑脊液信号的影响；④计算个体数据的脑功能联系参数:共选择了7个感兴趣区作为种子点，分别是后扣带回(post cingulate cortex，PCC)，左侧及右侧第2躯体感觉区(second somatosensory area，SⅡ)，左侧及右侧第1感觉皮层(primary somatosensory cortex,SI)，左侧及右侧第1运动皮层(primary motor cortex，MI)；⑤个体数据后处理：包括提取个体对比图、空间标准化以及空域滤波；⑥组内分析：将2组各7种功能联系的对比图进行组内分析，并进行Monte Carlo阈值校正(P<0.001，α≤0.05)，得出每组各7种脑功能联系的结果；⑦组间分析：将对照组与面瘫组的每种功能联系数据进行组间分析，得出每种功能联系在2组之间的统计学差别，并进行Monte Carlo阈值校正(P<0.01，α≤0.05)。

2 结果

为了避免头动因素可能对数据分析结果的影响,头动幅度超过3 mm或3 °(大约1个体素范围)的数据将被剔除，本文面瘫组35例以及对照组24例的研究数据均符合要求。

2.1 组内分析结果 任务态fMRI组内分析校正后结果在2组均可见多处激活区，但2组的激活区域有所不同，具体参见表1。静息态fMRI数据的组内功能联系分析结果显示针刺前、中、后均表现为全脑广泛分布的功能联系(见表1)，但不同类型功能联系的程度和范围有所不同。

表1 对照组与面瘫组任务态和静息态的组内分析结果

2.2 组间分析结果 任务态组间分析结果显示面瘫组与正常组之间针刺脑激活区没有显著性差异。静息态功能联系的组间比较，从总体上看，大多数功能联系在2组之间，无论是针刺前、针刺中还是针刺后均无显著性差别，见表2(图略)。

表2 对照组与面瘫组的任务态和静息态的组间比较分析结果

3 讨论

3.1 周围性面瘫的静息态脑功能联系变化 面瘫组与对照组的静息态脑功能联系组间对比分析结果显示，面瘫组针刺前的左侧SI和右侧MI的功能联系发生了变化。仔细分析这些变化，发现无论是SI还是MI的功能联系变化都表现在额上回和额中回的运动前区(Promotor Cortex，PMC)，而且都表现为PMC与SI或MI的功能联系增强。PMC主要负责复杂运动的协调，是感觉运动皮层的更高级中枢[4-5]。面瘫病人PMC与MI和SI的功能联系增强很可能是中枢性神经系统的一种代偿性机制，具体的机制推测可能是因为面瘫的肌肉无法执行MI发出的传出神经指令，SI从面部获取的肌肉本体感觉神经传入信息不能与之形成完整的反馈回路，因此更高级中枢的PMC发挥其运动协调功能,反应性增强其与MI和SI的功能联系，以期实现其本身的感觉运动协调功能。

3.2 针刺合谷穴治疗周围性面瘫中枢作用机制 综合上述的针刺前、针刺中以及针刺后的数据分析，我们首次探索性地提出下述关于针刺合谷穴治疗周围性面瘫的中枢作用机制推论。首先,由于面瘫病人的中枢代偿机制，负责复杂运动协调的PMC与SI和MI的功能联系加强；然后,在这种代偿机制的影响下，针刺过程中，负责感觉运动整合功能的SⅡ对针刺反应更加突出，而其他脑区的激活相对减弱;针刺后效应进一步减弱了SⅡ与其他非躯体感觉功能脑区的联系，结果使得感觉运动中枢包括SI、SⅡ、MI、PMC等不同脑区之间的功能联系持续保持增强。这种功能联系分增强实质上就是神经突触活动的增加，而持续的神经突触活动增加将促进脑功能重组的发生，最终发挥针刺治疗周围性面部瘫痪的临床作用。基于中枢神经系统突触可塑性的脑功能重组已经被大量的研究[6]证明是脑卒中病人能够康复的神经生理学基础，在周围性面瘫的康复过程中发挥着重要作用[7-8]。

综上所述，本项研究的数据初步分析结果表明针刺合谷穴治疗周围性面瘫的可能机制是:针刺效应利用SⅡ的感觉运动整合功能，通过弱化与非躯体感觉运动皮层的功能联系，强化感觉运动中枢不同皮层之间的功能联系，促进基于突触可塑性的脑功能重组，实现针刺治疗面瘫的临床作用。然而，尽管本文的研究结果似乎能够比较合理地解释我们提出的针刺治疗周围性面瘫的中枢作用机制理论，但此观点也还有待于对本研究fMRI数据的更深入分析研究证实，具体包括面瘫治疗前后，左右不同侧针刺以及左右不同侧面瘫的对照分析等。

[1]Li Y,Wu X,Hu K-m,et al.Current situation and evaluation of clinicalstudies on acupuncture and moxibustion treatment of peripheral facial paralysisat selected stages[J].Chung i tsa chih ying wen Pan,2011,30(2):153-159.

[2]Robinson N G.Making sense of the metaphor:how acupuncture works neurophysiologically[J].Journal of Equine Veterinary Science,2009,29(8):642-644.

[3]HAN Ji-sheng,YUH-SHAN H.Global trends and performances of acupuncture research[J].Neuroscience and Biobehavioral Reviews,2011,35(3):680-687.

[4]Kathleen K H,Jing Liu,Ovidiu M,et al.The integrated response of the human cerebro-cerebellar and limbic systems to acupuncture stimulation at ST 36 as evidenced by fMRI[J].NeuroImage,2005,27(3):479-496.

[5]Noback C R,Strominger N L,Demarest R J,et al.The human nervous system:structure and function[M].Sixth Edition.Totowa,New Jersey:Humana Press Inc,2005:439-462.

[6]Grefkes C,Fink G R.Reorganization of cerebral networks after stroke:new insights from neuroimaging with connectivity approaches[J].Brain,2011,134(5):1264-1276.

[7]Klingner C M,Volk G F,Maertin A,et al.Cortical reorganization in Bell's palsy[J].Restorative Neurology and Neuroscience,2011,29(3):203-214.

[8]Smit A,der Jos van Geest,Metselaar M,et al.Long-term changes in cerebellar activation during functional recovery from transient peripheral motor paralysis[J].Experimental Neurology,2010,226(1):33-39.