关于针刺穴位效应启动的初始调控机制的探讨

赵雪,陈波,郭义

(天津中医药大学实验针灸学研究中心,天津 300193)

穴位是针刺刺激的初始应答部位,可以感受针刺的物理刺激并将其转化为可被机体识别的生物学信息,穴位局部微环境的变化在信息转换中发挥着重要作用。基于多年研究基础,我们认为,穴位局部的神经、肥大细胞和一些化学物质与针刺效应的初始调控有关,三者相互作用、相互影响,构成了针刺起效的源头环节。

1 穴位微环境中神经、肥大细胞和化学物质对针刺刺激的应答

多年的研究表明,针刺会引起穴位微环境中神经感受器的兴奋、细胞功能的激活和各种相关化学物质的释放,这些变化可能与针刺穴位效应的启动有关。

1.1 针刺刺激可直接或间接地引起针刺部位的相关神经兴奋,触发启动神经调节,不同针刺参数可引起神经放电序列编码的不同组合

穴位形态学研究表明,穴区较非穴区组织内存在有更为密集的感受器、游离神经末梢、神经束和神经丛等神经装置[1]。刘克等[2]通过电生理学和形态学方法研究表明,穴位区传入神经末梢密度远比非穴位区高,其中临床常用穴位区神经末梢最为密集,神经末梢密集带沿着经脉的走向分布,证实“穴位”是神经支配密集的易兴奋的皮肤/肌肉-神经复合体。这些特征构成了针刺穴位效应特异性的组织结构基础。针刺可引起支配穴位的传入神经电信号发生变化[3],切断或采用辣椒素处理传入神经后,可明显减弱针刺效应[4-5],这些研究结果均表明,支配穴位的传入神经与穴位针刺效应关系密切。

针刺刺激参数不同可产生不同效果。从神经系统角度来看,这与传入神经纤维的类别和神经电信息的编码等特性有关。由于动作电位是全或无的,即阈下刺激不能引起动作电位的发放,而一旦达到阈刺激或阈上刺激,引起的动作电位一般不会影响电位幅度,而只会对放电的频率模式和时间模式产生影响。神经系统是以离散的动作电位放电序列进行信息的表达和传递[6],不同信息就包含在这些动作电位的组合和序列中,我们此前承担的国家自然科学基金重点基金(2006—2009,编号 50537030),应用非线性动力学方法(如熵、分岔、复杂度、混沌特性分析等)分析不同针刺手法引起的神经动作电位编码序列的差别,结果表明,针刺引起的脊髓背根神经电信号具有混沌特性;不同针刺手法引起的外周传入神经的动作电位编码不同,有其各自特征[7]。

1.2 穴位处肥大细胞丰富,针刺可引起针刺部位肥大细胞脱颗粒,触发启动一系列反应

早期研究发现,肥大细胞密度在腧穴区明显高于非穴区,经脉线上的肥大细胞也相对丰富,且经穴区肥大细胞代谢更为旺盛[8-9]。

针刺作为物理性刺激刺入机体后,施行提插或捻转手法,会引起穴位局部组织的肌梭提拉或旋转,造成轻微的损伤,这种刺激可使针刺部位的肥大细胞被激活,使肥大细胞脱颗粒。复旦大学的研究者应用膜片钳单通道电流记录技术,证明了力、热、光等刺激因素对肥大细胞膜上相关离子通道(如TRPV2通道、Cl﹣通道)的调控作用,在机械力的作用下,通道电流增加,参与调节肥大细胞脱颗粒和胞内Ca2﹢浓度[10]。

肥大细胞脱颗粒后释放一些化学介质,其中 P物质、组织胺、5-羟色胺、缓激肽等活性物质可进一步触发一系列反应[11]。如P物质等神经递质可触发神经活动;组织胺、缓激肽等能扩张毛细血管及微静脉,使血管内皮基底膜暴露,血管通透性增强,炎性介质渗出,表现为一定程度的炎性反应。这种炎性反应可能是针刺效应产生的始动环节之一[12]。

1.3 针刺可引起穴位局部的化学物质变化,这些化学物质变化及由此激发的反应,可能构成了穴位效应启动的重要环节

20世纪80年代至今,随着医用化学传感器等现代检测手段的不断进步,已有大量研究从化学角度来探索穴位针刺效应的生物学基础。研究发现,穴位处存在钙离子或钙元素的富集;针刺穴位可引起穴位处的Ca2﹢、K﹢、Na﹢等化学物质发生特异性变化;阻断穴位处 Ca2﹢、K﹢、Na﹢等离子活动可使针刺的脏腑效应下降[13-16]。

2010年,美国罗彻斯特大学医学中心 Nanna Goldmanden等在《Nature Neuroscience》发表的文章,报道了针刺穴位局部的腺苷在针刺镇痛中的作用。研究证实,针刺可引起腺苷和ATP代谢物的释放,直接注射一种腺苷A1受体激动剂能复制针刺止痛效应。在腺苷受体被敲除的小白鼠中,针刺止痛无效。更有意义的是,通过调控腺苷的浓度可调控针刺效应,研究者将一种叫做脱氧柯福霉素的抗癌药物作用于机体,该药可使组织消除腺苷的难度变得更大。结果是该化学物质戏剧性地增强了针刺的治疗效果,使肌肉中积累的腺苷增加到近原来的 3倍,而有效作用持续时间也延长到3倍以上[17]。该报道引发了对针刺起效初始环节的普遍关注。2 穴位局部的神经-肥大细胞-相关化学物质相互作用,可能构成了针效启动的初始调控因素

根据相关研究资料积累和我们多年研究工作基础,我们认为,针刺作为一种刺激,会引起针刺局部微环境中神经感受器的兴奋、细胞功能的激活和各种相关化学物质的释放,微环境中神经-肥大细胞-相关化学物质相互作用、相互影响,构成了针效启动网络中的关键环节和调控因素,使针刺信号得以启动并级联放大,进而发挥整体调节作用。依据如下。

现代生理学研究已经证明,创伤性刺激作用于机体,会引起刺激部位相关物质结构和功能的变化,如神经感受器的兴奋、细胞功能的激活和各种相关化学物质的释放等。神经生理学的研究认为,针刺亦是一种创伤性物理刺激。因此,针刺作用于机体,同样可引发针刺部位的相关应答反应,而这些反应很可能构成针刺起效过程中的启动环节,并最终影响针刺效应。

现已研究表明,肥大细胞-神经-相关化学物质三者密切相关,相互影响,其复杂的网络关系在针效启动机制中可能起着重要作用。

西安医科大学的张保真[18]及德国 Humboblt大学的研究小组发现在小鼠皮肤中存在肥大细胞-神经联合点,且对神经纤维类型有高度的选择性。肥大细胞与神经末梢之间的“突触样”连接为实现针刺在肥大细胞与神经纤维之间的信息传递提供了解剖学基础。一方面当针刺作用于神经末梢而非肥大细胞时,可以刺激神经末梢释放P物质,P物质可作用于邻近的肥大细胞,使其释放组胺、肝素、白三烯等物质;另一方面当针刺作用于肥大细胞而非神经末梢时,肥大细胞可以释放组胺和 P物质等,这些物质又可作用于局部的神经末梢和血管,使神经末梢和血管发生相应的变化。也就是说,不论刺激的是肥大细胞还是神经末梢,最终针刺效应信息都会在肥大细胞与神经之间相互传递。

3 研究设想与当前研究结果

针刺穴位效应启动的初始调控过程可能涉及多个环节和众多物质。如前所述,在针效启动机制的研究中,已经开展了一些工作,获得了一些有价值的、值得进一步探索的实验资料,但还存在着一些问题。已经发现针刺可引起穴位处相关神经、肥大细胞、相关化学物质的变化,但既往的相关研究多为单一因素的研究,各项研究之间还没有建立起相互联系、相互影响的复杂网络概念,缺少系统的归纳和规律的提炼;当前的研究尚未从针效启动环节中探索出切实有效的针效调控方法,还不能应用于临床,对提高针刺疗效缺乏指导意义。

基于上述两个问题,我们提出如下的研究设想。一是将穴位局部微环境的改变与针刺效应结合起来,以脏腑效应作为针刺效应的指标,建立针刺穴位-脏腑效应的动物模型,在此平台上开展研究。在肯定针刺引起脏腑效应的前提下,采用相应实验技术,分别观察针刺穴位后局部肥大细胞功能状态、支配穴位的传入神经诱发电位,及相关化学物质的应答变化,以研究三者在针刺起效中的作用。二是在肯定上述三个变量与针效相关的基础上,调控其中某一变量,观察对另外两个变量及针刺效应的影响(如使用肥大细胞膜稳定剂或激活剂,调节肥大细胞的功能,观察对神经放电、化学物质释放和针刺效应的影响;阻断或激活相应化学物质或其受体的功能,观察对神经放电、肥大细胞状态和针刺效应的影响),将研究采集到的海量数据构建数据库,利用神经网络、模糊等智能学习方法,对目标数据进行挖掘,并以针灸学及生物信息学等相关领域的知识和模式为指导,对相关数据进行关联分析,全面挖掘整理数据信息,寻找规律,综合分析指标间的网络关系,依据控制理论的思想,建立可描述针刺穴位效应启动的动态调控模型。三是对模型进行深入分析,对挖掘出的知识进行评估,形成知识库,寻求数据中隐藏的规律性,并反过来指导实验,再返回数据,优化改进数学模型,从而探寻针刺效应的有效调控模式,为提高针灸应用水平提供依据。

在此研究思路的指导下,我们已经开展了 Ca2﹢与肥大细胞[19]、组织胺与肥大细胞[20]、P物质与肥大细胞[21]、Ca2﹢与传入神经(背根神经)[22]之间的相关性研究,在前三项研究中均同时观察了针刺效应。当前研究结果表明,络合穴区Ca2﹢,拮抗穴区组织胺、P物质后,会引起针刺效应的丧失或减弱,且穴区皮肤、肌肉处肥大细胞脱颗粒现象减弱;穴位注射组织胺具有针刺样作用,穴位注射 SP可促进穴区肥大细胞脱颗粒[16,20-21];Ca2﹢浓度降低对针刺放电的频率、波幅有所影响,对于针刺电信息的产生与传导有明显的影响。可见,穴位局部的化学物质、肥大细胞、传入神经之间有着复杂的网络联系,并与针效启动的初始调控有关。

因此,建立针刺穴位治疗脏腑疾病的实验研究平台,以针刺穴位处的神经-肥大细胞-相关化学物质为切入点,系统深入研究针刺效应初始调控机制,可望在针刺作用原理研究方面取得实质性进展。同时,明确针刺效应的初始调控机制,可通过影响相关调控环节提高针刺疗效,探索一种新的针效调控模式,提高针灸应用水平,促进针灸更好地推广发展。

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