基本针刺手法的力学研究概述

李芳杰,杨华元,王观涛

(上海中医药大学,上海 201203)

基本针刺手法的力学研究概述

李芳杰,杨华元,王观涛

(上海中医药大学,上海 201203)

针刺手法中针刺产生的力学问题是阐明针刺手法的本质以及临床疗效观察的重要信息,对于组织中的成纤维细胞和细胞骨架等在形态学、组织化学、生物化学等方面均有一定的影响。该文根据目前最新的研究进展进行归纳,对揭示针灸疗效的机制具有重要的意义。

针刺疗法;刺法;生物力学;综述

针刺手法最早见于《内经》,《灵枢•九针十二原》:“凡用针者,虚则实之,满则泻之,邪盛则虚之,宛陈则除之。”《素问•调经论》:“刺法言,有余泻之,不足补之。”并提出了徐疾、迎随、呼吸、开阖等具体的针刺补泻方法,这是针刺手法的第一个高峰。最先提出提插补泻的是《难经》,而捻转补泻则是金元时期,窦汉卿在其《针经指南》中提出的,到元明之际是针刺手法的鼎盛时期。针刺过程到底是通过什么物质如何产生效应的？传统的针刺手法在临床上为什么会有补泻的不同效应？近年来越来越多的学者将焦点集中在针刺过程中针体受力的分布以及力学信号传导的研究上,认为针刺穴位的物质基础是以结缔组织为基础的,连带包含其中的血管、神经丛和淋巴管等组织交织而成的复杂体系[1]。国内外学者通过MRI显像、断层扫描、组织解剖和数字人解剖等多种途径对这种相关性进行了验证[2-4]。本文结合相关文献对这一问题进行回顾,并对未来的研究方向进行展望。

1 针刺手法从力学角度出发的探索研究

针刺手法中针刺产生的力学问题是阐明针刺手法的本质以及临床疗效观察的重要信息,许多医疗科研工作者利用先进的科学技术对针刺手法中的力学问题进行探索研究。丁光宏等[5]采用在针灸针体上安装力和力矩微型传感器系统对临床针刺过程中针体上的受力数值和波形进行测量,并且对均匀提插、均匀捻转、提插补泻、捻转补泻等手法进行了系统研究与分析,认为针刺手法的客观定量参数可采用针体受力大小和波形作为参数标准。并且将现代集成电路技术、光刻应变硅片与压电陶瓷技术相结合,研制出一套检测系统[6],它能够在人体上测试各种针刺手法同时感受施术者和被施术者相互作用力。程卓等[7]为了给工作者以逼真的触觉效果,将采用针刺补泻手法时的针感效果感受结合虚拟现实技术,使得针刺过程以力反馈的形式表现出来。香港的科研工作者王平安等成功研发针刺穴位组织力学模型[8],将力反馈、穴位和数字人相结合,在虚拟现实条件下,进行针刺提插手法的模拟训练。从上述研究可见,随着科学技术的不断发展及科研工作者思维的不断创新,我们可从多层次、多角度结合现代科学研究成果来剖析腧穴部位进针后产生的一系列生物学效应。

2 基本针刺手法的机械力刺激的量化研究

进针法,又称入针法、刺针法、下针法等,是将针刺入穴位的方法。现在常用的方法大致有单手进针法、双手进针法、舒张进针法、提捏进针法和导管进针法等。不管是哪一种方法,进针时一般都不会捻动针体,而是直接将针从皮肤浅层刺入深层的方法。提插法是行针的一种主要方法,它是将针体在腧穴内由深层至浅层或由浅层至深层的上下移动方法[9]。行针的另一主要手法是捻针。捻针也叫捻转法,是将针在腧穴内向前向后来回捻动,反复多次。捻转角度一般掌握在180°～360°,频率为150～200次/min。一般来说,捻转角度越大,频率越快,刺激量就越大。反之,刺激量就越小[10]。毫针针刺对人体的治疗作用其本质上是一种机械力的刺激作用[11]。大量研究[12-14]已证明,毫针针刺过程和针刺手法的运针过程实际上都是一种机械运动过程,针体最终对机体的有效刺激是直接或通过牵引周围组织而间接作用于某个或某几个穴位感受装置的机械力。因此,不同毫针针刺的差别实际上是机械力刺激参数上的差别,其中最本质的还是作用力的大小和方向的不同,如压力、摩擦力和牵张力等,所以现代医家[15]从物理量学角度来探讨针刺刺激量的本质规律。杨华元等[16]用捻转手法刺激自发性高血压大鼠,使用不同刺激量比较降压效应,结果表明轻刺激量(捻转角度为144°,频率为75次/min)与中刺激量(捻转角度255°,频率为111次/min)均有显著抑制血压上升的作用(P＜0.05),而重刺激量(捻转角度为360°,频率为140次/min)抑制血压上升的效果不明显(P＞0.05)。王樟连等[17]连用强刺激(捻转角度＞360°,频率为120～180次/min)、中刺激(捻转角度为180°～360°,频率为60～120次/min)、弱刺激(捻转角度45°～180°,频率＜60次/min)针刺双侧内关、足三里,观察3种不同的刺激量对左心搏血量的影响,中等刺激量针刺效果最明显。周国祥等[18]用轻刺激(捻转角度为180°,频率为60次/min)、重刺激(捻转角度为360°,频率为200次/min)手法针刺大鼠内关穴对心肌缺血再灌注损伤的影响,发现重刺激量针刺在减轻应激反应方面效果优于轻刺激量针刺。我们认为针刺效应是由机体的机能状态、腧穴的特异性、针刺操作手法等诸多因素相互作用而实现的,对于一个固定的机体而言,机能状态和特定腧穴是固定的,那么针刺的手法、刺激量的大小对针刺效果而言就显得尤为重要。所以对于基本针刺手法机械力刺激的量化研究,包括对针刺作用力方向、大小、留针时间、两次针刺间隔时间等进行了科学界定,使针刺治疗由定性的补泻上升到定量的水平。

3 基本针刺手法操作过程中阻力分布

王西明等[19]物理学专业学者研究认为若将开始提插作为有效的行针起点,在提插行针过程中,针体将受到两个区域的阻力:表皮区域的阻力和真皮及以下的结缔组织区域的阻力。表皮为准固体物质,坚硬而致密,进针口处相对粗糙,在针体上下提插的过程中阻力很大。而真皮和皮下结缔组织为软物质,柔软而疏松,相对针体滑腻且阻力较小。在行针过程中当针体上提时可以看见皮肤有明显的隆起状,这主要是表皮的阻力所引起的。所以在提插法行针过程非“得气”情况下,针体受到的主要阻力应该来自表皮,部分机械能以摩擦形式转换成热能,其余能量将以机械能形式贡献给穴位,引起穴位的一系列生理反应。对于表皮的生物力学性质已经有很多学者进行了实验研究[20],从实验结论得知皮肤强度很强,韧度很大且很难压缩,皮肤表面的摩擦因数也较大。皮肤表面摩擦因数的准确测定对于提插法行针过程关系很大。目前,测定皮肤摩擦因数的实验大致分为两类,一类为利用受已知法向力作用并在皮肤上旋转的探针或转轮进行测量;另一类则是利用在皮肤上滑动的探针进行测量。

和提插法行针过程一样,在捻转法行针过程中,开始捻转应该是有效的行针起点,针体同样受到两个区域的阻力,即表皮和真皮及皮下的结缔组织。因为表皮的厚度很小(0.2 mm),对于捻转法行针过程而言,它的阻力可以忽略不计,因此针体的主要阻力应该来自于结缔组织。前面提到,有学者在电子显微镜的观测下已经确认,捻转法行针时针体在穴位处提出后带有的残留物质是一些弹性和胶原纤维缠绕在针体上。从而可以确认,捻转法行针的阻力主要来自结缔组织中的弹性纤维和胶原纤维缠绕,其他阻力则来自针体和结缔组织之间的摩擦。

人体的穴位都是有由表皮、真皮、皮下结缔组织组成,但是我们认为不同的部位穴位分布在针体上的阻力是不同的,同一种针法针体在不同组织不同穴位相互作用力不同,作用效果就不同。同样,不同的手法行针过程中针体在同一穴位相互作用力也不同。那么,不同的行针手法在不同穴位相互作用效果差异性就更大了,那么如何在这个角度考虑针刺手法量化标准,是一个很重要的方面。

4 基本针刺手法中机械应力对成纤维细胞的影响

Konofagou EE等[21]在对体内超声显像的观察表明,在针刺捻转手法中,组织的位移距离可扩大到5倍,在提插过程中,组织位移也发生明显的变化。而机体体外牵拉使成纤维细胞的横断面积和周长发生了显著的变化,呈时间-依赖性增长,牵拉2 h后,成纤维细胞横断面积成1倍增长。被牵拉的机体组织中的成纤维细胞突起变短,“片状”细胞的体积变大,体内牵拉实验和体外的实验相一致[22]。在共聚焦显微镜下,有一部分的细胞突起是连续的,电镜观察表明,相邻细胞的突触没有发现有缝隙连接[23]。因此,在进行针刺手法操作时,牵拉很可能导致针体周围的大量成纤维细胞产生了可逆性收缩,成纤维细胞的收缩又引起纤维的再次牵拉,从而形成波浪式的传导,使得细胞收缩最终通过针体针刺传导到整个结缔组织。因此我们可以推测,针刺手法行针将通过机械应力将信号传导到结缔组织内部,既能解释针刺的持久效应,又能解释远端取穴的治疗效果[24]。

陈波等[11]选择足三里穴,通过体外培养穴位及穴旁的结缔组织细胞,给予气压传导压力刺激,然后测定培养液中IL-6和PGE2的变化,结果表明压力刺激促进IL-6和PGE2的合成释放。Duncan RL等[25]认为机械应力的细胞转导可分为几个不同阶段,首先是机械应力引起机体组织发生形态变化;然后将细胞外层面信号转导为细胞内信号;紧接着细胞内信号传递;最后效应细胞产生反应。后两个阶段的研究目前进行得较少。

针刺等机械应力对结缔组织的细胞在形态学改变、生化改变等方面均有一定的影响,体外细胞培养给与了很好的证据,针刺的机械信号转化为筋膜结缔组织中的生物学信号以及影响神经、内分泌来对机体的生理病理过程进行调节,这个过程是如何发生的,是怎样的途径,是我们进一步要研究的任务,也会更深入地揭示针灸的作用机制。

5 讨论

综上所述,我们认为针刺和推拿等各种物理疗法产生的力学效应是作用于机体的重要效应之一,针刺手法在临床上不统一,不同的针刺手法和不同的刺激量对机体和疾病产生不同的影响,目前严密的定性定量的研究工作还进行得很少。虽然很多学者在积极地进行针刺量化的工作,但是很难把所有的影响因素全部考虑在内,所以目前还是在不同的角度进行定量化研究,我们认为针刺的力学影响在整个施术过程中有着很重要的地位,它的影响由始至终贯穿整个治疗过程,对临床疗效产生深远影响。

[1] 王鸿漠.中华经络学[M].北京:学苑出版社,2006:206-207.

[2] 费伦,承焕生,蔡德亨,等.经络物质基础及其功能性特征的实验探索和研究展望[J].科学通报,1998,43(6):658-672.

[3] 原林,焦培峰,唐雷,等.中医经络理论的物质基础--结缔组织、筋膜和自体监控系统[J].中国基础科学,2005,4(3):44-47.

[4] Langevin HM, Churchill DL, Fox JR, et al. Biomechanical response to acupuncture needling in humans[J]. J Appl Physiol, 2001, 91(6): 2471-2478.

[5] 丁光宏,沈雪勇,陶岳辉,等.针刺手法与针体受力参数的对比研究[J].中国生物工程学报,2004,23(4):334-341.

[6] 郭敦仁.数学物理方法[M].北京:清华大学出版社,1978:20-23.

[7] 程卓,王海生,闵友江,等.数字人体的针灸力感虚拟现实初步研究[J].中国医疗器械杂志,2007,31(1):5-9.

[8] Heng PA, Wong TT, Yang R, et al. Intelligent inferencing and haptic simulation for Chinese acupuncture learning and training[J]. IEEE Trans Inf Technol Biomed, 2006, 10(1):28-41.

[9] 张崇.基层中医临证必读大系:针灸分册[M].北京:中国科学技术出版社,1997:265-273.

[10] 王西明.针刺次声能量治病机制的分析[J].中国针灸,2009,29(3): 223-226.

[11] 陈波,罗永芬,崔瑾,等.静态压力刺激对大鼠“足三里”穴区及穴旁区域成纤维细胞PGE2和IL-6释放影响的比较研究[J].中国针灸, 2007,27(2):135-140.

[12] 刘理运.古典经络学与现代经络学[M].北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1997:391-395.

[13] 林文注,王佩.实验针灸学[M].上海:上海科学技术出版社,1994: 49-52.

[14] 陆寿康.刺法灸法学[M].北京:中国中医药出版社,2003:174.

[15] 杨华元,刘堂义.针刺手法的定量学研究[J].中医研究,1999,12 (12):44-46.

[16] 杨华元,钟小红,刘堂义,等.针刺仿真手法对高血压大鼠血压及心肌血管紧张素Ⅱ的影响[J].针刺研究,2008,33(3):186-190.

[17] 王樟连,高镇五,虞孝贞.不同针刺手法及留针时间对心气虚搏血量的影响[J].上海针灸杂志,1983,2(4):10-11.

[18] 周国祥,林亚平,王晓顺,等.不同手法针刺大鼠内关穴对心肌缺血再灌注损伤和β-内啡肽的影响[J].湖南中医药大学学报,2009, 29(4):70-73.

[19] 王西明,张辉,周永军.针刺过程中的针体受力分布[J].中国组织工程研究,2013,17(11):2040-2047.

[20] 卢天健,徐峰.皮肤的力学性能概述[J].力学进展,2008,38(4): 393-426.

[21] Konofagou EE, D'hooge J, Ophir J. Myocardial elastography--a feasibility study in vivo[J]. Ultrasound Med Biol, 2002, 28(4):475-482.

[22] Langevin HM, Bouffard NA, Badger GJ, et al. Dynamic fibroblast cytoskeletal response to subcutaneous tissue stretch ex vivo and in vivo[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2005, 288(3):C747-756.

[23] Langevin HM, Cornbrooks CJ, Taatjes DJ. Fibroblasts form a body-wide cellular network[J]. Histochem Cell Biol, 2004, 122(1): 7-15.

[24] Langevin HM, Churchill DL, Cipolla MJ. Mechanical signaling through connective tissue: a mechanism for the therapeutic effect of acupuncture[J]. FASEB J, 2001, 15(12):2275-2282.

[25] Duncan RL, Turner CH. Mechanotransduction and the functional response of bone to mechanical strain[J].Calcif Tissue Int, 1995, 57(5):344-358.

Overview of Mechanical Research on Basic Acupuncture Manipulation

LI Fang-jie, YANG Hua-yuan, WANG Guan-tao. Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China

Acupuncture mechanics in acupuncture manipulation of traditional Chinese medicine is important information for elucidating the essence of acupuncture manipulation and clinically observed acupuncture effects and has some morphological, histochemical and biochemical effects on fibroblasts and cytoskeletons in the tissue. This article generalizes from the present newest research advances, which is of important significance for revealing the mechanism of the therapeutic effect of acupuncture.

Acupuncture therapy; Needling methods; Biomechanics; Review

R245

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2015.01.0085

2014-09-03

1005-0957(2015)01-0085-03

国家科技支撑计划项目(2012BA125B03)

李芳杰(1982 - ),女,博士

杨华元(1952 - ),男,教授,博士生导师