慢性腰痛推拿治疗前后默认脑网络功能连接变化研究

杨玉婵 谭文莉 王 炜 曾 科 陈义磊 黄炎文王 辉 龚志刚 詹松华 王建伟

慢性腰痛已成为非常重大的公众健康问题。欧洲有15%～20%的成人受到慢性疼痛的困扰［1］，美国每年因慢性腰痛所致的医疗费用和生产力损失超过6000亿美元［2］，我国慢性腰痛的患病率也逐年上升，增加了致残率及医疗成本［3-4］。

中医推拿手法治疗慢性腰痛有良好的镇痛效果［5］。既往镇痛机制研究多重点于生物力学效应机制，如运用有限元技术对腰椎手法研究［6］，显示腰椎间盘的内在应力改变，以及椎间盘与相邻神经根之间的相对位移，推测这是其主要的治疗机制。但疼痛的有效缓解和功能障碍的恢复需要中枢神经系统介导［7］。静息态功能磁共振研究显示，慢性腰痛人群存在多个脑区的异常功能连接［8］。特别是默认网络维持人脑在静息状态下正负激活之间的平衡，与大脑对内外环境的监测、情景记忆及持续的认知、情感活动有关［9］。因此我们假设中枢神经系统参与了推拿缓解慢性腰痛的过程。本研究前瞻性收集慢性腰痛受试者，分析其在推拿治疗前、治疗后即刻及第6次推拿治疗后的默认脑网络的功能连接变化情况，探讨默认脑网络在推拿缓解慢性腰痛的角色。

方 法

1.一般资料

1.1 研究对象：选取2018年4月至2019年3月就诊于本院推拿科门诊病例20例(男8例，女12例，平均年龄38.95岁)和20例健康人(男8例，女12例，平均年龄38.45岁)。两组被试者性别、年龄、受教育程度相匹配。本试验已经获得上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会批准，所有入组者均签署知情同意书。

1.2 腰椎间盘源性慢性腰痛受试者纳入标准：①右利手，年龄范围20岁～60岁；②符合胡有谷［10］《腰椎间盘突出症》(第三版)腰椎间盘突出症的诊断标准；③存在慢性腰痛病史，病史超过3个月；④疼痛视觉模拟评分(visual analog scale，VAS)≥30/100)；⑤在进行本次诊疗前1个月内未进行药物及相关物理治疗、推拿手法治疗；⑥签定知情同意书。如果以上任何一项结果为“否”，则不能进入研究。

1.3 所有入组者剔除标准：①有其他慢性疼痛病史；②存在系统性疾病；③头颅外伤或昏迷病史；④精神疾病病史；⑤轻中度以上抑郁病史，Beck’s Depression inventory(BDI)评分大于19；⑥存在脊柱手术、外伤或肿瘤病史。

1.4 治疗方法：脊柱推拿治疗均由同一医师进行。受试者取俯卧位，主要以㨰法为主，同时配合按揉、弹拨、一指禅手法操作约20分钟。慢性腰痛受试者接受六个疗程治疗，在治疗期间受试者不接受其它治疗方法。

2.研究方法

2.1 磁共振检查：磁共振检查扫描之前对受试者进行指导，要求受试者闭眼，尽量不要想任何事情，不能睡着。采用德国西门子公司Verio3.0磁共振成像系统，头颅8通道鸟笼线圈进行图像采集。慢性腰痛组共进行三次MRI检查，分别在接受脊柱推拿手法干预前(T1时间点)、首次推拿治疗后即刻(T2时间点)和第6次推拿手法完成后(T3时间点)，每次检查均包括横断位T2WI、三维磁化强度预备梯度回波序列(MP-RAGE)全脑容积扫描及静息态BOLD fMRI检查。健康对照组进行一次检查，检查序列同上。成像参数如下：横断位T2WI：采用快速自旋回波(fast spin echo， FSE)序列，TR/TE =3840/110ms，激励次数为1，视野230mm×230mm，矩阵256×256，层厚/层距=5/1 mm，并行采集加速因子=2；三维磁化强度预备梯度回波序列 (MP-RAGE)：TR/TE=2100ms/4.38ms，翻转角度 8°，视野=220mm，层厚=1mm，分辨率=0.861mm×0.861mm，矢状位扫描，层数 =160；静息态BOLD fMRI采用平面回波脉冲序列：TR/TE=2500ms/30ms，层厚3mm，层间距0.5mm，视野256mm×256mm，矩阵64×64，翻转角90°。

2.2 数据预处理：fMRI数据处理和分析使用SPM8软件数据预处理：为避免初始信号不稳定的影响，剔除扫描前10个时间点序列，后230个时间点的数据进入分析，图像数据格式经MRIcron软件转化，在Matlab R2010b平台上应用SPM8软件(Friston et al.1994，www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)进行时间矫正、头动校正、空间标准化，标准化空间3mm×3mm×3mm，配准到标准脑，最后进行8mm×8mm×8mm高斯平滑。所有被试的头动平移和转动角度均分别在3mm和3°之内。

运用Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit(REST， by Song et al.， http：//www.restfmri.net)软件对预处理的图像进行滤波(0.01～0.08 Hz)和去除线性漂移效应，之后将被试的白质信号和脑脊液信号作为协变量去除。我们以后扣带回(posterior cingulate cortex，PCC)（中心坐标x=0 y=-56 z=26， 6mm为半径取球体内各个体素的平均信号）为种子点以及感兴趣区，做全脑基于体素的功能连接分析，计算每个被试每个体素与感兴趣区的功能连接强度，并转化为Z参数图(z-maps)。

图1 慢性腰痛组患者的T2时间点与T1时间点功能连接配对t检验，后扣带回和左内侧额上回、后扣带皮层功能连接增强 (P ＜0.05， cluster size＞389)。

3.统计学分析

组分析采用SPM8的软件，首先完成各组的组内单样本 t检验结果（P ＜0.005， cluster size＞26），之后取各组的单样本结果的并集，在此并集内进行组间双样本t检验。使用REST软件中自带的蒙特卡罗模拟的Alphasim矫正为多重比较矫正方法(see program AlphaSim by B.D. Ward， http：//afni.nimh.nih.gov/pub/dist/doc/manual/AlphaSim.pdf)，矫正后 P ＜0.05， cluster size＞389 的区域为差异有统计学意义区域，如果多重矫正后无结果，P＜0.05， cluster size＞100的区域为有差异的趋势。所有的检验方法均采用了双尾检验。

结 果

1.慢性腰痛组三个时间点间DMN功能连接的配对t检验

图2 慢性腰痛组患者的T3时间点与T2时间点功能连接配对t检验，后扣带回和左背外侧额上回功能连接增强(P＜0.05，cluster size＞ 389)。

图3 慢性腰痛组患者的T3时间点与T1时间点功能连接配对t检验，后扣带回和左楔前叶功能连接降低(P ＜0.05，cluster size＞389)。

慢性腰痛组患者T2时间点与T1时间点做统计检验。后扣带回和左侧内侧额上回、后扣带皮质功能连接增强 (P ＜0.05， cluster size＞389) (图 1)。

慢性腰痛组患者T3时间点与T2时间点做统计检验。后扣带回和左侧背外侧额上回功能连接增强(P＜0.05， cluster size＞389)(图 2)。

慢性腰痛组患者T3时间点与T1时间点做统计检验。后扣带回和左侧楔前叶功能连接降低(P ＜0.05， cluster size＞389)(图 3)。

2.慢性腰痛组三个时间点与正常对照组之间DMN功能连接的双样本t检验

慢性腰痛组患者T1时间点与对照组做统计检验。后扣带回和左侧颞下回、左侧小脑前叶、左侧枕中回功能连接增强趋势 (P ＜ 0.05， cluster size＞100)。后扣带回和左侧背外侧额上回功能连接降低趋势(P ＜0.05， cluster size＞100) ( 图 4)。

图4 慢性腰痛组患者T1时间点与对照组功能连接双样本t检验，后扣带回和左侧颞下回、左侧小脑前叶、左侧枕中回功能连接增强趋势 (P ＜0.05， cluster size＞100)。

图5 慢性腰痛组患者T2时间点与对照组功能连接双样本t检验，后扣带回和左侧回直肌功能连接降低(P＜0.05， cluster size＞389)。

图6 慢性腰痛组患者T3时间点与对照组功能连接双样本t检验，后扣带回和左楔前叶、中脑功能连接降低趋势(P＜0.05，cluster size＞100)。

慢性腰痛组患者T2时间点与对照组做统计检验。后扣带回和左侧回直肌功能连接降低(P＜0.05，cluster size＞389) ( 图 5)。

慢性腰痛组患者T3时间点与对照组做统计检验。后扣带回和左侧楔前叶、中脑功能连接降低趋势(P＜0.05， cluster size＞100) ( 图 6)。

讨 论

慢性腰痛通常持续时间超过3个月，与急性腰痛不同，往往伴随中枢神经系统传入通路的变化［11］。基于后扣带回ROI的功能连接分析中，本研究发现慢性腰痛人群存在DMN与左侧颞下回、左侧小脑前叶、左侧枕中回功能连接增强趋势，DMN与左侧背外侧额上回功能连接减弱趋势。在推拿治疗慢性腰痛过程中DMN与左侧背外侧额上回连接恢复，DMN与左侧内侧额上回、后扣带皮质连接增强，DMN与左侧楔前叶、左侧回直肌、中脑功能连接降低。提示推拿治疗主要影响了慢性腰痛人群的感觉、情绪和认知水平的区域。

默认网络(default mode network，DMN)是静息态脑功能网络研究中引起最广泛关注以及比较活跃的网络之一，包括mPFC、后扣带回(posterior cingulate cortex，PCC)、楔前叶、双侧角回、顶下小叶等脑区。静息状态下默认网络作为脑区之间功能连接的主要枢纽，与大脑对内外环境的监测、情景记忆及持续的认知、情感活动有关［9］。功能影像研究表明，前额叶是痛觉编码的最高中枢，负责整合痛觉的感觉和情绪信息，产生对痛的记忆、认知和评价［12］。慢性疼痛患者的扣带回和前额叶共同参与回避反应的策划和发动［13］。本研究发现慢性腰痛人群的DMN与背外侧额上回功能连接降低，推拿治疗过程中，DMN和内侧额上回、背外侧额上回功能连接增强。说明慢性疼痛引起默认网络功能连接异常，而脊柱推拿提高了机体对回避疼痛的学习、记忆功能。楔前叶是默认网络中静息态代谢率最高的去激活脑区，与大脑广泛皮质联系紧密，直接参与大脑内部的认知、记忆等活动，推拿治疗改变了DMN与楔前叶功能连接，提示推拿改变了慢性腰痛患者认知功能。

本研究发现与DMN存在异常功能连接的脑区集中于左侧大脑半球。而既往的研究显示左侧大脑半球参与疼痛情绪和情感的处理，右侧大脑半球主要在自主控制和稳态方面占优势，与本研究结果相符。Tuor等［14］发现大脑皮质在外界刺激时激活是序贯发生，通常首先在左半球或右半球。进一步证明每个大脑半球可以独立完成对痛觉刺激特异性质的认识。

对于小脑前叶、枕中回、回直肌、中脑的功能连接异常，目前尚没有更多的证据提示这些脑区参与疼痛。考虑与慢性腰痛引起的脑功能整合后的总体表现有关，推拿治疗对脑异常功能连接的影响是感觉、情感和认知等多维度的相互作用。

总之，本研究认为，推拿治疗慢性腰痛患者，静息态下出现DMN与左侧内侧额上回、后扣带皮质、左侧背外侧额上回、左侧楔前叶、左回直肌、中脑功能连接异常，反映了推拿缓解疼痛与感知觉、认知和情绪相关脑区活动有关。