基于fMRI技术探讨电针与手针中枢机制响应差异

李香淑，胡佳慧，鲁 海，张春红，3

1天津中医药大学第一附属医院；2天津中医药大学；3国家中医针灸临床医学研究中心，天津 300193

近年来，功能磁共振技术（fMRI）技术以无创、无辐射、可重复性操作以及高时空分辨率的特征，实现了在活体可精确定位脑功能活动区域，并实时、直观地观测大脑生理病理的变化规律[1-2]。目前，基于fMRI技术研究电针对比手针的中枢响应差异方兴未艾，以电针和手针为主流针刺的作用机制及临床疗效存在一定的差异，如何利用现代神经影像技术探索两者的差异显得尤为重要。众所周知，不同针刺参数及不同刺激形式的“刺激-响应”模式不同。电针的不同刺激参数对于脑区的激活以及临床疗效方面有一定的差异性。同时，电针作为传递电流的一种技术存在着诸多参数，手针也因掺杂较多的主观能动性存在着诸多变数，故研究电针对比手针的中枢响应差异也可为电针与手针筛选临床优势病种及最佳刺激量，以及提高临床疗效开辟了新的方法。本文主要从不同刺激参数的电针和电针与手针fMRI中枢响应差异两方面进行总结和探讨，以期为今后的科研和临床提供新的思路。电针与手针也存在着各自的优势病种。

1 不同刺激参数电针fMRI对比研究

电针由传统针法发展而来，可以进行定量和重复性操作，能较客观地控制刺激量以便于定量分析[3]，将其结合fMRI技术共同探索针刺中枢机制，是针刺研究的新途径之一。电针关键在于穴位和刺激参数，其中影响电针刺激量的参数因素较多，如频率、强度、时间、波形等。

1.1 频率

频率是电针刺激的重要影响参数之一，也是应用于机制研究中最多的参数。临床常以低频（2 Hz）或高频（100 Hz）作为不同频率的临界点进行研究。那么，在fMRI技术应用下，高频和低频电针的脑区激活情况是否相同？

研究发现低频2 Hz和高频100 Hz电针均激活了双侧初级和次级躯体感觉区[4]；低频还特异性地激活双侧腹侧丘脑和底丘脑等，高频电针特异性地激活双侧背侧丘脑等脑区，体现了不同频率存在不同的激活模式，并且不同频率可激活同一脑区的不同层面。有研究发现2 Hz电针在对侧初发运动区、辅助运动区等呈显著的正相关，而在双侧海马区呈负相关，可知低频更倾向于运动相关区域和海马区域；100 Hz在对侧顶叶下小叶、同侧前扣带皮层呈显著正相关，而在对侧杏仁核中呈负相关，高频更倾向于边缘系统脑区[5]。Jiang等[6]发现低频电刺激与默认模式网络相关联，高频电刺激与腹侧纹状体和背侧前扣带皮层相关联，低频更趋向于有效。有研究认为电针2 Hz主要激活的脑区集中在初级躯体感觉皮质，初级运动皮质，岛叶皮层，前扣带回等[7]。电针100 Hz主要集中于右侧小脑半球。从激活脑区的数量来说电针2 Hz明显多于电针100 Hz。研究利用15 Hz电针刺激足三里穴和关元穴均产生了相似的前下扣带回-额叶内侧回网络的显著负激活效应[8]。Zhang等[9]发现高频电针在血氧依赖水平与脑血流量中存在着诸多重叠区，也具有其各自的特异性，脑血流量在皮质下结构的检测更敏感，而血氧依赖水平在边缘系统等相关区域的失活更为敏感，揭示了高频电针神经效应的一致性和互补性，也意味着两种检测技术叠加应用于电针频率研究的可行性。在动物实验中，Chen等[10]发现在脑岛、前扣带皮层、背外侧纹状体和丘脑中，100 Hz的电刺激诱导相对脑血容量信号衰减较2 Hz的更大，但神经化学反应更强。

此外，在病理状态下，有研究发现低频电针2 Hz组在改善脑梗死恢复期患者神经功能缺损方面较优，低频电针多次刺激使其镇痛疗效叠加，且低频电针更接近人体生物电，进而促进脑组织功能缺损的恢复[11]。相反，滕秀英等[12]发现高频电针治疗脑卒中后偏身感觉障碍比低频电针疗效更优。由此可见，低频电针激活脑区范围更大，诱导镇痛效果佳，而高频电针激活脑区主要在边缘系统，与情感、感觉等密切相关。不同频率有各自不同的疾病谱，低频电针主要适用于镇痛、长期慢性恢复期的疾病，而高频电针主要适用于急慢性肌损伤性以及情绪相关的疾病。

fMRI技术在电针频率相关性研究中多以镇痛机制研究为主，在人体实验条件下，低频电刺激与高频电刺激可存在重叠的激活脑区，也可激活不同的相对特异性的脑区。低频主要集中在对侧的运动区和双侧海马区等，多以对侧为主，而高频激活区主要集中在杏仁核等边缘系统，激活脑区同侧对侧较为平均；低频电刺激的激活脑区范围更大，即低频诱导的镇痛机制优于高频电刺激，也否定了电针频率越高激活脑区范围越大的猜想。此外，不同频率可激活相同脑区的不同层面，即不同频率在中枢作用部位不同。那么，高低频率相互交错是否可以更好地激活丘脑区的镇痛机制尚有待考证。

1.2 强度

电流强度也是电针主要刺激参数之一，目前相关电针强度的研究较少，多为组织细胞分子水平的动物实验研究，如电针治疗可促进大鼠胃肠运动、降压，以及改善大鼠记忆力等[13-15]，发现高刺激量优于低刺激量电针。在fMRI技术下，研究认为不同强度电针刺激前后所激活的脑区具有显著的差异性，导致不同的脑功能活动，同时低强度电针使磁共振信号时间域振幅大部分减弱，而高强度电针大部分增强[16]。有学者发现梁丘联合足三里电针刺激时脑区激活更为集中、激活或负激活程度明显增高，叠加不同穴位增加刺激量时与脑区激活程度成正比[17]。有研究发现3倍痛阈强度电刺激时，双侧岛叶均表现出显著激活，且激活范围也有所增大，当刺激强度达到或超过受试者主观痛阈的某个水平时，可以迅速上调激活率[18]。电流强度多以患者耐受度去衡量，以患者的主观感受为主[19]，且相关电针强度的研究较少，机制研究尚不明确，尤其结合fMRI技术水平的研究屈指可数，故基于可视化技术在电针强度对比研究方面还有待进一步商榷。

基于fMRI技术相关电针频率的对比研究较多，在强度、时间层面较少，在波形、电压方面甚至全无。不同的电针刺激参数对机体的功能效应以及机制有所不同，而目前在电针刺激量方面的研究过于单一，尤其在可视化层面，电针参数并非独立存在，应有效地结合各种参数相互联合进行研究[20-21]，使之成果更加全面、可靠。

2 电针与手针fMRI对比研究

电针依赖外加电流的作用去兴奋穴位组织，而手针依赖提插捻转等机械动作施加物理刺激以兴奋穴位组织[22]。“凡用针之法，以补泻为先”、“左转顺阳为之补，右转逆阳为之泻”[23]等理论诠释了手针的刺激方式。故电针与手针刺激方式不同所产生的中枢响应机制与临床疗效也各不相同，电针多用于神经损伤及痛症类疾病，手针主要用于内分泌的调节等[24]。如今，电针与手针虽皆为临床常见的治疗方法，但其缺乏客观性地可视化地证据去印证两者的中枢响应差异。

以往临床疗效研究中，部分研究凭借量表等研究方法发现电针在治疗缺血性脑卒中患者时疗效优于手针[25-26]，但缺乏直观性、客观性的证据，无法充分去佐证。在fMRI技术观测下，有研究基于fMRI发现电针与手针均在前岛叶信号增加，在边缘和旁边缘中信号减少，其中电针在前中扣带皮层信号显著增加，电针特别是在低频下产生比手针更加广泛的fMRI信号，且2 Hz比100 Hz更容易激活脑干[27]。Kong等[28]利用fMRI观察电针与手针间脑区差异，发现电针主要在中央前回、中央后部、顶叶下小叶、壳核和岛叶信号增加；而手针只是引起后扣带回、颞上回、壳核和岛叶的信号减少，这可能与激活不同的神经纤维有关。有文献报道发现相比电针，手针引起的脑区变化较少，而电针主要以岛叶和小脑的激活为主，还特异性地产生对边缘系统的抑制[29]。有研究经静息态fMRI结果分析发现手针与电针针刺足三里引起了不同的持续性效应，电针的激活范围更广[30]。在电针频率方面，研究发现2 Hz与50 Hz电针刺激未见显著差异[31]。

电针与手针对人脑的影响上存在明显的中枢响应差异。电针激活脑区范围更广，有特异性的脑区抑制，而手针激活的脑区较少。其次，电针以低频诱发信号为主，低频电针诱发的fMRI信号以增加为主，而手针诱发的fMRI信号多为减少。电针与手针在传入途径、作用机制、作用靶点、临床疗效均存在着一定的中枢响应差异。电针对比手针中枢机制研究中涉及因素较多。电针依靠电流可精确地控制刺激量和刺激波谱，节省人力，可缩短研究时间，能够客观准确地按规定频率进行长时间的刺激，重复性高，但同时电针易产生疲劳。手针操作不能做到精确定量，存在个体差异[32]，缺乏客观统一的操作标准，正如“刺之要，气至而有效”，手针多注重得气和针感，并且在临床上，手针手法也会因不同的体质、不同的疾病而各不相同。总体来讲，利用fMRI技术将电针和手针的不同穴位、不同刺激量、不同针感等结合去佐证临床疗效是一个积极的研究领域，为临床上选择手针或电针治疗提供一定的参考，从而更好的提升针刺的临床疗效。

3 小结

现代可视化技术的发展为针刺研究提供了良好的科研工具，特别是以高时、空分辨率为优势的fMRI技术与针刺效应因素结合研究成为了针刺神经影像学研究的热点。目前基于fMRI技术下针刺研究多为穴位配伍、针刺手法等，缺少不同刺激量电针的对比以及电针对比手针中枢响应的差异性研究。电针刺激存在诸多参数，频率只是重要因素之一，简单的单一参数研究，而忽视多个参数之间的相互作用是不可取的[33]，未来仍需联合不同电针参数去进一步探索电针的可视化机制的异同，以及与临床疗效的相关性。同时，fMRI技术研究显示，电针与手针中枢响应靶点、临床效应等方面存在差异，临床上两者也有着各自的优势病种，因病制宜。

综上所述：电针频率存在的不同波形可能与手针的补泻手法有相关性，将电针频率分为连续波和疏密波与手针补泻手法对比研究是否有一定的参考价值，而关键是要规范电针的频率范围，以及对手针补泻手法的标准化，保证研究参数的稳定性。要注意电针频率的界定值，保证高低频的频率能够达到研究的目的，同时高频针刺时多注意受试者是否有恶心、呕吐等不适症状，注意电针频率的耐受性，保证fMRI研究的可重复性。电针重复性高，相比手针处于静态状态，而手针多注重得气和针感，也与施术者的手法等因素息息相关，相比电针处于动态状态，故电针多应用于科研，而手针多应用于临床，在fMRI结合针刺频率研究文献中也多为电针，手针频率的研究少之又少。电针参数研究较为单一，频率研究占多数，应联合强度、时间、波型等因素共同探索，使可视化数据更加客观，更具有说服力。针刺效果可能并非通过单一脑区，而是需要多个脑功能区协作形成一个复杂的脑网络系统去实现。同时，将fMRI技术与红外热成像、脑电图等技术相结合，弥补各技术间的不足，融合多学科进行研究和探索。