针刺合谷穴后前额叶脑功能血氧水平依赖信号与神经递质谷氨酸及谷氨酰胺复合物的关系

赵彦萍，陈媛媛，方继良，洪 洋，王 寅，王 珺，许 可，李小娇，孙 黎，陈丽梅，张国雷，罗 萍*，王 智

(1.中国中医科学院广安门医院放射科；2.针灸科，北京， 100053；3.北京中医院平谷医院针灸科，北京 101200)

“面口合谷收”是针灸治疗中循经取穴原则最具代表性的理论之一。针刺合谷穴治疗面瘫等疾病的作用机制目前尚不明确。血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent， BOLD)功能MRI(functional magnetic resonance imaging， fMRI)及磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy， MRS)可实时监测脑内血流及代谢物浓度变化；前者已广泛用于针灸脑机制研究[1-2]，后者应用尚少。谷氨酸(glutamic acid， Glu)和谷氨酰胺(glutamine， Gln)复合物(Glx)是脑内主要兴奋性神经递质及代谢物。既往研究[3-4]发现BOLD信号与Glx浓度具有一定相关性。本研究观察针刺右侧合谷穴时BOLD信号定量值与矫正Glx(Glx+)浓度的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 于2015年9月—2018年1月招募76名健康受试者，女53名，男23名，年龄20～30岁，平均(24.5±1.4)岁。纳入标准：①右利手；②无MR检查禁忌证；③无相关神经及精神疾病史等。本研究通过院伦理委员会审批(伦理编号：EC-AF-055)。检查前所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magneton Skyra 3.0T超导MR仪，20通道头颈线圈；一次性0.4 mm×25 mm无磁不绣钢针(苏州医疗用品厂有限公司)及规格为5.88的Patterson Von Frey纤毛机械刺激针(简称纤毛针)。嘱受检者仰卧、闭目，采集全脑解剖成像、刺激前BOLD-fMRI及MRS；随后由1名具有5年以上工作经验的针灸科医生进行手针针刺或纤毛针刺激，采集BOLD-fMRI及MRS。全脑解剖成像采用磁化准备快速梯度回波(magnetization-prepared rapid gradient-echo， MPRAGE)序列，TR 15 ms，TE 6.9 ms，FOV 256 mm×256 mm，FA 15°，层数196，层厚1 mm。BOLD-fMRI采用多层平面回波成像(echo planar imaging， EPI)序列，首先空扫30s，TR 750 ms，TE 30 ms，FA 90°，FOV 210 mm×210 mm，矩阵70×70，层数48，层厚3 mm，层距0，扫描时长6 min 46 s；轴位定位线平行于前后联合连线(AC-PC线)，扫描范围包括小脑和脑干。MRS采用Meshcher-Garwood点分辨光谱法(Meshcher-Garwood point resolved spectroscopy， MEGA-PRESS)，TR 2 000 ms，TE 68 ms，采集次数128，脉冲频率1.9 ppm，中心频率4.7 ppm，时间8 min 40 s，全宽半高<30，于双侧前额叶内侧皮层(medial prefrontal cortex， mPFC)及前扣带回(anterior cingulate cortex， ACC)垂直于前联合-后联合线平行勾画35 mm3×30 mm3×25 mm3ROI，使之含mPFC及ACC各半(图1)。对所有受试者间隔1周手针针刺和纤毛针刺激各1次，顺序随机分配。针灸科医师根据扫描触发指令完成3次手针平补平泻捻转或纤毛针表面垂直刺激，频率60次/分，持续30 s，刺激间隔2 min(图2)；针刺结束后询问并记录受试者针感。

图1 MRS定位图 A.矢状位； B.冠状位； C.轴位 (红色区域为ROI)

图2 刺激模式示意图 (A：手针针刺；V：Von Frey纤毛针刺激；R：静息状态)

1.3 数据分析

1.3.1 MRS 将MRS原始数据转化为*.rda格式，以LCModel软件获得Glx浓度值及曲线图(图3)。采用Matlab 8.0及SPM 12软件对全脑解剖成像进行分割、配准及标准化，得到脑灰质(gray matter， GM)、白质(white matter， WM)及脑脊液(cerebrospinal fluid， CSF)体积，计算GM体积占比并得到Glx+。

图3 MRS曲线 3.75 ppm处为Glx波峰(箭)

1.3.2 BOLD-fMRI 将fMRI原始数据转化为*.nii格式，以SPM 12软件行预处理及个体分析。分别采用SPM 12及REST 1.8软件，以单样本或配对样本t检验分析手针组与纤毛针组刺激后激活存在差异的脑区。参照文献[5]方法计算ROI灰质内正、负BOLD信号体素数量及信号强度值。

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。符合正态分布且方差齐的计量资料以±s表示，以t检验比较组间fMRI和MRS定量值差异。Pearson相关性分析观察BOLD信号与Glx+以及Glx+刺激前、后的相关性。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 BOLD-fMRI 手针组负激活区主要位于双侧mPFC及ACC等(P<0.001，50体素)；纤毛针组负激活区主要位于双侧ACC前部及楔前叶等(P<0.005，50体素)。手针组较纤毛针组负激活范围更广、强度更高，尤以双侧mPFC及ACC为著，见图4。

2.2 BOLD信号定量值、Glx+浓度及其相关性 10名受试者Glx标准差>15%，予以排除；对66名受试者行BOLD信号定量值、Glx+浓度及其相关性分析。

2.2.1 BOLD信号定量值 手针组正激活10名，负激活45名，零激活11名，平均BOLD信号强度-1.61±2.30。纤毛针组正激活15名，负激活39名，零激活12名，平均BOLD信号强度-0.96±2.37。2组整组、正激活、零激活及负激活亚组BOLD信号定量值差异均无统计学意义(P均>0.05)，但手针组除零激活亚组外BOLD信号定量值均略高于纤毛针组(表1)。

表1 额叶ROI内BOLD定量值分析

2.2.2 Glx+浓度及相关性 2组整组、正激活、零激活及负激活亚组刺激前、后Glx+浓度差异均无统计学意义(P均>0.05)(表2)。手针组整组及各亚组，纤毛组针整组及负激活亚组刺激前、后Glx+定量值均呈明显正相关(P均<0.05)(表3)。

表2 2组刺激前后ROI内Glx+浓度比较

2.2.3 BOLD信号定量值与Glx+浓度的相关性 手针组及纤毛针组整组、组内正激活、负激活亚组BOLD信号定量值与刺激前、后Glx+浓度及其差值均无明显相关(P均>0.05，表4)。

图4 BOLD-fMRI显示手针组与纤毛针组刺激后激活存在差异的脑区 A.轴位； B.矢状位； C.冠状位 (红色为ROI) (红色为正激活脑区，蓝色为负激活脑区)

表3 额叶ROI内Glx+浓度定量及相关性分析

表4 ROI内BOLD信号值与Glx+浓度相关性分析

3 讨论

既往研究[6-7]报道，与纤毛针相比，手针针刺合谷穴可引起大脑皮层更广泛的负激活，主要集中于大脑中线区域和部分边缘叶，表现为边缘叶-旁边缘叶-新皮层网络的负激活；本研究所见与之基本相符，2种刺激下双侧mPFC及ACC的ROI内均存在正、零及负激活，手针针刺下负激活范围更广、强度更高。

GUTZEIT等[8]发现感知疼痛时岛叶、前扣带回和枕叶皮层Glx浓度升高；KUPERS等[9]则认为扣带回喙部Glx浓度并无明显变化。APVALKA等[3]发现Glu浓度增加与相同视觉刺激重复无关，而与新的不重复视觉刺激显著相关，原因可能在于脑内稳态调节和适应。神经递质传递及代谢迅速，在较长时间的刺激模块内可能无法检出其瞬时变化，且反复刺激会使神经元产生适应性而减少活动；Block刺激模式时间较长，可能大大增加适应性机会，导致Glx浓度变化不明显。另一方面，Glu在脑的内环境调节中存在预防兴奋性毒性环路机制，较长时间刺激后，上述因素综合作用可能导致Glu变化趋于微弱[10]。IP等[11]报道，给予短时视觉刺激，枕叶皮层Glu浓度即发生变化。本研究以较长时间重复相同刺激，可能导致Glx+浓度刺激后与刺激前相差不明显，不能体现Glx+的短时、快速变化。

目前对于BOLD信号与Glx浓度的关系尚无定论，可能与个体健康状况[12]、生理状态[2]、BOLD个体差异[2，12]或任务负荷程度[13]等有关。PETROFF等[14]认为脑皮质葡萄糖氧化过程与Glu/Gln循环速率高度相关，兴奋性神经元传递神经递质减少则Gln转化成Glu的速率下降，致刺激后Glu减少。本研究发现2种刺激均可产生正、零及负激活，以负激活为主；负激活亚组中Glx+浓度升高者占比稍高，总体Glx+浓度也略有升高，但差异无统计学意义(P均>0.05)。脑内Glu经糖酵解和三羧酸循环产生，为能量消耗的主要方式。神经元活动期间，脑血流量增加使供氧量增加，同时Glu和耗氧量增加。BOLD检测脑内血氧饱和度，有无激活、为正或负激活及其程度主要取决于供氧量与耗氧量的相对关系。针刺引起血流量增加，使供氧量增加，同时神经兴奋引起Glx浓度增加，导致耗氧量亦增加。推测当某种量相对固定的刺激引起血流量增加、使供氧量大于Glx浓度增加所致耗氧量时，整体血氧饱和度升高，BOLD信号呈正激活；而若血流增加带来的供氧量等于或小于Glx浓度增加所致耗氧量时，整体血氧饱和度降低，BOLD信号呈零或负激活。

本研究的局限性：①仅分析了兴奋性神经递质Glx，未结合抑制性神经递质如γ-氨基丁酸等进行观察；②未考虑个体差异以及穴位的双向调节作用。

综上，手针针刺较Von Frey纤毛针刺激对边缘叶-旁边缘叶-新皮层网络负激活范围更广、强度更高；手针刺激前、后Glx+浓度多无明显变化，且BOLD信号与Glx+浓度无明显相关。