氢质子磁共振波谱实时监测推拿缓解慢性下腰痛后中枢代谢物的动态变化

霍苗，王炜，杨辰瑶，龚志刚，詹松华，谭文莉*

1.上海中医药大学附属曙光医院放射科，上海 201203；2.上海中医药大学附属曙光医院推拿科，上海 201203；*通信作者谭文莉 tanying2245@163.com

慢性下腰痛（chronic low back pain，CLBP）是临床常见的疼痛综合征之一，常表现为腰背部疼痛持续时间超过3个月，不仅影响患者的生活质量，也极大地增加了社会经济和医疗负担[1]。中医学认为CLBP属于“痹症”，脊柱推拿通过放松肌肉、改善筋膜粘连及关节功能、提高腰背部肌肉力量，达到减轻或缓解疼痛的目的。CLBP作为一种慢性疼痛，具有中枢属性，即患者存在脑功能异常，并且这种功能异常在推拿治疗后得以缓解[2-3]。目前，推拿恢复异常脑功能的物质基础尚不明确。氢质子磁共振波谱（1H-magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS）是一种无创、定量检测活体组织神经代谢的影像技术，本研究拟通过1H-MRS技术动态监测推拿前后CLBP患者脑后扣带回皮层（posterior cingulate cortex，PCC）神经代谢的变化规律，探索推拿改善CLBP患者脑功能异常的物质基础。

1 资料与方法

1.1 研究对象 招募2021年1—6月就诊于上海中医药大学附属曙光医院骨伤科及推拿科门诊的CLBP患者，纳入标准：符合2004年欧盟委员会COSTB13工作组颁布的CLBP诊断标准[4]，病程＞3个月；年龄20～65岁；右利手；视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）[5]≥3分；中国缩减版Oswestry功能障碍指数（Chinese short form Oswestry disability index，C-SFODI）≥20%[6]；进行本次治疗前1个月内未服用解热镇痛、安眠、激素等药物及相关物理治疗、推拿治疗；体内无金属置入物；无精神疾病史；无颅脑疾病史；无MRI检查禁忌证。排除标准：不符合CLBP诊断标准；有其他慢性疼痛病史；存在其他导致腰痛的疾病，如造血系统疾病、自身免疫性疾病等；影像学诊断存在脊柱骨肿瘤、结核、骨质疏松等；头颅外伤或昏迷病史；精神疾病及抑郁病史；有脊柱手术史；妊娠期及哺乳期女性；不愿意加入本研究和存在幽闭恐惧症者。

招募与CLBP组患者性别、年龄匹配的健康志愿者作为对照组，纳入标准：右利手；无腰部疼痛病史；既往1个月内未接受药物及相关物理治疗、推拿治疗；了解本研究过程，并签署知情同意书。排除标准同CLBP组。

最终纳入CLBP 13例，其中男6例，女7例，年龄20～65岁，平均（40.4±5.5）岁；对照组13例，其中男6例，女7例，年龄20～65岁，平均（38.2±6.5）岁，两组年龄差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究在中国临床试验中心注册（No.ChiCTR2100049505），已通过上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会批准（2020-914-123-01），所有受试者均签署知情同意书。

1.2 干预方案 CLBP组每周接受2次推拿干预，每次持续约25 min，20 d内共6次。脊柱推拿均由同1名副主任医师在推拿科门诊操作，主要采用软组织手法，方案：患者身体放松，取俯卧位，以滚法为主，同时配合按揉、弹拨、一指禅等手法。CLBP组分别于治疗前、治疗第1次、第3次（第10天）、第6次（第20天）1H-MRS检查后完成VAS评分、C-SFODI量表。对照组不接受任何干预，仅与CLBP组相同时间点进行4次1H-MRS检查。

1.3 疼痛程度及功能障碍评价 采用VAS评分评估CLBP患者的疼痛程度，0分表示无疼痛，5分表示中等程度疼痛，10分表示剧烈疼痛，患者选择最能代表其疼痛程度的分数点，分值越高，表示疼痛程度越重[7]。C-SFODI评估CLBP患者的功能障碍程度，共10个维度：疼痛强度、日常活动自理能力、提物、行走、坐、站立、睡眠、性生活、社会活动和旅行。每个维度有6个选项，评分0～5分，采用实际分数之和/50的百分比表示，百分比越高，表示功能障碍越严重[8]。VAS变化率=（治疗后VAS－治疗前VAS）/治疗前VAS×100%，C-SFODI变化率=（治疗后C-SFODI－治疗前C-SFODI）/治疗前C-SFODI×100%。

1.4 数据采集与处理

1.4.1 数据采集 采用Siemens Skyra 3.0T超导型MRI扫描仪，20通道头颈联合线圈。首先进行常规头颅MRI扫描，包括横断位T2WI、冠状位T2-FLAIR，再采用高分辨3D-T1WI序列进行全脑结构相扫描，参数见表1。然后进行1H-MRS扫描，采用单体素点分辨光谱（PRESS）序列，感兴趣区（ROI）定位于PCC，成像参数：体素大小20 mm×20 mm×20 mm，TR 2 000 ms，TE 35 ms，激励次数128次，带宽1 200 Hz，扫描时间4 min 46 s，半高全宽＜30。波谱扫描前行自动匀场、水抑制。为保持多次检查ROI位置一致，所有扫描均由同一医师完成，PCC定位规定：选取矢状位T1WI正中层面，ROI放置于胼胝体后方与胼胝体相切（图1C）。

表1 头颅MRI检查定位序列及参数

图1 男，45岁，CLBP患者后扣带回1H-MRS图像。A、B、C分别为横断位T2WI、冠状位T2-FLAIR、矢状位T1WI MPRAGE序列，方框位置为后扣带回单体素1H-MRS定位；3.0T后扣带回1H-MRS谱线，x轴为化学位移轴，单位为百万分之（parts per million，ppm），y轴为信号强度，直线为软件拟合谱线，曲线为CLBP患者拟合谱线（D）

1.4.2 图像分析 MRS图像和数据采用Siemens工作站Spectroscopy软件对1H-MRS谱线自动进行相位及基线校准、代谢物识别及谱线拟合，获得PCC脑区代谢物峰值及曲线下面积（图1D），各代谢物及其波峰位置：N-乙酰天门冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA，2.02 ppm，ppm为百万分之）、谷氨酸复合物（glutamate+glutamine，Glx，包括谷氨酸和谷氨酰胺，为一系列共振峰，主峰Glx1、Glx2、Glx3、Glx4，2.1～2.55 ppm）、肌酸（creatine，Cr，3.02 ppm）、胆碱（choline，Cho，3.22 ppm）、肌醇（myo-inositol，mI，3.56 ppm），以Cr峰下面积作为参照，分别计算NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr、Glx/Cr比值，作为各代谢物浓度相对定量值。

1.5 统计学方法 采用SPSS 25.0软件，符合正态分布的计量资料以±s表示，两组间比较采用独立样本t检验。不同时间点指标组内差异采用单因素重复测量方差分析，采用LSD法对存在组内差异的数据进行两两比较。采用Pearson相关分析CLBP组不同时间点具有统计学差异的代谢产物比值分别与VAS评分和C-SFODI变化率的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床疗效评价 CLBP组治疗前、治疗第1、3、6次VAS评分、C-SFODI评分比较，差异均有统计学意义（P＜0.001），见表2。

表2 13例CLBP患者治疗前后4个时间点VAS评分和C-SFODI评分比较（±s）

表2 13例CLBP患者治疗前后4个时间点VAS评分和C-SFODI评分比较（±s）

注：与治疗前比较，aP＜0.05，bP＜0.001；与治疗第1次比较，cP＜0.05；与治疗第3次比较，dP＜0.05

项目治疗前治疗第1次治疗第3次治疗第6次F值P值VAS评分 5.46±1.39 3.53±1.23a 3.23±1.17a 1.77±1.01bcd 80.47 ＜0.001 C-SFODI评分33.68±5.65 29.57±5.16 24.96±4.64a 18.98±4.41bcd 185.11＜0.001

2.2 CLBP组与对照组相同时间点脑代谢产物的差异CLBP组治疗前PCC脑区NAA/Cr值高于对照组（t=3.32，P=0.04）。CLBP组第1次推拿后与对照组相同时间点比较，各代谢物差异均无统计学意义（P＞0.05）。CLBP组第3次推拿治疗后与对照组相同时间点比较，CLBP组PCC脑区Glx3/Cr值较低（t=-1.99，P=0.04）。CLBP组第6次推拿治疗后与对照组相同时间点比较，CLBP组PCC脑区Glx3/Cr值较低（t=-3.21，P=0.004）。CLBP组与对照组相同时间点其余代谢物差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 CLBP组治疗前后与对照组相同时间后扣带回MRS代谢指标比较（n=13，±s）

表3 CLBP组治疗前后与对照组相同时间后扣带回MRS代谢指标比较（n=13，±s）

注：NAA为N-乙酰天冬氨酸复合物，Cho为胆碱复合物，mI为肌醇，Cr为肌酸复合物，Glx为谷氨酸复合物

组别NAA/Cr Cho/Cr mI/Cr Glx1/Cr Glx2/Cr Glx3/Cr Glx4/Cr治疗前CLBP组1.75±0.12 0.65±0.03 0.60±0.10 0.39±0.11 0.26±0.06 0.31±0.05 0.37±0.04对照组1.71±0.08 0.66±0.05 0.56±0.06 0.40±0.10 0.28±0.04 0.31±0.04 0.35±0.04 t值3.32-0.96 31.29-0.27-0.36 0.36 1.07 P值0.04 0.35 0.21 0.79 0.73 0.72 0.30治疗第1次CLBP组1.55±0.15 0.74±0.06 0.41±0.12 0.41±0.12 0.34±0.01 0.33±0.02 0.40±0.02对照组1.73±0.05 0.65±0.01 0.53±0.02 0.41±0.03 0.24±0.05 0.28±0.05 0.36±0.01 t值-1.14 1.55 0.10-0.04 1.89 0.84 1.94 P值0.37 0.37 0.93 0.97 0.20 0.49 0.19治疗第3次CLBP组1.67±0.03 0.67±0.02 0.56±0.03 0.39±0.02 0.27±0.01 0.27±0.01 0.35±0.01对照组1.73±0.03 0.68±0.03 0.62±0.04 0.40±0.03 0.27±0.07 0.31±0.01 0.35±0.01 t值-1.67-0.63-1.09-0.36 0.11-1.99 0.04 P值0.11 0.53 0.29 0.73 0.91 0.04 0.97治疗第6次CLBP组1.73±0.03 0.66±0.02 0.58±0.02 0.39±0.02 0.26±0.01 0.28±0.02 0.35±0.01对照组1.75±0.03 0.68±0.01 0.54±0.01 0.44±0.03 0.28±0.01 0.35±0.01 0.38±0.01 t值-0.35-0.95 1.37-1.51-1.28-3.21-1.72 P值0.73 0.35 0.18 0.14 0.21 0.004 0.10

2.3 CLBP组各时间点脑代谢产物变化 CLBP组4个时间点各代谢物比较，Glx3/Cr差异有统计学意义（F=6.90，P=0.03）；进一步两两比较显示，第1次和第3次MRS检测的Glx3/Cr值均低于治疗前（t=3.01，P=0.016；t=2.16，P=0.040），见表4、图2。

图2 1H-MRS监测CLBP组与对照组4个时间点脑后扣带回Glx3/Cr比值的变化。与对照组相同时间点比较，aP＜0.05，bP＜0.01

表4 CLBP组脑后扣带回4个时间点MRS检查脑代谢物指标（n=13，±s）

表4 CLBP组脑后扣带回4个时间点MRS检查脑代谢物指标（n=13，±s）

注：NAA为N-乙酰天冬氨酸复合物，Cho为胆碱复合物，mI为肌醇，Cr为肌酸复合物，Glx为谷氨酸复合物；与治疗前Glx3/Cr比较，aP＜0.05

时间点NAA/Cr Cho/Cr mI/Cr Glx1/Cr Glx2/Cr Glx3/Cr Glx4/Cr Cho/NAA治疗前 1.75±0.12 0.65±0.03 0.60±0.10 0.39±0.11 0.26±0.06 0.31±0.05 0.37±0.04 0.38±0.05治疗第1次1.67±0.10 0.65±0.05 0.57±0.09 0.40±0.10 0.26±0.06 0.27±0.06a 0.34±0.05 0.40±0.04治疗第3次 1.67±0.10 0.65±0.05 0.56±0.10 0.40±0.09 0.27±0.05 0.27±0.05a 0.35±0.05 0.40±0.04治疗第6次1.73±0.10 0.66±0.07 0.58±0.09 0.39±0.08 0.26±0.04 0.28±0.06 0.35±0.05 0.37±0.04 F值 2.57 1.07 0.73 0.04 0.19 6.90 1.63 1.15 P值0.12 0.40 0.51 0.97 0.87 0.03 0.21 0.34

2.4 对照组各时间点脑代谢产物变化 对照组4个时间点各代谢物比较，Glx3/Cr差异均有统计学意义（F=4.60，P=0.02）。治疗前至治疗第3次的Glx3/Cr值均低于治疗第6次（t=-2.26，P=0.031；t=-3.22，P=0.005；t=-2.51，P=0.026）；其余各代谢物差异均无统计学意义（P＞0.05），见表5、图2。

表5 对照组脑后扣带回4个时间点MRS检查脑代谢物指标（n=13，±s）

表5 对照组脑后扣带回4个时间点MRS检查脑代谢物指标（n=13，±s）

注：NAA为N-乙酰天冬氨酸复合物，Cho为胆碱复合物，mI为肌醇，Cr为肌酸复合物，Glx为谷氨酸复合物；与治疗第6次Glx3/Cr比较，aP＜0.05，bP＜0.01

时间点NAA/Cr Cho/Cr mI/Cr Glx1/Cr Glx2/Cr Glx3/Cr Glx4/Cr Cho/NAA治疗前 1.71±0.08 0.66±0.05 0.56±0.06 0.40±0.10 0.28±0.04 0.31±0.04a 0.35±0.04 0.39±0.03治疗第1次1.72±0.09 0.66±0.05 0.55±0.05 0.36±0.09 0.26±0.04 0.29±0.05b 0.35±0.03 0.40±0.06治疗第3次 1.73±0.10 0.68±0.09 0.62±0.16 0.40±0.10 0.27±0.06 0.31±0.04a 0.35±0.05 0.42±0.04治疗第6次1.75±0.11 0.68±0.05 0.54±0.04 0.44±0.11 0.28±0.04 0.35±0.04 0.38±0.05 0.39±0.05 F值 0.54 1.07 1.70 2.05 0.50 4.60 2.44 1.32 P值0.61 0.40 0.23 0.17 0.68 0.02 0.09 0.28

2.5 CLBP组Glx3/Cr与VAS评分、C-SFODI变化率的相关性 CLBP组治疗第1次的Glx3/Cr值与VAS评分和C-SFODI变化率呈正相关（r=0.751，P=0.042；r=0.865，P=0.031），CLBP组治疗第3次的Glx3/Cr值与VAS评分和C-SFODI变化率呈正相关（r=0.812，P=0.037；r=0.745，P=0.045）。

3 讨论

本研究采用1H-MRS技术动态监测CLBP患者推拿前后脑PCC的代谢反应，发现CLBP组干预前后扣带回的NAA/Cr值高于对照组；随推拿干预，后扣带回的Glx3/Cr值呈先降低然后趋于稳定的变化趋势，而健康人保持相对稳定状态。本研究结果提示，推拿干预可能通过调节脑后扣带回谷氨酸复合物的代谢状态，从而改善CLBP的神经功能异常。

3.1 基线时CLBP患者Glx的代谢特征 后扣带回是脑默认网络（default mode network，DMN，包括内侧前额叶皮层、顶叶皮质、后扣带皮层）的核心枢纽之一，在疼痛调节方面发挥重要作用。既往神经影像研究提示慢性疼痛会造成后扣带回或其他脑区结构和功能异常，董帅珂等[9]基于Voxel形态学研究发现腰椎间盘突出患者慢性腰痛期间右侧扣带回的白质和灰质体积均较对照组萎缩。Pei等[10]发现CLBP患者原发性体感皮层与DMN的功能连接增加。李丽等[11]研究发现CLBP患者双侧后扣带回的DMN功能连接异常，这些结构异常和功能失调可能与CLBP的发生或抑制有关。本研究从神经代谢的角度发现CLBP患者在第1次（基线）MRS检查时，与对照组的Glx3/Cr无显著差异。Fayed等[12]报道，纤维肌痛患者后扣带回Glx绝对浓度及Glx/Cr值升高，分析2项研究的差异，其一是由于本研究中患者VAS评分较该研究低，处于PCC功能代偿状态。NAA主要存在于神经元，是神经元密度和健康的标志物，本研究中CLBP组PCC脑区的NAA/Cr值高于对照组，也进一步支持PCC功能代偿的假设；其二可能由于该项研究将Glx在MRS谱线中各个位置的子峰值取均值进行比较，而本研究中未精细区分哪一种Glx代谢物存在变化，将Glx按照波峰位置不同分为4个亚代谢物进行比较，可能造成了上述差异。

3.2 推拿治疗后各时间点CLBP患者Glx的代谢情况谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统主要的兴奋性神经递质之一，其在神经元调节中发挥重要作用。Jelen等[13]采用功能性MRS技术发现，健康受试者采用压力刺激模拟疼痛发作时，前扣带回的Glx浓度增加。刘艳春等[14]建立三叉神经痛大鼠模型发现三叉神经节细胞内Glu蛋白的表达显著高于对照组，表明无论健康受试者模拟疼痛刺激还是慢性疼痛状态，局部脑区均呈现高谷氨酸状态。高浓度Glx诱导神经元过度兴奋及持续激活，产生兴奋性毒性，造成神经元细胞损伤、功能障碍和（或）死亡，在神经性疼痛慢性化过程中起关键作用[15]。本纵向研究中，随推拿干预CLBP组在治疗第3次和第6次MRS随访时Glx3/Cr浓度呈降低并趋于稳定趋势，提示推拿改善了存在潜在异常的PCC脑区Glx/Cr升高的代谢环境，而且这种改善需要在推拿维持一定的治疗时长后发生，也符合推拿治疗的累积效应。另一方面，可能是推拿的力学刺激改善全身血液循环、氧供和细胞代谢，通过调节大脑Glx代谢水平镇痛[16]。CLBP患者常伴有焦虑、恐惧、悲伤等负面情绪，Glx参与中枢神经系统的情绪调节[17]。既往研究显示推拿具有舒缓情绪的作用[18-19]，因此推测推拿通过降低Glx/Cr值在一定程度上缓解CLBP患者的情绪异常，这可能是推拿缓解CLBP的潜在机制之一。PCC是一个高度功能连接（与DMN及其他脑区）和新陈代谢活跃的脑区[20-21]，本课题组前期研究发现CLBP患者推拿20 d后大脑DMN异常的功能连接恢复[3]，本研究进一步发现CLBP患者推拿干预降低PCC脑区的高Glx/Cr水平，表明推拿通过介导DMN代谢及功能发挥镇痛作用。

3.3 CLBP组与对照组的Glx动态变化规律 本研究发现在对照组前3次MRS检查中，脑后扣带回Glx3/Cr值均保持较低水平，而在治疗第6次时则出现一过性升高。White等[22]对健康者研究发现Glx水平随激励动机、积极情绪而升高，其原因可能是多巴胺激动剂增加了Glx的合成，这可能是健康人情绪变化的物质基础。Apšvalka等[23]研究发现，与短期视觉刺激相关的Glx浓度增加反映大脑稳态环境的调节和适应，推测本研究对照组治疗第6次时Glx3水平显著增加可能是机体发生的适应性改变，与受试者即将完成整个试验过程精神兴奋、情绪愉悦有关。在CLBP组，治疗第6次的Glx3/Cr值也较第1次和第3次升高，尽管无显著差异，考虑同样是由实验周期结束引起的情绪波动所致，但由于持续推拿治疗的累积作用，使得这种Glx/Cr水平升高仍保持在相对较低水平。在推拿治疗第10天和第20天CLBP组Glx3/Cr值显著低于对照组相应时间点，此结果表明即使在相对较短的时间内推拿干预也足以降低CLBP患者的Glx/Cr水平发挥疗效，但此差异是否会长期存在则需更长期的纵向观察研究。

3.4 Glx3/Cr和VAS评分、C-SFODI变化率的相关性本研究中，CLBP组VAS评分及C-SFODI评分随治疗进行性降低，表明较短期、有规律的推拿干预对缓解疼痛及改善功能疗效显著。同样，Holt等[24]研究发现持续4周的脊椎干预可以改善卒中患者的运动功能；Didehdar等[25]研究发现脊柱推拿治疗5周后CLBP患者的腰痛强度和功能障碍显著改善。本研究相关性分析发现，随着推拿干预CLBP组PCC区域的Glx3/Cr值趋于降低，且与治疗第1次和第3次的VAS评分及CSFODI变化率呈正相关，表明Glx3/Cr值可能反映了CLBP患者疼痛及功能障碍的改善，提示Glx3/Cr值可以作为预测CLBP患者功能状态及推拿疗效的生物标志物之一。

3.5 本研究的不足与展望 首先，本研究由于扫描时间的限制，仅对PCC区域进行MRS检查，尚未评估除PCC之外其他脑区代谢物的动态变化。其次，本研究仅针对CLBP患者，所得出的结论是否适用于其他慢性疼痛，有待进一步研究。最后，本研究样本量较少，未根据疗效进行分组观察。今后研究应扩大样本量、延长治疗及随访时间、多模态MRI进一步探索CLBP的病理生理机制。

综上所述，1H-MRS技术为监测及评估CLBP患者大脑神经代谢物水平提供了有价值的信息，谷氨酸的动态变化可能参与了推拿镇痛的中枢调控过程，从分子水平上为推拿疗效提供了新的见解。