耳穴电刺激正常人心率变异性与脑比率低频振幅的相关性研究

侯小燕，周思繁，王雨涵，傅成伟，张 岳，叶泳松，刘 波

广东省中医院/广州中医药大学第二附属医院影像科，广东 广州510120

耳穴疗法对多种疾病的治疗效果良好［1-4］，尤其对具有自主神经系统参与的一些躯体性疾病，如功能性消化不良等效果显著［5-7］，但其具体机制不明。有研究发现，耳穴刺激时可引起脑功能活动改变［8］，但这种改变与躯体自主神经功能是否相关、有无潜在联系，目前尚无定论。本研究尝试通过分析耳穴电刺激时正常人心率变异性与脑功能状态的改变，以及两者之间的相关性，探讨耳穴电刺激所引起的脑功能活动改变与躯体自主神经功能具有潜在联系的可能性，为研究耳穴疗法的神经、生理基础提供相关证据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2019 年7 月至2022 年7 月共纳入29 例健康志愿者，其中男11 例，女18 例；年龄21～45 岁，平均（25.3±4.2）岁。受试者均无神经系统疾病家族史及精神类药物服用史；均完成简易智力状态检查量表（mini-mental state examination，MMSE）评估。本研究经我院伦理委员会批准，受试者均签署知情同意书。

1.2 试验设计与方法

采用自身对照重复测量设计方法，分别于刺激前（基线状态）、耳穴电刺激及假穴电刺激时行持续8 min 的静息态fMRI 扫描；采集3 种状态下持续5 min的动态心电图数据，记录心率变异性的总心搏数、RR 间期、时域指标［相邻RR 间期差值（MSSD）、相邻RR 间期差值大于50 ms 的心搏数占总心搏数的百分比（PN50%）］及频域指标［低频功率（LF）、高频功率（HF）及两者比值（LF/HF）］。其中耳穴电刺激与假穴电刺激的数据采集间隔1 周洗脱。

耳穴电刺激参照耳穴定位，选取左耳心、小肠穴（富于迷走神经分布区）为耳穴真刺激点，假穴选取上耳舟部（无迷走神经分布区）为假刺激点。设备采用华佗牌SDZ-ⅡB 型电子针疗仪。刺激参数输出为恒定电压，电流连续输出，刺激脉冲波型为疏密波，频率20 Hz，波宽0.2 ms，最佳电流强度为患者耐受且无尖锐性痛觉（类似于血管的搏动感），通常为4～8 mA，记录每位受试者的刺激参数。

1.3 静息态fMRI 扫描及数据处理 采用Siemens Verio 3.0 T MRI 成像仪，16 通道头线圈进行检查。受试者取平卧位，固定头部，于静息状态下采集数据。fMRI 扫描采用T2*-EPI-GRE 序列，TR 2 000 ms，TE 30 ms，翻转角90°，层厚3.5 mm，层距4.2 mm，视野384 mm×384 mm，矩阵64×64，层数31，扫描时间8 min；解剖成像采用T1WI 三维磁化强度预备梯度回波（3D-MPRAGE）序列，TR 1 900.0 ms，TE 2.3 ms，翻转角9°，层厚1 mm，视野256 mm×256 mm，矩阵256×256，层数176，扫描时间4 min26 s。

基于Matlab 软件，采用DPABI V3.1 和SPM 12 行功能图像预处理及比率低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuations，fALFF）数据分析［9］，得到不同状态下的fALFF 参数图。

1.4 统计学分析

采用SPSS 25.0 软件对3 种状态下的总心搏数、RR 间期、MSSD、PN50%、LF、HF、LF/HF 行单因素重复测量方差分析，并采用配对t 检验行事后检验（即Post-hoc 分析）。

运用SPM 12 对3 种状态下的fALFF 参数图行单因素重复测量方差分析，多重比较矫正采用体素水平P＜0.05，FWE 簇水平（P＜0.05）校正为差异有统计学意义；提取差异脑区内的fALFF 均值，采用配对t 检验进行事后检验。对耳穴真刺激时心率变异性各指标与差异脑区内fALFF 值行Pearson 相关分析。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 心率变异性指标结果

基线状态、耳穴电刺激、假穴电刺激3 种状态的总心搏数、LF、LF/HF 差异均无统计学意义（均P＞0.05）；而3 种状态的RR 间期、MSSD、PN50%及HF 差异均有统计学意义（均P＜0.05，表1）。

表1 基线状态、耳穴电刺激与假穴电刺激时的心率变异性统计值（）

表1 基线状态、耳穴电刺激与假穴电刺激时的心率变异性统计值（）

注：总心搏数，5 min 内总心搏次数；RR 间期：2 个完整波形之间的时间间隔；MSSD，相邻RR 间期差值；PN50%，相邻RR 间期差值大于50 ms 的心搏数占总心搏数的百分比；LF，低频功率；HF，高频功率。

与基线状态相比，耳穴电刺激RR 间期、MSSD、PN50%均升高，差异均有统计学意义（P=0.01，0.023，0.005）；假穴电刺激与基线状态的RR 间期、MSSD、PN50%比较，差异均无统计学意义（P=0.310，0.194，0.437），HF 差异有统计学意义（P=0.018）。

2.2 静息态脑功能fALFF 结果

基线状态、耳穴电刺激、假穴电刺激3 种状态对比，重复测量方差分析主效应结果显示：差异脑区为含边缘叶、海马旁回及颞叶的体素团块（体素水平P＜0.05，FWE 矫正，表2，图1）。事后分析结果显示：与基线状态相比，耳穴电刺激时差异脑区fALFF 值明显升高（P=0.011），假穴电刺激时差异脑区fALFF值升高（P＜0.001）。

图1 基线状态、真穴电刺激、假穴电刺激的比率低频振幅（fALFF）差异脑区图 注：红色区域代表显著差异区（P＜0.05，FWE 矫正）

表2 基线状态、耳穴电刺激与假穴电刺激时的差异脑区

2.3 耳穴电刺激时显著差异脑区的fALFF 值与心率变异性的相关性分析

耳穴电刺激时，显著差异脑区的fALFF 值与LF/HF 值呈正相关（r=0.422，P=0.023）（图2）；假穴电刺激时，显著差异脑区的fALFF 值与LF/HF 值无相关性（r=-0.030，P=0.877）。

图2 耳穴电刺激时显著差异脑区的fALFF 值与LF/HF 值的相关性图 注：LF/HF 与fALFF 呈正相关，LF/HF 随着fALFF 值升高而升高。fALFF，比率低频振幅；LF/HF，低频功率与高频功率的比值

3 讨论

耳穴疗法是中医学的重要组成部分，在临床上应用广泛［10-11］。基于耳部的众多内脏穴位，耳穴疗法适用于功能性消化不良、胃食管反流等疾病的治疗且效果良好［12－13］；以上疾病均与人体自主神经功能异常相关［14-15］，提示耳穴疗法的潜在作用机制可能包含了对人自主神经功能的调节。

心率变异性作为评估躯体整体自主神经功能的指标被广大学者认同，并已广泛运用于临床及各项研究中［16-17］。本研究运用心率变异性对健康人基线状态、耳穴电刺激及假穴电刺激3 种状态下自主神经功能的变化进行观察，发现耳穴电刺激能在一定程度上调节人体自主神经功能；对比基线状态，耳穴电刺激时RR 间期、MSSD、PN50%、HF 均显著升高。MSSD、PN50%主要代表躯体迷走神经的活动水平［17］，这说明耳穴电刺激参与自主神经功能调节的主要构成部分是调节迷走神经的活动水平。而本研究中假穴（无迷走神经分布）刺激对比基线状态时，相应代表迷走神经活动水平的指标，如MSSD、PN50%及HF 均未显著升高。以上发现与现代神经解剖基础学耳甲区皮下存在迷走神经分布的证据相符合［18］，提示刺激耳部迷走神经分布区域可影响整个躯体内的迷走神经活动水平。

现代神经及示踪显像神经形态学研究证实，耳迷走神经的耳支纤维主要经投射至迷走神经上核、孤束核和三叉神经神经脊束核［18］。而这些核团又与中枢神经、脑纤维存在广泛联系。这些神经解剖学的发现为耳穴电刺激可能通过迷走神经传入纤维通路对中枢脑活动进行调节［8］，进而调节躯体症状的假说提供了有利的解剖生理学依据。方继良等［8］在对16 例健康志愿者的耳迷走神经刺激脑功能MRI 研究中发现，经皮电刺激耳甲部时激发了孤束核及边缘叶脑区广泛而较强的负激活效应，为上述假说提供了有利证据。而本研究也显示，耳穴电刺激可引起相似脑区功能的改变，含边缘叶、海马旁回及颞叶的脑区fALFF 值明显升高，说明在耳穴刺激时，这几个脑区的活动更趋于一致。

虽然对耳穴电刺激引起的脑神经活动改变的研究［19-21］较多，但很少学者关注这种中枢神经改变与躯体自主神经功能调节的关系。Zhang 等［22］采用fMRI 对耳迷走神经治疗偏头痛机制研究发现，耳迷走神经刺激诱发的fMRI 信号在默认模式网络和脑干区域（包括球状位点、边缘核、副脑核和孤立核的脑区）降低，这些脑区与迷走神经中枢通路相关。Wu 等［21］在失眠患者中发现，经耳迷走神经持续刺激时，脑感觉运动网络的脑区fALFF 值降低，且对该疗法有效患者的心率变异性与fALFF 值具有相关性。本研究进一步对耳穴电刺激时的心率变异性指标与差异脑区内fALFF值行相关性分析，发现代表躯体交感迷走神经活动之间平衡水平的指标LF/HF 值与fALFF 值呈显著正相关；说明耳穴电刺激所引起的边缘叶、海马旁回及颞叶的脑活动，可能一定程度参与了躯体交感与迷走2 种神经活动的平衡调节，边缘叶、海马旁回及颞叶内脑活动越趋于一致，则躯体交感和迷走神经两者越趋于平衡状态；这也间接揭示了耳穴电刺激疗法治疗自主神经功能紊乱类疾病，如功能性消化不良、胃食管反流病的潜在机制。

综上所述，耳穴电刺激可调节正常人的躯体自主神经功能，且主要以对迷走神经活动水平的调节为主；在耳穴电刺激时，脑边缘叶、海马旁回及颞叶参与了对躯体自主神经活动水平的调节，且这种调节可能为一种同向调节；而脑边缘叶、海马旁回及颞叶是以何种方式参与躯体自主神经功能的调节有待神经、生理学的深入研究。