“形神共调”针刺对丘脑卒中后麻木患者脑白质微观结构的影响

宋 蕾,陈 星,彭 景,吕秋艺,钱勋琦,袁永娥,张 华

(北京中医药大学东直门医院,北京 100700)

脑卒中后约有60%的患者存在不同程度的感觉障碍[1],其中丘脑卒中后麻木是脑卒中感觉障碍中常见且难治的类型,是脑出血或脑梗死后丘脑组织损伤所造成的感觉障碍,主要表现为对侧肢体麻木,在一定程度上影响了患者的日常生活能力及心理健康。虽然与脑卒中后运动功能障碍相比,脑卒中感觉障碍对患者生活影响较小,但脑卒中后感觉障碍的康复也应受到重视。既往研究发现,丘脑卒中后躯体感觉障碍患者的中央后回功能连接度(FC)降低[2],而针刺可通过增强中央后回等脑区的神经元活动来改善卒中后肢体麻木患者的症状[3]。然而,无论是在临床研究、动物研究还是神经影像学研究方面,脑卒中患者感觉障碍损伤及恢复机制的研究比脑卒中患者运动功能障碍损伤及恢复机制的研究要少得多。弥散张量成像(DTI)是目前唯一一种非侵入性研究体内脑白质纤维束结构形态的磁共振成像技术,其通过反映白质中水分子扩散属性来判断组织受损的情况。基于弥散张量配准和皮质分割的纤维束自动量化技术(automatic fiber quantification,AFQ)可以自动识别和定量分析白质纤维通路[4],并准确定位纤维束张量成像指标的异常变化,该方法考虑了局部病变组织的特征,提供了一种更精确的方法来测量脑白质束中的微观变化。多项应用AFQ技术的结构磁共振研究发现在颈椎病慢性疼痛、卒中后失语、卒中后偏瘫等领域均有大脑白质微观结构的改变[5-8]。但搜索资料发现对丘脑卒中后麻木脑白质微观结构研究却相对较少,因此本研究尝试使用DTI及AFQ技术对丘脑卒中后麻木患者大脑白质微观结构进行研究,并观察“形神共调”针刺对丘脑卒中后麻木患者大脑白质微观结构的影响,探讨针刺改善丘脑卒中感觉障碍的潜在机制,为针刺治疗丘脑卒中后麻木提供可靠理论依据。

1 资料与方法

1.1纳入标准

1.1.1丘脑卒中后麻木患者 ①符合《中国脑血管病防治指南(节选)》[9]脑出血及脑梗死的诊断标准,且经影像学CT或MRI检查证实丘脑存在责任病灶;②病程>6个月;③明确存在单侧肢体麻木的临床表现,且患侧肌力>3级;④年龄30～75岁,右利手,性别不限;⑤体内无金属,无MRI检查禁忌证;⑥无焦虑症、抑郁症等精神障碍;⑦神志清晰,无视觉、听觉、语言功能、认知功能障碍,病情平稳;⑧自愿参加本研究并同意本人或直系亲属签署知情同意书。

1.1.2健康受试者 ①无脑血管病史;②无焦虑症、抑郁症等精神障碍;③体内无金属,无MRI检查禁忌证;④签署知情同意书。

1.2排除标准 ①皮质部位脑卒中;②颅内恶性肿瘤、炎症、颅脑外伤、癫痫等,其他原因的脑白质病变及神经退行性疾病;③伴严重内科疾病、糖尿病周围神经病变、外周神经损伤等疾病者;④合并精神疾病及严重认知障碍者;⑤无法理解配合检查或有其他MRI检查禁忌证者,如幽闭恐惧症等;⑥MRI扫描发现严重脑部解剖结构不对称者。

1.3一般资料 本研究纳入2020年1月—2021年12月在北京中医药大学东直门医院就诊且符合丘脑卒中后遗症期诊断标准的肢体麻木患者18例作为观察组,其中男14例,女4例,年龄(59.4±7.6)岁;同时在社区招募与观察组性别、年龄相匹配的健康受试者20例作为对照组,其中男15例,女5例,年龄(57.6±7.8)岁。本研究经北京中医药大学东直门医院医学伦理委员会批准(DZMEC-KY-2019-180),所有受试者均已获悉本研究内容,并自愿签署知情同意书。

1.4观察组治疗方法 患者进行为期4周且每周3次共12次的“形神共调”针刺治疗。穴位处方:百会、四神聪、水沟、患侧曲池、患侧足三里,其中百会、四神聪、水沟穴位旨在调神,患侧曲池及足三里穴位旨在调形,共奏形神共调之功。患者取仰卧位,针刺前排空小便,由同一名具有10年针灸经验针灸师予常规消毒后进行针刺治疗。百会穴、四神聪穴:在穴位处与头皮呈30°夹角快速进针,针尖位于帽状腱膜下层,进针深度0.5～1寸;水沟穴:向上斜刺0.3～0.5寸;曲池穴、足三里穴:在穴位处与皮肤垂直快速进针,进针深度以得气为主。水沟穴不提插不捻转,留针20 min。其余穴位均采用左右捻转运针,做高频率、低幅度的捻转,频率160次/min,持续1 min,留针6 min,反复操作3次后起针。

1.5观察指标及方法

1.5.1结构磁共振成像(SMRI)及DTI扫描和分析方法 观察组患者于入组当天及治疗12次后各扫描1次,对照组于入组当天扫描1次。使用西门子3.0T超导磁共振全身成像仪,在受试者平卧位休息20 min完全平静后,使用标准头部磁共振线圈固定,保持头位不动。高分辨率3D-T1结构像扫描序列:TR 1 900 ms,TE 2.53 ms, Matrix 256×256,Fov 250×250 mm,Slice thickness 1.0 mm,扫描时间4 min 26 s。32方向的DTI序列:方向数30,1个b0像,b=1 000 s/mm2,TR 11 000 ms,TE 95 ms,Matrix 128×128,Fov 256×256 mm,Slice thickness 2.0 mm,扫描时间6 min。MRI数据分析方法:步骤1,使用dcm2niix[10]实现T1与DTI原始数据DICOM到NIFTI格式的转换;步骤2,应用ART(Adversarial Robustness Toolbox)软件包的acpc-detect命令将T1像转化到AC-PC(前联合和后联合)空间;步骤3,应用斯坦福大学的VistaSoft软件包对DTI文件进行头动及涡流矫正的预处理;步骤4,将DTI文件与T1像对齐,基于弥散张量配准和皮质分割的AFQ技术,以约束球面反卷积法[11-12](constrainedpherical deconvolution,CSD)生成21个与丘脑及躯体感觉运动密切相关的大脑白质纤维束[13-15],将每一纤维束简化为一根核心纤维,将其等分100段(每段划分为一个位点),计算每个位点FA值,比较2组脑白质微观结构的差异。21个纤维束分别为左侧丘脑前辐射(Anterior Thalamic Radiation_left,ATR_left)、右侧丘脑前辐射(Anterior Thalamic Radiation_right,ATR_right)、胼胝体前部(Rostral body of Corpus Callosum,CC_3)、胼胝体前中部(Anterior midbody of Corpus Callosum, CC_4)、胼胝体中后部(Posterior midbody of Corpus Callosum,CC_5)、左侧皮质脊髓束(Corticospinal tract _left,CST_left)、右侧皮质脊髓束(Corticospinal tract_right,CST_right)、左侧丘脑上辐射(Superior Thalamic Radiation_left,STR_left)、右侧丘脑上辐射(Superior Thalamic Radiation_right,STR_right)、左侧丘脑-前额叶(Thalamo-prefrontal_left,T_PREF_left)、右侧丘脑-前额叶(Thalamo-prefrontal_right,T_PREF_right)、左侧丘脑-运动前区(Thalamo-premotor_left,T_PREM_left)、右侧丘脑-运动前区(Thalamo-premotor_right,T_PREM_right)、左侧丘脑-中央前回(Thalamo-precentral_left,T_PREC_left)、右侧丘脑-中央前回(Thalamo-precentral_right,T_PREC_right)、左侧丘脑-中央后回(Thalamo-postcentral_left,T_POSTC_left)、右侧丘脑-中央后回(Thalamo-postcentral_right,T_POSTC_right)、左侧丘脑-顶叶(Thalamo-parietal_left,T_PAR_left)、右侧丘脑-顶叶(Thalamo-parietal_right,T_PAR_right)、左侧丘脑-枕叶(Thalamo-occipital_left,T_OCC_left)、右侧丘脑-枕叶(Thalamo-occipital_right,T_OCC_right)。

1.5.2感觉功能评价与脑白质FA值的相关性使用改良诺丁汉感觉量表(rNSA)评价观察组患者入组当天、治疗12次后的感觉功能,rNSA量表满分为129分,分值越高提示感觉功能越好。分析rNSA评分变化比例与脑白质微观结构 FA 值变化比例的相关性。

1.6统计学方法 使用R 3.5.2软件包,分别对治疗前观察组与对照组FA值、治疗前后观察组FA值进行独立样本t检验、非参数配对样本t检验,P<0.05(FDR校正)为差异有统计学意义;采用SPSS 20.0软件对观察组治疗前后rNSA评分进行配对样本t检验,P<0.05为差异有统计学意义;使用Matlab对rNSA变化比例与观察组治疗前后FA值变化比例进行Pearson相关性分析,采用Cohen d 值[16]评价相关性的统计效能,d值>0.2表示相关强度较小、d值>0.5表示相关强度中等、d值>0.8表示相关程度较大。

2 结 果

2.1研究完成情况 观察组患者均完成4周共12次的“形神共调”针刺治疗及针刺治疗前后的颅脑磁共振检查,无脱落。对照组健康受试者均完成一次脑磁共振检查。

2.2治疗前观察组与对照组FA值比较 与对照组相比,治疗前观察组胼胝体中后部束、左侧丘脑-前额叶束和右侧丘脑-前额叶束的部分位点FA值明显下降(P均<0.05),且位点具有连续性,见表1;各纤维束FA值及位点示意图见图1。

紫色虚线框内深灰色区域为具有差异的位点分布范围;橙色实线及虚线曲线为对照组FA均数±标准差;绿色实线及虚线曲线为治疗前观察组FA均数±标准差;白色圆管代表相应的纤维束核心,圆管上亮色部分为差异的位点分布范围图1 治疗前观察组丘脑卒中麻木患者与对照组不同纤维束FA值比较

表1 治疗前观察组丘脑卒中麻木患者与对照组FA值差异位点

2.3观察组治疗前后FA值比较 与治疗前比较,观察组治疗后的左侧丘脑-前额叶束和右侧丘脑-前额叶束的部分位点FA值明显增加(P均<0.05),且位点具有连续性,见表2;左侧丘脑-前额叶束和右侧丘脑-前额叶束FA值及位点示意图见图2。

紫色虚线框内深灰色区域为具有差异的位点分布范围;橙色实线及虚线曲线为观察组治疗后FA均数±标准差;绿色实线及虚线曲线为观察组治疗前FA均数±标准差;白色圆管代表相应的纤维束核心,圆管上亮色部分为差异的位点分布范围图2 观察组丘脑卒中麻木患者针刺治疗前后不同纤维束FA值比较

表2 观察组丘脑卒中麻木患者针刺治疗前后FA值差异位点

2.4观察组治疗前后rNSA量表评分及变化比例观察组患者治疗前后rNSA量表评分分别为(110.28±18.34)分和(125.67± 7.11)分,治疗后的rNSA评分明显高于治疗前(t=5.13,P<0.05)。治疗前后rNSA量表评分变化比例=(治疗后rNSA分值-治疗前rNSA分值)/治疗前rNSA分值×100%,观察组针刺治疗前后的rNSA量表评分变化比例为12.51%(4.46%,18.62%),具体变化比例见图3。

图3 18例丘脑卒中麻木受试者rNSA评分变化比例

2.5观察组治疗前后rNSA评分变化比例与纤维束FA 值变化比例的相关性 对治疗前后rNSA评分变化比例与不同纤维束FA值变化比例进行Pearson相关性分析,并使用Cohen d值评价相关性的统计效能,结果显示rNSA评分变化比例与左侧丘脑-前额叶束及胼胝体中后部束相关位点FA值变化比例呈正相关,且相关程度和统计效能较大。见表3与图4。

紫色虚线框内深灰色阴影区域为具有较高统计效能的位点分布范围;黑色曲线为rNSA评分变化比例与观察组治疗前后FA值变化比例的相关性;蓝色曲线为相应统计效能;红色曲线为统计效应值超过1的区域;圆管代表相应的纤维束核心;圆管上环状区域为具有差异的位点的d值图4 观察组丘脑卒中麻木患者针刺治疗前后rNSA变化比例与不同纤维束FA值变化比例相关性及效应值示意图

表3 观察组丘脑卒中麻木患者针刺治疗前后rNSA评分变化比例与纤维束FA值变化比例的相关性

3 讨 论

目前脑卒中感觉障碍的治疗方法主要包括物理疗法、药物疗法及中医药特色疗法。物理疗法包括传统感觉刺激、作业训练以及近年新开展的低频电刺激等,缺少针对性且更新缓慢;药物疗法有限,且不良反应会反馈性延长感觉障碍,阻碍脑卒中感觉功能的康复;中医药特色疗法主要包括中药汤剂、针灸和联合治疗,用于脑卒中肢体麻木的治疗疗效较好[17]。在本研究中,基于“形神合一”的中医理论,采取“形神共调”的针法治疗丘脑卒中后麻木患者。穴位组方中的曲池与足三里穴属于调形组穴,二穴均位于多气多血的阳明经,且分布于上肢及下肢处,针刺两穴可益气活血、祛邪通络,从而改善患者肢体麻木症状。穴位处方中的百会穴、四神聪、水沟穴位为调神组穴。百会是督脉要穴,居头之巅顶,乃百脉聚会之处,针刺此穴可通达阴阳脉络,调补诸经之气,具有醒脑开窍、安神定志之功;四神聪是经外奇穴,居于头顶,穴下为髓海,具有健脑益智、清利头目的功效;水沟穴为督脉之穴,督脉络于脑,脑为元神之府,具有醒脑调神之效。调神组穴与调形组穴共同应用,从而达到形神共调的效果。

诺丁汉感觉量表(NSA)由Lincoln在1991年正式提出,主要用于检测感觉功能障碍,内容包含了轻触觉、温度觉、针刺觉、压力觉、触觉定位觉、双侧刺激定位觉、本体感觉、两点辨别觉及实体辨别觉,在国外已经被证实具有很好的信度和效度。本研究使用的rNSA量表为NSA量表剔除皮质复合感觉(实体辨别觉和两点辨别觉)后所呈现的感觉评价量表,因皮质感觉涉及丘脑外更广泛的脑区,而深浅感觉与丘脑更为相关。本研究显示针刺后丘脑卒中后麻木患者的rNSA评分较针刺前增加,表明“形神共调”针刺可改善丘脑卒中后麻木的症状,这与大量的针刺治疗中风后麻木的临床研究[18-19]结果一致。

大量研究从功能磁共振方向研究针刺改善脑卒中感觉障碍的机制[20-21],而DTI成像技术的发展允许研究人员从结构磁共振方向研究针刺改善脑卒中感觉障碍的机制。DTI具有扫描时间短、图像采集方便的优点。对于DTI数据,早期通常采用基于区域的空间统计、基于全脑体素的方法进行分析[22]。目前最新的分析方法为AFQ,其应用确定性纤维束成像方法来重建全脑白质束并估计特定束的逐点扩散参数,FA值是DTI中最常用的描述扩散各向异性的参数,与髓鞘的完整性、纤维的致密性呈正相关,并且对微观结构的变化非常敏感[23]。AFQ可以提供比基于区域的空间统计和基于全脑体素方法更精确的纤维束信息[24]。AFQ在探索三叉神经痛[25]、阿尔茨海默病[26]、癫痫[27]等脑白质纤维损伤及恢复特征的研究中已广泛应用。本研究采用AFQ纤维自动量化分析技术定量分析2组受试者的脑白质纤维束,结果显示治疗前观察组的双侧丘脑-前额叶束及胼胝体中后部束的部分节段FA值比对照组明显降低,表明丘脑卒中后麻木患者的双侧丘脑-前额叶束及胼胝体中后部束的完整性下降。既往有研究认为初级和次级皮质感觉网络的白质完整性是感觉输入正常处理的先决条件[28],本研究进一步验证了白质完整性受损将会引起感觉障碍。最新的研究发现,丘脑梗死后会导致大脑的白质体积大幅减少[2,29],笔者考虑这可能是白质纤维束的完整性下降的部分原因。

神经病理学研究显示,近端轴突或细胞体损伤后神经远端部分的变性被称为华勒氏变性(WD),其发生在周围和中枢神经系统中。在中枢神经系统中,WD首先表现为神经元细胞膜、轴索骨架在损伤后数天内崩解,随后髓鞘降解,巨噬细胞和小胶质细胞浸润,最后受累纤维束萎缩[30]。本研究也在丘脑卒中后麻木患者中发现了纤维完整性异常,不同纤维束FA值的降低可能在一定程度上反映了WD的现象。Chen等[31]研究发现,丘脑梗死后躯体感觉功能障碍患者的同源性丘脑中央辐射中的FA显著降低。本研究却未发现丘脑中央辐射的FA值下降,这可能与本研究样本量较小,选择性偏移相关。本研究发现针刺后观察组患者双侧丘脑-前额叶束的部分位点FA值较针刺前明显增加,表明针刺可提高丘脑卒中后麻木患者的双侧丘脑-前额叶束的完整性及致密性。

丘脑是一种深灰质结构,作为重要的感觉信息门控装置发出纤维束至初级和次级感觉中枢,并接受反馈信息的调控,在躯体感觉功能中起着关键作用。研究显示它是调节和形成新的感觉运动功能连接的基础[32]。前额叶皮质是大脑中最重要的区域之一,这个大脑区域与情感、社交、感知、认知功能、执行功能、运动控制和语言等有关[33]。丘脑-前额叶束是连接丘脑和前额叶皮质两个重要大脑区域的白质纤维束。一项DTI研究发现,中风患者从植物人状态恢复到几乎正常意识状态与其丘脑与前额叶的连接性增加相关[34]。一项影像学研究发现,丘脑后外侧梗死后同侧躯体感觉丘脑皮质束萎缩,丘脑与前额叶皮质之间的功能连接发生变化[35]。这些都验证了丘脑-前额叶的连接性在感觉、认知、意识方面起到重要作用。笔者考虑丘脑卒中后麻木不仅仅与感觉相关,持续的麻木也与注意力及记忆相关,注意力、记忆等是前额叶皮质的常见认知功能,这与丘脑-前额叶束的感觉及认知功能方面的重要作用相契合,因此丘脑-前额叶束的完整性增加可能为麻木症状改善的机制之一。胼胝体作为连接两个大脑半球的最大结构,在感觉运动中起到重要作用。研究表明,成人胼胝体可以细分为从喙到压部的7个区域,即喙、膝部、胼胝体前部、胼胝体前中部、胼胝体中后部、峡部和压部,并且胼胝体可分为前额叶、运动前区、运动、躯体感觉、顶叶、颞叶和视觉7个功能区域[36-37]。结合胼胝体的组织分区及功能分区,可知胼胝体中后部区域的功能为躯体感觉功能区域。Liu等[38]研究发现单侧局灶性丘脑梗死后感觉障碍患者的丘脑放射纤维可发生重组,且纤维的重组可能促进卒中感觉障碍的恢复。He等[2]研究发现,胼胝体中后部的重生纤维对于功能恢复也可能很重要。本研究表明rNSA评分变化比例与左侧丘脑-前额叶束、胼胝体中后部束的部分位点FA值变化比例呈正相关,且相关性程度较大,统计效能较大,推测可能是丘脑-前额叶束、胼胝体中后部束微观结构的重组改善促进了丘脑卒中后麻木的恢复。

综上所述,丘脑卒中后麻木患者的双侧丘脑-前额叶束及胼胝体中后部束的完整性下降,脑白质微观结构受损;“形神共调”针刺可以有效改善丘脑卒中后麻木患者的症状,提高丘脑-前额叶束的完整性,神经纤维的重组可能是针刺改善脑卒中感觉障碍的机制之一。但本研究样本量较小,缺少除丘脑以外部位脑卒中后麻木患者的对照,有待进一步深入研究。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。