基于功能性磁共振成像技术探讨针刺太冲穴脑激活区的性别差异

蔡美意,崔海玲,2,李燎原,李小贾,朱一芳,徐春生,吴子建,5

(1.安徽中医药大学针灸推拿学院,安徽 合肥 230012;2.安徽卫生健康职业学院,安徽 池州 247099;3.开封市第二中医院,河南 开封 475000;4.安徽中医药大学第一附属医院,安徽 合肥 230031;5.新安医学教育部重点实验室,安徽 合肥 230038)

针灸可调节边缘—旁边缘—新皮质网络和默认模式网络处的大脑活动[1],且这些大脑网络在调节情绪和认知任务时显示出性别差异。同时,有研究[1-3]证明,针灸的神经效应在男性和女性之间也有所不同,具有性别二态性的大脑会以不同的方式处理不同性别之间的针灸刺激,但在脑激活区的功能连接方面研究有待深入。

太冲穴作为足厥阴肝经的输穴、原穴,针刺该穴具有平肝潜阳、疏通经脉、燥湿生风、行气止痛、疏肝理气、清热调经、清利下焦等功效,可用于治疗肢体经络疼痛,泌尿系统、生殖系统疾病以及与情绪或自主神经相关疾病[4]。针刺太冲穴可治疗偏头痛[5]、抑郁证[6]以及阿尔茨海默病[7]等多种存在性别差异的疾病,由此推测针刺太冲穴的神经效应在不同性别之间可能存在差异。

本研究拟采用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance image, fMRI)技术观察针刺健康青年太冲穴引起脑激活区的性别差异,为今后针灸临床试验的研究设计以及治疗方案中应考虑到的性别因素提供依据。

1 临床资料

1.1 纳入标准 ①志愿者平均年龄(25.5±5.5)周岁,右利手,身体健康,无疾病史;②日常生活作息规律,无吸烟、酗酒等不良嗜好;③对本试验知情同意,无幽闭恐惧症,不晕针,自愿参加;④体内无金属,如戴牙套者进入磁共振扫描室前需摘除牙套;⑤身体表面无皮肤破损,针刺区域无皮肤破溃、水肿、瘢痕等;⑥近1周内未接受过针刺或其他类似治疗;⑦神志清楚,心理健康,无中枢神经系统症状及体征;⑧颅脑无外伤,无病变及既往无严重的头部创伤史。

1.2 排除标准 ①先天性头颅畸形者;②处于妊娠期或月经期女性;③体内有金属义齿、心脏起搏器、心脏支架者;④不能耐受针刺,晕针或凝血功能障碍者;⑤存在视觉障碍、听觉障碍、言语障碍或书写障碍者;⑥生殖系统或泌尿系统炎症以及患有良性或恶性肿瘤者;⑦心血管、肺、肝、肾等重要器官功能障碍者;⑧服用抗癫痫药、抗痉挛药、镇痛药等药物者;⑨抑郁、焦虑或近期有重大心理创伤者和精神疾病者。

1.3 剔除和中止标准 ①研究过程中因依从性差无法遵循操作指导,影响数据采集者,予以剔除;②发生不良反应、疼痛感异常,不宜继续接受实验者,予以剔除;③扫描过程中,头部震动幅度超过误差者,予以剔除;④扫描过程中,出现咳嗽、搓手等行为者,予以剔除;⑤研究过程中,受试者因个人原因自行退出者,予以剔除。

1.4 一般资料 本研究在获得安徽中医药大学第一附属医院伦理委员会批准(批文编号: 2021AH-78)后,招取55例健康成年志愿者并签署知情同意书,在安徽中医药大学第一附属医院影像中心完成本实验。女性组25例,平均年龄(23.00±1.68)岁,平均体质量指数(body mass index,BMI)为(19.47±2.56)kg/m2,认为针灸有效21例,对fMRI了解15例;男性组30例,平均年龄(23.40±1.94)岁,平均BMI(20.15±1.67)kg/m2,认为针灸有效27例,对fMRI了解17例。两组年龄、BMI、“认为针灸有效”百分比、“对fMRI了解”百分比比较,差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

2 方法

2.1 干预方法 由同一位具有临床经验和研究经历的针灸师进行针刺,采用31号1.5寸一次性无菌不锈钢毫针(环球牌,0.30 mm×40 mm)针刺左侧太冲穴(LR3)。依据《腧穴名称与定位》(GB/T 12346-2006),太冲穴定位在左侧足背侧,当第1、2跖骨结合部之前凹陷处。对穴位常规无菌操作后,直刺0.5寸,采用静留针和捻转法2种手法,捻转法采用平补平泻法,左右捻转,捻转角度为180°±5°,频率为每分钟50次。选用多组块设计模式,采取静息态(留针)与任务态(捻转)交互进行的方式:扫描开始之前进行针刺,针刺得气后开始扫描,采集fMRI数据。实验采取30 s“静息”与30 s“任务”的方式交替进行,前面增加20 s静息数据,后期分析时剔除,以避免扫描起始时数据不稳定。实验结束后,详细询问并记录每一位受试者的针刺感觉和检查过程中其他感觉或心理活动。

2.2 扫描方法 试验前,充分告知受试者试验步骤及注意事项,缓解其不安及焦虑情绪,但并不告知针刺穴位的具体信息,保证每一受试者得到相同的指令和信息。嘱受试者排空大小便,取出金属及磁性物品,于准备室更衣并休息30 min左右,全身放松后,进入扫描室;嘱受试者平躺闭眼,取仰卧位,关灯减少视觉刺激;用棉球塞耳,戴上专用隔音耳幔,除系统噪音外,尽可能去除其他一切声音;固定头部,最大程度限制头部活动,嘱受试者在扫描过程中,全身尤其是头部保持静止,并尽可能避免心理活动;嘱受试者在针刺过程中得气感达到最大耐受量时握拳示意,保证受试者均得气。

本试验使用美国GE Discovery MR750 3.0T磁共振扫描仪,选择标准头部线圈进行扫描及信号采集。成像序列包括T1权重图像(T1-weighted imaging,T1WI)、T2权重图像(T2-weighted imaging,T2WI)及fMRI扫描,其参数如下:

(1)3D高分辨率T1WI结构像(T1-3D BRAVO序列) 重复时间(repetition time,TR)=8.2 ms;回波时间(echo time,TE)=3.2 ms;反转时间(inversion time,TI)=450 ms,翻转角(flip angle,FA)=12°;矩阵256×256;视野(field of view,FOV )256 mm×256 mm;层厚1 mm,无层间距,矢状位166层。

(2)T2WI 采用FSE序列进行扫描,具体参数为TR=9 000 ms,TE=124 ms,FA=111°,矩阵256×256,FOV 250 mm×250 mm,层厚5 mm,无层间距,扫描20层,用来排除脑部其他器质性病变。

(3)静息态BOLD-fMRI(刺激前) EPI序列:TR=2 000 ms,TE=30 ms,FA=90°,层厚3.0 mm,层间距1 mm,扫描36层,FOV 220 mm×220 mm,分辨率64×64。

(4)任务态BOLD-fMRI(针刺穴位) EPI序列的扫描参数同静息态:TR=2 000 ms,TE=30 ms,FA=90°,层厚3.0 mm,层间距1 mm,扫描36层,FOV 220 mm×220 mm,分辨率64×64。实验采取30 s“静息”与30 s“任务”的方式交替进行,前面增加20 s静息数据,后期分析时剔除,以避免扫描起始时数据不稳定影响,共190个时间点、380 s。任务态数据扫描模式图见图1。

注:红色线段表示任务态(捻转),蓝色线段表示静息态(留针)

2.3 图像处理 实验数据处理在安徽中医药大学第一附属医院数字化影像技术实验室进行。采用SPM软件包(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)进行预处理。首先删除前10个时间点,因为扫描刚开始信号还未达到稳定状态,受试者也需要一定的时间适应扫描的噪声,按照实验设计删除静息态前20 s数据。之后利用插值的方法进行时间层校正[36层,层序(2∶2∶36 1∶2∶35),参考层36]。由于时间问题,采集过程中受试者头部难免会有一些移动,将对数据分析产生较大影响,因此使用空间校正方法校正不同时间点采集到的图像,以消除头动的影响。头动大于3 mm的被试者被剔除。剩余47例被试者(男25例,女21例)的数据用于统计分析。不同被试者脑的大小和形状有所不同,为了能够进行被试者之间的对比,将每个被试者大脑标准化到蒙特利尔神经研究所(Montreal neurological institute,MNI)空间。最后去除图像序列的线性漂移,并使用频率为0.008～0.2 Hz的带通滤波器对图像进行滤波。

2.4 统计学方法 根据实验设计和任务态数据进行个体水平统计分析,获得个体水平的激活指标(con文件)用于组水平统计分析。采用单样本t检验分析两组受试者脑区激活的状态,独立样本t检验分析两组差异,P<0.05表示差异有统计学意义,并采用总体误差(family wise error,FWE)矫正。采用SPM 12软件包预处理后,获得体素值、峰值点以及峰值点坐标等信息,并且通过xjview软件包(https://www.alivelearn.net/xjview)处理获得的影像数据。

3 结果

3.1 女性组激活区域 针刺左侧太冲穴,女性组激活的脑区有左侧小脑下部、右侧缘上回、左侧中央后回。见表1和图2。

表1 针刺女性组LR3脑功能激活区

3.2 男性组激活区域 针刺左侧太冲穴,男性组激活的脑区有右侧缘上回、左侧中央盖沟、右侧中央旁小叶。见表2和图3。

图2 针刺女性组LR3脑功能变化3D图

表2 针刺男性组LR3脑功能激活区

3.3 男性组与女性组激活区域比较 当体素水平P<0.001、簇水平P<0.05时,在FWE校正情况下未通过校正,高斯随机场(Gaussian random-field,GRF)未通过校正。但体素水平P<0.05、体素值>200时,与女性组比较,男性组在右侧缘上回、右侧中央沟盖区域激活水平增加。见表3、图4。

图3 针刺男性组LR3脑功能变化3D图

表3 针刺两组脑功能激活区比较

4 讨论

大量的尸体解剖和影像学研究已证实,人脑在结构上存在性别差异。有结构影像学研究[8]表明,有脑区男性的脑容量较女性大,提示性别差异在大脑皮质存在区域特异性。并且大脑连接方式亦存在性别差异,男性主要是大脑半球内部的互相连接,而女性主要是两个大脑半球互相之间的连接[9]。随着科学技术的发展,针对发病机制性别差异的研究日益增多,性别差异广泛存在于疾病发生发展、行为表达与生理特征等方面。中医认为,女子以肝为先天,其发病机制、思维模式与男性略有差异。因此,本研究将针刺太冲穴与fMRI相联系,进而探究针刺效应的性别差异。

注:左图为矢状位图,中间图为冠状位图,右图为横轴位图

本研究结果显示:女性组针刺左侧太冲穴激活的脑区有左侧小脑下部、右侧缘上回、左侧中央后回;男性组针刺左侧太冲穴激活右侧缘上回、左侧中央盖沟、右侧中央旁小叶。针刺青年女性和青年男性健康受试者左侧太冲穴,均引起次级体感皮质的信号变化,证实针刺能引起中枢神经系统对躯体刺激作出响应。激活脑区并不完全对称,表明针刺腧穴的脑效应存在偏侧性。针刺太冲穴时大脑活动反应存在性别差异,男性组较女性组更广泛地激活右侧缘上回、右侧中央沟盖。

缘上回位于顶叶,主管精细的语言协调功能,是躯体运动、视觉和听觉的综合运动区。根据“经脉所过,主治所及”理论,太冲为足厥阴肝经之穴,其经注肺,循喉咙之后,引热下行,平肝息风,调节咽喉舌本,主治舌缓不用、转筋舌卷之症。针刺太冲穴可激活语言运用中枢,治疗脑卒中后失语[10]。中央沟盖位于额叶,额叶参与调控情感活动、思维演算、分析思考等神经活动[11]。足厥阴肝经“上出额,与督脉会于巅”,说明肝经与脑有关联,但并未明确肝经是否分布于额叶。徐放明等[12]提出“脑内经络”构想,对抑郁患者进行针刺,抑制左侧额叶、右侧额叶等脑区,其实验结果与本实验大体相同,因而可证明肝经与额叶关系密切,说明针刺可以通过调控中枢来实现治疗效果。同时,额叶是大脑皮质最高级的神经中枢,疼痛信号在额叶也会有所投射,在发生急性或慢性疼痛时,额叶皮质会发生一系列生理反应,包括炎症因子、基因表达、神经递质改变,导致其结构和功能发生变化[13]。太冲为肝经原穴,擅长治疗情绪疾病。太冲穴治疗抑郁的机制在于肝经与额叶的广泛联系[14]。此外,多数研究结果表明,额叶参与认知、情绪调节,抑郁患者多以额叶神经活动改变为主,脑区之间的环路神经活动出现异常改变。而本实验中针刺太冲穴导致额叶激活,可为针刺太冲穴治疗抑郁提供依据。另有研究[15]显示,男性在针灸时感觉运动脑区的激活比女性更强,这与本实验研究结果相同。

起初通过两个独立样本t检验发现,针刺太冲穴后男性组与女性组所激活脑区差异无统计学意义,但将体素值降至200时发现,两组差异有统计学意义。既往研究证明,针灸的神经效应在男性和女性之间有所不同,具有性别二态性的大脑会以不同的方式处理不同性别之间的针灸刺激,因此,虽然两组激活了不同脑区,但所激活脑区无明显统计学差异。本实验调整体素值后才出现差异激活脑区的原因有3个方面:首先,人体作为一个结构复杂、协调统一的整体,大脑网络是异质性的,个体因素极有可能对实验结果造成影响,因此应加大样本量;其次,穴位具有明显的偏侧性,本实验仅针刺左侧太冲穴,针刺右侧太冲穴激活的脑区差异还有待研究;最后,实验设计和分析方法与临床实践的关系仍需研究。未来应采用多模式神经成像技术,结合大样本量、适当的方法和精确的对照实验,探索针刺脑效应的性别差异。

综上,本研究结果表明,针刺受试者太冲穴激活的脑区并不完全对称,针刺效应在大脑中具有偏侧性;且针刺太冲穴时大脑活动存在性别差异。大脑和经络系统都是一个复杂且庞大的结构,未来可深入探究针刺效应的脑功能连接网络,充分利用针灸影像学优势并结合其他实验方法,为阐明针刺效应提供有力的科学解释。今后,在临床试验的研究设计及临床治疗方案的制定中应考虑性别差异,为患者提供更加合理的治疗方案。