针刺治疗急性腰痛导致脑功能网络改变的fMRI研究

目的:腰痛是临床最常见的疼痛之一，流行病学研究显示全世界约80-85％的人在一生中都曾受过腰疼困扰。尽管腰痛很少是致命，但它常急性发作和加重导致患者活动受限，产生严重的社会和经济负担。腰疼并不是一个独立疾病，多个原因可引起腰疼症状，其中大多数是无明确病因的非特异性肌肉骨骼疾病，所以临床上一般采取非手术方法治疗腰疼。针灸是中国古老医学独具特色的镇痛手段，因其简单、经济、不良副作用少等优点，日益引起国内外医学研究者的广泛关注。1997年，美国国立卫生研究院就针刺疗法举行听证会并达成共识，支持针刺作为替代疗法，用于腰背疼痛等疾病治疗。
　　 尽管传统针灸对腰痛有显著的临床疗效，但由于缺少无创、有效研究手段，加之腰疼常急性发作的特点，针刺治疗急性腰痛的机制研究一直受限。近年来，无创伤、高时空分辨率的脑功能成像技术包括脑功能磁共振成像(fMRI)和正电子发射断层扫描(PET)的应用，为针刺镇痛脑反应机制的研究提供了新的契机。
　　 有fMRI研究发现，实验性热痛可以负激活默认网络，同时正激活众多脑区，包括初级感觉皮层、第二感觉皮质、丘脑、岛叶、后顶叶皮质、纹状体、小脑皮质、辅助运动回、前扣带回、前额叶皮质、中脑导水管周围灰质等。目前，对于针刺镇痛脑机制的基础研究，主要存在两类观点。第一类研究发现针刺正激活认知和情感区域（背外侧和背内侧前额叶），负激活默认网络和感觉运动系统脑区（初级感觉皮质、第二感觉皮质、岛叶）;该类研究认为针灸以针感为基础正激活认识相关的大脑皮层，故针灸属于感觉引导意识体疗法。第二类研究发现针刺尽管正激活感觉运动系统和认知系统脑区，但更多地显著负激活边缘脑区和默认网络脑区;该类研究认为针灸镇痛不局限于感觉运动系统和认知网络的调节，边缘系统的调节更为重要。但目前的绝大多数fMRI研究停留在基础研究上，本文通过结合急性腰疼模型，进一步直观探讨针灸治疗临床急性腰疼的脑功能机制。
　　 方法: 受试者和疼痛模型:选择健康右利手大学生15名，签订知情同意书。扫描前20 min，在各受试者腰部肌肉注射高渗盐水制作实验性急性腰痛模型:将一个载有1ml5％氯化钠溶液的MRI自带注射器(Spectris Solaris EP, Medrad，Inc.，Warrendale，PA，USA)，通过长管连接到医用无菌留置针，再将留置针垂直刺入第四腰椎棘突水平右侧2cm处肌肉约2cm深并固定。另外，本研究的预实验观察发现往腰部肌肉注射团注0.1 ml5％高渗氯化钠溶液后，然后持续静滴(0.15mL/min)，可产生持续4-5min的中重度疼痛。
　　 试验流程:扫描开始前，告知受试者将接受两次不同方式的针刺，须注意每次针刺时得气感;受试者右下肢呈外展外旋位仰卧在扫描床上，受试者保持清醒、闭眼，并戴磁共振室专用耳罩减少噪音干扰。具体程序:(1)对各受试者予脑解剖像(MRI)扫描;(2)完成扫描后30s内，通过上述急性腰疼模型，快速经留置针往腰部肌肉内推注0.1 ml5％高渗氯化钠溶液，然后持续静滴(0.15 mL/min)，使其产生持续中度腰痛;(3)对各受试者予脑功能像（fMRI）扫描，功能像采集期间在各右下肢委中穴，按随机先后顺序，采用Block模式给予真、假针刺。
　　 针刺方法:本试验选用特制银针（直径0.3mm，长度40mm，北京中研太和有限公司），以避免与磁共振机器强度的磁场产生相互干扰。由一名资深针灸医师，对各受试者予随机先后顺序的真、假针刺右下肢委中穴，真、假刺激间隔时间为20min。真针刺取受试者右下肢腘窝横纹中点处委中穴，以碘酒常规消毒，消毒直径约2cm。把无菌特制银针置于套管中，以食指用均衡的力度轻敲针柄垂直进针委中穴1.5～2.0cm，移开套管，针灸医师感觉得气后，采用平泄平补手法，均匀捻转，捻转幅度±180°，频率为60次/min，采用Block方法每捻转30s(ON)后停止捻针30s(OFF)，之后重复捻针、不捻针程序2次，共3min。假针刺取受试者右下肢胭窝横纹中点处委中穴，以碘酒常规消毒，消毒直径约2cm。假针刺采用单丝纤维(von Frey monofilament)置于套管中，以食指用均衡的力度轻敲单丝纤维柄部，使单丝纤维挤压委中穴表面皮肤，刺激手法、幅度、频率、模式与真针刺相同。
　　 主观感受测定和统计分析:针刺前后腰疼评分采用VAS评分表（0分为无疼痛，1-3为轻度疼痛，4-6为中度疼痛，7-9为重度疼痛，10为不能忍受的疼痛）。真、假针刺的得气感评分采用传统方法，即酸、麻、沉、胀四项，也采用十分制。数据分析在SPSS13.0软件上完成，采用非参数配对t检验(Wilcoxonsigned-rank test)比较真、假刺激引起的各得气感和腰部疼痛，设定P=0.05为统计学检验水准。
　　 图像采集:图像采集使用飞利浦公司产3.0 T Achieva超导磁共振成像仪和8通道头部线圈(Royal Philips Electronics，Eindhoven，The Netherlands)，其中所有采集图像均为轴面，且平行于前、后连合连线(AC-PC线)。图像解剖像（即MRI扫描）采用快速自旋回波T1加权像序列，TR/TE=500/14ms，射频角=90°，分辨率=0.859 mm×0.859 mm，层厚=1mm。功能像（即fMRI扫描）采用单次激发梯度回波T2*加权像序列，TR/TE=2000/40ms，射频角=90°，分辨率=3.4mm×3.4mm，90个时间点共180s数据处理和统计分析:在Matlab7.10(Mathworks Inc.Sherbom，MA，USA)平台上应用统计参数图(Statistical Parametric Mapping，spm8，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)进行预处理和统计分析。预处理包括数据格式转换、头动校正（平动＜1.5 mm，转动＜1.5°）、解剖像和功能像对齐标准化到MontrealNeurological Institute standard brain(MNI)空间、高斯平滑(平滑核为8mm)和构建广义线性模型。统计分析采用单样本t检验比较受试者真或假针刺(ON)相对于静息状态(OFF)信号强度，采用配对t检验比较ACUP和SHAM信号差异，设定P=0.005作为统计学检验水准，且连续像素大于31个为阈值进行对照，所得信号升高区为脑功能正激活区，降低区则为负激活区。
　　 结果:得气和腰疼得气分数结果显示真、假针刺组在酸、胀感及刺激后疼痛评分差异有统计学意义,而在麻、沉感、刺激前疼痛两组对比无统计学差异。
　　 与假针刺相比，真针刺干预后产生广泛的显著负激活脑区，包括参与感觉运动调节相关脑区（左侧前运动区、双侧额叶眼动区）、注意调节相关脑区（右侧背外侧前额叶、双侧中扣带回后部）、边缘系统脑区（左侧中脑导水管周围灰质、双侧前扣带回、背内侧前额叶、中扣带回、楔前叶、扣带回后部及压部、海马回、海马旁回、匠脑、中脑乳头体、红核、黑质）、默认网络脑区（右侧缘上回和角回、双侧背内侧前额叶、中扣带回、楔前叶、扣带回后部及压部、海马回、海马旁回）、双侧丘脑、小脑前叶、外侧视皮质等。但与假针刺相比，真针刺干预只产生较少显著正激活脑区，即右侧岛叶和右侧初级运动皮层。
　　 相对于静息状态(OFF)，真针刺干预(ON)产生的显著负激活脑区包括感觉运动调节相关皮层（左侧初级运动皮层、第二感觉皮层、额叶动眼区）、边缘系统脑区（左侧岛叶、中脑乳头体、右侧海马回、双侧背内侧前额叶、前扣带回、中脑导水管周围灰质、海马旁回）、默认网络脑区（右侧缘上回、角回、外侧颞叶皮质）、双侧丘脑等。真针刺状态相对于静息状态，产生的显著正激活脑区包括感觉运动调节相关皮层（右侧初级运动皮层和初级感觉皮层、双侧前运动区）、注意调节相关脑区（右侧岛叶和额叶盖板区域、双侧背外侧前额叶和中扣带回后部）、边缘系统脑区（右侧岛叶、双侧额极、中扣带回后部）、默认网络脑区（右侧缘上回）。正激活脑区体素(818)明显多于负激活脑区(366)，主要集中在右侧岛叶，而负激活脑区分布均匀。
　　 相对于静息状态，假针刺干预只产生一个较小的显著负激活脑区，即左侧岛叶/额叶盖板/初级运动皮质。但相对于静息状态，假针刺干预产生广泛、对称分布的正激活脑区，包括感觉运动调节相关皮层（右侧额叶眼动区、双侧前运动区）、注意调节相关脑区（双侧背外侧前额叶和中扣带回后部）、边缘系统脑区（右侧额极、双侧额眶部皮层、中扣带回、楔前叶、扣带回后部及压部、海马回、海马旁回、外侧颞叶皮质、颞极、杏仁核、乳头体、中脑导水管周围灰质、红核、黑质）、默认网络脑区（双侧缘上回、角回、中扣带回、楔前叶、扣带回后部及压部、海马回、海马旁回、外侧颞叶皮质、颞极）、双侧丘脑、小脑前叶、外侧视皮质等。
　　 讨论:本研究联合功能性磁共振成像和急性腰疼模型，探讨针刺如何调节急性腰疼，即探讨针刺镇痛的脑机制。主观感受评分结果显示同等急性腰疼条件下，真针刺较假针刺引起更强的针感和更显著的疼痛缓解。真、假针刺干预急性腰疼后，产生的脑功能的激活数量、强度、性质、分布在统计学上有显著差异。我们研究跟以往两类研究都有相似处，针刺既负激活边缘系统和默认网络，又正激活运动感觉系统和认知网络。因此，我们认为多个脑功能网络参与针刺镇痛，针灸不只是像国外认为安慰疗法或简单的躯体感觉引导意识体疗法。我们研究为针灸镇痛脑机制提供了更直观的依据。