MRI静息态脑功能成像对颈型颈椎病针刺后镇痛效应的研究*

沈 巍，李健强，王乙翔，邹蓓蕾，李丹丹，王小龙，孙 曌

(海南医学院第一附属医院，海南 海口 570000)

针刺疗效出现的时间过程表现为即时效应和持续效应，其中持续效应是指出针后仍继续存在的针刺效应，又称针刺后效应[1-2]。脑功能成像技术能观察针刺引起中枢神经系统的信号响应，大脑核团活动的改变及其功能连接有短暂的改变和持续改变[3]，如何鉴别那些改变属于针刺治疗效应是针刺脑功能成像研究的难点。相比针刺即时效应，针刺后效应由于其作用更强、更广泛和更持久，而且可以累积，更能体现针刺治疗的调节作用，有助于区分出针刺的中枢脑功能成像的改变，也有助于了解针刺作用的时效规律。多项研究证实针刺后痛症患者存在持续的镇痛效应[4-6]，针刺镇痛效应可达电针后4～12 h[7]，根据以往的经验发现在针刺治疗疼痛在留针30 min时达到针效最大[8]，因此笔者研究了针刺对颈型颈椎病治疗30 min后的针刺后效应的脑功能成像，发现针刺后效应能引起对疼痛上行传导和下行抑制相关核团功能连接的改变，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

在2019年8月—2020年8月期间，研究选取海南医学院附属第一医院针灸科门诊16例颈型颈椎病患者，年龄20～40岁，男性8例，女性8例，平均年龄(29±7)岁，平均病程(4±3)年。16例正常人，男性8例，女性8例，平均年龄(27±6)岁。两组年龄和性别比较差异无统计学意义(P>0.05)。视觉模拟量表(VAS)[9]用于评估治疗前后的疼痛严重程度(感觉方面)。本研究项目通过海南医学院第一附属医院伦理委员会审查[2018(科研)第(39)号]。

1.2 诊断标准

符合国家中医药管理局《中医病证诊断疗效标准》[10]和中华医学会《临床诊疗指南·疼痛学分册》中颈型颈椎病的诊断标准[11]：①颈肩、枕部酸胀疼痛；②颈部和肩部肌肉紧张，伴有明显压痛，头颈活动功能受限；③颈椎X射线片见颈椎生理曲度改变,侧位动力性摄片可见椎间关节失稳，侧位片提示椎体后缘部分重影。

1.3 纳入标准

①20～40岁;②符合颈型颈椎病的分类标准，该标准经临床评估(包括使用X射线/MRI)至少持续6个月;③视觉模拟量表(VAS)上的疼痛强度>3/10。

1.4 排除标准

①合并有其它类型的颈椎病(例如头晕、四肢麻木、椎管狭窄和感染);②有神经系统、心理疾病;③药物滥用或依赖史;④有金属假牙、fMRI禁忌证和针刺禁忌证者;⑤检查当日服用任何影响神经系统的药物和饮料。

1.5 针刺方法

第1次静息态磁共振扫描后在扫描室附近安静的房间给予针刺干预治疗。

选穴：参照中华人民共和国国家标准《腧穴名称与定位》[12](GB/T12346-2006)选取双侧天柱穴：在项部大筋(斜方肌)外缘之后发际凹陷中，约当后发际正中旁开1.3寸;双侧颈百劳：项部，第7颈椎棘突下凹陷(大椎穴)上2寸，后正中线旁开1寸处;双侧肩中俞：在背部，当第7颈椎棘突下，旁开2寸;阿是穴：按压颈部夹脊，选择一处最疼点进针。

操作:针刺前局部皮肤常规消毒，采用华佗牌一次性针灸针(0.35 mm×40 mm)，天柱穴针刺深度(10±2)mm，不可向内上方深刺，以免伤及延髓;颈百劳针刺深度(15±2)mm，肩中俞针刺深度(10±2)mm，沿水平方向斜刺，以防气胸；阿是穴，取自感颈痛最明显的一处压痛点，针刺(15±2)mm，直刺。医生针刺得气后施加平补平泻手法，均匀捻转，捻转幅度180°左右，频率60 r/min。待受试者得气后留针，留针过程中每隔5 min运针1次，每次30 s。留针30 min，针刺操作由一名具备10年以上临床经验的副主任医生完成。拔针后即刻进行功能磁共振扫描，扫描序列与针刺前相同。

1.6 数据采集

fMRI数据采集使用美国GE公司Signa EXCitel 3T磁共振设备。结构成像使用T1加权三维多重回波磁化准备的快速梯度回波(MPRAGE)序列获取了高分辨率的大脑结构图像(重复时间echo time：8.5 ms，回声时间repetition time：3.3 ms，翻转角度flip angle：12°，层厚slice thickness：1 mm，覆盖全脑矢状切面170层)。脑功能成像使用梯度回波EPI序列(回波时间echo time：30 ms，重复时间repetition time：3 000 ms，翻转角flip angle：90°，切片厚度slice thickness：3.6 mm，层间间隙interslice gap：0 mm，41层)。静息态BOLD扫描时间6 min 24 s。

1.7 数据处理及统计

在MATLAB R2015b上加载DPABI 3.0和SPM12对受试者的图像数据进行分析。①将原始数据从DICOM格式转换成NIFTI格式，删除前8时间点，剩下120个时间点用于分析；②进行时间层校正；③进行头动校正，剔除平均头动大于±1 mm和旋转超过±1°的被试者；④功能像数据配准到受试者自身T1结构像上，分割脑灰质、脑白质和脑脊液3部分；⑤使用DARTEL估计Friston24头动参数进行线性回归分析去除协变量，匹配到蒙特利尔神经科研研究所(Montreal neurological institute,MNI)标准空间，利用EPI序列模板重新采样(体素大小3×3×3)；⑥图像使用全宽半高(FWHM)8 mm高斯核进行平滑消除线性趋势，0.01～0.1 Hz带通滤波去噪；⑦前扣带回(ACC)种子点来源于针刺镇痛激活的感兴趣区域[13]，用wfc-pickatlas软件制备种子点，左前扣带回(l_ACC)，中心坐标：-6、34、24，6 mm小球；右前扣带回(r_ACC)，中心坐标：6、34、24，6 mm小球；⑧应用REST软件计算种子点和全脑其它体素的相关系数，相关系数被转换为Fisher的Z值进行通用线性模型分析，颈疼患者与正常人使用两样本t检验，颈痛病人治疗前后采用配对t检验以比较rsFC变化，获得基于种子点的功能连接图谱。统计标准：体素水平P<0.001和簇级水平FDR校正P<0.05。最后提取种子点分别与其它关键区域脑功能连接的z值，与痛觉程度及疼痛改善程度做相关性分析。

2 结果

2.1 两组ACC脑功能连接的对比

以左侧前扣带回(l-ACC)做为种子点的功能连接分析发现：颈疼患者l-ACC功能连接增高的区域有左侧背外侧前额叶(dlpfc)、左侧脑岛和左侧丘脑，l-ACC功能连接下降的区域有颞中回。以右侧前扣带回(r-ACC)做为种子点的功能连接分析发现：与r-ACC功能连接升高的区域有PAG、右侧颞中回。与正常人相比，双侧ACC种子点均无显著脑功能连接下降的区域。见表1、图1。治疗前疼痛的程度与l_ACC-dlpfc脑功能连接系数做相关性分析：r=0.508，P<0.001，fdr校正。

表1 两组ACC脑功能连接改变的脑区

注：感兴趣种子点ROI，正常人health，颈疼患者patient，左侧 l-，右侧r-，脑区缩写：背外侧前额叶dlPFC、脑岛Insula、丘脑Thalamus、颞中回MTG、中脑导水管周围灰质PAG。红色:基于ROI颈疼患者功能连接高于正常人的区域;蓝色:基于ROI颈疼患者功能连接低于正常人的区域;黄圈标示与行为学相关脑区。图1 颈疼患者对比正常人ACC的脑功能连接的改变

2.2 针刺前后ACC脑功能连接的改变

以左侧ACC做为种子点的功能连接分析发现：针刺后与l_ACC功能连接升高的区域有左侧腹侧前额叶、右侧颞中回。针刺后与l_ACC功能连接降低的区域有左侧丘脑。以右侧背侧ACC做为种子点的功能连接分析发现：针刺后与r_ACC功能连接升高的区域有左侧颞中回、右侧枕下回。针刺后与r_ACC功能连接降低的脑区有右侧丘脑。见表2、图2。将针刺对疼痛的降低程度与l_ACC-vmpfc脑功能连接系数做相关性分析：r=0.619，P<0.001，fdr校正。

表2 针刺前后与ACC脑功能连接改变的脑区

注：感兴趣种子点ROI，治疗前pre，治疗后post，左侧 l-，右侧r-，脑区缩写：腹侧前额叶vmpfc、颞中回MTG、丘脑 Thalamas、枕下回 OCI。红色:指基于该ROI区域的功能连接在针刺后增高的脑区;蓝色:指基于该ROI区域的功能连接在针刺后降低的脑区;黄圈标示与行为学相关脑区。图2 针刺颈型颈椎病前后基于种子点ACC的脑功能连接的改变

3 讨论

疼痛神经影像学通过观察大脑对伤害刺激的感受和疼痛调节作用，发现一组与有害刺激有反应的大脑区域，该“疼痛矩阵”包括丘脑、前扣带回皮层、后扣带回皮层、脑岛、杏仁核、初级及次级体感皮层(S1和S2)和导水管周围灰质[14-16]。多项研究证实这些区域的激活与疼痛的增加有关[17]。人体电生理研究和动物模型进一步证实了这些大脑区域参与伤害感受[18-20]。笔者发现慢性颈痛患者的前扣带回与疼痛信号上传通路上PAG和同侧丘脑、脑岛和背外侧前额叶的功能连接显著增强。伤害性刺激信息会从周围神经上传到脊髓的背角突触，再传递到脑干中PAG腹侧延髓等，在脑干中进一步调制，传递到丘脑，从丘脑传输到皮层，解释为疼痛，疼痛的处理涉及脑岛、前扣带回和前额叶等关键部位[21]。背外侧前额叶(dlPFC)是疼痛伤害信息传入前额叶的关键区域，涉及对伤害性刺激从上向下的认知和注意[22]，与实验持续性疼痛、痛觉过敏和异常性疼痛有关[23-25]，发现它可以预测慢性颈痛患者临床疼痛评分，这在下腰痛[26]、肌纤维痛[27]和膝骨性关节炎[28]等慢性疼痛中均有体现。

针刺天柱、颈百劳、肩中俞和阿是穴等颈痛要穴组方，属于局部和临近取穴的范畴，全方具有消散筋结、通经止痛的作用[29]。笔者选用确有疗效的腧穴，以治病求本为基础，以得气为效，研究针刺的镇痛作用机制。针刺镇痛通过岛叶、前扣带回和前额叶这些大脑的重要位点，改变疼痛矩阵、边缘系统和默认模式网络等区域网络的功能[30]，从而实现其针刺镇痛的效果。笔者发现通过观察针刺的后效应可以引起疼痛矩阵中重要的脑区之间功能连接的改变，包括通过改变颈痛患者中以降低丘脑-前扣带回疼痛的上传通路，加强腹内侧前额叶-前扣带回下行抑制通路，产生针刺镇痛作用。腹内侧前额叶-前扣带回脑功能连接的改变与针感的镇痛效果有显著的关联。

前扣带回(ACC)是与感觉调控密切相关的核团，前扣带回的兴奋性在慢性疼痛的情况下是持续增加的[31]，这种增加对于慢性痛的维持有非常重要的作用[32]。经历躯体疼痛并看着其他人经历疼痛(“痛苦的疼痛”)会产生重叠的激活，会引起背侧前扣带回皮层(dACC)和双侧前脑岛(bilateral AI)激活显著[33]。前扣带回在疼痛的感知和调节中起着重要的作用[34-35]。针刺正常人不同穴位(足三里，太冲，合谷)可激活前扣带回[36-38]，同一穴位在多种模块设计下(区块设计，静息态reho和ALFF)也显示明显激活前扣带回[39-41]。笔者认为背侧前扣带回除了是疼痛信息的主要编码区域，而且是针刺发挥镇痛作用的重要节点。

腹侧前额叶皮层(vmPFC)对于疼痛调节尤其重要[42]，整合来自情感、感觉、自我相关和社交认知脑网络的信息[43-44]。vmPFC镇痛作用与奖惩系统有关，vmPFC的活动增加与疼痛评分降低有关[45]。vmPFC处理疼痛和厌恶情绪的大脑区域，参与编码与疼痛刺激相关的学习和行为回避[46]，激活后可减少疼痛不适感。针刺能够激活正常受试者vmPFC[47]，降低下腰痛患者vmPFC与脑岛的功能连接[48]，增强与腹侧纹状体的功能连接发挥在网络成瘾治疗中的作用[49]。针刺对ACC-dlPFC/ACC-vmPFC通路的调节作用[50]，可能是针刺在前额叶中发挥镇痛作用的具体途径。

综上所述，笔者发现对颈型颈椎病针刺后镇痛效应的研究能显著地反映针刺镇痛效应对疼痛矩阵中核心脑区的改变，针刺镇痛的主要机制可能为通过腹内侧前额叶下行抑制疼痛的传导，从ACC下调其与丘脑疼痛信号的兴奋性传递。