合谷穴針刺周圍性面癱患者腦功能成像初步分析

楊 駿,李傳富,張慶萍,袁愛紅,徐春生,朱一芳,李落意,趙 斌

(1.安徽省中醫院 數字化影像技術實驗室，安徽 合肥 230031；2.安徽省中醫院 針灸科，安徽 合肥 230031；3.安徽中醫學院，安徽 合肥 230031)

針刺治療面癱具有顯著的臨床療效已經大量的臨床研究報道證實[1]，然而如何利用現代醫學的科研方法來闡釋針刺治療的內在作用機制一直是一個難題[2]。隨著現代科學技術的不斷發展以及人們對更好醫療服務需求不斷增長，近年來在全球范圍內興起了針刺研究的熱潮[3]。作為現代針刺研究的一種最重要技術手段，磁共振功能成像技術(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)在針刺研究中發揮了極其重要的作用。本研究旨在利用任務態針刺fMRI以及靜息態fMRI技術，通過周圍性面癱患者與正常健康志愿者的對照研究，分析針刺前、針刺中以及針刺后的fMRI變化，探索針刺治療周圍性面癱的現代神經生理學機制。

1 資料與方法

1.1 研究對象分組及納入排除標準 研究對象分為2組，即周圍性面癱組(簡稱面癱組)和正常對照組(簡稱對照組)。面癱組35例, 女15例，男20例,年齡19～70歲，中位年齡35歲。對照組24例，女14例，男10例，年齡18～29歲，中位年齡23歲。面癱組均為安徽省中醫院門診或病房收治的周圍性面癱病人，右手利，無中樞神經系統疾病，無精神類疾病，無嚴重的其他系統疾病。健康志愿者均為在校大學生或研究生，右利手，無精神或神經系統疾病病史，無精神或神經科藥物服用史，無嚴重心、肝、腎疾病等。

1.2 實驗步驟與針刺 所有受試者均自愿參加全程實驗并簽署知情同意書。實驗前讓受試者更衣、休息，全身放松后進入掃描室。檢查時囑受試者平躺，閉眼，用棉球塞耳，戴上專用隔音耳幔，固定頭部，最大限度地限制頭部活動；關燈，以減少視覺刺激。整個掃描過程中，受試者盡可能避免心理活動。采用一次性無菌不銹鋼毫針針刺受試者左側或右側合谷穴，用捻針和留針(非捻針)2種手法。捻針采用平補平瀉方法，左右捻針，頻率為1 Hz，進針深度約1.0 cm。所有針刺操作均由一名專業的針灸醫師完成。實驗結束后,詳細詢問并記錄實驗過程的相關信息。

1.3 實驗設計與數據采集 1)任務態針刺fMRI方案設計:實驗采用改良組塊設計[4]，采取靜息狀態(留針)與刺激狀態(捻針)交互進行的方式。掃描開始前進針，獲得得氣感后留針并開始采集fMRI數據，先采集靜息32個時間點，然后32個時間點針刺，再48個時間點靜息，32個時間點針刺,最后16個時間點靜息，每個時間點為4 s整，整個任務態fMRI數據采集共持續10 min 40 s。2)靜息態fMRI數據采集：分為針刺前、針刺中以及針刺后共3個階段。針刺開始前，首先采集10 min共200個時間點的功能數據，每個時間點數據采集持續時間3 s；然后選擇左側或右側合谷穴插入針刺針，獲得得氣感后開始采集針刺過程中的靜息態功能數據，同樣采集10 min 200個時間點的數據，掃描過程中每隔2 min捻針約10 s左右；最后拔出針刺針，再掃描10 min 200個時間點的針刺后靜息態功能數據。3)數據采集次序及參數設置：所有fMRI實驗均在安徽中醫學院第一附屬醫院影像中心磁共振室完成。使用Siemens Symphony 1.5T MRI全身掃描儀和標準頭線圈。共依次掃描8個序列，分別是:①定位像；②T2加權像；③T1加權2D解剖像：取與前后聯合連線平行的橫軸位，共36層，掃描范圍覆蓋全腦，采用自旋回波T1加權序列，TR/TE 500/12 ms，FOV 230 mm×230 mm，層厚/間距3.0 mm/0.75 mm，分辨率192×144；④針刺前靜息態fMRI:采用EPI-BOLD序列，掃描方位和層數與2D解剖像相同，TR/TE/FA 3000 ms/30 ms/90°，FOV 192 mm×192 mm,分辨率64×64；⑤針刺中靜息態fMRI：參數同針刺前；⑥針刺后靜息態fMRI：參數同針刺前；⑦任務態針刺fMRI：掃描序列和方位同靜息態掃描，參數設置稍有不同，TR/TE/FA 4 000 ms/50 ms/90 °;⑧T1加權3D解剖像：取矢狀位，共掃描176層，采用擾相梯度回波序列，TR/TE/FA 2 100 mm/3.93 mm/13 °；FOV 250 mm×250 mm；層厚/間距1.0 mm/0.5 mm；分辨率256×256，掃描范圍覆蓋全腦。完成全部磁共振掃描數據采集共需約60 min。

1.4 數據處理 所有數據均由安徽中醫學院第一附屬醫院數字化影像技術實驗室(國家中醫藥管理局三級實驗室，編號TCM-2009-196)負責處理。1)任務態數據處理方法與步驟:任務態數據處理采用Linux平臺下的AFNI程序，處理步驟:①數據預處理：包括數據格式轉換、去線性漂移，位置對齊，頭動校正，空域濾波，灰度標準化等；②個體統計參數圖：利用線性模型分析計算出每個個體數據的統計參數圖，并提取其中的coef值作為進一步數據分析所需的對比圖(Contrast image)；③空間標準化及濾波：將對比圖從原始坐標系轉換為標準的TT坐標系并進行空域濾波；④組內分析：將每組數據分別進行組內分析，得出組內分析結果，并進行Monte Carlo閾值校正(P<0.01,α≤0.05)，分別得出面癱組和對照組的針刺腦激活區；⑤組間分析：將2組任務態的腦功能數據進行組間分析，得出2組之間的腦激活區差異，并進行Monte Carlo閾值校正(P<0.01,α≤0.05)，得出面癱組與對照組的任務態針刺腦功能激活區的統計學差異。2)靜息態數據處理方法與步驟：靜息態數據處理也采用AFNI程序，處理步驟：①數據預處理：同任務態處理方法；②頻域濾波：保留頻率在0.01～0.08 Hz范圍內的時間序列信號；③消除頭動、腦白質及腦脊液信號的影響；④計算個體數據的腦功能聯系參數:共選擇了7個感興趣區作為種子點，分別是后扣帶回(post cingulate cortex，PCC)，左側及右側第2軀體感覺區(second somatosensory area，SⅡ)，左側及右側第1感覺皮層(primary somatosensory cortex,SI)，左側及右側第1運動皮層(primary motor cortex，MI)；⑤個體數據后處理：包括提取個體對比圖、空間標準化以及空域濾波；⑥組內分析：將2組各7種功能聯系的對比圖進行組內分析，并進行Monte Carlo閾值校正(P<0.001，α≤0.05)，得出每組各7種腦功能聯系的結果；⑦組間分析：將對照組與面癱組的每種功能聯系數據進行組間分析，得出每種功能聯系在2組之間的統計學差別，并進行Monte Carlo閾值校正(P<0.01，α≤0.05)。

2 結果

為了避免頭動因素可能對數據分析結果的影響,頭動幅度超過3 mm或3 °(大約1個體素范圍)的數據將被剔除，本文面癱組35例以及對照組24例的研究數據均符合要求。

2.1 組內分析結果 任務態fMRI組內分析校正后結果在2組均可見多處激活區，但2組的激活區域有所不同，具體參見表1。靜息態fMRI數據的組內功能聯系分析結果顯示針刺前、中、后均表現為全腦廣泛分布的功能聯系(見表1)，但不同類型功能聯系的程度和范圍有所不同。

表1 對照組與面癱組任務態和靜息態的組內分析結果

2.2 組間分析結果 任務態組間分析結果顯示面癱組與正常組之間針刺腦激活區沒有顯著性差異。靜息態功能聯系的組間比較，從總體上看，大多數功能聯系在2組之間，無論是針刺前、針刺中還是針刺后均無顯著性差別，見表2(圖略)。

表2 對照組與面癱組的任務態和靜息態的組間比較分析結果

3 討論

3.1 周圍性面癱的靜息態腦功能聯系變化 面癱組與對照組的靜息態腦功能聯系組間對比分析結果顯示，面癱組針刺前的左側SI和右側MI的功能聯系發生了變化。仔細分析這些變化，發現無論是SI還是MI的功能聯系變化都表現在額上回和額中回的運動前區(Promotor Cortex，PMC)，而且都表現為PMC與SI或MI的功能聯系增強。PMC主要負責復雜運動的協調，是感覺運動皮層的更高級中樞[4-5]。面癱病人PMC與MI和SI的功能聯系增強很可能是中樞性神經系統的一種代償性機制，具體的機制推測可能是因為面癱的肌肉無法執行MI發出的傳出神經指令，SI從面部獲取的肌肉本體感覺神經傳入信息不能與之形成完整的反饋回路，因此更高級中樞的PMC發揮其運動協調功能,反應性增強其與MI和SI的功能聯系，以期實現其本身的感覺運動協調功能。

3.2 針刺合谷穴治療周圍性面癱中樞作用機制 綜合上述的針刺前、針刺中以及針刺后的數據分析，我們首次探索性地提出下述關于針刺合谷穴治療周圍性面癱的中樞作用機制推論。首先,由于面癱病人的中樞代償機制，負責復雜運動協調的PMC與SI和MI的功能聯系加強；然后,在這種代償機制的影響下，針刺過程中，負責感覺運動整合功能的SⅡ對針刺反應更加突出，而其他腦區的激活相對減弱;針刺后效應進一步減弱了SⅡ與其他非軀體感覺功能腦區的聯系，結果使得感覺運動中樞包括SI、SⅡ、MI、PMC等不同腦區之間的功能聯系持續保持增強。這種功能聯系分增強實質上就是神經突觸活動的增加，而持續的神經突觸活動增加將促進腦功能重組的發生，最終發揮針刺治療周圍性面部癱瘓的臨床作用。基于中樞神經系統突觸可塑性的腦功能重組已經被大量的研究[6]證明是腦卒中病人能夠康復的神經生理學基礎，在周圍性面癱的康復過程中發揮著重要作用[7-8]。

綜上所述，本項研究的數據初步分析結果表明針刺合谷穴治療周圍性面癱的可能機制是:針刺效應利用SⅡ的感覺運動整合功能，通過弱化與非軀體感覺運動皮層的功能聯系，強化感覺運動中樞不同皮層之間的功能聯系，促進基于突觸可塑性的腦功能重組，實現針刺治療面癱的臨床作用。然而，盡管本文的研究結果似乎能夠比較合理地解釋我們提出的針刺治療周圍性面癱的中樞作用機制理論，但此觀點也還有待于對本研究fMRI數據的更深入分析研究證實，具體包括面癱治療前后，左右不同側針刺以及左右不同側面癱的對照分析等。

[1]Li Y,Wu X,Hu K-m,et al.Current situation and evaluation of clinicalstudies on acupuncture and moxibustion treatment of peripheral facial paralysisat selected stages[J].Chung i tsa chih ying wen Pan,2011,30(2):153-159.

[2]Robinson N G.Making sense of the metaphor:how acupuncture works neurophysiologically[J].Journal of Equine Veterinary Science,2009,29(8):642-644.

[3]HAN Ji-sheng,YUH-SHAN H.Global trends and performances of acupuncture research[J].Neuroscience and Biobehavioral Reviews,2011,35(3):680-687.

[4]Kathleen K H,Jing Liu,Ovidiu M,et al.The integrated response of the human cerebro-cerebellar and limbic systems to acupuncture stimulation at ST 36 as evidenced by fMRI[J].NeuroImage,2005,27(3):479-496.

[5]Noback C R,Strominger N L,Demarest R J,et al.The human nervous system:structure and function[M].Sixth Edition.Totowa,New Jersey:Humana Press Inc,2005:439-462.

[6]Grefkes C,Fink G R.Reorganization of cerebral networks after stroke:new insights from neuroimaging with connectivity approaches[J].Brain,2011,134(5):1264-1276.

[7]Klingner C M,Volk G F,Maertin A,et al.Cortical reorganization in Bell's palsy[J].Restorative Neurology and Neuroscience,2011,29(3):203-214.

[8]Smit A,der Jos van Geest,Metselaar M,et al.Long-term changes in cerebellar activation during functional recovery from transient peripheral motor paralysis[J].Experimental Neurology,2010,226(1):33-39.