陳 慧，魏翔宇，龔志剛，詹松華

（上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院放射科，上海 200120）

近年來，哮喘患病人數(shù)在全球范圍內(nèi)呈逐年上升趨勢，預計在2025 年將增至4 億［1］。隨著研究的深入，人們逐漸認識到哮喘是一種異質(zhì)性疾?。?］，不僅涉及呼吸系統(tǒng)，還涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)。哮喘患者主要表現(xiàn)為間歇性呼吸困難，這可能導致大腦結(jié)構(gòu)異常。

針刺具有歷史悠久、療效好、不良反應小的特點，越來越受到人們的重視。目前，針刺已成為治療支氣管哮喘的主要手段［3］。全國首批名老中醫(yī)邵經(jīng)明教授提出的“三穴五針”法，即以雙側(cè)肺俞穴、風門穴及單穴大椎為主穴的針刺療法，在治療哮病的臨床實踐中取得了顯著療效［4-5］，已成為國家中醫(yī)藥管理局治療哮喘適宜推廣技術［6］。然而，電針調(diào)節(jié)哮喘的機制尚不清楚。神經(jīng)影像技術為研究電針調(diào)節(jié)哮喘的作用機制提供了可視化途徑。靜息態(tài)fMRI 以其高空間分辨力、無創(chuàng)性、可視化等優(yōu)點，極大地推動了神經(jīng)影像學的快速發(fā)展，為探索哮喘腦區(qū)的結(jié)構(gòu)、功能及網(wǎng)絡連接改變提供了極大幫助，且能顯示針刺信息在腦內(nèi)的變化過程。因此，本研究采用靜息態(tài)fMRI，分析哮喘患者電針前、后大腦局部一致性（regional homogeneity，ReHo），以及功能連接改變情況，旨在探討針灸干預哮喘的腦活動變化情況，為進一步研究電針治療哮喘的神經(jīng)生理機制奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 受試者招募 所有受試者均來自2019 年9 月至2020 年6 月我院呼吸科門診，招募10 例哮喘患者為哮喘組，招募18 例與哮喘組年齡、性別、受教育年限相匹配的健康受試者為對照組。本研究通過我院倫理委員會批準（倫理號：2019-766-121-01），所有受試者均被詳細告知研究流程并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準 納入標準：①確診為支氣管哮喘且近2 周內(nèi)未急性發(fā)作；②年齡18～60 歲，不限性別，右利手；③近1 個月未接受過針灸治療；④能夠接受后續(xù)電針干預并配合完成MRI 掃描；⑤簽署知情同意書。排除標準：①近1 個月內(nèi)發(fā)熱、咳嗽或服用鎮(zhèn)靜藥物；②合并肺部感染、腫瘤或慢性阻塞性肺疾病；③伴失眠、頭痛等神經(jīng)或精神癥狀；④有幽閉恐懼癥或心臟起搏器等MRI 掃描禁忌證；⑤哮喘控制測試（asthma control test，ACT）量表評分低于15 分，考慮為哮喘急性發(fā)作或控制不佳。

1.3 針刺方法 選用一次性不銹鋼針灸針（0.35 mm×40 mm，華佗牌），電子針療儀（SDZ-Ⅱ型，蘇州醫(yī)療用品廠有限公司生產(chǎn)），所有針刺操作由同一位有3 年以上經(jīng)驗的針灸醫(yī)師完成。大椎、風門、肺俞分別依據(jù)《腧穴名稱與定位：GB/T 12346—2006》進行定位［7］。大穴位定位消毒后進針，行平補平瀉手法，以患者產(chǎn)生酸、麻、痛、傳遞感等為得氣標志，記錄受試者針感視覺模擬評分。得氣后，于肺俞、風門連接導線，電針維持得氣。連續(xù)波，頻率2 Hz，電針30 min。

1.4 MRI 掃描 采用聯(lián)影uMR780 3.0 T MRI 機，32 通道相控陣線圈。受試者戴降噪耳機，閉目保持清醒，盡量減少思考。掃描序列與參數(shù)：T1WI 結(jié)構(gòu)像，TR 7.2 ms，TE 3.1 ms，層厚1 mm，翻轉(zhuǎn)角10°，視野256 mm×256 mm，層數(shù)192；功能像，TR 2 000 ms，TE 30 ms，層厚3.5 mm，翻轉(zhuǎn)角90°，視野224 mm×224 mm，層數(shù)33，矩陣64×64。行全腦橫斷面掃描，平行于AC-PC 線，包括小腦和腦干，每次掃描前行空掃5 次。每期掃描時間均為8 min（分別于受試者電針前后各掃描1 期），共240 個時間點。

1.5 數(shù)據(jù)預處理 靜息態(tài)fMRI 數(shù)據(jù)使用SPM12 軟件（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）進行預處理，步驟包括：①剔除前10 個時間點，避免初始磁場的不穩(wěn)定；②時間層校正，同一時間點不同層面掃描存在先后順序，通過時間層校正消除因時間差帶來的誤差；③頭動校正，剔除在x、y、z 軸上頭動位移大于1.5 mm或轉(zhuǎn)動大于1.5°的受試者；④圖像配準，使用DARTEL算法將受試者的T1WI 結(jié)構(gòu)像和功能圖像與蒙特利爾神經(jīng)病學研究所（MNI）標準顱腦解剖模板進行空間配準（重采樣體素大小3 mm×3 mm×3 mm），手動檢查配準后結(jié)果；⑤去線性漂移；⑥濾波，頻段為0.01＜f＜0.08 Hz，消除高頻振幅產(chǎn)生的噪聲影響；⑦去除協(xié)變量，即去除6 個頭動參數(shù)、白質(zhì)信號，以及腦脊液信號等協(xié)變量的影響。

1.6 ReHo 值與功能連接分析 使用REST 軟件包（http：//www.restfmri.net）計算預處理后數(shù)據(jù)的肯德爾和諧系數(shù)（KCC），評估每個體素與其相鄰體素（相鄰的26 個體素）時間序列的相似性。計算每例受試者的全腦ReHo 值，除以該個體全腦的平均ReHo 值，減少個體差異帶來的誤差。以半高全寬為6 mm 的高斯核對數(shù)據(jù)進行平滑處理。選取組間ReHo 值差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)作為ROI 進行基于種子點的功能連接分析，創(chuàng)建一個半徑6 mm 的球形ROI，提取并計算每例受試者ROI 中所有體素的平均時間序列，然后與全腦余下體素的時間序列行Pearson 相關分析，從而得到ROI 與全腦的功能連接圖（Map 圖）。功能連接值用相關系數(shù)（r 值）表示，然后經(jīng)Fisher’s 變換，將r 值轉(zhuǎn)變?yōu)閆 值，使其符合正態(tài)分布。

1.7 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 23.0 軟件分析數(shù)據(jù)。2組間正態(tài)分布計量資料的比較行t 檢驗，計數(shù)資料比較行χ2檢驗。統(tǒng)計水準取P＜0.05。以年齡、性別、受教育年限、頭動為協(xié)變量，采用獨立樣本t 檢驗分析2 組間ReHo 值和功能連接差異，使用AlphaSim多重比較校正，采用體素水平P＜0.001，簇體素數(shù)ReHo＞26 個、功能連接＞18 個進行校正，簇水平P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義的區(qū)域。

2 結(jié)果

2.1 2 組臨床資料比較（表1）2 組年齡、性別、受教育年限和MRI 掃描期間的平均頭動均匹配（均P＞0.05）。

表1 2 組臨床資料比較

2.2 2 組ReHo 值比較 電針前，與對照組相比，哮喘組左側(cè)腦島（x=-36，y=-12，z=21）ReHo 值升高，差異有統(tǒng)計學意義（t=4.04，P＜0.001）。2 組其他腦區(qū)ReHo 值差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.001）（圖1）。

圖1 電針前哮喘組與對照組局部一致性（ReHo）值差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)（紅色-黃色）圖2 電針前哮喘組與對照組功能連接值差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)。以左側(cè)腦島為種子點，與對照組相比，哮喘組全腦功能連接增強腦區(qū)：左側(cè)中央前回/中央后回（A）、左側(cè)扣帶回中部（B）、右側(cè)顳上回/額下回（C）、右側(cè)扣帶回中部（D）、右側(cè)額上回（E）；未發(fā)現(xiàn)功能連接降低的腦區(qū)（L，左；R，右）圖3 電針前、后哮喘組功能連接差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)。以左側(cè)腦島為種子點，與電針前相比，電針后全腦功能連接降低腦區(qū)：左側(cè)中央后回/中央前回（A）、左側(cè)后扣帶回/楔前葉（B）、右側(cè)中央后回/中央前回（C）、右側(cè)后扣帶回/楔前葉（D）；未發(fā)現(xiàn)功能連接增強的腦區(qū)

2.3 電針前2 組靜息態(tài)腦功能連接差異 電針前，與對照組相比，哮喘組左側(cè)腦島與左側(cè)中央前回/中央后回、雙側(cè)扣帶回中部、右側(cè)顳上回/額下回、右側(cè)額上回功能連接增強（均P＜0.001）（圖2，表2）。

2.4 電針前后哮喘組靜息態(tài)腦功能連接差異 與電針前相比，電針后哮喘組左側(cè)腦島與雙側(cè)中央后回/中央前回、后扣帶回/楔前葉功能連接降低（均P＜0.001）（圖3，表2）。

表2 以左側(cè)腦島為種子點進行全腦功能連接分析哮喘組與對照組差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)

3 討論

3.1 腦島參與情緒及呼吸困難的感知 哮喘在很大程度上被認為是一種心理疾病。左側(cè)腦島主要負責調(diào)節(jié)情緒記憶，研究表明，腦島作為參與情緒調(diào)控的重要神經(jīng)環(huán)路在哮喘中同樣具有十分重要的作用［8-9］。腦島可通過影響內(nèi)分泌-應激反應調(diào)控炎癥過程［10］，且腦島作為大腦的重要中心，參加呼吸調(diào)節(jié)［10-12］。腦島的激活在人類的許多感覺中出現(xiàn)，如對食物的渴望、口渴、惡心，以及接觸不愉快的味道和氣味［13-14］。有研究認為，腦島可作為一個內(nèi)部警報中心，提醒個體潛在的痛苦感受刺激，賦予負面的情緒意義［15］，腦島損傷會導致生理行為的失調(diào)。fMRI 研究發(fā)現(xiàn)，呼吸困難和疼痛感覺涉及的腦區(qū)類似，主要包括腦島在內(nèi)的邊緣系統(tǒng)腦區(qū)［16］，巧合的是，這些腦區(qū)也參與情緒調(diào)節(jié)［9］。呼吸困難和疼痛的程度越嚴重，腦島功能活動度越低。呼吸和腦存在神經(jīng)連接，呼吸化學感受器和肺感受器經(jīng)迷走神經(jīng)傳入，投射到腦島區(qū)域［17］。

3.2 哮喘患者腦島活性增加 影像研究表明，健康人在經(jīng)歷呼吸困難時，包括腦島在內(nèi)的邊緣系統(tǒng)腦區(qū)出現(xiàn)腦血流量的增加［18］，推測其與呼吸困難的感知有關。Banzett 等［19］證實，呼吸困難的感覺涉及了腦島皮質(zhì)的顯著激活，而這種激活并不是由于二氧化碳濃度增加導致的其他感覺和生理變化所引起。腦島整合了與體內(nèi)平衡相關的行為、學習和動機，參與維持足夠的氣體交換最重要的體內(nèi)平衡［19-20］。目前較為一致的結(jié)論是腦島的激活可能是呼吸困難的潛在機制。任務態(tài)fMRI 研究表明，哮喘相關的詞語刺激能夠使腦島的血氧水平依賴信號發(fā)生改變，哮喘患者進行癥狀刺激期間，左側(cè)腦島的神經(jīng)元活動較對照組增強［9］。Brannan 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，健康受試者經(jīng)歷呼吸困難時腦島皮質(zhì)同樣被激活。另有研究表明，左側(cè)腦島皮質(zhì)的激活能夠預示后期肺功能的下降及肺組織中嗜酸性粒細胞的滲透程度［22］。本研究中，患者在靜息狀態(tài)下左側(cè)腦島的ReHo 值升高，即哮喘患者在靜息狀態(tài)下表現(xiàn)為左側(cè)腦島神經(jīng)元自發(fā)性活動增強，與以往研究結(jié)果一致。

3.3 電針可調(diào)節(jié)哮喘患者感覺運動區(qū)網(wǎng)絡及情緒認知網(wǎng)絡的異常功能連接 本研究發(fā)現(xiàn)，在以左側(cè)腦島為ROI 的基礎上行全腦功能連接分析，電針前與對照組相比，哮喘患者左側(cè)腦島與左側(cè)中央前回/中央后回、雙側(cè)扣帶回中部、右側(cè)顳上回/額下回、右側(cè)額上回功能連接增強。這些腦區(qū)定位于感覺運動皮質(zhì)區(qū)及認知情緒相關皮質(zhì)區(qū)，提示哮喘患者在靜息狀態(tài)下功能連接增強的這些異常腦網(wǎng)絡處于感覺運動、情緒認知信息整合功能增強狀態(tài)。上述結(jié)果與Dodd 等［23］的研究類似，他們的研究發(fā)現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病患者的大多數(shù)靜息態(tài)網(wǎng)絡呈現(xiàn)較高的活性。Burki 等［24］研究表明，感覺運動皮質(zhì)在呼吸困難的感覺中起著主要作用。Liu 等［25］研究發(fā)現(xiàn)，感覺運動網(wǎng)絡的改變與哮喘患者呼吸振幅的改變有關。本研究中，電針后，哮喘患者左側(cè)腦島與左側(cè)中央前回/中央后回的功能連接，與電針前相比，顯著降低，推測左側(cè)腦島與左側(cè)中央前回/中央后回功能連接的逆轉(zhuǎn)有可能是電針改善哮喘疾病的潛在神經(jīng)生物學機制，仍需進一步的臨床研究證實。同時，本研究中，與對照組相比，哮喘組左側(cè)腦島與右側(cè)額上回功能連接增強。額上回是感覺運動網(wǎng)絡中的一個重要腦區(qū)［26］。既往研究發(fā)現(xiàn)，包括呼吸困難、氣道炎癥和哮喘控制程度的分級，均與該區(qū)域的大腦功能改變有關［27］。慢性阻塞性肺疾病患者也表現(xiàn)出相同腦區(qū)的激活［28］。除了網(wǎng)絡變化和臨床特征之間的關系之外，研究發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)炎癥的直接證據(jù)，即額上回中腫瘤壞死因子α 和白細胞介素-1β 的水平增加，哮喘小鼠大腦中顯著的神經(jīng)元丟失［29］。此外，研究還發(fā)現(xiàn)哮喘患者左側(cè)腦島與情緒認知相關腦區(qū)的功能連接改變［30］。解剖學研究表明，腦島與情緒認知有關的重要神經(jīng)結(jié)構(gòu)有很強的關聯(lián)［31］，主要負責自我參照的情感決策［32］。本研究中電針后哮喘患者默認網(wǎng)絡較電針前功能連接降低，提示電針后默認網(wǎng)絡的改變有可能參與哮喘患者的情緒處理。

總之，哮喘患者靜息狀態(tài)下左側(cè)腦島ReHo 信號增強，電針能夠調(diào)節(jié)左側(cè)腦島與感覺運動網(wǎng)絡及默認網(wǎng)絡、認知網(wǎng)絡之間的異常功能連接，這為研究電針治療哮喘產(chǎn)生療效的神經(jīng)生理機制奠定了基礎。本研究的不足：樣本量較小；未對哮喘患者的病程、電針的長期療效和腦功能的關系進行研究。未來擬進一步增加樣本量，結(jié)合多維度臨床資料進一步探討電針治療哮喘的腦影像學機制。