针刺对人运动皮层神经可塑性的影响:初步研究

摘要

经颅磁刺激测量的神经可塑性变化已被证明与运动恢复高度相关，并已在各种形式的干预中进行了测试，但它尚未被用于研究针灸治疗的神经生理学机制。本研究的目的是研究单次针灸治疗对健康成人神经可塑性的影响，包括双侧初级运动皮质兴奋性的改变和半球间抑制。10名受试者分别在不同的日子里接受了30分钟的针灸治疗和同样长度的放松阶段。经颅磁刺激测量，包括静息运动阈值、运动诱发电位振幅和半球间抑制，在干预前和干预后10分钟进行评估。与基线相比，针刺治疗后同侧和对侧大脑半球电位波幅均有显著变化。同时，从对侧运动皮层到对侧的半球间抑制也明显下降。结果表明，针刺治疗可调节健康受试者的皮质神经兴奋性和半球间竞争。下面的问题是，这些变化是否会以同样的方式在中风患者身上观察到，以及它们是否与运动的治疗效果相关，需要通过后续研究来回答。这个试验注册在ISRCTN13074245．

1.介绍

中风后的运动功能恢复依赖于一些神经可塑性基础。通过使用经颅磁刺激(TMS)，针对受累半球和备用半球的皮质和皮质脊髓生理学的研究为我们提供了这些运动缺陷的潜在机制和治疗干预的有益效果。一个基本的发现是，中风后患者的对控性初级运动皮层(M1)表现出过度活跃，因此表现出高水平的神经兴奋性，而同侧性M1表现出低水平的兴奋性[1]．在脑卒中患者中，对侧M1的兴奋性下调以及同侧M1的兴奋性上调与更好的运动结果相关[2- - - - - -5]．另一个重要发现是，半球间竞争的再平衡可能在运动恢复过程中发挥重要作用。这表明，抑制未受影响半球的兴奋性可以通过减少由中风影响的半球异常半球间抑制(IHI)来增强运动恢复[6- - - - - -8]．虽然经颅磁刺激已被用于分析各种治疗形式的机制[9，10，尚未应用于针灸治疗的神经生理机制的研究。

针灸是一种很有前途的辅助干预手段，被引入偏瘫患者的康复几十年。它已被应用于有运动障碍的中风患者，并导致显著的运动恢复[11，12]．这一现象导致研究表明和表征与针灸有关的生理机制。以往经颅磁刺激评估针刺生理作用的数据普遍认为，特定的单个穴位对运动皮层兴奋性有抑制作用[13- - - - - -16]．然而，目前还不知道，临床针灸疗法，包括多个穴位在现实世界的设置，以什么方式可以调节人类初级运动皮层的可塑性变化。此外，经颅磁刺激对半球间抑制(IHI)的测量在以前的任何针灸研究中都没有报道。为了解决这些问题，本研究进行了探索性研究。我们使用TMS来研究单次针灸治疗对健康受试者的双侧M1兴奋性和IHI的调节作用。

2.方法

２.１.主题

十名健康志愿者(五男五女;24-40岁年，平均±SD)。没有参与者有神经、精神或其他医学问题或报告任何TMS禁忌症[17]．根据Oldfield利手量表，所有受试者都是右撇子[18]．本研究方案经中国北京中医院研究伦理委员会批准，按照《赫尔辛基宣言》进行。所有受试者在参与前均给予书面知情同意。

２.２.干预

所有的受试者在不同的日子里随机接受了针刺干预(一个30分钟的针灸治疗周期)和控制期(一个30分钟的空闲时间，没有刺激)，间隔7天。

经验丰富的针灸师使用一次性针灸针(华佗品牌，苏州医疗器械厂，中国苏州;直径0.25毫米，长度30毫米)。本研究所使用的穴位均基于治疗脑卒中后运动功能障碍的针灸方剂，命名为“王肢穴位方”(王氏守祖师二珍）.十个穴位(Quchi(曲池),Shousanli(手三里),Waiguan(TB-5),风(LI-4),Zusanli(足三里),Yanglingquan(阳陵泉),Sanyinjiao(SP-6)，最后三分Baxie(EX-UE9))位于左前臂、手和小腿。每点采用“提插”(120次/分)和“旋转”(180度，120圈/分)的针刺方法，直至感觉Deqi(一种典型的疼痛和刺痛的感觉)。然后，在没有进一步刺激的情况下，将针头保持在原位。进行控制条件是因为在实验过程中注意和认知因素会发生变化，这可能会影响皮层的兴奋性[19]．受试者舒适地坐在扶手椅上，并被指示在控制期间和针灸干预期间保持放松但警惕。

2．3.经颅磁刺激措施

在实验干预(针刺/对照)前和10分钟后，使用经颅磁刺激评估每个半球的皮质运动兴奋性和半球间抑制(IHI)。经颅磁刺激是在受试者舒适地坐在一间安静、半暗的房间里进行的。在休息状态下，上肢由肌肉支撑。在腹部肌腱蒙太奇上用直径9 mm的Ag/AgCl表面电极记录左、右第一背骨间肌(FDI)的表面肌电图(EMG)。响应通过设置为100hz和3khz的滤波器输入到放大器。然后将它们以10千赫的频率进行数字化，并存储在计算机中，以便以后进行离线分析(剑桥电子设计公司，英国剑桥)。

经颅磁刺激传送至左侧运动皮层的手部区域()及右半球()使用Magstim 200刺激器(Magstim Co. Ltd, Whitland, Dyfed, UK)，通过一个8形线圈(翼直径9厘米)定向诱导电流在下方组织的后向前方向流动。线圈被放置在头皮上的“热点”FDI肌肉。

2.3.1。皮质神经兴奋性的测量

分别测定FDIs各侧静息运动阈值(rMT)和MEP振幅，以阐明针刺诱导可塑性的基本特性。rMT定义为产生运动诱发电位(MEPs)≥50的最低刺激强度μ10个连续刺激中至少5个放松FDI的V幅值(峰值到峰值)[20.]．在刺激间间隔5秒的随机顺序中，以5种刺激强度(rMT的90、100、110、130和150%)对15种经颅磁刺激作出反应，获得平均MEP振幅。基于这些数据，我们构建了招募曲线，将响应的振幅与颅磁刺激强度联系起来。皮层刺激首先在左半球进行，然后在右半球进行。

2.3.2。两半球间的抑制

当参与者保持肌肉处于完全放松的位置时，通过双侧对脉冲刺激(Bistim module, Magstim Co. Ltd.)对先前确定的FDIs M1热点进行评估，从右半球到左半球的半球间抑制效应。右侧FDI肌肉的测试刺激(TS)设置为+30% rMT的强度。条件刺激(CS)强度随机分配为左FDI强度的+0%、+10%、+30%和+50% rMT。记录块为15 MEPs, CS和TS之间的刺激间隔为10 ms，每对刺激之间的间隔为5 s。IHI条件反应的波幅以测试刺激的平均MEP波幅大小的百分比表示。

２.４.f反应

超最大电刺激分别在5名受试者中进行，以测量来自左侧FDI的f波。选择这种测量方法是为了测试针刺疗法在脊柱水平上的效果，从而区分皮质或皮质下部位的兴奋性变化[21]．记录针刺前和针刺后10分钟的f波平均值。

3.统计分析

采用SPSS软件(version 23.0, SPSS Inc.， Chicago, IL)进行统计分析。采用双向重复测量方差分析比较干预前后FDI同侧处理的rmt(因素:时间和治疗)。采用三因素重复测量方差分析模型，比较干预引起的MEP波幅变化在招募曲线上的差异。三因素包括“时间”(干预前和干预后)、“治疗”(针灸和对照)和“强度”(五个级别)。Bonferroni的事后检验被用于进一步的分析。将IHI的变化与三因素重复测量方差分析模型进行比较，三因素包括时间(干预前和干预后)、治疗(针刺和对照)和强度(四个水平)。显著性水平设为．除非另有说明，数值以平均值±标准偏差报告。所有的方差分析结果与价值和价值。

4.结果

本实验在针灸治疗脑卒中后运动功能障碍处方的基础上，对左臂和左腿进行针刺。所有的颅磁刺激评估都在两个半球进行，监测左右FDI肌肉的肌电图。所有阈值都表示为最大刺激器输出(%MSO)的百分比。

4．1.针刺对rMT的影响

针灸干预和放松期均未改变rMT(表)1）.左边FDI的平均rmt是preintervention和针灸治疗后的干预preintervention和，控制条件的干预后。正确的FDI的平均rMT是preintervention和针刺治疗后的干预preintervention和控制后干预。双向重复测量方差分析显示，干预、时间或左FDIs均无显著影响。F= 0.016,；时间,F= 2.702,；处理×时间相互作用，F= 0.595,)或正确的FDIs(治疗，F= 2.201,；时间,F= 0.764,；处理×时间相互作用，F= 0.310,)(数据1(一)和1 (d)）.

4．2．针刺对MEP振幅的影响

根据三因素方差分析，两组FDIs针刺和对照干预的MEP波幅在时间上有显著差异(表1)1）.对于左边的FDI，在TREATMENT (F= 6.202,)、时间×处理交互作用(F= 19.431,)和时间×处理×强度相互作用(F= 6.049,）.这表明，两种干预措施对MEP的调节方式在时间上存在显著差异。同样，对于正确的FDI, TREATMENT (F= 7.151,)、时间×治疗交互作用(F= 25.475,)，以及时间×处理×强度相互作用(F= 4.558,）.

使用Bonferroni调整的事后分析显示，MEP振幅仅由针刺调节，在左右FDI上都是如此，但在对照组中没有。在针灸后90% RMT以上的四种强度下，左侧的FDI诱发的mep明显小于基线(图)1 (b)和表2）.同时，正确的FDI显示，在100%、110%和130% rMT强度下，针刺后诱发的mep显著大于基线(图)1 (c)和表2）.相反，控制干预在时间上没有导致任何一方的FDI发生显著变化(在所有强度水平上，数字1 (e)和1 (f)）.

4．3．针刺对IHI的影响

三因素方差分析显示，TS的MEP振幅大小的百分比在两种干预之间的时间点上表现不同(时间×治疗交互作用，= 11.976,)(表1）.事后分析Bonferroni调整显示针灸治疗后显著增加的百分比议员振幅从TS CS强度为100%,130%和150%,这表明拒绝抑制从右边向左M1(针灸侧侧)M1(侧针灸方)(图2(一个)和表2）.相比之下，在控制条件下没有显著差异(图2 (b)）.

4.4。运动兴奋性变化的部位(f波)

针刺干预前后左FDI的f波均值差异无统计学意义μV和μ分别为V (，）.

5.讨论

这是首次研究针刺治疗对皮质兴奋性和半球间抑制的神经可塑性机制。研究发现，针灸治疗可诱导远离对侧初级运动皮层的运动通路的MEP振幅发生显著的调节。针刺后同侧皮质脊髓兴奋性也发生MEP振幅变化。针刺前后外周兴奋性(f波)无明显变化。结果表明针刺干预可引起皮质神经兴奋性的改变。同时，从对侧M1到同侧M1的半球间抑制明显下降，这可能是同侧M1改变的原因。

MEP振幅招募曲线是皮质兴奋水平的可靠参数[10]．针刺后对侧半球招募曲线的减小提示对侧M1兴奋性水平降低。F-wave的结果进一步排除了脊髓运动神经元池兴奋性改变的可能性，这在之前的其他研究中已经得到了阐述，并为这种针刺诱导可塑性改变的椎管上机制提供了证据[13，14]．

本研究选择rMT和MEP振幅作为神经可塑性变化的测量指标。针刺后MEP波幅有明显变化，而rMT几乎没有变化。虽然rMT和MEP振幅都是皮质兴奋性的度量，但rMT主要受涉及钠和钙通道的神经元膜兴奋性机制的影响[22，23]．相比之下，MEP振幅主要受突触兴奋性变化的影响，这一点在用于突触传递的药理学修饰物的改变中得到了证明[24]．我们的研究结果表明，针刺可能是通过影响神经突触而不是神经元膜的活动来调节皮质兴奋性的。

我们的结果表明，针灸也影响同侧半球的兴奋性。针刺后同侧半球MEP振幅的增加表明同侧M1兴奋性的增加。这种兴奋性增加的合理解释是经胼胝体通路模型。如上所述，针刺干预降低了对侧M1兴奋性水平。因此，它对相反位置——同侧M1——的抑制作用也可能减弱。这一假设得到IHI曲线变化的支持，IHI曲线显示，针刺干预后，从右侧M1(对侧至针刺侧)到左侧M1(同侧至针刺侧)的抑制作用明显减弱。由于同侧M1受到的抑制较少，其兴奋性增加。这可能是对针灸如何调节同侧M1兴奋性的解释。此外，由于针刺可以调节大脑半球间的活动，这已被证明是运动恢复的重要机制，该模型可能是针刺治疗脑卒中后功能障碍的一种可能的解释。

根据中医理论，针灸疗法是通过调节机体的功能来发挥作用的气(能量)。有十二个主要的经络(称为经络)经罗)，它们分布在身体各处，并按一定的顺序以圆圈连接。的气通过12个渠道和经脉，这需要28分钟来完成一个完整的循环。因此，对穴位的刺激，其治疗效果可以通过经络、经络，以圆周运动的方式传递到全身各处气．在左肢进行针刺不仅可以调节穴位附近的身体功能，还可以调节远端器官的功能，包括同侧和对侧半球。

在本研究中，针刺配合穴位配方治疗脑卒中后运动恢复可调节初级运动皮层的兴奋性和半球间竞争，被认为是脑卒中患者运动恢复的重要机制。然而，这项研究的结果并不能回答这种疗法如何影响脑卒中后的神经可塑性的问题。中风后，根据病变的位置和范围，大脑会发生不同的变化。因此，今后的研究应根据病灶位置(皮质、皮层下等)对患者进行针刺治疗，研究针刺治疗对脑卒中后神经可塑性的影响。

还有其他种类的技术可以调节皮质兴奋性，并已被探索作为卒中后神经康复治疗的可能辅助。例如，以往的研究表明，非侵入性脑刺激(NIBS)，包括重复经颅磁刺激(rTMS)和直流电刺激(tDCS)，可能有利于神经损伤后的运动恢复，通过调节同脑半球和对脑半球的皮层运动兴奋性[3.，25- - - - - -27]．同时，已经证明初级感觉运动皮层的可塑性也对外周感觉刺激作出反应。除了针灸，外周电神经刺激作为一种简单的无痛体感觉输入，已经被证明可以调节皮质神经兴奋性[28]．这种感觉运动皮层可塑性背后的机制仍然没有被很好地理解。一种可能的机制涉及丘脑核，它接收躯体感觉输入，同时通过直接投射与初级运动皮层相连。另一种假设是，这种感觉和运动相互作用的部位位于运动皮层本身[29]．也有可能其他的皮质运动区域接收躯体组织的体感信息也参与了这种感觉运动的相互作用[28]．作为一种独特的外周感觉刺激，针灸可能在其对皮层可塑性的有效性方面具有某些共同的机制。但由于其与外周电刺激(如针刺治疗时诱发疼痛)有很大的不同，其机制有待进一步研究。

本研究的主要局限性是样本量小。在对照方法上，本研究未采用假针刺。根据《针刺临床试验干预报告标准》(STRICTA)，伪针灸是针刺研究的适当控制方法。一般推荐的方法有假针刺干预，如针刺无关或假穴位、浅针等。但是，作为初步研究，本研究的目的是论证针刺治疗对皮质活动的影响，而不是比较不同穴位或针刺技术的效果。因此，闲置期，作为皮质兴奋性研究的经典控制设计，而不是假针刺，被确定为本研究的最佳控制设计方法。

6.结论

我们的发现表明针刺可以调节M1的兴奋性，同时也可以调节正常人的半球间抑制。下面的问题是，这些变化是否会以同样的方式在中风患者身上观察到，以及它是否与行为改善的有益影响相关，需要通过以下研究来回答。

相互竞争的利益

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

本研究由北京市医院临床医学发展专项资助(代码:ZYLX201412)。

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