下腰痛患者針刺治療腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界拓?fù)涮匦?/h1>
2021-01-31 12:28賈潤慧汪新柱陳曉飛董馥聞溫玉蓉
中國中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志 2021年1期
賈潤慧，汪新柱，陳曉飛，董馥聞，溫玉蓉，周 晟
（1.甘肅省中醫(yī)院放射影像科，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院介入科，甘肅 蘭州 730030）
下腰痛是一種常見的以腰背部疼痛為主要表現(xiàn)，或伴下肢放射痛、麻木等癥狀的綜合征。研究［1］顯示，下腰痛是全球第一大致殘疾病，在我國其是導(dǎo)致活動受限的第二大主要因素，給個人、家庭、社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。針灸作為中醫(yī)保守療法的一種，對下腰痛癥狀的緩解有明顯效果，但針灸治療的理論機(jī)制尚不明確。基于圖論的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析是近年來用于神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域很有前景的新方法，在腦功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦苑矫娴难芯吭絹碓蕉?。本文采用圖論的腦功能網(wǎng)絡(luò)分析方法探討針刺治療下腰痛患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的改變，從而探討針刺治療前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的差異。
1 資料與方法
1.1 一般資料 收集2017 年10 月至2018 年1 月甘肅省中醫(yī)院收治的下腰痛患者20 例，其中男12例，女8 例；年齡26～54 歲，平均（44.5±3.4）歲；體質(zhì)量（62.53±3.75）kg；均為右利手。根據(jù)臨床癥狀和影像表現(xiàn)（CT 或MRI 檢查證實為L4～5椎間盤突出壓迫神經(jīng)根所致）明確診斷為腰腿痛患者，病程2 個月至1 年。納入標(biāo)準(zhǔn)：均未使用解熱鎮(zhèn)痛、安眠、激素類藥物，或已停2 周；視力、聽力和語言功能均正常，體內(nèi)無金屬植入物，既往無心、肺、肝、腎等重要器官疾病史，無精神疾病史，無明確腦卒中或其他顱腦疾病史，無MRI 檢查禁忌證；焦慮自評量表（self-rating anxiety scale，SAS）及抑郁自評量表（self-rating depression scale，SDS）評定為正常者。該研究經(jīng)甘肅省中醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（2017-060-01），患者均簽署知情同意書。
1.2 量表評價 20 例在治療前、后均進(jìn)行視覺模擬疼痛評分（visual analogue scale，VAS）［2］與日本骨科協(xié)會（Japanese orthopaedic association scores，JOA）下腰痛療效評定表［3］的測試，以評定疼痛緩解程度及下腰痛的臨床治療效果。VAS 的評分標(biāo)準(zhǔn)為：0 分為無痛，3 分以下為輕度疼痛，4～6 分為中度疼痛，7～10 分則為重度疼痛。JOA 療效評分中改善率100%為治愈，＞60%為顯效，25%～60%為有效，＜25%為無效。
1.3 針灸操作 所有患者均由同一位針灸主治醫(yī)師操作，主穴選右側(cè)大腸俞和委中。大腸俞取穴為L4椎棘突下，旁開1.5 寸進(jìn)針，直刺0.8～1.2 寸。委中取穴為腘橫紋中點(diǎn)，直刺1～1.5 寸。根據(jù)患者自身情況中醫(yī)辨證后選取其他副穴輔助治療。針刺針為蘇州醫(yī)療器械廠華佗牌銀質(zhì)針（含銀85%，規(guī)格0.35 mm×50 mm），針刺穴位后，患者自感酸麻脹痛，“得氣”后留針，連接電針儀（聯(lián)創(chuàng)科技韓氏RHANS-200A 穴位神經(jīng)刺激儀，標(biāo)準(zhǔn)編碼YZB/蘇0049-2008），選擇波形頻率：疏密波2 Hz/15 Hz，脈沖寬度0.6 ms，通電持續(xù)30 min，電流量選擇最大耐受電流。持續(xù)治療2 個療程（14 d）。所有患者均于針刺治療前、后間隔1 d 行2 次靜息態(tài)數(shù)據(jù)采集。
1.4 靜息態(tài)數(shù)據(jù)采集 采用GE 3.0 T Signa HDxt MRI 掃描儀，8 通道高分辨率頭線圈。患者取仰臥位，固定頭部以減少偽影，戴靜音耳塞降低噪音，閉眼，保持清醒狀態(tài)，避免有任何的主動思維活動。掃描序列為T2WI EPI 序列，層厚6.0 mm，TE 40 ms，TR 2 000 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，矩陣96×96，視野240 mm×240 mm，NEX 1.0，掃描22 層，掃描時間10 min，包括300 個全腦volumes。
1.5 數(shù)據(jù)處理 使用Matlab 軟件將DICOM 格式數(shù)據(jù)進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)。利用SPM 的軟件包DPARSF 程序進(jìn)行圖像預(yù)處理，得到20 例針刺治療前后90 個腦區(qū)的時間序列矩陣，將其導(dǎo)入MATLAB，計算每2 個區(qū)域間的Pearson 相關(guān)系數(shù)，得到90×90 腦區(qū)的功能鄰接矩陣R，為增加相關(guān)矩陣的正態(tài)性，再對所有關(guān)聯(lián)值進(jìn)行Fisher r to z 變換，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z。將稀疏度設(shè)為閾值，根據(jù)閾值選定規(guī)則［4］，設(shè)置其范圍為0.2～0.3，步長為0.01。
1.6 小世界參數(shù)計算 采用聚類系數(shù)（Cp）、最短路徑長度（Lp）、局部信息交換效率（Elocal）和全局信息交換效率（Eglobal）反映下腰痛患者針刺前后小世界拓?fù)湫再|(zhì)的改變。，其中Ci為節(jié)點(diǎn)i 的聚集系數(shù)。，其中Li為節(jié)點(diǎn)i 的平均路徑長度。為節(jié)點(diǎn)i 的局部效率表示節(jié)點(diǎn)i 的全局效率。其中Cp和Elocal代表網(wǎng)絡(luò)局部信息傳輸能力，Eglobal與LP衡量網(wǎng)絡(luò)全局信息傳遞能力。
1.7 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，定量資料符合正態(tài)性分布，用±s 表示，行配對t 檢驗。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 療效評分 20 例治療前后VAS 評分分別為（4.650±1.725）、（2.500±1.051）分，行配對t 檢驗，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001），提示針刺治療后疼痛癥狀緩解。JOA 療效評分中改善指數(shù)為6.0±1.8、改善率為（43.7±5.9）%，提示針刺治療下腰痛有效。
2.2 小世界參數(shù) 稀疏度在0.2～0.3 閾值范圍內(nèi)，治療前后Cp、Elocal、Eglobal與稀疏度均呈負(fù)相關(guān)，Lp與稀疏度呈正相關(guān)。治療前Cp值及Elocal值均明顯低于治療后，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）（圖1）。
3 討論
人腦是自然界最復(fù)雜的器官。大腦的功能活動是以各個腦區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，腦區(qū)間既相互獨(dú)立，又協(xié)同合作，使得大腦成為一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前，小世界特性為探索人腦這一復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了新的思路［5］。小世界網(wǎng)絡(luò)具有較短的Lp和較高的Cp，即較高的全局效率和較高的局部效率，保證了信息傳遞和整合在局部和全局水平的高效性，同時具有效率最大化而耗能最小化的特點(diǎn)，是高度整合、優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)模型。小世界屬性全面反映了腦網(wǎng)絡(luò)分化與整合的均衡性［6］。
研究［7］表明，正常人甚至一些大腦功能性疾病患者的大腦功能連接網(wǎng)絡(luò)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具小世界特性。筆者前期研究［8-9］針對正常人進(jìn)行針刺前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的對比，而本研究主要針對下腰痛患者，觀察下腰痛患者在針刺治療前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界拓?fù)涮匦缘母淖?，發(fā)現(xiàn)治療前后Cp、Elocal、Eglobal與閾值呈負(fù)相關(guān)，Lp與閾值呈正相關(guān)，且治療前Cp值及Elocal值明顯低于治療后。
Cp和Elocal是衡量大腦網(wǎng)絡(luò)局部信息的傳輸能力，與信息的整合及傳遞密切相關(guān)［10］。本研究發(fā)現(xiàn)，Cp和Elocal在治療后明顯增加，說明下腰痛患者大腦局部信息的傳輸能力、信息的整合及傳遞能力受到抑制，在針刺治療后，局部信息的傳輸能力較治療前明顯增強(qiáng)，信息的整合及傳遞能力增強(qiáng)。
在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中，Eglobal反映了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息交換的便捷性。Lp反映的是信息傳遞效率較高的一條通路，兩者共同衡量大腦網(wǎng)絡(luò)全局水平的信息傳遞能力。既往研究［11］表明，糖尿病患者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Eglobal有所下降，且腦功能網(wǎng)絡(luò)Eglobal的下降與認(rèn)知功能和記憶衰退有關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn)，下腰痛患者隨著稀疏度閾值的增加Eglobal是下降的，多考慮下腰痛患者的認(rèn)知能力出現(xiàn)不同程度的下降。Lp在治療后變小，Eglobal在治療后有所增加，雖然差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但間接提示針刺治療后大腦網(wǎng)絡(luò)中的全局信息傳輸能力有所增強(qiáng)，究其原因可能是大腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界拓?fù)鋵傩?，會隨著年齡的增長、后天的學(xué)習(xí)，以及疾病的發(fā)生、認(rèn)知能力的受損而受到不同程度影響有關(guān)［12］，有待進(jìn)一步研究。
綜上所述，VAS 評分顯示針刺治療后下腰痛癥狀緩解，JOA 評分顯示針刺治療有效。采用圖論方法發(fā)現(xiàn)，針刺治療后下腰痛患者的局部信息傳遞能力增強(qiáng)，信息的整合和傳遞能力增強(qiáng)，全局信息傳遞能力的趨勢也有所增強(qiáng)，雖然受到不可控因素的影響。因此，小世界網(wǎng)絡(luò)反映的是大腦功能網(wǎng)絡(luò)在全局水平和局部水平上的一種最佳的、高效的狀態(tài)。本研究尚存在一定的局限性，缺少正常對照組，樣本量小，有待今后增加正常組進(jìn)行縱向比較研究。
圖1 下腰痛患者針刺前、后小世界屬性參數(shù)圖。針刺前參數(shù)曲線為藍(lán)色，針刺后參數(shù)曲線為紅色圖1a 針刺前后Cp 隨稀疏度增大均逐漸減低，針刺后Cp 較針刺前明顯升高（P＜0.05）圖1b 針刺前后Lp 隨稀疏度增大均逐漸升高，針刺后Lp 較針刺前有所下降，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）圖1c 針刺前后Elocal 隨稀疏度增大均逐漸減低，針刺后Elocal 較針刺前明顯升高（P＜0.05）圖1d 針刺前后Eglobal 隨稀疏度增大均逐漸降低，針刺后Eglobal 較針刺前有所升高，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）
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1.1 一般資料 收集2017 年10 月至2018 年1 月甘肅省中醫(yī)院收治的下腰痛患者20 例，其中男12例，女8 例；年齡26～54 歲，平均（44.5±3.4）歲；體質(zhì)量（62.53±3.75）kg；均為右利手。根據(jù)臨床癥狀和影像表現(xiàn)（CT 或MRI 檢查證實為L4～5椎間盤突出壓迫神經(jīng)根所致）明確診斷為腰腿痛患者，病程2 個月至1 年。納入標(biāo)準(zhǔn)：均未使用解熱鎮(zhèn)痛、安眠、激素類藥物，或已停2 周；視力、聽力和語言功能均正常，體內(nèi)無金屬植入物，既往無心、肺、肝、腎等重要器官疾病史，無精神疾病史，無明確腦卒中或其他顱腦疾病史，無MRI 檢查禁忌證；焦慮自評量表（self-rating anxiety scale，SAS）及抑郁自評量表（self-rating depression scale，SDS）評定為正常者。該研究經(jīng)甘肅省中醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（2017-060-01），患者均簽署知情同意書。
1.2 量表評價 20 例在治療前、后均進(jìn)行視覺模擬疼痛評分（visual analogue scale，VAS）［2］與日本骨科協(xié)會（Japanese orthopaedic association scores，JOA）下腰痛療效評定表［3］的測試，以評定疼痛緩解程度及下腰痛的臨床治療效果。VAS 的評分標(biāo)準(zhǔn)為：0 分為無痛，3 分以下為輕度疼痛，4～6 分為中度疼痛，7～10 分則為重度疼痛。JOA 療效評分中改善率100%為治愈，＞60%為顯效，25%～60%為有效，＜25%為無效。
1.3 針灸操作 所有患者均由同一位針灸主治醫(yī)師操作，主穴選右側(cè)大腸俞和委中。大腸俞取穴為L4椎棘突下，旁開1.5 寸進(jìn)針，直刺0.8～1.2 寸。委中取穴為腘橫紋中點(diǎn)，直刺1～1.5 寸。根據(jù)患者自身情況中醫(yī)辨證后選取其他副穴輔助治療。針刺針為蘇州醫(yī)療器械廠華佗牌銀質(zhì)針（含銀85%，規(guī)格0.35 mm×50 mm），針刺穴位后，患者自感酸麻脹痛，“得氣”后留針，連接電針儀（聯(lián)創(chuàng)科技韓氏RHANS-200A 穴位神經(jīng)刺激儀，標(biāo)準(zhǔn)編碼YZB/蘇0049-2008），選擇波形頻率：疏密波2 Hz/15 Hz，脈沖寬度0.6 ms，通電持續(xù)30 min，電流量選擇最大耐受電流。持續(xù)治療2 個療程（14 d）。所有患者均于針刺治療前、后間隔1 d 行2 次靜息態(tài)數(shù)據(jù)采集。
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1.6 小世界參數(shù)計算 采用聚類系數(shù)（Cp）、最短路徑長度（Lp）、局部信息交換效率（Elocal）和全局信息交換效率（Eglobal）反映下腰痛患者針刺前后小世界拓?fù)湫再|(zhì)的改變。，其中Ci為節(jié)點(diǎn)i 的聚集系數(shù)。，其中Li為節(jié)點(diǎn)i 的平均路徑長度。為節(jié)點(diǎn)i 的局部效率表示節(jié)點(diǎn)i 的全局效率。其中Cp和Elocal代表網(wǎng)絡(luò)局部信息傳輸能力，Eglobal與LP衡量網(wǎng)絡(luò)全局信息傳遞能力。
1.7 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，定量資料符合正態(tài)性分布，用±s 表示，行配對t 檢驗。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 療效評分 20 例治療前后VAS 評分分別為（4.650±1.725）、（2.500±1.051）分，行配對t 檢驗，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001），提示針刺治療后疼痛癥狀緩解。JOA 療效評分中改善指數(shù)為6.0±1.8、改善率為（43.7±5.9）%，提示針刺治療下腰痛有效。
2.2 小世界參數(shù) 稀疏度在0.2～0.3 閾值范圍內(nèi)，治療前后Cp、Elocal、Eglobal與稀疏度均呈負(fù)相關(guān)，Lp與稀疏度呈正相關(guān)。治療前Cp值及Elocal值均明顯低于治療后，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）（圖1）。
3 討論
人腦是自然界最復(fù)雜的器官。大腦的功能活動是以各個腦區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，腦區(qū)間既相互獨(dú)立，又協(xié)同合作，使得大腦成為一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前，小世界特性為探索人腦這一復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了新的思路［5］。小世界網(wǎng)絡(luò)具有較短的Lp和較高的Cp，即較高的全局效率和較高的局部效率，保證了信息傳遞和整合在局部和全局水平的高效性，同時具有效率最大化而耗能最小化的特點(diǎn)，是高度整合、優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)模型。小世界屬性全面反映了腦網(wǎng)絡(luò)分化與整合的均衡性［6］。
研究［7］表明，正常人甚至一些大腦功能性疾病患者的大腦功能連接網(wǎng)絡(luò)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具小世界特性。筆者前期研究［8-9］針對正常人進(jìn)行針刺前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的對比，而本研究主要針對下腰痛患者，觀察下腰痛患者在針刺治療前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界拓?fù)涮匦缘母淖?，發(fā)現(xiàn)治療前后Cp、Elocal、Eglobal與閾值呈負(fù)相關(guān)，Lp與閾值呈正相關(guān)，且治療前Cp值及Elocal值明顯低于治療后。
Cp和Elocal是衡量大腦網(wǎng)絡(luò)局部信息的傳輸能力，與信息的整合及傳遞密切相關(guān)［10］。本研究發(fā)現(xiàn)，Cp和Elocal在治療后明顯增加，說明下腰痛患者大腦局部信息的傳輸能力、信息的整合及傳遞能力受到抑制，在針刺治療后，局部信息的傳輸能力較治療前明顯增強(qiáng)，信息的整合及傳遞能力增強(qiáng)。
在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中，Eglobal反映了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息交換的便捷性。Lp反映的是信息傳遞效率較高的一條通路，兩者共同衡量大腦網(wǎng)絡(luò)全局水平的信息傳遞能力。既往研究［11］表明，糖尿病患者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Eglobal有所下降，且腦功能網(wǎng)絡(luò)Eglobal的下降與認(rèn)知功能和記憶衰退有關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn)，下腰痛患者隨著稀疏度閾值的增加Eglobal是下降的，多考慮下腰痛患者的認(rèn)知能力出現(xiàn)不同程度的下降。Lp在治療后變小，Eglobal在治療后有所增加，雖然差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但間接提示針刺治療后大腦網(wǎng)絡(luò)中的全局信息傳輸能力有所增強(qiáng)，究其原因可能是大腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界拓?fù)鋵傩?，會隨著年齡的增長、后天的學(xué)習(xí)，以及疾病的發(fā)生、認(rèn)知能力的受損而受到不同程度影響有關(guān)［12］，有待進(jìn)一步研究。
綜上所述，VAS 評分顯示針刺治療后下腰痛癥狀緩解，JOA 評分顯示針刺治療有效。采用圖論方法發(fā)現(xiàn)，針刺治療后下腰痛患者的局部信息傳遞能力增強(qiáng)，信息的整合和傳遞能力增強(qiáng)，全局信息傳遞能力的趨勢也有所增強(qiáng)，雖然受到不可控因素的影響。因此，小世界網(wǎng)絡(luò)反映的是大腦功能網(wǎng)絡(luò)在全局水平和局部水平上的一種最佳的、高效的狀態(tài)。本研究尚存在一定的局限性，缺少正常對照組，樣本量小，有待今后增加正常組進(jìn)行縱向比較研究。
圖1 下腰痛患者針刺前、后小世界屬性參數(shù)圖。針刺前參數(shù)曲線為藍(lán)色，針刺后參數(shù)曲線為紅色圖1a 針刺前后Cp 隨稀疏度增大均逐漸減低，針刺后Cp 較針刺前明顯升高（P＜0.05）圖1b 針刺前后Lp 隨稀疏度增大均逐漸升高，針刺后Lp 較針刺前有所下降，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）圖1c 針刺前后Elocal 隨稀疏度增大均逐漸減低，針刺后Elocal 較針刺前明顯升高（P＜0.05）圖1d 針刺前后Eglobal 隨稀疏度增大均逐漸降低，針刺后Eglobal 較針刺前有所升高，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）
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