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經(jīng)皮穴位電刺激鎮(zhèn)靜腦電圖的變化

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月29日 05:29

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院

臨床上，鎮(zhèn)靜指抑制意識、逐漸降低對外部刺激的反應(yīng)能力?，F(xiàn)有的研究表明，在麻醉藥物誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜過程中發(fā)現(xiàn)了一種獨特的腦電圖模式。研究表明，δ和α波段的腦電圖波段功率隨著鎮(zhèn)靜水平的增加而增加。此外，大腦功能網(wǎng)絡(luò)分析表明，額葉-頂葉信號連接受抑制與全麻期間意識下降有關(guān)。此外，通過排列熵（PE）測量的腦電圖信號的復(fù)雜性與異丙酚誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜水平相關(guān)。顯然，腦電圖的變化與鎮(zhèn)靜作用有比較好的相關(guān)性。

研究表明，在全身麻醉期間應(yīng)用針刺可以減少麻醉藥的用量。因此推測，針刺可能有鎮(zhèn)靜作用。然而，現(xiàn)有的研究往往將針刺與麻醉藥聯(lián)合應(yīng)用，因此很難評估針刺的鎮(zhèn)靜作用。本研究采用交叉設(shè)計，對健康志愿者雙側(cè)足三里（ST36）、神門（HT7）和三陰交穴（SP6）行經(jīng)皮穴位電刺激（TAES），使用腦電雙頻指數(shù)（BIS）觀察鎮(zhèn)靜效果，同時記錄腦電信號，通過對腦電信號的分析探討靜息狀態(tài)和TAES期間腦電活動的差異，觀察TEAS產(chǎn)生的鎮(zhèn)靜作用，探討在沒有聯(lián)合用藥的情況下經(jīng)皮穴位電刺激的鎮(zhèn)靜作用。該研究結(jié)果發(fā)表于2020年10月的Clinical EEG and Neuroscience上，中西合璧專欄對該文進行了編譯，以饗讀者。

材料和方法：

本研究經(jīng)作者醫(yī)院倫理審查委員會批準(zhǔn)，并遵循赫爾辛基宣言。共有16名健康男性受試者參與，受試前均得到充分告知并簽署同意書。所有受試者均無針刺治療經(jīng)歷，無神經(jīng)系統(tǒng)或精神疾病史。研究選擇在白天進行，受試者在試驗前被要求至少睡滿8h，以消除可能因睡眠不足引起的混淆。

研究設(shè)計

研究采用交叉設(shè)計，其中每位受試者都需要經(jīng)歷靜息狀態(tài)和穴位電刺激兩個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)持續(xù)30min。同一位受試者兩個環(huán)節(jié)的順序是隨機的。含有分配信息的文件放置在有16個編號的密封信封中。有觀點認為，電針在治療終止后仍會產(chǎn)生持久的影響。因此，為給電針治療提供一個“洗脫”期，兩個環(huán)節(jié)間至少間隔24小時。穴位定位和TAES治療，都是由同一位專業(yè)醫(yī)師進行。

在電針治療期間，電極片(2228型，3M)分別貼在雙側(cè)足三里(ST36)、神門(HT7)和三陰交(SP6)穴位上。電刺激發(fā)生器(華佗SDZ-V神經(jīng)肌肉刺激器，蘇州醫(yī)療器械廠；醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊:中國江蘇省醫(yī)藥產(chǎn)品管理局，MDDC[醫(yī)療器械國內(nèi)類] 2008Nr2270497)。

決定電針治療療效的一個關(guān)鍵方面是刺激頻率和強度的選擇。既往研究表明，在電針治療中，選擇較低頻率范圍的穴位刺激可能具有更好的鎮(zhèn)靜效果。然而，單一頻率的刺激可能會使受試者耐受，從而降低電針的效果。據(jù)報道，當(dāng)以“疏密波”模式給予刺激時，電針的治療效果可以最大化。因此，在這項工作中，我們選擇了2/10Hz疏密波對選定的穴位進行電刺激。

一個完整疏密波的波形持續(xù)14s，在2 Hz和10 Hz之間交替5s和9s。典型的刺激波形如圖1B所示。醫(yī)生通過詢問受試者的感覺來調(diào)整刺激的強度。刺激的幅度由專業(yè)醫(yī)師調(diào)整，要求刺激不會引起任何不適且沒有肌肉收縮。在靜息狀態(tài)時，電極片貼在與電刺激相同的穴位處，但沒有接通電源。整個試驗過程中，受試者需要在靜息期和TAES期間閉上眼睛。

鎮(zhèn)靜的量化

TAES的鎮(zhèn)靜作用通過腦電雙頻指數(shù)BIS進行量化。BIS值在40-60范圍內(nèi)，為全身麻醉的鎮(zhèn)靜深度的合適范圍。當(dāng)BIS為69時，受試者的行為反應(yīng)通常會消失(警覺/鎮(zhèn)靜觀察評分為1分)。BIS值在60到80之間被認為是中度鎮(zhèn)靜。在這項研究中，整個試驗過程的每位受試者都需要在靜息期和TAES治療期間監(jiān)測BIS。如果電針有鎮(zhèn)靜作用，在TAES治療期間獲得的BIS數(shù)值應(yīng)明顯低于靜息狀態(tài)下的BIS數(shù)值。

腦電圖采集與分析

采集和預(yù)處理：使用Synamps 2/RT系統(tǒng)(NeuroScan)記錄30個通道的腦電圖數(shù)據(jù)。腦電圖數(shù)據(jù)采樣率為1 kHz。所有通道均以左右乳突為參考電極，且電極阻抗低于5kΩ。選擇與所選BIS數(shù)據(jù)進行時間對齊的10 min腦電圖數(shù)據(jù)。利用帶通濾波將 EEG數(shù)據(jù)濾波到0.5~40 Hz頻帶內(nèi)。通過目視檢查去除頭部運動產(chǎn)生的偽影和噪聲。將無偽跡的EEG信號重參考到共同平均參考(CAR)。預(yù)處理后的腦電圖數(shù)據(jù)被分割成不重疊的5s片段，用于進一步分析。腦電圖信號分析通過MATLAB R2017a的EEGLAB工具箱完成。腦電信號處理和分析流水線的框圖如圖2所示。

光譜分析：使用Welch's方法得到每個5s腦電片段的功率譜（Power Spectral Density PSD）。PSD也稱為功率譜或頻譜，量化了信號中能量或功率的頻率分布。用功率譜方法計算腦電數(shù)據(jù)的功率譜密度。本方法利用信號重疊分割窗口函數(shù)和FFT算法計算信號序列的自功率譜估計。計算每名受試者在時間窗和通道上的平均值的組級PSD。在獲得腦電圖信號的功率譜密度后，計算了四個典型頻帶與整個頻帶的比值 (δ頻帶，1-4Hz；θ頻帶，5-8Hz；α頻帶，9-12Hz；β頻帶，13-25Hz)。

統(tǒng)計分析

使用Wilcoxon秩和檢驗比較靜息期和TAES期間各頻段的BIS值、功率譜密度變化和圖形理論測量值。使用Bonferroni校正來控制錯誤發(fā)生率。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

受試者人口統(tǒng)計和刺激參數(shù)：所有受試者的人口統(tǒng)計信息見表1。

受試者的年齡構(gòu)成分布較窄。除外一名31歲的受試者，其他受試者年齡在19至26歲之間， BMI指數(shù)提示無肥胖患者。

對于每位受試者和每個穴位，我們調(diào)整強度至受試者可以感覺到刺激但無不適感。在這種條件下，產(chǎn)生的刺激模仿了傳統(tǒng)針灸中的捻轉(zhuǎn)和提刺手法。每個穴位的刺激強度分布見表2。在組水平上，每個穴位所需的刺激強度是相似的。然而，我們注意到從相對較大的刺激強度范圍中可以證實受試者之間存在著很大的差異。主要歸因于每位受試者的感覺閾值不同。由于我們單獨調(diào)整了強度，不同受試者之間強度水平的差異不會影響TAES的治療效果。

靜息期和TAES期間BIS數(shù)值的差別

臨床意義的鎮(zhèn)靜BIS值小于80。在本研究中，臨床意義上的鎮(zhèn)靜被定義為BIS小于80并持續(xù)10min。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，在16名受試者中有12人成功的在電針誘導(dǎo)下產(chǎn)生鎮(zhèn)靜。由于我們的目的是研究TAES誘導(dǎo)鎮(zhèn)靜的可能神經(jīng)相關(guān)因素，因此未觀察到鎮(zhèn)靜作用的受試者被排除在外。

所有12名受試者在靜息期和TAES期間的平均BIS值如圖3A所示，其BIS值分別為87.4± 9.8和72.3±13.0。可以觀察到，TAES期間BIS值呈明顯的負趨勢，而靜息期間的BIS值相對穩(wěn)定。采用配對t檢驗，以誤報率校正的方法研究靜息狀態(tài)和TAES狀態(tài)下BIS值的差異。如圖3A所示，在200s之后，幾乎每個時間點的BIS都達到了統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，在800s的TAES刺激后，靜息狀態(tài)和TAES狀態(tài)下BIS值的差異變得更加明顯。這些結(jié)果表明TAES治療具有臨床意義的鎮(zhèn)靜作用。

TAES狀態(tài)下PSD的變化：為了進行比較，我們從TAES期間提取了BIS小于80的10min的EEG數(shù)據(jù)。圖3B顯示了整個腦電通道的腦電功率譜的總平均值。在靜息期和TAES期間，腦電功率主要分布在δ波段。此外，我們還注意到，與靜息期相比，TAES期間的δ波段功率顯著增大，而α波段功率在兩種狀態(tài)下的值相似。

隨后我們計算了在0.5Hz到40Hz范圍內(nèi)所有典型腦電頻帶的相對功率。獲得的δ、θ、α和β波段的相對功率如圖3B所示。可以觀察到，與靜息狀態(tài)相比，TAES期間δ波段的相對功率在統(tǒng)計學(xué)意義上顯著增大（P<0.05），而在TAES期間α波段的相對功率在統(tǒng)計學(xué)意義上顯著降低（P<0.05）。兩種情況下β波段的相對功率相似。由于在δ和α波段發(fā)現(xiàn)了功率在統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著變化，因此我們在重點研究了腦功能網(wǎng)絡(luò)中的這兩個頻段。

TAES狀態(tài)下估計復(fù)合置換熵指數(shù)CPEI的變化：與功率譜分析類似，CPEI計算采用了一段10min的代表性腦電信號。獲得所有腦電通道的CPEI指數(shù)。結(jié)果如圖4所示。可以觀察到，在TAES誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜期間，每個電極的CPEI都是降低的，如圖4A所示。與靜息狀態(tài)相比，TAES期間CPEI的變化顯著增加。TAES期間的較大差異很難達到預(yù)定的統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異水平。然而，我們發(fā)現(xiàn)從F4獲得的P值（P<0.053）接近統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異水平。此外，靜息狀態(tài)和TAES狀態(tài)下CPEI的平均差異在額葉區(qū)域顯著減少，如圖4B所示。

TAES期間中腦功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的變化：對每位受試者和每個狀態(tài)的腦功能網(wǎng)絡(luò)及其相應(yīng)的圖論測量進行了估計。靜息期和TAES期間相位延遲指數(shù)（wPLI）平均值在δ波段為0.236± 0.003和0.239± 0.003，在α波段為0.250± 0.010和0.231± 0.007。我們發(fā)現(xiàn)，所有電極的wPLI平均值（作為整體連接強度的度量）在靜息態(tài)和TAES態(tài)的δ波段（P<0.001）和α波段（P<0.001）顯著不同。

圖5A-D和圖5E-H分別為α帶和δ帶靜息狀態(tài)和TAES狀態(tài)下的圖論測量。所有圖論測量，包括聚類系數(shù)、特征路徑長度、局部效率和全局效率，都表示為網(wǎng)絡(luò)稀疏性的函數(shù)。如圖5A-C所示，我們發(fā)現(xiàn)在α帶中，TAES期間大腦功能網(wǎng)絡(luò)的聚集系數(shù)、局部和全局效率較低，而特征路徑長度較高。盡管在δ帶中發(fā)現(xiàn)了顯著的相對功率變化，但獲得的靜息期和TAES期間的圖論測量幾乎相同，如圖5E-H所示。

討論

本文探討了在雙側(cè)足三里（ST36）、神門（HT7）、三陰交（SP6）穴位進行TAES治療是否能產(chǎn)生明顯的鎮(zhèn)靜作用，以及TAES鎮(zhèn)靜作用的神經(jīng)機制。為此，采用BIS指數(shù)來量化鎮(zhèn)靜水平。采用交叉設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)電刺激足三里（ST36）、神門（HT7）和三陰交（SP6）穴位30min可以顯著降低BIS值。利用在靜息狀態(tài)和TAES狀態(tài)下采集的30個通道的EEG信號，可以證明TAES誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜作用伴隨著α波段功率的顯著降低和δ波段功率的顯著增加。在TAES過程中，采用排列熵量化的腦電信號復(fù)雜度降低。腦功能分析顯示，在TAES期間，δ波段和α波段的全腦功能連接強度在TAES期間顯著降低。

現(xiàn)有的研究尚未就TAES或EA的鎮(zhèn)靜作用達成共識。在現(xiàn)有的研究中，全麻期間應(yīng)用EA治療導(dǎo)致鎮(zhèn)靜藥物的減少很少能觀察到一致的結(jié)果。幾乎所有既往的研究都表明在手術(shù)期間EA或TAES是具有鎮(zhèn)靜作用，但阿片類藥物的相互作用和不可避免的傷害性刺激可能會改變受試者的意識水平。然而，在本研究中，TAES被用作誘導(dǎo)鎮(zhèn)靜的唯一療法。因此，觀察到的意識水平的降低可能僅僅是因為針刺的作用。結(jié)果表明，TAES治療后BIS值明顯降低，在經(jīng)皮穴位電刺激開始后約15min 后BIS值降至最低。最大鎮(zhèn)靜作用的時間與既往結(jié)果一致。因此，該結(jié)果表明經(jīng)皮穴位電刺激雙側(cè)足三里（ST36），神門穴（HT7）和三陰交（SP6）穴對健康受試者有明顯的鎮(zhèn)靜作用。

對同時采集的腦電數(shù)據(jù)進行功率譜分析，發(fā)現(xiàn)TAES治療期間α波的功率顯著降低，δ波的功率增加。δ波活動增加被認為是無意識的一個標(biāo)志。關(guān)于睡眠和麻醉的研究表明，意識的降低伴隨著δ波功率的顯著增加。δ振蕩通常被認為與深度睡眠狀態(tài)和神經(jīng)元功能損傷有關(guān)。眾所周知，α振蕩主要是作為一種自上而下控制的腦電圖抑制機制。可見，TAES誘導(dǎo)鎮(zhèn)靜產(chǎn)生的δ和α振蕩的功率變化與大腦意識狀態(tài)的變化密切相關(guān)。

我們在針刺引起功率譜變化方面的研究結(jié)果與以往并不完全一致。既往研究表明，電刺激足三里穴可顯著提高δ和α波段的功率，丙泊酚誘導(dǎo)的輕度鎮(zhèn)靜后，TAES可顯著提高α和β波段的功率，降低δ波段的功率。針刺引起的腦活動具有模式和穴位特異性，因此，該結(jié)果可能與穴位的選擇和刺激方式有關(guān)。

由于δ和α波段的腦電功率存在顯著差異，我們進一步構(gòu)建了一個腦功能網(wǎng)絡(luò)，并計算了這兩個波段的圖論測度。在TAES過程中，用平均wPLI量化的大腦連接強度在δ和α波段上都有統(tǒng)計學(xué)意義上的改變。然而，在麻醉誘導(dǎo)期間的兩個頻段的圖論測量中未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異。麻醉和TAES誘導(dǎo)鎮(zhèn)靜的主要區(qū)別之一是鎮(zhèn)靜深度。單獨應(yīng)用TAES不太可能將意識消除到類似于全身麻醉的程度；因此，可能無法觀察到大腦拓撲特性的抑制。

全身麻醉中麻醉藥物的使用量與年齡相關(guān)。手術(shù)過程中，老年患者需要更少的麻醉劑維持一定的麻醉深度。與大腦老化和代謝功能的下降密不可分。由于代謝與針刺作用無關(guān)，因此其對電針的鎮(zhèn)靜作用影響不大。但大腦的衰退可能會影響電針鎮(zhèn)靜的效果。隨著年齡的增長，電針發(fā)揮鎮(zhèn)靜作用的時間可能更短。然而，年齡對電針鎮(zhèn)靜作用的影響尚需進一步研究。

結(jié)論

在本項研究中，我們發(fā)現(xiàn)在一定的刺激頻率和強度下經(jīng)皮穴位電刺激雙側(cè)足三里（ST36）、神門（HT7）和三陰交（SP6）穴位可以誘導(dǎo)健康男性受試者產(chǎn)生一定的鎮(zhèn)靜作用。利用同時采集的腦電信號，我們發(fā)現(xiàn)在TAES治療期間，α和δ波段的功率有顯著變化，CPEI和全腦功能連接強度都隨之降低。

中西合璧述評

EEG是非侵入性的、具有突出的時間分辨率、用于捕獲神經(jīng)元連接動態(tài)的主要臨床技術(shù)，該技術(shù)適用于分析包括腦網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。而針刺療法中所刺激的穴位具有選擇性調(diào)節(jié)和泛調(diào)節(jié)的雙重效應(yīng)，可通過局部微創(chuàng)、軸突反射、脊髓節(jié)段支配、腦內(nèi)整合及腦輸出等 5級效應(yīng)途徑來實現(xiàn)其作用。因此，針刺引起的EEG信號變化不僅可作為針刺療效的評價指標(biāo)，也是針刺機制研究的分析方法。四種基本腦波為：α波、β波、θ波、δ波。α波和β波主要在清醒、安靜、閉眼或是興奮狀態(tài)下出現(xiàn)，θ波主要在困倦時出現(xiàn)，δ波主要在入睡后或極度疲倦、麻醉狀態(tài)下出現(xiàn)。先前的一項研究表明，手工針刺右側(cè)足三里，留針10 min，觀察到δ和α帶功率顯著增加，與本研究結(jié)果不完全一致，有可能與針刺的方式以及針刺的參數(shù)有關(guān)。

該研究非常有價值，在此基礎(chǔ)上，有很多值得深入研究的問題。首先，該研究受試者均為健康的年輕男性，年齡和性別對TAES鎮(zhèn)靜作用的影響有待進一步研究；其次，由于實驗設(shè)計的原因，作者只收集了TAES狀態(tài)和靜息狀態(tài)下30min的腦電數(shù)據(jù)。因此，TAES誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜作用藥效動力學(xué)尚不清楚；最后，研究結(jié)果表明，在雙側(cè)足三里、神門和三陰交穴位進行TAES，選擇適當(dāng)?shù)拇碳?shù)，包括頻率和刺激方式，可以產(chǎn)生明顯的鎮(zhèn)靜作用，所得到的關(guān)于腦電特征變化的結(jié)果僅在上述刺激參數(shù)下有效。使用不同的刺激參數(shù)或不同的穴位選擇是否能獲得相似的腦電圖特征變化，目前尚不清楚。

編譯：油文靜

述評：許華，張永燕

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