公維義，薛蘊(yùn)菁，宋施委，張良成，蘇建生，范崇玖

輕、中度疼痛對(duì)第一、第二軀體感覺皮質(zhì)激活的功能磁共振成像研究①

公維義1a，薛蘊(yùn)菁1b，宋施委1c，張良成1a，蘇建生1a，范崇玖1a

目的研究輕、中度疼痛電刺激對(duì)第一軀體感覺皮質(zhì)(SⅠ)和第二軀體感覺皮質(zhì)(SⅡ)的激活規(guī)律。方法對(duì)7名右利手健康志愿者右足測(cè)定痛覺閾值后，給予痛覺閾值和2倍痛覺閾值刺激，進(jìn)行視覺模擬評(píng)分(VAS)和疼痛分級(jí)，行功能磁共振成像。結(jié)果痛覺閾值和2倍痛覺閾值刺激分別引起志愿者輕度疼痛和中度疼痛；兩種刺激均可激活SⅠ和SⅡ，并以左側(cè)為主。其中，輕度疼痛主要激活左側(cè)SⅠ，對(duì)兩側(cè)SⅡ激活區(qū)域小；中度疼痛明顯激活左側(cè)SⅠ和雙側(cè)SⅡ。結(jié)論SⅠ對(duì)輕、中度疼痛電刺激反應(yīng)一致，但SⅡ?qū)χ卸忍弁措姶碳さ姆磻?yīng)更為明顯。

疼痛；電刺激；軀體感覺皮質(zhì)；功能磁共振成像

[本文著錄格式]公維義，薛蘊(yùn)菁，宋施委，等.輕、中度疼痛對(duì)第一、第二軀體感覺皮質(zhì)激活的功能磁共振成像研究[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2012,18(5):423-425.

國(guó)際疼痛研究協(xié)會(huì)將疼痛定義為組織損傷或潛在組織損傷引起的不愉快的感覺和情感體驗(yàn)[1]。因疼痛是一種主觀感受，受環(huán)境、記憶、情感和認(rèn)知等多因素影響，對(duì)疼痛的研究極為復(fù)雜。功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging,fMRI)具有較高的空間分辨率，是在較寬時(shí)間窗上整體激活的反應(yīng)，現(xiàn)已廣泛用于疼痛的研究[2-4]。本課題應(yīng)用fMRI研究輕、中度疼痛對(duì)第一軀體感覺皮質(zhì)(primary somatosensory cortex,SⅠ)和第二軀體感覺皮質(zhì)(secondary somatosensory cortex,SⅡ)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 經(jīng)福建醫(yī)科大學(xué)道德倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，招募健康志愿者。入選標(biāo)準(zhǔn)：①年齡20～39歲；②右利手(根據(jù)愛丁堡手偏利量表[5])；③高中以上文化程度，可明確理解并配合試驗(yàn)流程；④既往無(wú)明顯疼痛經(jīng)歷、無(wú)神經(jīng)和精神疾病和相關(guān)試驗(yàn)經(jīng)歷。排除試驗(yàn)過(guò)程中不能耐受或要求退出試驗(yàn)者。試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容、目的和過(guò)程進(jìn)行培訓(xùn)，并獲得知情同意書。

共7名志愿者入選，其中男性4名，女性3名，年齡(28±5)歲，身高(168±11)cm，體質(zhì)量(56±7)kg。

1.2 痛覺閾值測(cè)定及疼痛分級(jí) 志愿者入MRI室，平臥于檢查床，右足拇指磨砂膏去除死皮，涂導(dǎo)電膏，將盤式刺激電極自粘膠固定，兩電極間距1 cm。安靜10m in后，將DAQ816E型Epoch XP神經(jīng)系統(tǒng)工作站(美國(guó)AXOH SYSTEMS公司)連接刺激電流放大器和盤式刺激電極，實(shí)施經(jīng)皮直流電刺激。刺激形式：串刺激；波形：方波；刺激時(shí)程：200μs，任務(wù)時(shí)相3 s，靜息時(shí)相27 s。

刺激強(qiáng)度從0開始，每次增加0.5m A，直至志愿者示意出現(xiàn)針扎和/或疼痛感覺；然后降低，直至志愿者示意針扎和/或疼痛感覺消失。若出現(xiàn)和消失值相同，記錄該數(shù)值，定為“痛覺閾值”，重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

采用視覺模擬評(píng)分(VAS)進(jìn)行疼痛分級(jí)：0分為無(wú)痛，30分以下為輕度疼痛，30～60分為中度疼痛，60～90分為重度疼痛；90分及以上為難以忍受的疼痛。

1.3 fMRI 痛覺閾值測(cè)定后1周，志愿者入MRI室，平臥于檢查床，帶眼罩和耳塞，枕部及雙顳部墊海綿墊，并要求受試者保持頭部不動(dòng)。右足拇指磨砂膏去除死皮，涂導(dǎo)電膏，將盤式刺激電極自粘膠固定，兩電極間距為1 cm。安靜休息10m in，隨機(jī)給予閾值和2倍閾值電刺激，在每次給予刺激6 s后行fMRI掃描，掃描靜息間隔時(shí)間10m in。刺激均采用block設(shè)計(jì)，即刺激—靜息—刺激循環(huán)模式，每個(gè)刺激態(tài)和靜息態(tài)均為30 s，直至fMRI掃描結(jié)束。

應(yīng)用MAGNETOM Verio型3.0 T磁共振成像系統(tǒng)(德國(guó)SIEMENS公司)采集數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈。常規(guī)SE序列橫軸位T1W I作為解剖背景圖像，掃描參數(shù)：TR 580 ms，TE 18 ms，層厚3 mm，層間距0.75 mm，F(xiàn)OV：256×192 mm，矩陣：256×192，F(xiàn)lip：56 deg，Averages：2，從枕大孔到頭頂共36層。在T1W I相同層面上，血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)fMRI成像掃描采用EPI序列，掃描參數(shù)：TR 3000ms，TE 30ms，層厚3mm，間隔0.75mm，F(xiàn)OV：192×192mm，矩陣64×64。定位與解剖像一致，從枕大孔到頭頂共36層。掃描時(shí)間6 m in。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(SPM 2)處理，棄除功能掃描前6個(gè)采樣點(diǎn)，依次進(jìn)行時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化空間平滑，與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行匹配。處理過(guò)程采用t檢驗(yàn)，顯著性水平α=0.001，10個(gè)體素為有效激活體素。在統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖中選定SⅠ和SⅡ進(jìn)行感興趣區(qū)分析。

2 結(jié)果

與閾值刺激比較，2倍閾值刺激平均電流強(qiáng)度和VAS評(píng)分提高(P＜0.05)。閾值刺激產(chǎn)生輕度疼痛，2倍閾值刺激產(chǎn)生中度疼痛。見表1。

表1 閾值刺激和2倍閾值刺激比較

輕、中度疼痛均可激活SⅠ和SⅡ，并以左側(cè)為主。其中，輕度疼痛明顯主要激活左側(cè)SⅠ，雙側(cè)SⅡ也有激活。中度疼痛激活左側(cè)SⅠ和雙側(cè)SⅡ，SⅡ激活以左側(cè)為主，激活總面積大于輕度疼痛(圖1、圖2)。

圖1 輕度疼痛刺激

圖2 中度疼痛刺激

3 討論

BOLD-fMRI利用氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白對(duì)磁性效應(yīng)的差異，測(cè)量局部腦血流狀態(tài)。當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，腦功能區(qū)的血流量顯著增加，T2信號(hào)增強(qiáng)，在各種神經(jīng)功能研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[6]。雖然疼痛是一種主觀感受，但人體受到疼痛刺激時(shí)，相關(guān)功能區(qū)的局部腦血流增加，為利用BOLD-fMRI對(duì)疼痛進(jìn)行研究提供了可能。

本研究以嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)選擇志愿者，試驗(yàn)前進(jìn)行了相關(guān)培訓(xùn)，通過(guò)配戴耳塞和眼罩避免外界聲光干擾。為了避免對(duì)疼痛刺激的預(yù)期效應(yīng)和痛覺習(xí)慣化的形成，在進(jìn)行痛覺評(píng)分和磁共振檢查時(shí)隨機(jī)給予輕或中度疼痛刺激；刺激間隔10m in，以消除前次刺激對(duì)后面刺激的影響。由于在神經(jīng)激活和BOLD-fMRI檢測(cè)之間時(shí)間延遲6～9 s[7]，因此，設(shè)計(jì)在給予刺激6 s后進(jìn)行磁共振掃描，以避免神經(jīng)激活與BOLD之間產(chǎn)生的時(shí)間延遲，獲得良好的空間效應(yīng)。

人體對(duì)疼痛的感知在大腦皮質(zhì)有多重代表區(qū)，包括疼痛感覺區(qū)、情感認(rèn)知評(píng)估區(qū)及疼痛調(diào)節(jié)相關(guān)區(qū)等[8]。SⅠ和SⅡ?yàn)樘弁锤杏X區(qū)，急性疼痛激活的核心網(wǎng)絡(luò)也包括SⅠ和SⅡ，鎮(zhèn)痛藥物亦對(duì)這些區(qū)域具有明顯作用[9-14]。

SⅠ位于中央后回和旁中央小葉后部，相當(dāng)于3、1和2區(qū)，特點(diǎn)是左右交叉，上下倒置，與軀體有明確的定位關(guān)系，是淺、深軀體感覺中樞。本研究顯示，輕、中度疼痛均可激活對(duì)側(cè)SⅠ區(qū)，與其功能一致，即SⅠ區(qū)可確切感知對(duì)側(cè)不同強(qiáng)度的疼痛刺激。

SⅡ位于頂上小葉，相當(dāng)于5區(qū)和7區(qū)，在功能上與第一軀體感覺區(qū)相似。但SⅡ雙側(cè)代表，以對(duì)側(cè)為主，對(duì)來(lái)自皮膚、肌腱、關(guān)節(jié)和內(nèi)感受器的刺激進(jìn)行高級(jí)的分析綜合。SⅡ不但處理軀體感覺[15]，還與感覺運(yùn)動(dòng)整合[16]、觸覺注意和學(xué)習(xí)[17]有關(guān)，并與其他皮質(zhì)協(xié)調(diào)整合身體雙側(cè)感覺信息[18]。因此，SⅡ具有更為復(fù)雜的功能。

本研究中，雖然輕、中度疼痛均可激活SⅡ區(qū)，但輕度疼痛對(duì)SⅡ區(qū)激活面積??；而中度疼痛刺激明顯激活雙側(cè)SⅡ，提示人體對(duì)中度疼痛產(chǎn)生明確的分析整合，并可能引起情感認(rèn)知和疼痛調(diào)節(jié)等生理反應(yīng)。

綜上所述，輕、中度疼痛刺激均可激活對(duì)側(cè)SⅠ，中度疼痛對(duì)雙側(cè)SⅡ激活大于輕度疼痛，顯示SⅠ和SⅡ?qū)p、中度疼痛具有不同的功能特征。

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Prim ary and Secondary Som atosensory Cortex Activation Induced by M ild and M oderate Pain:A Functional M agnetic Resonance Im aging Study

GONG Wei-yi,XUE Yun-jing,SONG Shi-wei,et al.Department of Anesthesiology,Union Hospital of Fujian Medicine University,Fuzhou 350001,Fujian,China

Ob jectiveTo explore the activation of the primary somatosensory cortex(SⅠ)and secondary somatosensory cortex(SⅡ)underm ild and moderate pain.M ethods7 healthy right-handed volunteers accepted electrostimulation of 1 and 2 times pain threshold respectively.The severity of pain was determ ined with the Visual Analogue Score(VAS),and they received functionalmagnetic resonance imaging(fMRI)simultaneously.Resu lts1 and 2 times pain threshold electrical stimulation caused m ild and moderate pain respectively.Both m ild and moderate pain activated contralateral SⅠsim ilarly,and bilateral SⅡwith pain intensity.ConclusionSⅠand SⅡrespond to them ild andmoderate pain in differentways.

pain;electrostimulation;somatosensory cortex;functionalmagnetic resonance imaging

R441.1

A

1006-9771(2012)05-0423-03

2011-11-16)

福建省衛(wèi)生廳青年基金資助項(xiàng)目(2008-1-23)。

1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院，a.麻醉科；b.核磁共振室；c.神經(jīng)外科，福建福州市350001。作者簡(jiǎn)介：公維義(1973-)，男，吉林延邊人，博士，副主任醫(yī)師，主要研究方向：急慢性疼痛的診療。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.05.008