高燕鳳，宋大為，王 強，顏 飛

(西安交通大學第一附屬醫(yī)院麻醉科，陜西西安 710061)

電針是中國傳統(tǒng)針灸的現(xiàn)代變形。研究表明，電針對癌癥疼痛管理、抗術(shù)后惡心、抗炎和減少術(shù)后并發(fā)癥有良好的作用[1]。電針可以作為圍術(shù)期護理以及其他臨床應(yīng)用中的重要輔助手段[2]。近年來，已有多項研究發(fā)現(xiàn)電針可誘導鎮(zhèn)靜作用。然而，這些研究主要是針對電針與麻醉藥或鎮(zhèn)靜藥聯(lián)合產(chǎn)生的鎮(zhèn)靜作用。既往研究表明，電針能顯著增加丙泊酚誘導下的全麻患者的鎮(zhèn)靜深度[3]。電針能顯著降低咪達唑侖的劑量[4]。電針單獨應(yīng)用是否足以產(chǎn)生可觀察的鎮(zhèn)靜作用目前還不明確。電針誘導鎮(zhèn)靜的生理機制的研究相對不足。

近年來，神經(jīng)科學借助于包括腦電圖(electroencephalogram, EEG)、腦磁圖以及核磁共振技術(shù)，獲取各個腦區(qū)的活動信息，通過現(xiàn)代信號處理和統(tǒng)計分析，測量各個腦區(qū)之間信息交互強度，將各獨立的測量信號整合，實現(xiàn)對全腦信息傳遞的整體分析。而目前認為意識層次改變與大腦的這種信息整合功能改變相關(guān)[5]。本研究擬觀察電針單獨作用下能否產(chǎn)生鎮(zhèn)靜作用，并采用功率譜密度(power spectral density, PSD)的方法，分析電針過程中腦電圖的功率變化，探究電針鎮(zhèn)靜作用可能的生理機制。

1 對象與方法

1.1 研究對象經(jīng)西安交通大學第一附屬醫(yī)院倫理審查委員會批準，本試驗符合《赫爾辛基宣言》的規(guī)定。30名男性健康被試者納入該項研究。在試驗開始之前，所有被試者都被充分告知并且簽署書面的知情同意書。所有被試者均無針刺治療經(jīng)歷，無神經(jīng)或精神病史。每名被試者在試驗前保證8 h充足睡眠且未服用任何藥物。

1.2 靜息態(tài)和電針態(tài)的試驗流程符合納入和排除標準的健康者參與了試驗，包括靜息態(tài)和電針態(tài)。這兩種狀態(tài)的序列由計算機生成的30組隨機數(shù)決定。隨機數(shù)范圍從1到2，其中1表示電針態(tài)，2表示靜息態(tài)。標記有試驗狀態(tài)順序安排(1，2)的紙被放置在30個編號密封、不透明的信封中。在完成報名后，由1名研究助理打開信封，將試驗狀態(tài)分配給被試者。

在電針態(tài)，將電極貼片貼于雙側(cè)足三里(ST36)、神門(HT7)和三陰交(SP6)的穴位。電極貼片與電針儀(華佗牌，SDZ-Ⅱ)相連接提供電刺激(2 Hz疏密波)持續(xù)30 min。刺激的幅度由專業(yè)從業(yè)者調(diào)整，要求刺激不會引起任何不適且沒有肌肉收縮。在靜息態(tài)，電極貼片貼在與電針態(tài)相同的穴位處，但沒有電刺激。整個試驗過程包括兩個試驗狀態(tài)，被試者需要閉上眼睛，雙頻譜指數(shù)監(jiān)測儀(bispectral index monitor, BIS)實時監(jiān)測被試者的鎮(zhèn)靜深度。BIS值在60～80之間表示鎮(zhèn)靜，超過80的BIS值表示清醒。因此，要求被試者在靜息態(tài)下保持清醒，使得BIS值符合清醒標準。根據(jù)數(shù)據(jù)選擇標準，在靜息狀態(tài)下至少10 min BIS大于80，在電針狀態(tài)下至少10 min BIS小于80。標記在兩個狀態(tài)時間BIS符合上述標準的10 min間隔時間。最后，有18名被試者被排除(因為BIS數(shù)據(jù)不符合要求)，12名被試者的數(shù)據(jù)可用。

1.3 EEG采集及分析

1.3.1預處理 使用Synamps 2/RT系統(tǒng)(NeuroScan，Singen, 德國)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。所有的通道都以左右乳突為參考電極，要求電阻的阻抗低于5 kΩ。在MATLAB R2017a中使用eeglab 13.5.4b工具箱對腦電圖信號進行分析。我們選擇與所選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)。

1.3.2PSD法 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。MATLAB信號處理工具箱提供了專用函數(shù)(P-welch)來自動實現(xiàn)Welch方法估計。頻譜分析參數(shù)：fs=250 Hz，F(xiàn)FT點個數(shù)nfft=512，窗口=hanning(nfft)，noverlap=50%。計算每名被試者在時間窗和通道上的平均值的組級PSD。計算的頻率范圍為0.5～30 Hz，分為4個頻段(δ：1～4 Hz，θ：5～8 Hz，α：9～12 Hz，β：13～25 Hz)。計算每個波段的功率百分比。

1.4 統(tǒng)計學分析實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學分析。計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示，采用Wilcoxon秩和檢驗比較靜息態(tài)狀態(tài)與電針狀態(tài)之間的BIS值和功率譜密度變化，對于差異明顯的頻段內(nèi)的功率譜密度，分別對各頻段進行兩因素重復測量的方差分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

根據(jù)排除標準，有18名被試者被排除，本研究共納入12名健康被試者。納入被試者的人口統(tǒng)計學信息：平均年齡(23.6±2.0)歲、平均身高(175.6±4.2)cm，平均體質(zhì)量(71.8±8.0)kg。

2.1 電針引起的鎮(zhèn)靜作用由BIS量化靜息態(tài)和電針狀態(tài)的BIS平均值分別為87.4±9.8和72.3±13.0(圖1)，電針狀態(tài)的BIS呈下降趨勢，而靜息態(tài)的BIS則相對穩(wěn)定。組間比較顯示，經(jīng)過約200 s的電針刺激后，隨著刺激時間的增加，電針組的BIS值呈現(xiàn)明顯下降趨勢(表1)。整體分析顯示，電針態(tài)的BIS低于靜息狀態(tài)(P<0.05)。

2.2 電針誘導的鎮(zhèn)靜作用調(diào)控PSD的動態(tài)變化4個頻段的功率點比如圖2所示。在靜息狀態(tài)下，PSD顯示兩個峰值分別在0.5 Hz(δ波段)和10 Hz(α波段)并且第1個峰值大于第2個。在電針狀態(tài)下，功率主要分布在低頻范圍(δ波段)。與靜息狀態(tài)相比，電針態(tài)下δ的功率增加(P<0.05)，α的功率減少(P<0.05)。電針態(tài)在θ波段的功率占比略低于靜息狀態(tài)，但差異無統(tǒng)計學意義。在β波段，電針的功率占比略高于靜息狀態(tài)，但差異無統(tǒng)計學意義。

圖1 靜息態(tài)和電針態(tài)的BIS值的變化趨勢

Fig.1 Trend of BIS between resting state and electro-acupuncture state (n=12)

圖2 靜息態(tài)和電針態(tài)下4個波段的功率占比比較

Fig.2 Comparison of power ratios in the four bands between the two states

與靜息狀態(tài)比較，*P<0.05。

3 討 論

本研究第1次證實電針單獨作用能夠產(chǎn)生鎮(zhèn)靜作用。本項研究中，在健康人的雙側(cè)足三里、神門、三陰交穴位給予電針刺激，采用BIS監(jiān)測被試者的鎮(zhèn)靜程度。比較兩種狀態(tài)下BIS指標的變化，發(fā)現(xiàn)電針狀態(tài)下的被試者的BIS值明顯低于靜息狀態(tài)的BIS值，且BIS曲線隨著電針刺激時間的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。這表明在電針的刺激下，被試者的大腦活動和意識水平降低，并且刺激時間越長，觀察到的電針所引起的鎮(zhèn)靜作用越明顯。結(jié)果表明，在雙側(cè)足三里、神門和三陰交處單獨使用電針可以產(chǎn)生鎮(zhèn)靜作用。

表1 不同時間兩種狀態(tài)下BIS指數(shù)的比較

狀態(tài)開始試驗前試驗100s試驗200s試驗400s試驗800s試驗1000s試驗1800s靜息態(tài)94.2±5.190.8±8.191.3±6.490.3±5.386.3±4.486.3±4.987.1±6.0電針態(tài)88.0±3.187.0±5.380.0±7.7?78.0±6.7?73.0±5.6?70.0±8.7?68.0±3.3?統(tǒng)計值3.263.0527.0133.5533.9832.5635.45P0.0790.0730.0080.0050.0050.0060.000

與靜息態(tài)比較，*P<0.05。

BIS是通過EEG的算法分析來量化和評估意識水平的一種新方法。BIS已常規(guī)用于麻醉過程密切監(jiān)測和關(guān)注患者的鎮(zhèn)靜狀況[6]。因此，我們以BIS作為客觀標準來確定電針是否能單獨誘導鎮(zhèn)靜。BIS檢測儀給出了一個指標，說明該被試者的鎮(zhèn)靜程度，通過提供一個無量綱的數(shù)字，從0(等效于EEG等電位)到100(相當于完全清醒和警惕)。BIS值在85～100，表示清醒水平：BIS值在60～80，表示屬于鎮(zhèn)靜范圍[7]。因此，通過對BIS值的觀察和分析，我們可以直觀、清晰地看到單獨使用電針是否能夠真正誘導鎮(zhèn)靜。

EEG是大腦神經(jīng)細胞群電生理活動總體反映，具有毫秒級的時間分辨率，用于記錄大腦電活動的電生理監(jiān)測方法。頭皮腦電圖顯示各種頻率的波動，這些頻率具有特定的頻率范圍、空間分布和不同的腦功能狀態(tài)[8]。腦電圖的模式與正?；虿±頎顟B(tài)下的大腦皮層狀態(tài)密切相關(guān)，EEG可準確識別意識、無意識、發(fā)作活動、睡眠階段和昏迷狀態(tài)。健康人除個體差異外，在一生的不同年齡階段，腦電圖都各有其特點，但就正常成人腦電圖來講，其波形、波幅、頻率以及相位等都具有一定的特點?；贓EG的PSD分析發(fā)現(xiàn)，在睡眠和麻醉期間，腦電不同頻段的變化。對于睡眠，非快速眼動睡眠的特點是大腦皮層中緩慢的波動(1～4 Hz)和紡錘波(12～16 Hz)，快速眼動睡眠的EEG由混合頻率組成[9]。在麻醉方面，當給予麻醉藥物后，腦功能狀態(tài)發(fā)生劇烈的改變，腦電圖的變化很明顯被記錄。由于不同麻醉藥物的分子機制及作用的神經(jīng)環(huán)路不同，產(chǎn)生的腦電圖特征亦不相同。但除外氯胺酮等特殊藥理機制的麻醉藥物，絕大多數(shù)麻醉藥物都通過GABA受體產(chǎn)生鎮(zhèn)靜作用，因此，全身麻醉誘導鎮(zhèn)靜過程中所記錄的腦電圖模式與慢波睡眠時所觀察到的腦電圖模式非常相似，這兩種模式都是由大振幅慢波控制[10]。各種麻醉劑(丙泊酚、地氟醚、異氟醚、七氟醚)通常用于產(chǎn)生全身麻醉或鎮(zhèn)靜狀態(tài)。和睡眠一樣，全身麻醉和鎮(zhèn)靜狀態(tài)與覺醒水平的改變有關(guān)[11]。根據(jù)PSD分析，電針誘導鎮(zhèn)靜可能與麻醉誘導鎮(zhèn)靜和睡眠有相似的發(fā)現(xiàn)。

我們觀察了4個不同的頻率振蕩，范圍從δ到β波段的頻譜。與靜息狀態(tài)相比，電針狀態(tài)下的δ波段的功率增加，α波段功率降低。而θ波段與β波段的功率占比在兩種狀態(tài)之間無統(tǒng)計學差異。研究表明，由丙泊酚誘導的鎮(zhèn)靜過程中，腦電圖α和β波段的功率增加。隨著麻醉劑濃度的增加，在更深的水平(失去意識)δ波段增加成為主要頻率成分。另一項研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過經(jīng)皮穴位電刺激干預后，在輕度丙泊酚鎮(zhèn)靜時，α和β波段的功率增加，但在深度丙泊酚鎮(zhèn)靜時，δ和β波段的功率降低[12]。將電針誘導鎮(zhèn)靜與麻醉誘導鎮(zhèn)靜作比較，我們可以從功率變化的角度觀察鎮(zhèn)靜過程中δ和α波段的變化。

關(guān)于針刺鎮(zhèn)靜的機制研究目前并不多見。傳統(tǒng)醫(yī)學認為，針刺通過經(jīng)絡(luò)的感傳效應(yīng)，調(diào)節(jié)患者的情志，起到鎮(zhèn)靜安神的作用。以往的研究表明，在麻醉開始前，針刺輔助術(shù)前準備可以使患者明顯放松，并能夠增強鎮(zhèn)靜效果，減少麻醉藥物的使用劑量。但以上研究多是與藥物聯(lián)合應(yīng)用，可以增加鎮(zhèn)靜效果，并且較少涉及機制方面的研究。有研究表明，針刺刺激足三里穴位后，δ和α波段的功率增加[13]。我們的研究結(jié)果與以往的研究不完全一致，其原因可能是電針會影響腦電圖信號的功率分布，并且不同穴位的影響是不同的。從丘腦和腦干到皮質(zhì)的興奮性輸入減少，增強了皮質(zhì)錐體神經(jīng)元的超極化，這種效應(yīng)有利于出現(xiàn)慢波和δ波。δ震蕩通常被認為與深度睡眠狀態(tài)和神經(jīng)功能損害有關(guān)。此外，α振蕩主要是作為一種自上而下控制的腦電圖抑制機制[14]?？梢?，由電針誘導的鎮(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)[12]。

綜上所述，單獨使用電針就足以產(chǎn)生可觀察的鎮(zhèn)靜效果。因此，電針可以作為臨床鎮(zhèn)靜和麻醉的重要輔助手段。此外，電針引起的鎮(zhèn)靜作用伴隨著腦電活動發(fā)生改變，慢波活動增加，這將有助于進一步研究電針引起的鎮(zhèn)靜機制。