輕、中度疼痛對第一、第二軀體感覺皮質激活的功能磁共振成像研究①

公維義，薛蘊菁，宋施委，張良成，蘇建生，范崇玖

輕、中度疼痛對第一、第二軀體感覺皮質激活的功能磁共振成像研究①

公維義1a，薛蘊菁1b，宋施委1c，張良成1a，蘇建生1a，范崇玖1a

目的研究輕、中度疼痛電刺激對第一軀體感覺皮質(SⅠ)和第二軀體感覺皮質(SⅡ)的激活規律。方法對7名右利手健康志愿者右足測定痛覺閾值后，給予痛覺閾值和2倍痛覺閾值刺激，進行視覺模擬評分(VAS)和疼痛分級，行功能磁共振成像。結果痛覺閾值和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，并以左側為主。其中，輕度疼痛主要激活左側SⅠ，對兩側SⅡ激活區域??；中度疼痛明顯激活左側SⅠ和雙側SⅡ。結論SⅠ對輕、中度疼痛電刺激反應一致，但SⅡ對中度疼痛電刺激的反應更為明顯。

疼痛；電刺激；軀體感覺皮質；功能磁共振成像

[本文著錄格式]公維義，薛蘊菁，宋施委，等.輕、中度疼痛對第一、第二軀體感覺皮質激活的功能磁共振成像研究[J].中國康復理論與實踐,2012,18(5):423-425.

國際疼痛研究協會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[1]。因疼痛是一種主觀感受，受環境、記憶、情感和認知等多因素影響，對疼痛的研究極為復雜。功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging,fMRI)具有較高的空間分辨率，是在較寬時間窗上整體激活的反應，現已廣泛用于疼痛的研究[2-4]。本課題應用fMRI研究輕、中度疼痛對第一軀體感覺皮質(primary somatosensory cortex,SⅠ)和第二軀體感覺皮質(secondary somatosensory cortex,SⅡ)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 經福建醫科大學道德倫理委員會批準，招募健康志愿者。入選標準：①年齡20～39歲；②右利手(根據愛丁堡手偏利量表[5])；③高中以上文化程度，可明確理解并配合試驗流程；④既往無明顯疼痛經歷、無神經和精神疾病和相關試驗經歷。排除試驗過程中不能耐受或要求退出試驗者。試驗前對試驗內容、目的和過程進行培訓，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，體質量(56±7)kg。

1.2 痛覺閾值測定及疼痛分級 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神經系統工作站(美國AXOH SYSTEMS公司)連接刺激電流放大器和盤式刺激電極，實施經皮直流電刺激。刺激形式：串刺激；波形：方波；刺激時程：200μs，任務時相3 s，靜息時相27 s。

刺激強度從0開始，每次增加0.5m A，直至志愿者示意出現針扎和/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。若出現和消失值相同，記錄該數值，定為“痛覺閾值”，重復測量3次，取平均值。

采用視覺模擬評分(VAS)進行疼痛分級：0分為無痛，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。右足拇指磨砂膏去除死皮，涂導電膏，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，掃描靜息間隔時間10m in。刺激均采用block設計，即刺激—靜息—刺激循環模式，每個刺激態和靜息態均為30 s，直至fMRI掃描結束。

應用MAGNETOM Verio型3.0 T磁共振成像系統(德國SIEMENS公司)采集數據，標準頭部線圈。常規SE序列橫軸位T1W I作為解剖背景圖像，掃描參數：TR 580 ms，TE 18 ms，層厚3 mm，層間距0.75 mm，FOV：256×192 mm，矩陣：256×192，Flip：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：TR 3000ms，TE 30ms，層厚3mm，間隔0.75mm，FOV：192×192mm，矩陣64×64。定位與解剖像一致，從枕大孔到頭頂共36層。掃描時間6 m in。數據分析采用統計參數圖(SPM 2)處理，棄除功能掃描前6個采樣點，依次進行時間校正、頭動校正、空間標準化空間平滑，與標準模型進行匹配。處理過程采用t檢驗，顯著性水平α=0.001，10個體素為有效激活體素。在統計參數圖中選定SⅠ和SⅡ進行感興趣區分析。

2 結果

與閾值刺激比較，2倍閾值刺激平均電流強度和VAS評分提高(P＜0.05)。閾值刺激產生輕度疼痛，2倍閾值刺激產生中度疼痛。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，并以左側為主。其中，輕度疼痛明顯主要激活左側SⅠ，雙側SⅡ也有激活。中度疼痛激活左側SⅠ和雙側SⅡ，SⅡ激活以左側為主，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磁性效應的差異，測量局部腦血流狀態。當神經元活動增強時，腦功能區的血流量顯著增加，T2信號增強，在各種神經功能研究中具有重要的應用價值[6]。雖然疼痛是一種主觀感受，但人體受到疼痛刺激時，相關功能區的局部腦血流增加，為利用BOLD-fMRI對疼痛進行研究提供了可能。

本研究以嚴格的標準選擇志愿者，試驗前進行了相關培訓，通過配戴耳塞和眼罩避免外界聲光干擾。為了避免對疼痛刺激的預期效應和痛覺習慣化的形成，在進行痛覺評分和磁共振檢查時隨機給予輕或中度疼痛刺激；刺激間隔10m in，以消除前次刺激對后面刺激的影響。由于在神經激活和BOLD-fMRI檢測之間時間延遲6～9 s[7]，因此，設計在給予刺激6 s后進行磁共振掃描，以避免神經激活與BOLD之間產生的時間延遲，獲得良好的空間效應。

人體對疼痛的感知在大腦皮質有多重代表區，包括疼痛感覺區、情感認知評估區及疼痛調節相關區等[8]。SⅠ和SⅡ為疼痛感覺區，急性疼痛激活的核心網絡也包括SⅠ和SⅡ，鎮痛藥物亦對這些區域具有明顯作用[9-14]。

SⅠ位于中央后回和旁中央小葉后部，相當于3、1和2區，特點是左右交叉，上下倒置，與軀體有明確的定位關系，是淺、深軀體感覺中樞。本研究顯示，輕、中度疼痛均可激活對側SⅠ區，與其功能一致，即SⅠ區可確切感知對側不同強度的疼痛刺激。

SⅡ位于頂上小葉，相當于5區和7區，在功能上與第一軀體感覺區相似。但SⅡ雙側代表，以對側為主，對來自皮膚、肌腱、關節和內感受器的刺激進行高級的分析綜合。SⅡ不但處理軀體感覺[15]，還與感覺運動整合[16]、觸覺注意和學習[17]有關，并與其他皮質協調整合身體雙側感覺信息[18]。因此，SⅡ具有更為復雜的功能。

本研究中，雖然輕、中度疼痛均可激活SⅡ區，但輕度疼痛對SⅡ區激活面積??；而中度疼痛刺激明顯激活雙側SⅡ，提示人體對中度疼痛產生明確的分析整合，并可能引起情感認知和疼痛調節等生理反應。

綜上所述，輕、中度疼痛刺激均可激活對側SⅠ，中度疼痛對雙側SⅡ激活大于輕度疼痛，顯示SⅠ和SⅡ對輕、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)

福建省衛生廳青年基金資助項目(2008-1-23)。

1.福建醫科大學附屬協和醫院，a.麻醉科；b.核磁共振室；c.神經外科，福建福州市350001。作者簡介：公維義(1973-)，男，吉林延邊人，博士，副主任醫師，主要研究方向：急慢性疼痛的診療。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.05.008