不同热灸温度和面积刺激对大鼠延髓背侧网状亚核神经元的激活作用

针灸被用来治疗各种疾病包括疼痛，因其具有独特的疗效，引起许多科学家的关注，并试图寻找针灸作用机制的充分证据。灸法学，作为针灸医学的重要组成部分，是针灸医师治疗疾病必须掌握的基本技能。目前，针刺镇痛和针刺麻醉的原理已进行了广泛和深入的研究，其中一些基本问题已经比较明确，电生理学研究表明针灸穴位能够抑制因躯体和内脏疼痛引起的中枢神经系统不同部位的神经元放电活动，为针灸临床能够迅速缓解疼痛提供了很好的解释。相比之下对灸法的研究则非常滞后，其原因主要是治疗方法没有根本改进。从患者角度讲，施灸必用火烧，有被灼伤的风险，而且治疗时间相对较长。另外还有突出的不足就是人们不清楚施加多大的热灸面积、多高的施灸温度才能取得最佳治疗效果。直到现在，灸的面积应该有多大、灸的温度多高最合适?仍然是未解之谜。 本研究采用电生理学方法，首次系统研究热灸刺激的基本要素和关键科学问题。本项目利用了可对分级强度和分级面积刺激发生规律应答反应的延髓背侧网状亚核（subnucleus reticularis dorsalis，SRD）全身异觉异位会聚神经元作为研究的模型，来探讨不同面积的热灸刺激和不同强度温度对全身异觉异位会聚神经元的量-效激活反应，可以得到这种规律反应的线性曲线；那么，最佳的热灸刺激参数也就计算出来了，可以用于指导临床。 1材料和方法 实验选用健康成年雄性SD大鼠，体重250～300克，用10％乌拉坦（urethane，1.0～1.5g／kg体重）腹腔注射麻醉。动物体温通过反馈型加热仪控制，并维持在36～38℃之间。行气管插管术并进行人工呼吸。移至立体定位仪后，在大鼠头顶和项部实施手术，暴露菱形窝，SRD神经元细胞外记录的坐标为：延髓背部菱形窝底端闩部（obex）正中为零点，向后1.0～2.0mm，正中线旁开0.5～1.5mm，延髓表面下600～1500μm。对于记录到的延髓背侧网状亚核神经元，首先记录30s的神经元背景活动，然后随机选择不同的刺激面积和刺激温度的组合，在大鼠腹部中脘穴附近给予热灸刺激30s，同时记录SRD神经元的反应；刺激结束，继续记录30s神经元的活动；待细胞放电恢复后，再进行下一组合的刺激。为了便于控制刺激参数，我们选用不同开口直径的广口瓶盛装不同温度的热水作为模拟热灸刺激，我们选定的刺激温度分别为：40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃，广口瓶开口的面积分别为：0.785cm2（直径1.0cm）、1.766cm2（直径1.5cm）、3.14cm2（直径2.0cm）、4.906cm2（直径2.5cm）、7.065cm2（直径3.0cm）、9.616cm2（直径3.5cm）、12.56cm2（直径4.0cm），不同的刺激参数组合共有49种。 2结果 2．1相同刺激温度—不同刺激面积对SRD神经元的激活作用 当刺激温度为40℃和42℃时，无论刺激面积多大对SRD神经元都没有激活作用。当刺激温度在44℃～52℃时，无论刺激面积多大，SRD都会发生激活反应。 44℃刺激面积的直径为1.0cm时，SRD神经元（n=9）的放电平均增加0.75±0.2个／秒，增加百分比为61.05±20.68％。刺激直径为1.5cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加1.48±0.2个／秒，增加百分比为135.1±33.2％。当刺激直径为2.0cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加2.8±0.78个／秒，增加百分比为254.5±66.76％。刺激直径为2.5cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加2.86±0.39个／秒，增加百分比为237.27±53.68％。刺激直径为3.0cm时，SRD神经元（n=13）的放电平均增加3.09±0.55个／秒，增加百分比为365.44±105.1％。刺激直径为3.5cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加4.84±0.44个／秒，增加百分比为443±83.71％。刺激直径为4.0cm时，SRD神经元（n=9）的放电平均增加4.86±0.26个／秒，增加百分比为485.56±77.15％。SRD神经元的放电频率与刺激面积在直径1.0～3.5cm的范围内呈线性关系：y=1.45x-0.62；r=0.95；P＜0.01；当刺激面积达到3.5cm后，SRD神经元的放电频率出现平台，不再随刺激面积的增加而增加。 46℃刺激面积的直径为1.0cm时，SRD神经元（n=17）的放电平均增加2.44±1.08个／秒，增加百分比为184.88±85.18％。刺激直径为1.5cm时，SRD神经元（n=17）的放电平均增加3.44±1.06个／秒，增加百分比为263.26±113.05％。当刺激直径为2.0cm时，SRD神经元（n=19）的放电平均增加5.84±1.28个／秒，增加百分比为338.74±89.75％。刺激直径为2.5cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加5.97±0.58个／秒，增加百分比为620.73±177.21％。刺激直径为3.0cm时，SRD神经元（n=18）的放电平均增加7.28±0.64个／秒，增加百分比为445±91.23％。刺激直径为3.5cm时，SRD神经元（n=12）的放电平均增加7.7±0.73个／秒，增加百分比为1161.23±490.9％。刺激直径为4.0cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加10.12±0.95个／秒，增加百分比为820±282.4％。SRD神经元的放电频率与刺激面积在直径1.0～4.0cm的范围内呈线性关系：y=2.36x+0.22；r=0.97；P＜0.01。 48℃刺激面积的直径为1.0cm时，SRD神经元（n=15）的放电变化平均增加4.19±0.97个／秒，增加百分比为567.4±319.9％。刺激直径为1.5cm时，SRD神经元（n=18）的放电平均增加5.41±1.01个／秒，增加百分比为746.11±222.48％。当刺激直径为2.0cm时，SRD神经元（n=16）的放电平均增加8.99±1.88个／秒，增加百分比为262.25±153.9％。刺激直径为2.5cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加10.13±0.72个／秒，增加百分比为766.55±223.9％。刺激直径为3.0cm时，SRD神经元（n=18）的放电平均增加11.65±0.84个／秒，增加百分比为566.5±102.2％。刺激直径为3.5cm时，SRD神经元（n=16）的放电平均增加11.86±0.91个／秒，增加百分比为490.94±99.5％。刺激直径为4.0cm时，SRD神经元（n=13）的放电平均增加11.89±0.95个／秒，增加百分比为844.69±516.61％。神经元的放电频率随刺激面积的增加而增加，在刺激面积直径1.0～3.0cm的范围内呈线性关系：y=3.92x+0.22；r=0.98；P＜0.01；当刺激面积达到3.0cm后，SRD神经元的放电频率不再随刺激面积的增加而增加。 50℃刺激面积的直径为1.0cm时，SRD神经元（n=17）的放电变化平均增加4.49±0.68个／秒，增加百分比为912.88±474.22％。刺激直径为1.5cm时，SRD神经元（n=15）的放电平均增加6.22±1.0个／秒，增加百分比为902.87±498％。当刺激直径为2.0cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加11.14±2.0个／秒，增加百分比为327.55±110.8％。刺激直径为2.5cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加12.97±1.32个／秒，增加百分比为844.3±172％。刺激直径为3.0cm时，SRD神经元（n=18）的放电平均增加15.18±1.39个／秒，增加百分比为629.63±111.83％。刺激直径为3.5cm时，SRD神经元（n=14）的放电平均增加16.64±1.35个/秒，增加百分比为1470.5±708.8％。刺激直径为4.0cm时，SRD神经元（n=12）的放电平均增加16.8±1.38个／秒，增加百分比为517.42±166.92％。SRD神经元的放电频率与刺激面积在直径1.0～4.0cm的范围内呈线性关系：y=4.41x+0.88；r=0.96；P＜0.01。 52℃刺激面积的直径为1.0cm时，SRD神经元（n=16）的放电变化平均增加5.17±1.24个／秒，增加百分比为423.75±144.66％。刺激直径为1.5cm时，SRD神经元（n=13）的放电平均增加6.12±0.68个／秒，增加百分比为759.62±226.18％。当刺激直径为2.0cm时，SRD神经元（n=15）的放电频率平均增加11.2±0.96个／秒，增加百分比为879.43±168.52％。刺激直径为2.5cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加12.9±0.78个／秒，增加百分比为890.8±157.95％。刺激直径为3.0cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加15.19±1.44个／秒，增加百分比为828.8±132.68％。刺激直径为3.5cm时，SRD神经元（n=11）的放电平均增加16.65±1.27个／秒，增加百分比为591.73±96.85％。刺激直径为4.0cm时，SRD神经元（n=10）的放电平均增加16.64±2.39个／秒，增加百分比为1134.8±805.12％。SRD神经元的放电频率随刺激面积的增加而增加，在刺激面积直径1.0～3.5cm的范围内呈线性关系：y=4.92x+0.09；r=0.98；P＜0.01；当刺激面积达到3.5cm后，SRD神经元的放电频率不再随刺激面积的增加而增加。 2．2相同刺激面积—不同刺激温度对SRD神经元的激活作用 刺激面积直径为1.0cm时，SRD神经元的放电频率随刺激温度的升高而增加，SRD神经元的放电频率与刺激温度在44℃～52℃范围内呈线性关系：y=0.55x-22.73；r=0.95；P＜0.02。 刺激面积直径为1.5cm时，SRD神经元的放电频率随刺激温度的升高而增加，SRD神经元的放电频率与刺激温度在44℃～50℃范围内呈线性关系：y=0.81x-33.90；r=0.98；P＜0.02；当温度达到50℃之后，SRD神经元的放电频率不再随刺激温度的升高而增加，反而有减小的趋势。 SRD神经元的放电频率在刺激面积直径为2.0cm时，与刺激温度在44℃～50℃范围内呈线性关系：y=1.41x-59.0；r=0.99；P＜0.01；之后放电频率不再随温度的升高而增加。 当刺激面积直径为2.5cm时，在在44℃～50℃范围内SRD神经元的放电频率与刺激温度呈线性关系：y=1.72x-73.04；r=0.99；P＜0.01；之后放电频率不再随温度的升高而增加。 当刺激面积直径为3.0cm时，SRD神经元的放电频率与刺激温度在44℃～50℃范围内呈线性关系：y=2.03x-86.2；r=0.99；P＜0.01；当刺激温度达到50℃时，SRD神经元的放电频率不再随温度的升高而增加，达到一个平台期。 刺激面积直径为3.5cm时，SRD神经元的放电频率随刺激温度的升高而增加，SRD神经元的放电频率与刺激温度在44℃～50℃范围内呈线性关系：y=1.91x-80.01；r=0.98；P＜0.03；之后达到一个平台期。 在刺激面积直径为4.0cm时，SRD神经元的放电频率随刺激温度的升高而增加，SRD神经元的放电频率与刺激温度在44℃～50℃范围内呈线性关系：y=1.85x-75.95；r=0.97；P＜0.03；当温度达到50℃之后，SRD神经元的放电频率不再随刺激温度的升高而增加，有减小的趋势。 当刺激面积直径为4.0cm、刺激温度为50℃时，对SRD神经元的激活作用达到最大值（刺激前后差的均值为16.8±1.38个／秒）。但是，50℃-φ4.0cm刺激组合引发的SRD神经元的放电分别与50℃-φ3.5cm刺激组合（P=0.994＞0.05）、52℃-φ3.5cm刺激组合（P=0.924＞0.05）、52℃-φ4.0cm刺激组合（P=0.993＞0.05）、48℃-φ3.5cm刺激组合（P=0.289＞0.05）、48℃-φ4.0cm刺激组合（P=0.357＞0.05）相比均不存在显著性差异。50℃-φ4.0cm刺激组合引发的SRD神经元的放电与46℃-φ4.0cm组合（P=0.019＜0.02）、46℃-φ3.5cm组合（P=0.021＜0.03）相比存在显著性差异，而50℃-φ4.0cm刺激组合引发的SRD神经元的放电与剩余的其他刺激组合比较均存在非常显著的差异（P＜0.001）。不同的刺激温度44℃～52℃均在刺激面积直径为2.0cm时使得SRD神经元的放电频率达到半数激活量；所有的刺激面积均在刺激温度为46℃使得SRD神经元的放电频率达到半数激活量。 3结论 本研究采用电生理学方法，以延髓背侧网状亚核神经元为模型首次系统研究热灸刺激的基本要素和关键科学问题。结果表明在伤害性范围内的热灸刺激可以激活延髓背侧网状亚核全身异觉异位会聚神经元，其传入纤维为Aδ类和C类纤维。在一定范围内延髓背侧网状亚核神经元的放电频率分别与刺激温度和刺激面积呈线性增加的关系。因此，热灸刺激必须达到一定的面积和一定强度的温度才能起到治疗作用，但也并非面积越大越好、温度越高越好。绝大多数情况下，当温度到达50℃时，继续升高温度，热灸刺激的作用不再增加；当刺激面积到达9.616cm2（直径3.5cm）时，继续增加面积，热灸刺激的作用不再增加。SRD放电频率的最大值出现在50℃-φ4.0cm时，半数激活量出现在46℃-φ2.0cm时。