中篇　针灸的科学基础

第二章　针灸的生物学机制

第一节　感受器

感受器是动物体表或体内接受内外环境刺激，并将之转换为神经冲动过程的结构。宏观角度上，可以将人体视为一个能够灵敏接受外界刺激的复杂感受器系统。构成人体的器官与组织各司其职，负责处理不同的生物学传入信息。微观角度上，细胞表面及其内部的各种细胞器、受体、配体等通过完成一系列复杂的生理学功能，维持人体的正常生命活动。在中医理论中，穴位是人体脏腑经络之气输注于体表的特殊部位。穴位与感受器确实存在生物学相似性。然而，穴位并非只是众多感受器的组合，还需要局部内分泌、免疫反应的激活，来介导针刺具体的治疗作用。由此可见，穴位的上述特性需要以体表感受器的功能发挥为依托，穴位不仅能感受、转化、放大针刺的信息，也能够通过穴位局部效应如痛阈、敏感性的改变反映脏腑病变的情况。

近年来，中西方学者力图利用现代科学揭示穴位的本质。相对特异的组织结构、差异性的免疫细胞和生物分子分布均被认为是针灸作用的效应点，这些都为针灸穴位效应的发挥提供了可能的生物学特性基础。一方面，针灸的刺激信号通过外周感觉神经传递至脊髓和脑，经高位中枢整合后转化为传出信号至内脏器官等效应器，这一系列通路调节可能依赖于复杂的神经网络调控系统。另一方面，针灸对穴位的刺激引起局部的免疫细胞释放多种化学物质，可能通过触发神经-内分泌-免疫调节网络产生广泛的调节作用。

一、穴位的概念与起源

古代医家对穴位的称谓种类多样，如《黄帝内经》中“节”“骨空”“气府”，《明堂孔穴针灸治要》的“孔穴”，直至《新铸铜人腧穴针灸图经》的“腧穴”。对腧穴广义上的位置描述亦比较概括，如《灵枢·九针十二原》“节之交，三百六十五会”；《素问·气穴论》“肉之大会为谷，肉之小会为溪，肉分之间，溪谷之会”。迄今为止，穴位的起源并无确定而详细的记载，但是通过对古代医学文献的梳理，可以推论穴位是在砭石割治皮肤痈疡的实践中被认识，并在“以痛为腧”的理论基础上逐渐系统化。如《备急千金要方·灸例第六》“凡孔穴在身，皆是脏腑荣卫血脉流通，表里往来，各有所主”，表明穴位为机体生理功能在体表反映的参照点；《灵枢·九针十二原》“五脏有疾也，应出十二原……明知其原，睹其应，而知五脏之害矣”，指出穴位能够反映脏腑病变的特性。《灵枢·背腧》曰“欲得而验之，按其处，应在中而痛解，乃其腧也”，即以“按之痛解”确定穴位的存在。这种特殊压痛点的认识至唐朝得到了理论化的总结，孙思邈在《备急千金要方·灸例第六》中提出：“言人有病痛，即令捏其上，若里当其处，不问孔穴，即得便快或痛处，即云阿是，灸刺皆验，故曰阿是穴也。”可见，从穴位的系统化发展过程看，阿是穴是经穴和经外奇穴的基础，而经穴和经外奇穴是阿是穴的扩展和延伸。这一系统化过程包括两个重要的理论提升，即：穴位是疾病病理的反映点，穴位也是针灸施治的效应点。换言之，穴位既可作为机体结构破坏、功能异常信号的放大器，也可作为针灸治疗时刺激信号的感受器。由此古人才能够对众多穴位点建立网络关系，或将穴位与其附近/远端的靶器官建立联系，逐渐形成一整套经络和针灸治疗理论。

二、穴位与非穴位

古人为确定穴位的位置，采用了骨度分寸法、同身寸法、简便取穴法等方便定位的方法，许多现代学者认为这是一种相对模糊的思维方式。但后世针灸铜人的铸造与应用却要求医者扎实的穴位定位能力，由此可以推测，古人对穴位在体表二维的定位确实有精确的要求，但从穴位的整体描述上重于功能，轻于结构，缺少对穴位三维结构的挖掘。而在现代科学研究中，明确穴位本身及其周围非穴位区域的概念及范围对探讨穴位特异性和生物学特征具有重要的意义。穴位在人体具有广泛的体表分布和内在联系，但人的个体身高、体重存在较大差异，穴位的有效刺激范围随这种差异是否变化尚未明确。一般情况下，通常将穴位体表定位点为圆心、半径0.2～0.5cm的圆形视为穴位在皮肤的二维区域，向下投射至肌肉层的圆柱体可被视为穴位的三维区域。穴位之外的人体组织自然也被定义成为“非穴位”，即穴位圆心点旁几毫米或几厘米、位于两组平行经络间、或在主干的一侧、或远离经络的位置。

临床研究中通常认为非穴不具有治疗效应，随着神经影像学技术的兴起，穴位特异性的可视化研究证实，穴位与非穴位虽均能够激活脑区，但这种激活具有区域和模式的差异性，而这种差异可能是穴位特异性的决定因素之一。然而，也有研究发现非穴也能够产生与穴位相似的治疗作用，这种非特异性作用可能是基于大量浅表感觉神经末梢的激活效应，或者仅仅是一种安慰剂效应。可见，针灸治疗方式的特殊性为实验研究带来了不小的困难，穴位特异性的验证过程受到概念界定、疾病状态、技术手段等多重因素影响，而未来如何更为严谨地进行实验设计、有效排除干扰是研究的重点问题。

三、穴位的局部特征

针对穴位本质特征的研究发现，穴位附近皮肤电特征如电阻、电流、电压/电流比等值存在相对特异性，其附近的解剖结构如毛细血管、神经末梢、组织内免疫细胞等也被证明存在形态学和分子生物学差异，这些特征无疑为实现穴位信号放大器和感受器功能提供了生物学基础。

（一）形态学特征

针灸刺激是一种复杂的感觉信号，涉及触觉、压觉、痛觉、温度觉等一系列皮肤感觉的传递。穴位作为针灸刺激的初始应答部位，能够将这种物理刺激转化为可被机体识别的生物学信息。

首先，研究发现肌肉和皮肤感受野的分布并非均匀一致，穴位所在处较非穴位具有更为丰富的A类和C类传入神经纤维束及神经末梢。针刺可引起穴位神经感受器的兴奋，再通过局部轴突反射激活更多神经纤维，继而使传入神经电信号发生变化。机械或化学阻断穴位附近的感觉神经末梢，或直接切断较大的躯体感觉神经主干，针刺效应也随之消失。

其次，局部微循环血流量的改变及免疫反应激活也是穴位结构特性的一种存在形式。有学者认为，穴位实际是一组具有特异性舒缩频率的微循环单元（参见文末彩图1），构成微循环血管的内皮细胞具有炎症高反应性，可以对微循环内的免疫细胞进行适当调节。也有学者认为，穴位局部神经纤维末梢表达的伤害性神经肽P物质（substance P，SP）和降钙素基因相关肽（calcitonin generelated peptide，CGRP）能够同时作用于局部血管，导致血流增加和血浆渗出，肥大细胞聚集、脱颗粒，形成神经源性炎症反应。可见，针灸的效应是基于神经-免疫应答的双向反馈性调节。

对于具有侵入性的刺法而言，针灸针在刺入皮肤后通常会抵达更深层的筋膜甚至肌肉。肌肉和肌腱是接受针刺刺激的主要部位，通过捻转提插的手法可引起局部弹性纤维、胶原纤维或肌纤维缠结，激发人体的“得气”反应（即：针感）。针感的出现可能依赖于筋膜和肌肉与穴位之间存在的组织连接。由于穴位分布广泛，其神经支配也各有差异，因此针刺不同穴位形成的针感强弱或性质差异，可能与不同的神经节段支配更为相关。随着刺激强度及时间的增加，针刺激活的肌肉感受器会募集支配邻近或更远处肌肉单元的运动神经元，这些神经元的活动引起肌肉产生的等长收缩，将进一步诱发新一轮神经元募集过程，这一系列过程可能是经络现象的机制之一。

除神经、血管和肌肉组织的特异性外，肥大细胞在穴位区域组织内也表现为更高密度的表达。聚集的肥大细胞能够感知针灸产生的局部刺激，并将刺激作为其脱颗粒的启动信号；而脱颗粒引发的SP、组胺、五羟色胺等活性物质的释放将进一步触发机体的体液反应。研究发现，这种物理刺激与其引起化学反应之间确实存在解剖学基础，即肥大细胞与神经末梢之间的“突触样”连接。针刺能够分别作用于肥大细胞或神经末梢，并利用突触样连接实现双向信息传递。这种刺激诱导的神经和细胞调节可能是构成穴位生物学效应的启动环节。

（二）电学特征

在探索穴位生物学特性的过程中，电学特征如电阻、电导、电位、伏安特性等都被证明具有穴位的区域特异性，能够客观反映穴位的生物物理学性质，至今仍是研究的热点之一。

1.电阻特征

通过测定皮肤电阻可发现，健康人穴位皮肤电阻较其周边区域更低，具有低电阻高电容的特点；而测定经络上的若干相邻穴位则发现，穴位之间的相对电位依照经络气血流行的方向依次降低。在某些疾病状态下如哮喘发作时，患者列缺穴和太渊穴的皮肤电阻较健康人增高1。这一系列发现不仅为“穴位是疾病反映点”的理论提供了证据，也为脏腑与经络之间存在的生物学联系提供了客观依据。

2.电流特征

为了回答针刺穴位局部诱导的原始电学效应及物质改变是什么，早期研究将目光锁定在电流测定方面。通过测定针刺时穴位区域的电流改变发现，穴位区域的确有电流的增加，且呈现由高向低的变化，可能是针刺效应的物质基础。但这一结果一直受到诸多学者质疑：即这种电流的改变是否只是机体原有的生物电？通过对比活体与死亡动物的针刺效应，研究者发现即使在失去生物学活性的尸体上，针刺也能够激发穴位局部的电流，说明针刺测定的是具有电化学效应的电流，其原始效应物质为电子和离子。

在穴位电学特性研究中应明确的一点是，实验获得的是具有相对性的结果，对待这种复杂条件下获得的数据应进行谨慎的分析。人体穴位具有不同于电子元件的活体生物学特征，如大部分组织均被富含无机盐的体液浸润，属于电的良导体，其测试电阻相当小，穴位电特性实际是穴位处皮肤的电特性；又如生命活动电信号或代谢产物对测试结果的干扰不可避免，而直接将穴位区域组织离体，其性质可能与在体不同，从而影响检测结果的真实性。因此，在未来不仅需要更为先进的实验设备以剔除干扰，还需要结合影像学、组织学、分子生物学等技术手段全面地阐释穴位的本质。

（三）分子生物学特征

1.局部特征

在观察到穴位的生理和病理状态下的表征后，分子生物学技术的应用将研究的视角切换到更为微观的层面。在组织的形态学特异性基础上，相应的神经递质或信号分子也可能具有被针灸调控的潜力。有研究发现，健康人穴位皮肤的一氧化氮（nitric oxide，NO）和神经元型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase，nNOS）表达呈持续增多状态，NO的增加能够上调肾上腺素转化率，二者的升高与穴位的低电阻特性有关。也有研究发现，针刺能够引起穴位局部腺苷释放增加，从而发挥镇痛的作用，而人为降低局部腺苷消除的速度可使针刺的镇痛效果延长。针灸刺激既然通过外周神经进行信号传递，则必然离不开Ca2+的释放。穴位处皮肤Ca2+浓度显著高于非穴位区域，选择性络合Ca2+则针刺效应也随之消失。

2.整体特征

然而针刺是如何影响局部或整体某个分子的变化？针刺又是如何通过简单的机械性刺激最终改变基因表达的呢？针刺的提插、捻转机械性刺激会引起穴位局部组织的肌纤维牵拉和缠结，导致局部充血和水肿等炎症反应。这种炎症或组织损伤信号既可以促进肥大细胞聚集/脱颗粒，亦可以激活高速泳动族蛋白B1（HMGB1）等内源性分子。这些被激活的内源性配体继而诱导内脏器官炎症因子、NO、前列腺素等物质产生信号级联反应。然而在这一系列因果关系中，连接内源性配体与分子信号通路的桥梁是什么？所激活的生物活性分子只是被调控的结果还是也能够与其上游形成相互作用？大量研究证实，内源性配体表达增加能够激活Toll样受体（Toll-like receptor，TLR），进而开启下游相关信号转导的闸门。至今TLR家族已有13个成员，其中表达最为广泛的TLR2与TLR4均被证明能够被针刺调控，二者激活后都能够通过经典的依赖髓样分化因子88 MyD88诱导次一级的信号通路，如丝裂原激活蛋白激酶（mitogen activation protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）诱导激酶（NF-κB inducing kinase，NIK），最终激活NF-κB，引起炎症因子如白细胞介素（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、干扰素等相关基因的转录表达。反之，IL、TNF-α等炎症因子或信号分子也能够进一步作用于上游的肥大细胞或内源性配体，扩大炎症或氧化应激的正反馈效应。

针刺穴位能够介导分子生物学变化，但对于穴位局部组织中的变化及其相关通路和受体的表达较少涉及，因此在未来的研究中，需要更多探索穴位局部分子生物学特性的研究，以进一步明确穴位在更为微观层面的特性。

（四）敏化特性

纵观古今穴位本质的诸多理论与探索可知，穴位并非是一个固定不变的解剖结构，而是一个生理或病理的动态变化反映点和治疗效应点。如果把穴位看作一道具有门禁的大门，那么在生理状态下，穴位处于一种低反应性的静息态，门禁处于关闭状态，致病因素不能轻易入侵，也无需针灸等疗法进行干预；而在病理状态下，某些穴位则呈现相对高敏感性的激活态，此时门禁处于开启状态，针灸等疗法能够被门禁识别而开启穴位的大门，对人体的内环境进行调节。其中，这种内脏生理病理变化带来的体表动态变化特性即为穴位的“敏化”特性。

1.敏化形式

穴位敏化的基本表现形式有两种，即形态改变和功能改变。其中，形态改变主要表现为穴位的有效刺激面积增加、局部皮肤表面的颜色改变、毛细血管增多、丘疹出现等；或者穴位皮下结节、条索状物的产生等。功能改变则包括：痛敏化、热敏化、电敏化、光敏化等。需要明确的一点是，穴位敏化不是穴位某一种单独的特征，而是前文中形态学、电学、分子生物学等方面综合的动态特征。有研究认为，穴位就是这种敏化点的规律性总结，穴位的本质就是这种敏化的特性，而非部位。因此讨论穴位敏化特性的过程实际是对穴位各种生物学特性的全面总结，有助于建立对穴位本质更全面、更立体的认识。

2.敏化机制

由于穴位敏化的形态或功能改变具有多样性，调控过程具有多系统性，其背后具体的生物学机制也各有不同。如在最为常见的痛敏化的中枢机制研究中，有学者认为内脏器官病理改变可以引起脊髓的兴奋，降低同一脊髓节段的刺激兴奋阈值。此时即使产生了一个阈下刺激也能够兴奋脊髓和脑，产生局部皮肤痛觉，这一假说即“上行易化”机制。也有学者认为，因皮肤和内脏痛觉传入均经过脊髓丘脑束的共同通路，痛敏化是大脑将内脏痛觉的传入错认为是皮肤痛觉的结果。在痛敏化的外周机制研究中，有学者通过对观察针刺时皮肤发红的现象，推测“轴突反射”可能是敏化的外周机制之一。即刺激引起的神经冲动不向中枢神经系统传导，仅由一个轴突传递至邻近轴突。这种局部的神经兴奋可引起SP和组胺的释放，导致神经源性炎症反应的发生，局部血管扩张，皮肤发红。同时，局部炎症导致的代谢产物增加和等离子浓度发生改变，也是诱发痛敏化或电敏化的部分原因。目前，多数机制研究认为穴位敏化与神经-内分泌-免疫调节网络密切相关，其中中枢神经系统和自主神经系统的调控至关重要。了解这种敏化的特性无疑对疾病诊断和治疗的选穴具有重要的临床指导意义。

四、穴位的整体效应

（一）整体效应的神经反射机制

中医传统针灸技术从经典的针刺、艾灸法，逐渐衍生出电针、激光灸等结合现代科学手段的刺激方法，可大致分为机械刺激、热刺激、光电刺激几种形式。不论针灸的刺激形式如何变化，针刺效应都依赖于完整的神经传入/传出通路和自主神经功能，具有双向性的调节特点，协助机体内环境由失衡向平衡状态转化。在随后的信号转导过程中，针刺诱导的神经冲动可投射到相同的脊神经节段（节段内反射），或投射到不同的脊神经节段（节段间反射），或传递至脑干甚至皮质（脊髓上反射），从而发挥中枢神经系统的调控作用。

脊髓节段内和节段间反射通常不需要脑的信息整合作用，通过对自主神经的影响调节人体功能，尤其是内脏器官的功能。有研究认为，穴位的感觉传入神经投射节段与靶器官的交感神经节段一致，则这些穴位发挥抑制交感神经的作用；相反，若感觉传入神经与靶器官的交感神经节段不同，则穴位主要发挥兴奋迷走神经的作用。如天枢穴与小肠的神经支配属同一神经节段，则针刺天枢穴能够抑制脊髓后角内脏感觉神经元的高敏感性从而降低肠易激综合征患者胃肠功能的亢进。这些发挥交感抑制作用的穴位由于与其所对应的内脏器官多位于胸腹部，因此此类穴位常见于胸腹部，但并非全部胸腹部穴位都具有交感抑制作用，最终决定作用方向的是支配的节段是否一致。

在脊髓上反射效应中，针灸穴位能够通过影响不同脑区如延髓、中脑、下丘脑、前额叶皮质等的激活状态，调节相关脑区的适应性神经递质如内源性阿片肽、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、神经生长因子等释放，以恢复中枢神经系统的内平衡，或调控自主神经系统的平衡。在中枢神经系统中，脑血管病变所致的出血、缺血缺氧和代谢异常均可能造成认知功能下降，而针刺能够显著缓解上述病因导致的白质和灰质损伤，发挥神经保护作用。在自主神经系统中，交感-迷走神经发挥重要的拮抗与平衡作用，而针刺穴位能够激活脑干孤束核、迷走神经背核等支配迷走神经的中枢性核团，通过兴奋迷走神经激活胆碱能抗炎通路。在切断迷走神经后，针刺抗炎的作用消失，说明针刺调整自主神经功能的关键点可能在迷走神经。在针刺调控迷走神经的方式研究方面，有实验发现在不同的机体状态和针刺方法的条件下，针刺对自主神经的调控方式存在差异。留针时以迷走神经兴奋为主，取针后迷走和交感神经张力变化并不显著。而电针由于其刺激量较大，留针时能引起交感神经和迷走神经的同时兴奋，取针后交感神经兴奋占主导。

（二）整体效应的内分泌-免疫信号通路机制

针刺信号通过传入传出神经通路进入靶器官后，首先对内分泌-免疫系统进行影响或调节。下丘脑作为内分泌系统的高级中枢可调控各类激素的合成和释放，而针刺能够作用于下丘脑，影响下丘脑的内分泌功能。如针刺能够提高5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）能神经元的活性，促进促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）的释放，通过升高脑内去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）发挥抗抑郁作用。在外周，脑内的激素相关中枢将对外周免疫系统发挥兴奋或抑制的调控效应，通过促进单核细胞或巨噬细胞释放细胞因子提升机体的免疫功能。

针刺信号作用于内分泌、免疫系统后，其介导的多种抗炎、抗氧化、抗凋亡通路成为效应发挥的根本机制。如在依赖迷走神经的胆碱能抗炎通路中，针刺足三里穴可激活迷走传入神经末梢释放乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）并与α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAChR）结合，进一步介导NF-κB、JAK 2/STAT 3、MAPK等细胞内信号转导通路发挥系统性的抗炎作用；也有学者发现，针刺激活迷走神经亦能够通过活化磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）和蛋白激酶B介导抗炎机制发挥。在抗氧化相关通路方面，针刺能够降低组织内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平。而相关实验证明，针刺可能通过影响还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶和一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）的水平影响氧化产物的表达，最终介导抗氧化的机制。

五、研究趋势与挑战

针灸疗法在我国作为一种非药物的外治法，广泛应用于多系统疾病的预防与治疗中，在其发展过程中，与中国哲学、社会学，甚至天文学、地理学等学科融合交会。而今如何用自然科学解释这种融合的复杂治疗体系困难重重。针灸在逐渐走向世界的同时，西方学者也开始了解到针灸的治疗作用及其优势，并试图利用西方医学的理论来论证和指导更多外治法的机制和发展。面对这种挑战，针灸领域的研究者应该借鉴其思维方式和论证方法，从而助力针灸科学问题的阐释。

（一）穴位与激痛点

20世纪50年代，西方学者观察到按压体表某些部位后可诱发整块肌肉疼痛，并扩散至周围或远端部位成为放射痛，由此提出“激痛点”，即在骨骼肌纤维中可以触及的紧张性条索上局限和易激惹的点。此后有学者发现，激痛点与穴位在定义上有相似处，解剖位置重叠率高，针刺后的针感和近治效果相近等。因此有人提出激痛点可能是探索已久的传统腧穴。然而通过分析对比发现，从现象角度，激痛点分布常位于受损肌肉附近，实际上是一些敏化穴位的总结。前文在介绍穴位敏化的概念时提到，能够发生痛觉敏化的只是一部分穴位，更多的穴位或以热敏、光敏等形式表现，或不以敏化的形式存在，这种穴位敏化的多样性就将自身与单纯的激痛点区别开来。就机制而言，激痛点主治的疾病多局限于自主神经系统疾病，并没有形成完整的治疗理论体系；而传统针灸腧穴理论是针灸疗法的系统性总结，除“住痛移疼”外还能够治疗远端脏腑器官、肢体经络疾病，与多种病证之间存在特异性的关联。

（二）针灸与神经刺激

神经刺激疗法是西方医学非药物疗法的重要形式之一，1938年意大利神经学家Ugo Cerletti使用脑电击疗法治疗精神病的尝试开启了脑刺激领域的大门。NIH建立的SPARC项目，更是将外周神经刺激疗法作为一种有效的干预手段，应用在多种神经系统疾病的治疗中。外周神经刺激既包括基本的体表刺激，也包括迷走神经刺激，其相关研究成果也颇为丰富。如影像学研究发现，外周刺激三叉神经眼支能够激活脑干蓝斑和中缝核。耳迷走神经刺激能够增强孤束核与前岛叶和前扣带回皮质的功能连接治疗偏头痛。经颅电刺激能够调控精神分裂症患者的前额叶及脑网络末端节点连接，提升患者的执行能力。在缺血性中风的大鼠模型中，前后爪刺激介导的动脉吻合血流增加不仅提高了神经元活性，更恢复了皮质血流和组织活性1。神经生物学研究证实，颈迷走神经刺激通过α7nAChR激活脾脏胆碱能抗炎通路，发挥对肾脏缺血损伤的保护作用2。

近年来通过对针灸疗法的认识与研究，许多西方学者认为经络和穴位与外周神经系统关系密切，因此提出“将针灸视为一种经典的外周神经刺激疗法”的理论。通过梳理既往研究的成果我们不难发现，针灸的疗效的确需要外周神经的介导，换而言之，没有外周神经系统针灸无法发挥任何生物学作用。但是仅仅将针灸看作一种外周神经刺激仍然缺少理论依据。尤其是对一套已经形成几千年的理论和治疗体系而言，其经验积累的背后必然是复杂的神经、内分泌等生物学基础，因此在未来，需要更多高质量的研究来解决穴位、经络特异性的相关争议。