耳穴的电学特性及其特异性

(1.南京大学物理系,江苏210093;2南京医科大学第一附属医院)

[摘 要] 目的:研究耳穴电特性及其反应病变的特异性和识别病变的方法。

方法:用耳穴电特性检测和智能识别微机系统,测定64例癌肿和33例免疫性疾病病例及38位健康人的20个穴位的电位、电阻、电容变量J、K、L,并作统计分析和相关分析及神经网络识别。用正弦波刺激耳穴,测量其频率特性。

结果:耳穴电特性具有反应癌病变(含食道、胃、肝等癌肿)的特异性和多元性;获得了耳穴的频谱特性;耳穴特异性与生物分子活性密切相关;获得了人工神经网络智能识别多元耳穴信息及应用于筛检癌肿的方法。

结论:该项研究丰富了耳穴基础理论,对癌症防治和临床辅助诊断提供了有效的应用基础。

[主题词] 肿瘤/诊断;电皮肤反应;穴位,耳针;耳穴诊断ElectricalCharacteristicsandSpecificitiesofAuricularPointsZhuBing1,

ChenGongsun2,XuRuizheng2,etal.(1DepartmentofPhysics,JiangsuUniversity,Jiangsu2

10093;2TheFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity)[Abstract] Purpose ToStudyelectricalcharacteristicsandspecificitiesreflectingpathologica

lchangesandthemethodsofdistinguishinglesionforauricularpoints.Methods Theelectricpotential,resistenceandthevariateofelecriccapacityJ,K,Lof20acupointsin64casesofcancerand33casesofimmunediseaseand38he

althypersonsweredeterminedwiththecomputersystemfordetectionofelectricalcharacteristicsofauricular

pointsandintelligencerecognition,andstatisticalanalysisandcorrelativ

eanalysisandrecognitionofnervenetworkweremade.Andthecharacteristicsoffrequencyweredeterminedwhentheauricularpointwasstimulatedwithsinewaves.Results Electricalcharacteristicsareofspecificityandpolyphylyreflectingcancerinc

ludingcancinomaoftheesophagus,stomachandliver;characteristicsoffrequencyspe

ctrumwereobtained;characteristicsofauricularpointswerecloselycorrelatedwith

activityofbiologicalmoleculars;andthemethodsforrecognitionofmultipleauricular

pointinformationbyartificialnervenetworkintelligenceandtheirapplicationinsca

nningcancerswereattained.Conclusion Thestudyenrichesbasicaltheoriesofauricularpointsandprovidesaneffectiveappli

cationbasisforpreventionandtreatmentandclinicaladjuvantdiagnosisofcancer.[Keywords] Neoplasms/diag;GalvanicSkinResponse;Points,AuricularAcupuncture;

AuricularAcupointDiagnosis

耳针研究不仅具有提高诊疗效果的现实意义,而且对认识经穴实质,揭示人体生命奥秘亦具有理论价值。国际针灸听证会(1997)[1]和国际耳针听证会(1999)[2]论证了针灸学的科学性和应用价值,并指明了今后的研究方向,其中穴位特异性是基础研究内容之一。穴位特异性包括刺激产生的生物效应和机体生理功能和病理变化在穴位上的特异性反应两方面。耳穴特异性反应有多种,其中包括电特性变化。多年来,我们在中国国家自然科学基金委和江苏省科委的资助下,较系统地研究耳穴电特性,并取得了一些成果[3]。本文介绍近几年研究的新进展,主要有:耳穴电特性反应癌肿的特异性,“肿瘤特异区”的特异性,频谱特性,耳穴特异性与生物分子活性的关系,人工神经网络智能识别耳穴电信息及癌肿筛检应用方法。

1 耳穴电特性反应癌病变的特异性

耳穴反应癌病变的特异性研究,因其有重大应用前景而受到关注。自1970年翟传琪先生提出耳穴“肿瘤特异区”以来,有许瑞征(1972)、常义松(1989)、李占元(1991)等多位学者进行了研究,这些研究较多地限于视诊和“良导点”测定。朱兵等曾用电阻、电容二参数动态测量方法筛检上消化道癌,检测2万余人,检出癌70例,癌前病变126例。试验结果表明,耳穴电容比电阻更具反映癌肿的显著国家自然科学基金资助项目,编号:39370857;江苏省科学技术委员会基金资助项目,编号:BJ97033

性[3]。近年来,笔者用耳穴电特性三变量(ThreeDimensionVariable,TDV)检测微机系统,对64例癌肿(含食道癌、胃癌和肝癌)患者和38位健康人的20个穴位作耳穴TDV同步测量,以胃镜和病理活检结果为依据,获得了耳穴电特性(电位E、电阻R和电容C)的3个观察指标J、K、L(指相对变量J=Ea/Eb,K=Rb/Ra,L=Ca/Cb,其中Ea、Ra、Ca为耳穴与参考点(手指)之间的测量值,Eb、Rb、Cb为两指间的测量值)反映癌病变的一些结果。耳穴定位根据“耳穴名称与部位”《国家标准》(GB/T137373492)。肿瘤特异区在《国标》上没有,相当于《国标》穴位为:肿瘤特异区1(M1):耳郭正面,在颔、内耳、扁桃体靠耳垂侧的边缘;肿瘤特异区2(M2):在耳舟后隆起与耳轮游离缘之间,自耳轮结节下至轮2间;肿瘤特异区3(M3):在与M1相对应的耳垂背部边缘上。

1.1 脏器相应穴位具有特异性

耳穴食道、胃和肝穴区的TDV均具有反应相应器官病变的特异性。电位变量J在三穴区均有J2>J1,P

1.2 耳穴特异性的多元性

反应癌肿的特异性,不限于“脏器相应穴位”,而具有多穴位、三变量不同程度显著性的多元性和复杂性,穴位相关群各不相同。食道癌组:三变量均具显著性的有食道、胃和肝等3个穴区;2个变量具显著性的穴位有7个,为:贲门、胆、肾、交感、肿特区M1、M2和M3等;1个变量具显著性的穴位有6个。胃癌组:三变量具显著性的有胃和肿特区M12个穴位;2个变量具显著性的穴位有9个:食道、贲门、心、肝、交感、内分泌、三焦、肿特区M2和M3;1个变量具显著性的穴位有6个。肝癌组:肝穴区的三变量均具显著性,2个变量具显著性的穴位有5个,为:贲门、胃、肾上腺、皮质下和肿特区M2;1个变量具显著性的穴位有8个[4]。

1.3 耳穴TDV的特异性

电特性三变量在不同癌肿、不同穴位有不同的特异性,病理组与正常组相比,有的增大,有的减小,呈现出复杂性。电位变量J:具差异显著性的穴位食道癌组有8个,胃癌组3个,肝癌组13个,相比正常组全部为增大。电阻变量K:具显著性差异的穴位食道癌组5个,胃癌组7个,肝癌组为2个;与正常组相比,有的增大,有的减小。电容变量L:病理组与正常组相比均为减小,食道癌组和胃癌组几乎全部观察穴位均具有差异显著性,在肝癌组则有7个穴位。

1.4 肿瘤特异区的特异性

3个肿瘤特异区的TDV具有不同程度的特异性。M1:反应胃癌变三变量均具显著性,反应食道癌变有K、L两个变量具显著性,肝癌病变只有J变量具显著性。M2:反应三类癌肿均有2个电变量具显著性。M3:反应食道癌和胃癌肿有2个变量具显著性;而反应肝癌肿只有J变量具显著性。

上述实验结果,反映了穴位映射机体病理变化或生理功能特性的复杂性,以及经络、脏腑、穴位及气血相互之间的错综复杂的关系,深入研究可能涉及经络、脏腑及穴位的本质;也提供了更多的鉴别病变的特征变量,有利于实现多维信息诊断,从而提高准确性。但另一方面,如何综合分析复杂的多元耳穴信息应用于诊治疾病,将是值得研究的有临床意义的课题。

2 耳穴的频谱特性

系统模型是辨识系统功能特性的基础。笔者曾建立三参数模型(ThreeParameterModel,TPM)表征耳穴电特性,分析结果从一个方面得到实验与数学分析较一致的结果[3]。为了更全面深入地揭示耳穴生物系统的结构、参数与机体状态之间的定量关系,即穴位特异性,由实验检测和分析获得耳穴系统的频谱特性。对耳穴施加正弦变化电信号,其频率(f)在100～10万Hz范围。测得表征穴位特性与频率关系的函数,即频率特性H(f)。由计算机拟合出表征穴位生物系统导电性能的关系,即传递函数,它与何种刺激无关。从中可以得到系统特征参数为:系统对直流信号的放大倍数k;标志信号幅度变化的2个特征频率f1和f2;标志系统引起的输入信号与输出信号之间相位变化的相移特征频率fM。比较近视患者和视力正常者的耳穴屏间前和屏间后测得的特征参数,可见两者之间存在显著差异,其中频率指标(f1、f2和fM)尤为显著,相对差异达40%。该研究结果可能提供新的特征指标及耳诊方法。

3 耳穴特异性与生物分子活性的关系

以往对耳穴特异性的研究仅限于组织、器官及细胞水平。能否从分子层次研究穴位特异性,是引人注目的课题。系统性红斑狼疮(SystemicLupuserythematosus,SLE)是一种严重的自身免疫缺陷疾病。诊断SLE和反映病变活动的免疫分子实验检测指标,正是从分子水映了SLE的病理变化。

对抗体等的研究,揭示了SLE的发生与基因结构和功能之间存在密切的联系。笔者对18例SLE患者和17位正常人作免疫学指标和耳穴电特性同体双盲检测试验及相关分析,进而探讨穴位特异性与机体生物分子活性之间的关系。这是从分子水平探索穴位特异性本质的一种尝试[5]。

3.1 耳穴反应SLE的特异性SLE病例组与正常组的8个耳穴的电特性综合指标Zj(综合计算电特性三变量J、K、L得到)的比较结果表明,Z具有鉴别SLE的显著性,P

3.2 抗体表征的免疫分子活性

本组试验中7类抗体是表征免疫分子活性的指标。抗Sm和抗RNP抗体能识别小核糖白(Smallnuclearribonucleoprotein,snRNP)上的抗原决定簇。这些snRNP(又称SmsnRNA)直接参与信使核糖核酸mRNA的剪切过程,才使mRNA在核糖体上翻译成蛋白质。SLE中多数抗dsDNA抗体分子是基因突变后产物,DNA本身对抗体表达有选择影响。DNA的碱基序列或其改变会导致抗DNA抗体和抗原反应的改变。免疫球蛋白IgG可与抗原和补体结合,从而活化B细胞导致SLE的发生。高效价的IgG抗DNA抗体改变T细胞功能,使白细胞介素质2(LI-2)减少,导致SLE活动期对接触性抗原失去反应。血清补体CH50是有酶活性的一类球蛋白,它以免疫球蛋白的构型和浆细胞活化后,产生各种趋化肽参与免疫反应。补体水平下降是SLE活动性的指标。类风湿因子RFs是一组不均一抗体,它能与机体IgG的Fc部分的抗原决定簇反应。RFs抗体竞争性结合免疫复合物对组织损伤起保护作用,但它又会促进免疫介导的组织损伤。

上述结果与分析表明:耳穴电特性能反应SLE病理变化,7项免疫学指标表征SLE病理变化的免疫分子的活性,两类指标间存在不同程度的相关性。该结果提示,耳穴特异性与生物分子活性,包括基因突变、基因表达及其调控之间,存在密切的关系。因此,我们提出,耳穴反映生理功能和病理变化的特异性的本质可能源于机体的生物分子的活性。这种相关性的机制值得深入研究。

4 神经网络识别耳穴电信息

人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks,ANN)具有大规模并行处理信息、模拟医生鉴别诊断过程中大脑辩证思维的功能,是非线性模式识别的最佳途径。采用反向传播神经网络(BackPropagationNeuralNetworks,BPNN)和基于自适应谐振理论的神经网络(AdaptiveResonanceTheoryNeuralNetworks,ART2NN),由耳穴TDV构成相空间,建成模式识别系统。以识别癌肿为主要应用研究目标,研究并建立了无创伤、有效、适用性强的早期发现癌病变的筛检方法和技术。

4.1 分类决策、辩证思维模型

模拟病例筛检和临床辅助诊断实际程序。共建立4个模块的3层前馈式BPNN:1个多元感知分类器,分别识别食道、胃和肝3种病例的3个识别器。分类器可对未知病人鉴别是否有病,属于哪一类。识别器则可鉴别病变性质和程度,并输出定量指标Zk。用6组病例学习样本(含正常组,食道弱阳性和癌病例,胃弱阳性和癌病例,肝癌病例),反复训练网络,使其达到预期识别精度(σ≤001)。用完成学习的系统识别未知病例,包括:正常组38例;食道弱阳性17例,癌肿24例;胃弱阳性30例,癌肿25例;肝癌15例。获得识别结果及其评价指标:敏感度、特异度、符合率、阳性预测值和阴性预测值。其中筛检异常和筛检癌病变的敏感度和阳性预测值较高,符合率均可达80%以上[6]。42 ART2NN识别SLEART2NN具有模拟脑接收新的信息后,与原有记忆进行融合、整理、分类和记忆的功能,可作无监督学习和识别,处理速度快。本系统由上、下两层互连的7个分层的神经元构成。用两种相空间表征输入模式:一种由20个穴位的TDV构成;另一种由20个免疫学指标构成。仅对两类病例样本作识别试验:一类为18例SLE,另一类为13例其它免疫性疾病。ART2NN的识别结果为:识别耳穴信息:敏感度778%,特异度615%,符合率709%;免疫学病理指标识别:敏感度833%,特异度615%,符合率742%。BPNN的识别结果略逊,为:耳穴信息识别,符合率677%;识别免疫指标,符合率709%。

上述结果表明,耳穴电特性具有反映机体生理功能和病理变化的特异性,其符合率已具有临床意义。建立ANN智能系统,可实现多维信息电测定耳诊的定量化、客观化、标准化和智能化,从而提高准确性、可靠性和适用性,对发展中医学工程现代化和近代医学诊断智能化,均具有重要的意义和应用前景。耳穴电特性及其特异性的深层机理尚待进一步研究。文中缺点和错误,望诸位学者赐教指正。

(致谢:南京医科大学第一附属医院消化科、风湿免疫科、外科病房的大夫和医科大的护理专业学生给本工作以合作与支持,谨表衷心感谢)

5 参考文献

1 韩济生.美国国立卫生研究院(NIH)举办针灸听证会.中国针灸,1998;18(3):187

2 TerryQloson.Ori

nginsofAuriculotherapyinAsiaandEurope,IccAAAM’99ConferenceManual,1999;4

3 朱兵,陈巩荪,许瑞征.耳郭穴位电学特性的研究.中国针灸,1999;19(6):355

4 邢剑秋,石晓东,朱兵,等.耳穴电特性反应肝癌病变的特性的实验研究.江苏中医,2000;21(12):52

5 胡智慧,沈友轩,朱兵,等.耳穴特异性与生物分子活性的关系.南京中医药大学学报,2000;17(1):39

6 朱兵,王嘉赋,石晓东,等.筛检消化道癌的神经网络模式识别.浙江大学学报,1998;32:344

(收稿日期:2001-02-20,成平发稿)