基于非线性动力学与噪声随机共振理论的经络腧穴钙离子振荡研究

As foundation and core of traditional Chinese medicine theory, the existence of meridians and acupoints has been confirmed. However the substantive study of meridians and acupoints remains in hypothesis stage. Based on nonlinear dynamics theory and our preliminary work, we carry out a mathematical description of the Ca2+ oscillation process in meridians and acupoints. Through introducing the spatial and temporal noise stochastic resonance theory into this process, we constructed a mathematical model (Ca2+ spatio-temporal stochastic resonance model) to simulate the acupuncture intervention process and to explore the individual optimal acupuncture frequency. By using physiological, biochemical, and functional imaging techniques, the effectiveness of the Ca2+ spatio-temporal stochastic resonance model will be validated in the gastric mucosal injury rat model, and the theoretical model would be revised according to the experimental results afterwards. In summary, this study firstly provides a new idea in the meridians researches and makes a deeper exploration in meridian essence investigation. Secondly, it add biological applications in nonlinear dynamics and noise theory studies, which will help to bridge the gap of physical theory studies and biological researches. Finally, through verifying the effectiveness of the Ca2+ spatio-temporal stochastic resonance model in the gastric mucosal injury rat model, we will provide preliminary study basis for further research in investigating individualized acupuncture treatment programmes.

经络腧穴是中医理论的基础和核心，其客观存在已获得广泛证实，但是实质研究一直停留在假说阶段。本项目组基于前期探索，利用非线性动力学原理，对目前获得广泛关注的经络腧穴Ca2+振荡假说进行随机性描述；通过引入时空噪声随机共振理论，建立数学模型来模拟针刺干预过程，数值仿真探索个体特异性的针刺最佳频率范围；通过生理、生化、功能影像等研究手段，在大鼠胃粘膜损伤模型上对所建立Ca2+时空振荡模型的有效性进行初步验证，再根据实验结果对数学模型进行修正。此项工作首先为经络研究的假设验证提供了新的思路，为寻找经络本质作出了更深层次的探索；其次为非线性动力学与噪声理论的生物学应用增添新的内容，弥补了这方面物理理论与生物学研究脱节的问题；进而通过多学科结合，在大鼠模型体内多个层面检验所建立Ca2+时空振荡模型的有效性，为临床针刺治疗个体化方案的提出与验证提供了重要前期研究基础。

声、电、热、光、核、磁各方面的研究证明了经络依存“有形”的组织，进行着“无形”的信息能量传递这一事实。本课题先期提出的假设即：针刺机械刺激诱发的细胞间隙Ca2+振荡波是驱动和承载针刺信息传输的必需条件，是诱发针刺效应“信息流”的关键因素，其与针刺所产生的临床效应间存在直接联系，是细胞间隙内的Ca2+浓度波动把经络、腧穴及脏腑效应有机地联系在一起。. 研究进展到目前，通过以不同频率电针刺激为干预方式，采用微透析技术获取了大鼠穴位局部组织液内多种离子浓度波动信息。研究观察到不同频率电针均会引起足三里穴位局部Ca2+离子浓度出现显著升高，此后逐步上升，至电针后60 min时穴位局部Ca2+浓度到达峰值，至电针后120 min出现明显下降。穴位局部细胞外Na+，Cl-及K+离子浓度在电针过程中表现出与Ca2+类似的波动。电针刺激可使非穴部位细胞外Ca2+，Na+，K+以及Cl-后离子浓度出现轻度升高，但是同电针前相比未见显著性差异。提示电针刺激大鼠足三里可诱导穴位局部细胞外Ca2+、K+、Na+以及Cl-离子浓度出现显著波动，这从电离子角度为电针治疗机制提供新的实验依据。也为研究电针治疗生理机制提供了实验基础。. 研究同时采用功能影像对针刺机械刺激诱发的穴位局部电离子浓度波动所引起的器官功能改变进行了同步观察。对大鼠胃的放射性锝离子的摄取功能进行的SPECT/CT显像评估表明，伴随着电针后穴位局部细胞间隙电离子浓度的上升，电针时胃内放射性摄取量亦显著增加，且呈持续上升趋势，至电针后180 min始达摄取峰值，此后逐步下降。我们认为电针对胃活动的上调作用可能是由细胞间隙离子水平的波动诱发的；且，胃壁细胞活性的上调持续时间比细胞间隙Ca2 +浓度增加时间长，这可能有助于更好地了解针刺治疗疗效持久的机制。. 课题进展过程中研究组主要成员共发表文章5篇，其中本实验总结发表中文核心期刊1篇；另SCI已投稿待发表1篇。本研究属国内外首次对针刺机械刺激对细胞外电离子浓度的波动与对针刺诱发的器官功能变化进行同期观察。研究对从电离子角度为解释电针治疗机制提供研究依据，同时为阐释针刺治疗临床效应开辟了新的视角。研究成果正在逐步总结发表过程中，后续研究中拟将目前实验结果导入先期数学模型，以冀对于针刺过程中Ca2+振荡随机性进行描述，并对所建立Ca2+时空随机共振模型进