《The Journal of Pain》：Association of pain sensitization with prefrontal cortex activation and movement patterns during single- and dual-task walking in people with knee osteoarthritis
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膝关节炎患者中央和周围疼痛敏化与前额叶皮层激活及步态表现的关系。研究发现高敏化组在单任务和双任务步行时PFC激活更强，步态速度和变异性显著。中央疼痛敏化可能通过增加PFC资源需求影响认知负荷，并导致步态变异性增大，提示其作为治疗靶点。
作者：Soyoung Lee、Ehyun Kim、Tuhina Neogi、Baekdong Cha、Claudio L. Ferre、Meryem Yücel、Deepak Kumar
美国波士顿大学Sargent健康与康复科学学院物理治疗系，地址：635 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215
摘要
疼痛敏感化可能会加剧膝关节骨关节炎（OA）患者在行走时前额叶皮层（PFC）的活跃度，尤其是在认知负荷较高的情况下。本研究探讨了中枢性和外周性疼痛敏感化与PFC激活及行走表现之间的关系，实验包括单任务行走和双任务行走。48名患有症状性膝关节骨关节炎的参与者分别完成了单任务行走（STW）和双任务行走（DTW），同时进行7位数减法运算。中枢性和外周性疼痛敏感度通过手腕和膝盖的压力疼痛阈值（PPT）来衡量。使用功能性近红外光谱技术记录双侧PFC中的氧合血红蛋白（HbO?）水平。研究还评估了步速、步长变异性以及7位数减法运算的准确性。线性混合效应模型分析了组别（最低PPT三分位数 vs 最高PPT三分位数）与任务类型（STW vs DTW）对HbO?水平和行走表现的影响，同时控制了年龄、性别和BMI等因素。按手腕PPT分层后，结果显示女性占72.9%，平均年龄为64.8±7.2岁；在左侧背外侧PFC的HbO?水平和步长变异性方面存在显著的组别-任务交互作用（p=0.03，η2p=0.10；p=0.01，η2p=0.16）。按膝盖PPT分层后，步速也显示出显著交互作用（p=0.02，η2p=0.11）。其他比较均未达到统计学显著性。在所有行走任务中，疼痛敏感度最高的组别其PFC激活程度略高于最低敏感度组（Cohen’s d≈0.6–0.7）。膝关节骨关节炎患者的中枢性疼痛敏感化与行走和双任务条件下PFC资源的更大调动以及步态的更大变异性相关。因此，中枢性疼痛敏感化可能成为减少执行控制需求、改善步态的治疗靶点。
研究亮点
本研究揭示了疼痛敏感化对膝关节骨关节炎患者前额叶皮层激活及步态变异性的影响，有助于临床医生识别并针对这一因素来改善患者的行动能力和认知负荷。
膝关节骨关节炎患者的步态障碍普遍存在，这与跌倒风险增加、疼痛加剧以及关节结构恶化密切相关。
参与者
我们通过广告（包括社区内张贴的传单和在线/社交媒体广告）从2022年11月至2024年1月招募参与者。纳入标准为：（1）年龄在50-75岁之间；（2）BMI低于40；（3）能够独立行走至少20分钟且无需辅助设备；（4）符合美国国家健康与临床卓越研究所关于膝关节骨关节炎的临床指南（即年龄≥50岁，存在相关症状）。
结果
研究共纳入48名参与者，其中大多数为60岁以上的女性，BMI处于超重范围。平均KOOS评分表明参与者存在中度疼痛和身体功能受限。在膝盖和手腕压力疼痛阈值方面，最不敏感组有31人，最敏感组有17人。两组在人口统计学和临床特征上相似。
讨论
研究结果支持我们的第一个假设：疼痛敏感度最高的膝关节骨关节炎患者在单任务行走和双任务行走时，PFC激活程度均高于疼痛敏感度最低的患者。部分支持第二个假设：基于手腕PPT的分组显示，最敏感组的左侧背外侧PFC（LDLPFC）活动在双任务行走时减弱，而最不敏感组则增强。总体而言，疼痛敏感度较高的组在双任务行走时的步态表现变化较小。
资金来源
本研究得到了国际生物力学学会（ISB）的论文资助、波士顿大学风湿病学研究基金会、神经光子学项目以及Sargent学院的学生研究资助。作者声明无利益冲突。
作者贡献说明
概念构思：Soyoung Lee、Tuhina Neogi、Claudio L. Ferre、Meryem Yücel、Deepak Kumar；数据整理：Soyoung Lee、Ehyun Kim；数据分析：Soyoung Lee、Ehyun Kim、Baekdong Cha；资金申请：Soyoung Lee、Deepak Kumar；可视化制作：Soyoung Lee；初稿撰写：Soyoung Lee；审稿与编辑：Tuhina Neogi、Ehyun Kim、Baekdong Cha、Claudio L. Ferre、Meryem Yücel、Deepak Kumar。
致谢
感谢所有参与者的贡献。
