田明月，陳云杰，丁小芬，張儒雅，宋巧燕，韓松辰，周友龍

作者單位：1.河南中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，鄭州450046；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)國際教育學(xué)院，鄭州450046

膝骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)是以關(guān)節(jié)軟骨破壞為主要病理表現(xiàn)，以進(jìn)行性關(guān)節(jié)疼痛、功能受限為臨床特征的慢性疼痛性疾病[1]。KOA好發(fā)于中老年人，具有高發(fā)病率和高致殘率的特點(diǎn)。流行病學(xué)調(diào)查顯示，截止2018 年，我國成人KOA 總患病率約為15%，年齡大于60 歲者達(dá)50%，大于75 歲者則高達(dá)80%[2]。隨著全球人口老齡化的加劇，到2040 年在亞洲65 歲以上KOA 的患病率估計增長為現(xiàn)在的兩倍[3]，患者生活質(zhì)量和生產(chǎn)力的下降造成了嚴(yán)重的個人和社會負(fù)擔(dān)。目前還沒有獲批準(zhǔn)的能減緩KOA 病情相關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)展的療法，因此，保守治療的主要目標(biāo)是提供癥狀緩解、改善關(guān)節(jié)功能，并推遲手術(shù)干預(yù)。KOA的藥物治療，如一線非甾體抗炎藥[4]，關(guān)節(jié)腔內(nèi)藥物注射從皮質(zhì)類固醇到透明質(zhì)酸和生物制品，雖均能短期內(nèi)緩解疼痛改善KOA患者癥狀，但長期或頻繁使用具有明顯的副作用[5]。臭氧水關(guān)節(jié)腔沖洗配合穴位注射治療KOA能明顯減輕患者的疼痛，改善患者的關(guān)節(jié)功能，具有臨床療效確切、安全可靠的特點(diǎn)[6]。與其他藥物相比，臭氧水療法能明顯改善KOA患者的預(yù)后、且無毒副作用，引起了越來越多醫(yī)療工作者的廣泛關(guān)注。臭氧水療法以其顯著的臨床療效和安全優(yōu)勢在國內(nèi)部分地區(qū)得到推廣并受到了患者的一致認(rèn)可，但是由于臭氧水對KOA患者鎮(zhèn)痛作用的中樞機(jī)制尚不明確，嚴(yán)重限制著臭氧水療法在臨床上更廣泛的推廣應(yīng)用。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)因其具備分辨率高、無創(chuàng)傷、無輻射等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于研究慢性疼痛的中樞機(jī)制[7-8]，也為臭氧水對KOA鎮(zhèn)痛作用機(jī)制的研究提供了新的技術(shù)手段。本研究選用臭氧水療法的優(yōu)勢病種KOA作為研究對象，采用fMRI技術(shù)提取KOA患者腦功能變化特征，同時運(yùn)用ReHo分析方法研究KOA患者臭氧水治療前后的腦功能變化，探討臭氧水治療KOA鎮(zhèn)痛作用的中樞調(diào)節(jié)機(jī)制，為臭氧水治療KOA的臨床鎮(zhèn)痛效應(yīng)尋找理論依據(jù)。

圖1 KP1點(diǎn)定位 圖2 KOA患者臭氧水治療前后VAS評分變化Fig.1 Point positioning of KP1. Fig.2 Changes in VAS scores of KOA patients before and after ozone-water treatment.

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2018 年6 月至2019 年10 月來河南中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院就診的膝骨性關(guān)節(jié)炎患者18 例。所有的患者均處于膝關(guān)節(jié)慢性疼痛發(fā)作期。采用臭氧水治療前后自身對照的原則。本研究通過河南中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有被試均被告知相關(guān)事項(xiàng)并簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合膝骨性關(guān)節(jié)炎患者的中、西醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2)年齡40～70 周歲，右利手；(3)患者入組前1個月內(nèi)未接受規(guī)律治療；(4)膝關(guān)節(jié)疼痛持續(xù)或反復(fù)發(fā)作的時間超過3 個月；(5) VAS 評分≥4 分；(6)無鎮(zhèn)痛藥物、煙、酒等長期使用或成癮史；(7)患者本人簽署或者直系家屬代簽知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并有其他風(fēng)濕類、骨關(guān)節(jié)炎類等伴有疼痛癥狀的疾?。?2)關(guān)節(jié)內(nèi)骨折急性期及患肢有血管神經(jīng)損傷史者；(3)合并有嚴(yán)重心腦血管疾病、肝腎疾病、血液系統(tǒng)疾病及惡性腫瘤患者；(4)膝關(guān)節(jié)周圍皮膚有破損者；(5)膝關(guān)節(jié)嚴(yán)重內(nèi)翻、外翻畸形及關(guān)節(jié)腔消失者；(6)妊娠或哺乳期婦女；(7)過敏體質(zhì)及臭氧水過敏者；(8)有MRI 檢查禁忌者；(9)伴有焦慮、抑郁等精神、神經(jīng)類病患者；(10)在掃描中發(fā)現(xiàn)患者頭顱有明確病變或者頭顱解剖結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不對稱。

1.2 研究設(shè)備及材料

德國西門子3.0 T磁共振成像設(shè)備；醫(yī)用臭氧水制備儀(濟(jì)南三氧科技有限公司制造，SYZ-80A)；3M 1100 子彈型防噪耳塞；10 ml 和60 ml 注射器；無菌手套。

1.3 治療方案

患者仰臥位，膝下墊枕，髖關(guān)節(jié)外展外旋，膝關(guān)節(jié)屈曲135～145°。由助手進(jìn)行常規(guī)消毒后，操作者戴無菌手套，鋪無菌洞巾。以KP1 為穿刺點(diǎn)。10 ml 注射器抽取1%和0.9% NaCl 注射液各1 ml 作為穿刺液，于KP1 處穿刺進(jìn)針，皮下注射局麻藥后，繼續(xù)進(jìn)針，當(dāng)針尖有落空感時，提示進(jìn)入關(guān)節(jié)腔。由助手持60 ml 注射器從臭氧水制備儀中抽取20 μg/ml的臭氧水，緩慢注入關(guān)節(jié)腔。盡量使臭氧水充滿整個關(guān)節(jié)腔隙，患者自覺有明顯憋脹感時，將臭氧水全部抽出。反復(fù)沖洗3 遍。 KP1 (knee point 1)定位：以右膝為例，髕底中點(diǎn)為12 點(diǎn)，順時針方向于1 點(diǎn)半處定為穿刺點(diǎn)，將其命名為KP1 (圖1)。每周治療1 次，共治療3次。

1.4 靜息態(tài)fMRI掃描

分別對每個受試者在治療前和治療3 周后進(jìn)行結(jié)構(gòu)像和靜息態(tài)磁共振掃描。掃描前，佩戴頭套固定以防止頭動，隔音耳塞以排除噪聲干擾。掃描過程中，要求患者保持清醒，睜眼，盡量不進(jìn)行任何思維活動。掃描參數(shù)設(shè)置見表1。

1.5 觀察指標(biāo)

疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)：分別于治療前后采用VAS 評分對患者膝關(guān)節(jié)疼痛程度進(jìn)行評價。VAS 評分由一條100 mm 的水平線組成，最左邊寫著“沒有疼痛”，最右邊寫著“可能最嚴(yán)重的疼痛”。要求患者在這條線上做一個垂直標(biāo)記，以顯示最能代表他們在過去一段時間所經(jīng)歷的疼痛的位置。

表1 fMRI成像的掃描參數(shù)設(shè)置Tab.1 Scanning parameter settings of fMRI imaging

0 mm：沒有疼痛；10～30 mm：輕度疼痛(疼痛不影響工作及生活)；40～60 mm：中度疼痛(影響工作及生活)；70～90 mm：重度疼痛(影響睡眠，甚至不能入睡或者睡眠中痛醒)；100 mm：可能最嚴(yán)重的疼痛，無法忍受。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用DPARSF (Data Processing Assistant for Resting-State fMRI)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。步驟如下：(1)去除時間點(diǎn)數(shù)據(jù)：剔除最初10 個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)圖像；(2)消除間隔掃描導(dǎo)致的時間相位差進(jìn)行時間校正；(3)頭動校正；(4)空間標(biāo)準(zhǔn)化；(5)空間平滑：降低空間噪音，提高信噪比，消除受試者腦結(jié)構(gòu)間差異的目的；(6)去線性漂移：降低因機(jī)器工作升溫或者受試者適應(yīng)帶來的基線漂移；(7)濾波：對所有信號進(jìn)行低頻濾波(0.01 Hz＜f＜0.08 Hz)處理，去除如心跳、呼吸等低頻噪聲和磁共振掃描儀自身的高頻噪聲對受試圖像的影響。

ReHo 分析：對預(yù)處理后的fMRI 數(shù)據(jù)進(jìn)行線性漂移和濾波處理。為保證標(biāo)準(zhǔn)化，將單個元素的ReHo值除以總的腦ReHo 值的平均值。最后，采用高斯平滑來降低空間標(biāo)準(zhǔn)化過程中產(chǎn)生的空間噪聲和誤差。在最終的空間圖像中，每個單獨(dú)元素的對應(yīng)值反映了該區(qū)域大腦功能活動的標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo 程度，然后對標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo圖進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

臨床療效指標(biāo)使用SPSS 25.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計量資料若符合正態(tài)分布，組內(nèi)比較采用配對t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布或方差齊的計量資料采用秩和檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。使用REST工具軟件進(jìn)行高斯隨機(jī)校正的磁共振數(shù)據(jù)集分析結(jié)果(單個個體P＜0.01，連續(xù)體素值P＜0.05，蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所坐標(biāo)Z＞2.326)符合校正后的P＜0.05 被定義為有統(tǒng)計學(xué)意義。最后得出臭氧水治療前后KOA 患者有顯著差異腦區(qū)ReHo 值，并將ReHo 值的變化與VAS 評分變化進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 VAS評分

18 例KOA 患者臭氧水治療前后的VAS 評分進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，與治療前相比，KOA 患者VAS 評分顯著降低(P=0.000)，說明臭氧水能明顯減輕KOA患者的疼痛癥狀(表2；圖2)

2.2 KOA患者臭氧水治療前后ReHo值變化

與臭氧水治療前相比，KOA 患者大腦右側(cè)枕上回、右側(cè)枕中回、右側(cè)楔葉、右側(cè)角回ReHo值增高；右側(cè)中央溝蓋、右側(cè)島葉、右側(cè)顳上回、右側(cè)顳橫回、右中央前回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動區(qū)、右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動區(qū)ReHo值降低(表3；圖3)。

2.3 KOA 患者治療前后腦區(qū)ReHo 變化VAS 評分變化的相關(guān)性分析

提取臭氧水治療前后KOA 患者發(fā)生顯著變化腦區(qū)ReHo 值，再將變化的ReHo 與VAS 評分進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，右島葉(r=0.657) ReHo 變化與VAS變化呈負(fù)相關(guān)，即臭氧水治療后隨著VAS 評分的下降，右腦葉的局部一致性逐漸升高(P=0.003)。未發(fā)現(xiàn)其他腦區(qū)ReHo 變化與VAS 評分變化的相關(guān)性(圖4)。

表2 KOA患者臭氧水治療前、后的VAS評分比較Tab.2 Comparison of VAS scores of KOA patients before and after ozone-water treatment

表3 KOA患者臭氧水治療前后ReHo變化(18例)Tab.3 Changes of ReHo in KOA patients before and after ozone-water treatment(n=18)

圖4 右島葉ReHo變化與VAS評分變化呈負(fù)相關(guān)Fig.4 Changes in ReHo in the right insula were negatively correlated with changes in VAS score.

圖3 KOA患者治療前后ReHo圖變化。暖色區(qū)域代表ReHo值增高，冷色區(qū)域代表ReHo值降低Fig.3 Changes of ReHo before and after treatment in KOA patients.Warm areas represent increased ReHo values and cool areas represent decreased ReHo values.

3 討論

3.1 rs-fMRI 的出現(xiàn)為疼痛腦機(jī)制的研究提供了技術(shù)支持

rs-fMRI 作為一種無創(chuàng)、實(shí)時、直觀的新方法，在慢性疼痛研究中得到了廣泛的應(yīng)用[9]。與任務(wù)態(tài)的fMRI 相比，rs-fMRI 的優(yōu)勢在于提供了更全面的大腦功能結(jié)構(gòu)信息[10]。此外，ReHo 的數(shù)據(jù)分析方法不需要確定用于分析的基于假設(shè)的感興趣種子區(qū)域，使我們能研究整個大腦內(nèi)在的激活模式。在檢測人腦功能中不可預(yù)測的和復(fù)雜的自發(fā)血流動力學(xué)反應(yīng)方面極具敏感性，是評價靜息狀態(tài)腦活動的有力而可靠的指標(biāo)。ReHo 假設(shè)給定體素在時間上類似于其鄰居的體素，反映了局部自發(fā)神經(jīng)元活動的局部一致性。ReHo 值的增高或降低是局部腦區(qū)自發(fā)活動一致性增高或降低的反映，也是對疾病影響以及情感認(rèn)知調(diào)控機(jī)制的提示[11]。

3.2 KOA 慢性疼痛相關(guān)的腦機(jī)制的研究為本實(shí)驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)

近年來，研究人員利用rs-fMRI 發(fā)現(xiàn)了KOA 腦功能改變，為KOA 患者疼痛發(fā)病的中樞機(jī)制提供了證據(jù)參考[12]?；谀X功能連接度的分析，肖陽等[13]以伏膈核為種子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)慢性疼痛的KOA 患者相較于正常人連接增強(qiáng)的腦區(qū)有雙側(cè)伏膈核與雙側(cè)前扣帶回、左側(cè)尾狀核和右側(cè)顳極，而雙側(cè)伏膈核與右側(cè)背外側(cè)前額葉、左側(cè)次感覺區(qū)、雙側(cè)角回功能連接減弱，且患者疼痛評分隨著中伏膈核與右側(cè)背外側(cè)前額葉及左側(cè)次感覺區(qū)功能連接增強(qiáng)或減弱而發(fā)生相應(yīng)的改變。從而推測中樞多巴胺系統(tǒng)相關(guān)腦區(qū)伏膈核與認(rèn)知控制、情緒調(diào)節(jié)、感覺加工相關(guān)腦區(qū)及默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)功能連接的異常可能是KOA 患者疼痛發(fā)生的機(jī)制之一。基于體素的形態(tài)測量學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比膝關(guān)節(jié)疼痛的KOA 患者，大腦灰質(zhì)體積顯著下降，幾乎是年齡相關(guān)的2 倍，其主要涉及的腦區(qū)包括雙側(cè)眶額葉皮質(zhì)、右側(cè)前額葉皮質(zhì)以及中央前皮質(zhì)和中央后皮質(zhì)，結(jié)果表明，優(yōu)先涉及前額葉皮質(zhì)的慢性疼痛狀況可能被認(rèn)為是一種“認(rèn)知狀態(tài)”，對慢性疼痛的情緒和認(rèn)知功能應(yīng)給予高度重視[14]。Pujol 等[15]發(fā)現(xiàn)致敏KOA 患者在通常涉及疼痛區(qū)域以及之外的區(qū)域激活，延伸到聽覺、視覺和腹側(cè)感覺運(yùn)動皮質(zhì)。此外，KOA 患者中有一部分具有中樞介導(dǎo)的疼痛敏感化可能是由于棘上介導(dǎo)的抑制減少，傷害性信號的易化，并與疾病發(fā)展的預(yù)后密切相關(guān)[16]。已有的結(jié)果證明，疼痛的KOA 患者大腦在幾個腦區(qū)都顯示出局部連接和活動異常。這些大腦區(qū)域中的大多數(shù)，如額葉、頂葉、顳葉、頂葉、小腦、丘腦、島葉和邊緣系統(tǒng)等，都屬于“疼痛矩陣”，它被定義為隨著疼痛程度的增加而表現(xiàn)出可靠激活的區(qū)域，它們廣泛參與疼痛發(fā)生的認(rèn)知、情感。

3.3 臭氧水對KOA 患者鎮(zhèn)痛作用的腦機(jī)制的闡明填補(bǔ)了臭氧水中樞鎮(zhèn)痛機(jī)制的空白

KOA 以慢性疼痛為主要臨床表現(xiàn)，是慢性疼痛的良好載體，國內(nèi)外學(xué)者以KOA 為疼痛模型，運(yùn)用靜息態(tài)功能磁共振技術(shù)對各種干預(yù)方法鎮(zhèn)痛作用的中樞機(jī)制進(jìn)行了深入研究和探討[17-18]。Yue等[19]研究撲熱息痛治療KOA患者疼痛的腦功能機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，撲熱息痛的鎮(zhèn)痛作用的發(fā)揮與感覺皮層和緣上回中BOLD信號的激活減少有關(guān)。Liu 等[20]通過研究發(fā)現(xiàn)，不同的運(yùn)動方式可以通過調(diào)節(jié)背外側(cè)前額葉皮質(zhì)起到改善KOA 患者疼痛的作用。醫(yī)用臭氧水是臭氧和生理鹽水發(fā)生充分混合作用產(chǎn)生的一種無色、透明、略帶腥臭味液體，因其具有顯著抗炎鎮(zhèn)痛作用而被廣泛應(yīng)用于KOA[21-22]的治療，并取得顯著的療效。近年來，臭氧水對疼痛控制的外周作用已經(jīng)得到一定的認(rèn)識。研究表明，臭氧水可抑制患者關(guān)節(jié)液內(nèi)多種炎性因子如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、白細(xì)胞介素-6 (interleukin-6，IL-6)、白細(xì)胞介素-1β (interleukin-1β，IL-1β)和腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α，TNF-α)和受體，抑制磷脂酶A2 和P 物質(zhì)等致痛物質(zhì)的釋放，起到抗炎鎮(zhèn)痛作用[23]。然而，臭氧水對KOA鎮(zhèn)痛作用的中樞機(jī)制尚屬空白，研究臭氧水抗炎鎮(zhèn)痛如何作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，將有助于臭氧水中樞機(jī)制的闡明，為臭氧水療法在臨床更廣泛的推廣應(yīng)用奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

本研究顯示，臭氧水治療后KOA 患者的VAS 評分較治療前顯著降低(P＜0.05)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，進(jìn)一步證明了臭氧水能明顯改善KOA 患者的疼痛癥狀，療效確切。此外，臭氧水治療后，KOA 患者右側(cè)枕上回、右側(cè)枕中回、右側(cè)楔葉、右側(cè)角回ReHo值增高，說明臭氧水治療后患者對疼痛感覺的調(diào)控能力增強(qiáng)。臭氧水治療后，右側(cè)中央溝蓋、右側(cè)島葉、右側(cè)顳上回、右側(cè)顳橫回、右側(cè)中央前回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動區(qū)、右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動區(qū)ReHo值降低，說明臭氧水治療調(diào)整了患者的疼痛感受、注意和認(rèn)知處理能力。以上表明臭氧水治療可能是通過調(diào)節(jié)顳葉、頂葉、額葉、枕葉等腦區(qū)的功能達(dá)到治療KOA 的作用。石愛軍等[24]發(fā)現(xiàn)KOA疼痛患者雙側(cè)額葉、頂葉、顳葉、等腦區(qū)ReHo 值廣泛異常，本研究結(jié)果顯示臭氧水正是通過調(diào)整這些腦區(qū)的ReHo 活動來達(dá)到鎮(zhèn)痛的目的，與石等研究具有一致性。

島葉位于大腦皮層與基底節(jié)區(qū)的中間地帶，作為邊緣系統(tǒng)的一部分，參與疼痛網(wǎng)絡(luò)的組成，其前部與疼痛的情緒和注意力處理有關(guān)，主要負(fù)責(zé)痛覺情緒部分的傳遞，是內(nèi)側(cè)痛覺系統(tǒng)的重要組成部分，而后部則是編碼疼痛強(qiáng)度的關(guān)鍵區(qū)域。綜上，島葉作為痛覺情感和感覺辨別的信息整合部位，慢性疼痛時島葉會發(fā)生可塑性的改變[25]。相關(guān)性分析結(jié)果顯示臭氧水治療后，右島葉(r=-0.657)ReHo 變化與VAS變化呈負(fù)相關(guān)。從而進(jìn)一步推測島葉可能是臭氧水治療KOA 的關(guān)鍵腦區(qū)。分析臭氧水鎮(zhèn)痛作用的發(fā)揮正是通過調(diào)控慢性疼痛疾病患者疼痛信息的處理，改善情緒功能、認(rèn)知功能損害的病理狀態(tài)。

3.4 問題與展望

本研究在臭氧水鎮(zhèn)痛作用中樞機(jī)制方面尚處于一個前期初探階段，在試驗(yàn)設(shè)計和數(shù)據(jù)挖掘等方面都存在一定不足。本研究我們只采用了KOA 患者治療前后自身對照的方法，尚未排除安慰劑等因素對本試驗(yàn)結(jié)果的影響，后續(xù)的研究中如果能夠加入安慰劑對照組或者空白對照組，將使得研究成果更具有說服力。綜上所述，本研究旨在通過比較臭氧水治療前后腦功能ReHo 的變化及其變化與臨床疼痛VAS 評分的相關(guān)性，探討臭氧水對KOA 患者鎮(zhèn)痛作用的中樞機(jī)制。以期我們的研究結(jié)果能為臭氧水療法在KOA治療中的臨床應(yīng)用提供可視化參考的同時，促進(jìn)臭氧水療療在臨床上更廣泛的推廣應(yīng)用，為廣大KOA患者解除病痛。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。