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目的:1.采用基于体素的形态学测量(VBM)影像分析技术,初步从大脑结构角度探讨膝骨关节炎(KOA)疼痛的发生机制;2.以功率自行车运动为代表,探讨单纯有氧运动对KOA疼痛症状的影响,并基于VBM分析技术,探讨其可能的机制;3.以太极拳、八段锦运动为代表,探讨不同运动方式对KOA疼痛症状的影响,并基于VBM分析技术从脑结构改变的角度探讨其作用机制。方法:1.筛选出符合要求的KOA患者,按照3:1的原则招募与其年龄、性别相匹配的健康被试,采用膝关节损伤与骨性关节炎结果评分量表(KOOS量表)疼痛分测验测试其疼痛症状,核磁数据的采集使用美国GE公司(Signa,GE medical systems,Milwaukee,USA)的3.0T核磁共振扫描仪进行T1结构像扫描,采用VBM分析技术比较KOA患者与健康被试脑结构的差异,采用多重回归分析,探讨KOA患者与疼痛相关的脑区;2.纳入符合要求的KOA患者,按照1:1的原则随机分为功率自行车组与健康教育组,功率自行车组进行为期12周、每周5次、每次1个小时的功率自行车训练,健康教育组进行为期12周、每周一次的健康教育讲座。功率自行车组与健康教育组治疗前后采用KOOS量表疼痛分测验评价其疼痛症状,并进行T1结构像核磁扫描,比较干预前后对KOA患者疼痛的影响,同时基于VBM分析技术探讨其可能的中枢神经机制。3.纳入符合要求的KOA患者,按照区组随机的原则分为太极拳组、八段锦组、功率自行车组和健康教育组。太极拳组进行为期12周、每周5次,每次1个小时的八式太极拳训练,八段锦组进行为期12周、每周5次、每次1个小时的八段锦训练,功率自行车组进行为期12周、每周5次、每次1个小时的功率自行车训练,健康教育组进行为期12周、每周1次的健康教育讲座。四组治疗前后采用KOOS量表疼痛分测验评价其对疼痛症状的影响,并进行T1结构像核磁扫描,基于VBM分析技术探讨其可能的机制。结果:1.KOA患者较健康被试灰质体积增大的脑区主要包括右侧额下回的岛盖,右侧额中回,右侧中央前回,右侧额下回的三角部,左侧苍白球,左侧壳核,左侧丘脑,左侧杏仁核;较健康被试灰质体积减小的脑区主要包括右侧额上回,右侧额下回的三角部,右侧额中回,右侧额下回的眶部,右侧枕下回,右侧枕中回,右侧颞中回,右侧颞下回,右侧角回,左侧额上回内侧段,左侧额上额极,左侧额中回,双侧辅助运区,左侧前扣带回。与KOA患者疼痛症状相关的脑区主要集中在右侧额上回,右侧辅助运动区,左侧后扣带回,右侧扣带回的中部,右侧楔前叶,左侧顶上叶,左侧中央后回。2.与健康教育组相比,功率自行车组可以提高KOOS量表疼痛分测验评分,改善其疼痛症状(P<0.05)。VBM研究结果发现功率自行车组与健康教育组相比,灰质体积增大的脑区主要为右侧中央前回,右侧中央后回,且疼痛症状的改善与双侧辅助运动区,双侧中央前回,双侧额上回,右侧海马,右侧海马旁回,右侧丘脑呈正相关,即疼痛改善越明显,上述区域灰质体积越大。3.与健康教育组相比,太极拳组、八段锦组和功率自行车组运动均能提高KOOS量表疼痛分测验评分,改善其疼痛症状(P<0.05),而太极拳组与八段锦组相比,太极拳组与功率自行车组相比,功率自行车组与八段锦组相比,KOOS量表疼痛分测验评分差异无统计学意义(P>0.05)。VBM分析发现:太极拳组与健康教育组相比治疗前后灰质体积增大的脑区主要包括左侧额中回,左侧额上回,右侧颞下回,右侧小脑外侧,右侧梭状回,灰质体积减小的脑区主要包括右侧海马,右侧海马旁回,右侧杏仁核,右侧内嗅区,八段锦组与健康教育组相比治疗前后改变灰质体积增大的脑区包括双侧丘脑,右侧尾状核,八段锦组与太极拳组相比,灰质体积增大脑区主要包括双侧丘脑,太极拳组与功率自行车组相比,灰质体积增大的脑区主要包括右侧颞下回,右侧小脑外侧,右侧梭状回,功率自行车组与太极拳组相比,八段锦组与功率自行车组相比,灰质体积增大的脑区为左侧丘脑。结论:1.KOA患者KOOS评分的降低与疼痛调节的脑区体积的变化有关,包括中央前后回,边缘系统,丘脑及额叶等脑区,这可能是KOA患者疼痛的中枢机制之一。2.功率自行车运动、太极拳和八段锦训练均可提升KOA患者KOOS评分,缓解KOA患者疼痛症状。3.相比于健康教育组,功率自行车运动增加了 KOA患者额上回、海马和海马旁回等脑区体积;太极拳训练增加了 KOA患者小脑外侧,左侧额中回脑区体积;八段锦训练增强了 KOA患者双侧丘脑、右侧尾状核脑区体积,这可能是不同运动康复方式改善KOA患者疼痛的中枢机制之一。