学术前沿|大脑结构也会对下腰部疼痛造成影响

大部分人存在腰椎结构异常却并无腰痛的症状。例如20-30岁人群中，约有30%的患者存在诸如腰椎间盘退变，腰椎间盘膨出及突出等腰椎疾病而无明显的腰痛的症状，这类人群随着年龄的增长后腰痛的症状才逐渐浮现。腰痛的管理及治疗每年消耗了大量个人以及社会的资源，但是为什么有相同腰椎结构改变的人，一部分的人出现腰痛寻求治疗而另一部人则无任何症状表现呢？

疼痛是一种由中枢介导的感觉体验，受一系列神经活动的调节，这些神经结构参与外界伤害性刺激的情景化和评估，涉及感觉辨别，执行控制和边缘处理的神经结构。有大量的既往研究表明存在肌肉疼痛感觉的人和没有肌肉疼痛的人在大脑结构和功能有存在着差异。这些研究显示，存在疼痛敏感的人，与疼痛相关脑区的灰质密度显著降低。然而，慢性的疼痛也与基底神经节、海马旁回、前额叶皮层以及杏仁核的高灰质密度相关，表明大脑结构，功能和疼痛经历之间存在复杂的关联。这些研究中的大多数都是横断面设计，只比较了无痛患者和慢性疼痛患者，为此无法明确大脑灰质密度的变化是个体间的固有差异还是因长期疼痛的反映而导致的。

针对大脑对外界刺激产生疼痛反映的脑形态学相关性研究为解释大脑结构的差异与疼痛产生提供了可能。例如，既往实验性疼痛诱导研究中，疼痛敏感与岛离岛，初级体感皮层，扣带回皮层，腹侧前额叶皮层，正额额叶皮层，杏仁核，前突神经节和基底神经节中的灰质密度较高相关。疼痛的诱导都使用有害刺激，这些刺激会在时间上产生有限的疼痛经历，通常持续数秒至数分钟（例如，皮肤加热，辣椒素注射方案）。另外，这些疼痛诱发范例通常与明显的功能障碍或日常生活活动的改变无关。与许多基于实验室的诱导方案相关的疼痛感知持续时间短，限制了生态学的有效性和告知我们对疼痛经历中脑形态和变异性的了解的能力。

为了解决这些局限性，该研究使用了运动诱发的肌肉损伤范例来比较健康，无症状的人（在运动后报告疼痛）和不使用体素的形态计量学（VBM）报告疼痛的患者之间的大脑结构。运动诱发的肌肉损伤与其他实验性疼痛诱发相比具有多个优势，因为它会产生与功能受损和残障相关的临床相关，持续时间更长（几分钟甚至几天之长）的肌肉骨骼疼痛。因此，有必要探索除了组织损伤的严重程度以外，还有哪些因素会影响肌肉损伤后疼痛的严重程度。根据以上总结的现有文献，我们假设在运动诱发的肌肉损伤后未报告疼痛的个体，其皮层加工的认知，情感和感觉成分相关的大脑区域的灰质密度会高于其同龄人。

方法

参与者完成了基线测试（功能性MRI和定量疼痛测试），然后进行了高强度的躯干运动，以诱导竖脊肌的迟发性肌肉酸痛。 48小时后，收集背痛强度等级，并对所有参与者进行重新成像。使用基于体素的形态测定法确定灰质密度。 “无症状”组（诱导后48小时内没有任何疼痛的报告）为“疼痛”组（在101点的数字评分量表上，静息和运动的疼痛等级pf> 20）。

结果

研究结果显示，与疼痛参与者相比，无症状参与者的灰质密度明显更高，出现了几大簇。这些大脑区域包括左内侧额回，左枕中回，左颞中回，左额下回和右额上回。这项研究中的主要发现是，特定大脑区域形态虽无明显差异，但可能是运动诱发的下背部肌肉损伤后随后疼痛发展的基础。具体来说，在研究中发生临床相关疼痛的参与者在几个脑区的灰质密度较低，包括先前的功能性神经影像学研究中证明与疼痛处理有关的那些：MFG（即补充运动区[SMA]），MTG，SFG，和IFG。这些区域在图1中突出显示。

确定的几个聚类坐标与既往的的研究结果相似，结果显示出对实验性和临床性疼痛或与疼痛相关的刺激都有明显的激活作用。例如，在疼痛抵抗力强的个体中发现了群集中峰值体素附近的左MFG，MTG和IFG活动区域有着较高的灰质密度。左MFG活性也与疼痛和非疼痛机械刺激的过程有关。该研究还发现，耐受疼痛的人在左IFG中的灰质密度高于经历临床相关性疼痛的人。 IFG中检测到的簇，包括布罗德曼46区和10区，先前已被证明与第二次疼痛（TSSP）的时间累加有关。左IFG和左中岛皮质之间的功能连接性紊乱也与慢性下腰痛的发展和康复有关。最后，与健康对照组相比，慢性膝关节骨关节炎患者在实验性疼痛诱导过程中表现出异常高的SFG激活。

该研究中确定的区域与其他研究中使用短暂刺激的解剖学区域一致，这些假设支持以下假设：外围刺激的强度和持续时间不像处理和解释输入的皮质结构那么重要。总体而言，研究数据表明，灰质密度的差异更多与将来自周围的感觉输入解释为疼痛或不疼痛有关，而不是确定输入强度或严重程度。

研究发现个体间大脑特定区域形态上的差异虽然可能不引起特定的症状，但可能是运动诱发下背部肌肉损伤后产生后续疼痛的基础。具体来说，该研究发现临床相关疼痛的参与者在几个脑区的灰质密度较低，包括先前的功能性神经影像学研究中证明与疼痛处理有关的那些：MFG（即补充运动区[SMA]），MTG，SFG，和IFG。

该研究中确定的区域与其他研究中使用短暂刺激的解剖学区域一致，这些假设支持以下假设：外围刺激的强度和持续时间不像处理和解释输入的皮质结构那么重要。总体而言，该研究表明，灰质密度的差异更多与将来自周围的感觉输入解释为疼痛或不疼痛有关，而不是确定输入强度或严重程度。

参考文献

Boissoneault J, Penza CW, George SZ, Robinson ME, Bishop MD. Comparison of brain structure between pain-susceptible and asymptomatic individuals following experimental induction of low back pain. Spine J. 2020;20(2):292–299. doi:10.1016/j.spinee.2019.08.015