骨关节炎体力活动后疼痛变化的生物学机制

膝关节骨关节炎 (OA) 的特征是慢性炎症性疼痛，这种疼痛不一定与关节损伤的程度相关。1 临床实践指南建议进行体力活动 (PA) 来治疗骨关节炎疼痛，2 但患有 OA 的成年人对 PA 的摄入量非常大低.3 其中一个原因是，虽然 PA 可以减轻患有下肢骨关节炎的成年人的疼痛，4,5 但它的作用有所不同，降低了大约一半患有骨关节炎的成年人的疼痛敏感性，但实际上增加了另一半的疼痛敏感性。 6 此外，最近的一项荟萃​​分析显示，从事单一类型的身体活动（例如 有氧运动或阻力训练）减少 OA 膝关节疼痛，但结果存在很大的异质性，无法用年龄、性别、BMI、膝关节排列、疾病严重程度或基线疼痛来解释。 5 为患有 OA 的成人制定个性化 PA 干预措施的目标之一是阐明 PA 减轻 OA 疼痛的机制以及 PA 最有效地减轻疼痛的机制。

步行等有氧体育活动通过刺激线粒体生物合成，通过氧化磷酸化将细胞的能量生成能力（ATP 生成）增加 2 倍。 7,8 这种现象不仅发生在骨骼肌 7 中，还发生在脑细胞 9,10 肝细胞 9,11,12 脂肪组织 13 肾细胞 12 和白细胞 14 中，表明 PA 可能会增加全身代谢需求。 此外，PA 被认为可以使参与线粒体功能相关过程的蛋白质的活性和/或丰度发生适应性变化。 8 线粒体功能，包括通过氧化磷酸化产生能量；炎;和线粒体相关蛋白表达是骨关节炎 15、16 和慢性炎症性疼痛的关键特征。 17、18 炎症性疼痛的动物模型表明，在慢性炎症状态下，细胞代谢通过丙酮酸脱氢酶激酶 2/4 (PKD2/4)-丙酮酸脱氢酶 (PDH)-乳酸轴从氧化磷酸化转变为糖酵解。 19 这导致受影响区域的乳酸产量增加。 随后的酸性微环境通过募集额外的促痛觉炎性细胞因子来放大伤害感受反应，这些细胞因子“激活伤害感受器和脊髓神经胶质细胞，分别引起外周和中枢敏化”。 19 因此，通过氧化磷酸化提高产生 ATP 的能力，以及相关的糖酵解减少，可能会降低疼痛敏感性。 然而，虽然大量的动物和相关数据支持氧化电位和疼痛结果之间的密切联系，但因果关系的实验证据仍然很少，尤其是在人类中。 8

研究人员假设全身细胞生物能量功能、炎症和蛋白质表达的个体差异会影响 PA 降低成人膝关节 OA 疼痛敏感性的效果。 这项准实验性初步研究的目的是测试血小板中的线粒体生物能量学（氧化磷酸化、线粒体含量）、炎症（细胞因子）和蛋白质表达，作为步行 30 分钟后疼痛敏感性立即发生变化的机制（即 “急性”）和六周后每周步行 3 次每次 30 分钟（即 “长期”）在患有膝骨关节炎的成年人中。 研究人员将在 40 名具有髋关节或膝关节 OA 放射学证据的成年人和 20 名年龄/性别匹配的健康对照者的样本中提出以下具体目标和假设：

目标 1：与健康对照组相比，检查六周（三天/周）步行计划对膝关节 OA 成人痛阈的影响 H1.1：疼痛敏感性（定量感官测试）将增加约 50% OA 的成年人，急性和长期 PA 后约 50% 的 OA 成年人减少。

H1.2：在急性和长期 PA 后，健康对照者的疼痛敏感性会降低。

目的 2：测试线粒体生物能量学（氧化磷酸化、线粒体含量）作为膝关节 OA 老年人 PA 后疼痛敏感性变化机制的作用。

H2.1：疼痛敏感性与基线、急性 PA 和长期 PA 后血小板中的线粒体功能（氧化磷酸化、线粒体含量）呈负相关 H2.2：健康对照比 OA 参与者具有更高的血小板氧化磷酸化能力.

目的 3：测试炎症作为膝关节 OA 老年人体力活动后疼痛敏感性变化机制的作用。

H3.1：疼痛敏感性与循环促炎细胞因子（c-反应蛋白、白细胞介素 (IL)-1、IL-1β、IL-6、IL-10、肿瘤坏死因子 (TNF)-α、PGES）增加呈正相关在基线、急性和长期 PA 之后。

目标 4：假设蛋白质组学在身体活动后疼痛敏感性变化中的作用（步行计划六周后立即进行）蛋白质表达的变化将取决于所表达蛋白质的半衰期，其范围可以从分钟到天.8 因此，重要的是要检查短期（PA 后分钟/天）和长期（体力活动之间的天/周）蛋白质表达的适应性变化。