测定人类受试者炎症皮肤中的热痛和机械痛阈值

摘要

展示了用于评估人类受试者实验性炎症皮肤中热痛和机械痛阈值的算法。这两种疼痛测试范式可独立检测传递疼痛的两大主要外周神经纤维群体的伤害性信息处理过程，即无髓鞘C纤维和有髓鞘细小的A-δ纤维。

摘要

在《视觉化实验杂志》之前的一篇文章中，我们已展示了利用皮肤微透析技术在人体内采集组织特异性伤害性及炎症相关生化物质的方法。本文将介绍常与微透析操作联合使用的一系列疼痛检测范式。将疼痛测试与微透析相结合，可建立行为学数据与生化数据之间的关键联系，从而有助于识别出介导疼痛产生与传导的关键生化物质。

展示了两种在人类受试者炎症皮肤中诱发疼痛的模型。第一种模型通过热刺激诱发疼痛。此处所述的热诱发性疼痛主要由细小的无髓鞘外周伤害性神经纤维（C纤维）介导。第二种模型通过点状压力刺激诱发疼痛。点状压力诱发性疼痛主要由细小的有髓鞘外周伤害性神经纤维（A-δ纤维）介导。这两种模型在作用机制上截然不同，可分别独立地检测参与疼痛信号传导的两大类主要外周神经纤维对伤害性刺激的处理过程。

使用TSA II（Medoc Advanced Medical Systems，美国北卡罗来纳州德罕生产的一种商用热感觉分析仪）来诱发热痛觉。刺激的设置与传递通过专用软件进行控制。热探头在尺寸和形状上有所不同，但其基本结构均由一块金属板组成，该金属板可按不同速率加热或冷却，并持续不同时间。评估热诱发疼痛的算法有多种。在本实验中，受试者在皮肤接触的热探头以预设速率从无痛温度开始升温时，需报告其开始感到疼痛的时间点。受试者首次感到疼痛时的热探头温度即为热痛阈值。

机械性疼痛通过点状探针诱发。此类探针可从多家厂商购得（如 von Frey 丝）。然而，von Frey 丝的准确性曾受到质疑，许多研究者转而使用自制的点状压力探针。在本实验中，依次使用八种不同重量的自制点状探针，按照称为“上下法算法”的程序，确定感知转折点，即从无痛感到疼痛感的转变，或相反的变化。引起感知转折的平均重量即为机械性疼痛阈值。

方案

使用TSA II型热刺激仪进行热痛测试

1. 引言

1. 本实验采用TSA II型设备，这是一种 commercially available 的热感觉分析仪，通过热探头（Medoc Advanced Medical Systems，Durham，NC）向皮肤传递热刺激。中央单元生成信号并将其传输至热探头，该信号由通常安装在与中央单元相连的笔记本电脑上的专有软件进行控制。此外，中央单元还连接有一个手持控制器，供受试者在需要时停止热探头的加热过程。
2. 共传递七次连续且相同的热刺激，刺激间间隔为30秒。热探头的基础温度设定为舒适的35ºC。加热速率为1ºC/s，冷却速率为10ºC/s。热探头的最高温度设定为52ºC。

2. 受试对象的准备与训练

1. 为进行热痛测试，让受试者舒适地坐在可调节的躺椅上，确保头部、手臂和腿部得到充分支撑。躺椅还应便于接触待检测的身体部位。
2. 测试场所应保持适宜的室温，并提供安静、中性的环境，避免任何干扰。
3. 实验开始前，所有受试者应充分接受热痛测试各环节的培训。培训可在实验开始前的任何时间进行。
4. 受试者与研究人员之间的互动应仅限于数据采集所必需的内容。禁止开玩笑或闲聊，因为这些行为可能影响数据的一致性。应事先告知受试者，在实验过程中互动将有意保持单调和中性。
5. 指导语应清晰、简洁且一致。强调疼痛是主观感受，不存在正确或错误的答案。最重要的是保持一致性。将热痛阈值定义为“即将感到疼痛”与“刚刚感到疼痛”之间的临界点。
6. 受试者必须准确了解测试过程中会发生什么。任何“意外”都可能导致数据一致性下降，因为可能引发焦虑等混杂因素。例如，若使用七次热痛刺激来确定热痛阈值，则应提前告知受试者这一信息。
7. 受试者可随时通过按下手持控制器上的按钮，阻止热探头进一步升温。掌握控制权将减轻受试者的焦虑情绪，从而提高数据的可靠性。
8. 培训阶段为评估受试者表现提供了机会。建议对受试者进行两到四个测试周期的训练，使其个体疼痛阈值在最后两个测试周期之间的差异不超过0.8°C，理想情况下不超过0.6°C。对于表现不一致的受试者，通常应排除在研究之外。

3. 确定疼痛阈值

1. 开始疼痛阈值测试循环时，首先在受试者皮肤上标记热探头（thermode）的放置位置。在本实验中，将对之前用于微透析的同一处炎症性皮肤病变区域进行疼痛测试，以研究在疼痛刺激下释放的生化物质。
2. 随后，将热探头放置于已标记的皮肤区域，启动每个测试循环。尽可能使热探头的位置与标记位置对齐。让皮肤与热探头之间的温度平衡至35°C——该温度不会引起疼痛且安全可靠。此过程约需5秒，计算机屏幕上显示35°C时即表示已达到平衡。
3. 开始前，将手持控制器交给受试者。
4. 测试过程中，需保持恒定且轻柔的压力，确保热探头整个表面与受试者皮肤完全接触。
5. 现在启动预设的测试程序。热探头将以1°C/s的速率开始升温。一旦受试者感受到疼痛，应立即按下手持设备上的按钮。
6. 当受试者按下手持设备上的按钮后，引发疼痛的热探头温度将被自动记录，随后以10°C/s的速率迅速降温，直至恢复至基础温度35°C。
7. 温度探头将在35°C维持30秒，然后再次以1°C/s的速率升温，直到受试者再次按下手持设备上的按钮。在热探头温度即将再次上升之前，提醒受试者注意这一变化，以保持其注意力集中。
8. 重复此序列，直至完成七次温度记录。计算这七次温度读数的平均值，该值即为热痛阈值（heat pain threshold）。

使用点状压力探针进行机械痛觉测试

1. 引言

1. 我们使用自制的校准穿刺压力探针，因为与传统使用的商业化的 von Frey 针毛相比，它们能提供更一致的结果。探针由相同的圆柱形不锈钢丝（直径 240 μm）制成，固定在不同重量的铜棒（1、2、4、8、16、32、49、64 和 81 克）上，铜棒可在较宽的手持式铝管内自由移动。
2. 机械痛测试所遵循的总体实验条件与热痛测试中所述相同。受试者应充分准备并接受训练。尤其重要的是要向受试者说明探针是钝头的，不会刺破皮肤，这有助于受试者放松并获得一致的数据。

2. 确定机械痛阈

1. 为确定机械痛阈，首先将最轻探针的钢丝尖端垂直施加于实验性炎症病灶中心的皮肤表面。
2. 随后将手持的铝管向下移动至接近皮肤但不接触皮肤的位置，使铝管内铜杆的全部重量落在钢丝尖端上。
3. 受试者通过回答“是”或“否”来表明探针是否引起疼痛。
4. 如果受试者回答“否”，则下一次使用相同重量或更重的探针。该算法称为升序刺激序列。随机决定下一个探针是更重还是保持相同重量，以确保受试者对算法保持盲态。
5. 按升序序列依次应用探针，直至受试者回答“是”。该序列中最后两个探针的平均重量记录为第一个偏转点。
6. 当受试者回答“是”后，开始采用降序刺激序列，使用较轻的探针或与之前相同的探针。随机决定下一个探针是更轻还是保持相同重量，以确保受试者对算法保持盲态。
7. 按降序序列依次应用探针，直至受试者回答“否”。该序列中最后两个探针的平均重量构成第二个偏转点。
8. 当受试者回答“否”后，重新切换回升序刺激序列。在升序与降序序列之间交替进行，直至记录到七个偏转点。这七个点的平均值即为机械痛阈。

讨论

本视频演示了用于评估人类志愿者炎症皮肤中热痛和机械痛阈值的算法。疼痛感知具有主观性。收集充分的疼痛数据需要具备适当的测试环境（例如安静且舒适的环境）、对受试者进行充分培训并内置数据质量控制措施（如重测信度）、严格遵循标准化的研究方案，并避免混杂因素（如压力、焦虑）。可靠的主观疼痛敏感性数据，结合干预措施（如给予镇痛药物）以及伤害性介质局部释放等机制性数据的采集，可为疼痛机制及其预防或缓解方法提供重要见解。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
TSA-II Neuro Sensory Analyzer	工具	Medoc Advanced Medical Systems
Punctuated Pressure Probes	工具	Custom Made		也可使用市售的 von Frey 纤维。