Name: 确定人类受试者皮肤发炎的热和机械痛阈 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-01-14T00:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 21 s
Description: 了解热痛与机械痛测试方法，用于评估人类受试者的伤害性感受阈值。该方案通过热敏分析仪和加权探针精确测量C纤维与Aδ纤维介导的疼痛反应，为疼痛机制研究提供可重复的行为学数据。

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使用TSA II型热刺激仪进行热痛测试
1. 引言
<ol>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ol>
2. 受试对象的准备与训练
<ol>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ol>
3. 确定疼痛阈值
<ol>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>开始前，将手持控制器交给受试者。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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）。</li>
</ol>
使用点状压力探针进行机械痛觉测试
1. 引言
<ol>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ol>
2. 确定机械痛阈
<ol>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>受试者通过回答“是”或“否”来表明探针是否引起疼痛。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ol>

<ol><li>Angst, M. S., Clark, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comment+on+Koltzenburg+et+al.%3A+Differential+sensitivity+of+three+experimental+pain+models+in+detecting+the+analgesic+effects+of+transdermal+fentanyl+and+buprenorphine%5BTitle%5D)+AND+%22Pain%22%5BJournal%5D)">Comment on Koltzenburg et al.: Differential sensitivity of three experimental pain models in detecting the analgesic effects of transdermal fentanyl and buprenorphine.</a> Pain. 126, 165-174 (2006).</li>
<li>Angst, M. S., Clark, J. D., Carvalho, B., Tingle, M., Schmelz, M., Yeomans, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytokine+profile+in+human+skin+in+response+to+experimental+inflammation%2C+noxious+stimulation%2C+and+administration+of+a+COX-inhibitor%3A+A+microdialysis+study%5BTitle%5D)+AND+%22Pain%22%5BJournal%5D)">Cytokine profile in human skin in response to experimental inflammation, noxious stimulation, and administration of a COX-inhibitor: A microdialysis study.</a> Pain. , (2008).</li>
<li>Angst, M. S., Koppert, W., Pahl, I., Clark, J. D., Schmelz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-term+infusion+of+the+mu-opioid+agonist+remifentanil+in+humans+causes+hyperalgesia+during+withdrawal%5BTitle%5D)+AND+%22Pain%22%5BJournal%5D)">Short-term infusion of the mu-opioid agonist remifentanil in humans causes hyperalgesia during withdrawal.</a> Pain. 106, 49-57 (2003).</li>
<li>Lotsch, J., Angst, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mu-opioid+agonist+remifentanil+attenuates+hyperalgesia+evoked+by+blunt+and+punctuated+stimuli+with+different+potency%3A+a+pharmacological+evaluation+of+the+freeze+lesion+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Pain%22%5BJournal%5D)">The mu-opioid agonist remifentanil attenuates hyperalgesia evoked by blunt and punctuated stimuli with different potency: a pharmacological evaluation of the freeze lesion in humans.</a> Pain. 102, 151-161 (2003).</li>
</ol>

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。

<table><tbody><tr><td>TSA-II Neuro Sensory Analyzer</td><td>工具</td><td>Medoc Advanced Medical Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Punctuated Pressure Probes</td><td>工具</td><td>Custom Made</td><td></td><td>也可使用市售的 von Frey 纤维。</td></tr></tbody></table>

测定人类受试者炎症皮肤中的热痛和机械痛阈值

Determining heat and mechanical pain threshold in inflamed skin of human subjects

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。

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。

在《视觉化实验杂志》之前发表的一篇文章中，我们已展示了用于采集组织特异性样本的皮肤微透析技术……

本视频展示了两种疼痛测试方案。第一种模型是通过将热量施加于皮肤以诱发疼痛。在此测试中，受试者会暴露于温度逐渐升高的热刺激器下，并被询问在哪个时间点开始感受到疼痛。热痛阈值是指热刺激模式下的温度，即当温度升高到刚刚引起疼痛时的温度。第二种模型通过机械压力诱发疼痛。在此模型中，将不同重量的探针施加于受试者，当受试者感觉到探针重量达到引起疼痛的程度时予以指示。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对伤害性刺激的处理过程：负责感知灼烧性热痛的无髓鞘C纤维，以及负责感知锐性机械性疼痛的有髓鞘δ纤维。大家好，我是来自斯坦福大学麻醉学系的Martin Angst。在先前发表于《视觉化实验杂志》的一篇文章中，我们记录了在人类志愿者中使用微透析技术特异性采集伤害性感受和炎症相关生化物质的方法。今天，我们将向您展示通常与微透析技术联合使用的疼痛测试范式。疼痛测试范式与微分析技术的结合使用，为行为学数据与生化数据之间建立了关键联系，使我们能够识别出引发和传导疼痛信号的生化物质。那么我们开始吧。本实验采用TSA二代，这是一种市售的热感觉分析仪，可向皮肤传递热刺激。使用该设备时，中央单元生成信号并将其传输至热探头。该信号由专有软件控制，该软件通常存储在连接到中央单元的笔记本电脑上。此外，中央单元还连接有一个手持控制器，允许受试者停止热刺激仪的加热。依次施加七次热刺激，刺激间间隔为30秒。基础热刺激温度设定为舒适的35摄氏度。热刺激的升温速率设定为每秒1摄氏度，而降温速率设定为每秒10摄氏度，最高热刺激温度设定为52摄氏度。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。同时，你自己也要坐得舒适。您需要一条毯子吗？好的，谢谢。毯子。好的。躺椅还应便于接触待检查的身体部位。实验场所应设置在温度适宜的房间内，并在实验开始前提供安静、中性的环境，避免任何干扰。所有参与者应在实验前接受充分的热刺激相关各方面培训。疼痛测试培训可在实验开始前的任何时间进行。研究对象与研究人员之间的互动应仅限于数据收集所必需的内容。不鼓励开玩笑或闲聊，因为这些行为可能影响数据的一致性。研究对象将被告知，互动会刻意保持一定程度的单调和中性。实验过程中，保持指导语清晰、简洁且一致。强调疼痛是主观感受，没有正确或错误的答案。保持一致性最为重要。今天我们将会进行热痛测试，其中一项关键要求是获得您非常一致的结果。我们需要您能够清晰地识别出痛觉阈值，即您首次感到疼痛的那个时间点，以便确保您的反应具有高度一致性。对我们来说，保持环境非常安静、平和且无过多刺激非常重要，明白吗？因此在整个操作过程中，我们之间不要交谈，不能开玩笑，也不能讨论当天的政治话题，明白了吗？我们将只关注足部，将全部注意力集中在疼痛测试本身。好吗？好的。同样，获得一致的结果对我们来说非常重要。而您能提供一致结果的唯一方法，就是保持环境非常安静、非常平淡，真正地显得无趣且乏味。好吗？受试者必须清楚了解测试过程中可能发生的情况。任何意外都可能导致数据一致性降低，因为可能会产生焦虑等混杂因素。将热痛阈定义为“即将产生疼痛”与“刚刚开始疼痛”之间的临界点。例如，若使用七次热痛刺激来确定热痛阈，受试者应事先知晓这一信息。那么测试是如何进行的呢？我们将测量热痛阈值。好的，这就是您首次感受到疼痛的那个临界点。好的。将重复进行七次曝光。好的。每次曝光之间会有32秒的间隔。好的。治疗模式将放置在您的腿部。它会从一个舒适的温度开始，随后温度将逐渐升高，你会依次感觉到舒适、温暖、非常非常温暖、热、非常非常热。好吗？在某个时刻，你会开始感受到灼烧样的疼痛。一旦你感受到这种灼烧样疼痛，请立即按下按钮，温度便会迅速回落至正常水平。好吗？这将是第32次中断，然后会重复。好吗？好。您还需要了解的是，该设备已设定为不会达到足以实际损伤皮肤的高温。因此，尽管您可能会感到灼烧样的疼痛，并且感觉皮肤似乎正在被灼烧，但实际上不会损伤组织。所以你无需犹豫，也无需担心按按钮稍早了一些，即在你真正感受到最初疼痛之前就按下了按钮，因为你不会受到任何伤害。哦，好的。好的。了解这一点很有帮助。在任何时候，受试者都可以通过按下手持控制器上的按钮来阻止温度进一步升高。掌握控制权将减轻受试者的焦虑情绪，从而使数据更加可靠。如果我对测试本身有疑问，我们应该现在讨论这些疑问，还是我应该先关闭问题留待以后再说？在训练过程中，您可以在刺激呈现的间隙提问。好的。当我们真正开始进行研究时，您和我将不能进行任何交谈。好的。因此，培训必须规范进行，确保你充分熟悉自己的任务。好的。在研究的数据采集阶段，你我之间将完全不进行任何交谈。明白吗？好的。我想我可以做到。好的，很好。我们仍然会进行练习。训练环节提供了一个评估受试者表现的机会。最好在两到四个测试周期内对受试者进行训练，使其个体疼痛阈值的变化不超过0.8摄氏度，理想情况下在最后两个测试周期之间的差异不超过0.6摄氏度。对于表现不稳定的受试者，通常会被排除在研究之外。非常感谢您今天前来。很抱歉，您可能不适合参与本次研究。因为在疼痛评分方面，您很难保持一致性，有些人能够做到，但出于某些原因，有些人确实会遇到很大困难。好的。而我们的结果不够一致，不足以成为该研究的合适候选对象。好的，谢谢。开始疼痛阈值测试循环时，标记热刺激器在受试者皮肤上的放置位置。在本实验中，将对用于微透析的同一处炎症性皮肤病灶进行疼痛测试。在开始测试前，为了解疼痛测试引发的生化物质释放情况，先将手持控制器交给受试者。通过将热刺激仪放置在标记的皮肤区域来启动每个测试周期，尽可能使热刺激仪的位置与标记位置对齐。使用恒定且轻柔的压力，使热刺激仪的整个表面与受试者的皮肤充分接触。测试过程中，等待皮肤与热刺激仪之间的温度平衡至35摄氏度，该温度不会引起疼痛。此过程大约需要五秒钟，计算机屏幕上显示35摄氏度时即表示已达到平衡。现在启动预设的测试程序算法。30秒后，热刺激装置将以每秒1摄氏度的速率开始升温。受试者一旦感到疼痛，即按下手持设备。按下按钮后，热刺激温度将自动被记录，并以每秒10摄氏度的速率下降，直至降至其35摄氏度的基础温度。温度探头将自动在35摄氏度维持30秒，随后再以每秒1摄氏度的速率开始上升，直到受试者再次按下手持设备的按钮为止。提醒受试者热刺激温度即将升高。这一步骤有助于保持受试者的注意力集中。重复该序列，直至记录到七次温度数据。计算这些温度读数的平均值。该值即为诱发机械性疼痛的热痛阈值。通常使用点状压力探针，也称为 von Frey 纤维。将这些探头施加于皮肤，直至探头发生弯曲。尽管Von Frey纤维丝可商业购买，但建议使用定制的、经过校准的点状压力探头，因为它们能提供更一致的结果。这些探头由直径为240微米的相同圆柱形不锈钢丝制成。这些装置安装在不同重量的铜棒上，铜棒可在较宽的手持式铝管内自由移动。机械痛测试将采用与热痛测试相同的常规实验条件。同样，受试者的准备和训练方式也应保持一致。尤其需要向受试者保证，探头是钝的，不会刺破皮肤。这有助于受试者放松，从而获得一致的数据。用于测定机械性疼痛阈值。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处的皮肤。然后，将手持的铝管向下移动至接近皮肤，但不接触皮肤。这样，内部铜棒的全部重量都压在钢丝尖端上。受试者通过回答“是”或“否”来表明探针是否引起疼痛。如果受试者回答“否”，则使用下一个更重的探针。该算法称为升序刺激序列。按升序依次施加探针刺激，直至受试者回答“是”。记录此序列中最后两个探针刺激的平均重量，作为受试者回答“是”后的第一个转折点。开始使用递减刺激序列，并使用下一个较轻的探针。按递减顺序依次应用探针，直到受试者回答“否”。在此序列中，最后两个探针的平均重量即为第二个偏转点；当受试者回答“否”时，切换回递增刺激序列。在递增和递减序列之间交替，直至记录到七个偏转点。这七个点的平均值即为机械痛阈值。该算法可通过随机重复刚刚使用过的探针（无论是在升序还是降序序列中）而变得更加复杂，这有助于使受试者对下一个探针的选择保持盲态。我们刚刚向您展示了两种疼痛测试范式，一种使用热刺激，另一种使用机械力。在实施这些操作时，重要的是让受试者知道，他们始终可以控制所承受疼痛的程度，究竟何种程度属于疼痛、何种程度不属于疼痛，完全由他们自己决定。就是这样。感谢观看，祝您的实验顺利。

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科研

JoVE Journal

Biology

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