本实验的目的是展示一系列用于人体感觉和疼痛测量的定量技术。所描述的设备和技术在疼痛门诊中常见,或易于获取。
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本实验的目的是展示一系列用于人体感觉和疼痛测量的定量技术。所描述的设备和技术在疼痛门诊中常见,或易于获取。
在科研和临床环境中,可采用多种定性与定量技术来检测感觉神经和疼痛。本研究展示了一种定量感觉测试方案,使用便携且易于获取的设备,测量触觉、压力痛阈和热痛阈。这些技术和设备非常适合预算有限或成本为限制因素的新建实验室和诊所。我们演示了以下项目的测量方法:四肢皮肤的机械敏感性(von-Frey纤维丝)、辐射热和接触热敏感性(使用视觉模拟量表(VAS)进行阈值和定性评估),以及机械压力敏感性(压力测痛计,同时进行阈值和VAS评估)。文中所述及演示的技术和设备在全球大多数诊所和科研实验室中均易于购买、储存和运输。该方法的一个局限性在于缺乏自动化或计算机控制,因此与更先进的设备相比,这些操作在人员培训和数据记录方面可能需要更多人力投入。我们提供了所演示技术的一组可靠性数据。根据我们的描述,新建实验室应能够建立并开展这些测试,并生成自身的内部可靠性数据。
慢性疼痛是一种全球性的临床问题。全球有超过15亿人遭受慢性疼痛的困扰,约5%的人口患有神经病理性疼痛,且发病率随年龄增长而上升1。在美国,受疼痛影响的人数估计超过糖尿病、心脏病和癌症患者人数的总和2。尽管人们对这一问题的认识正在提高,但现有治疗方法并不总是有效,可能费用昂贵,并可能产生严重的副作用,包括成瘾性。针对疼痛治疗的研究仍在持续进行,但由于个体间疼痛差异显著,用于研究或诊断的疼痛测量方法往往存在困难。特别是依赖视觉模拟评分(VAS)等定性方法来评估治疗效果,因疼痛本身具有主观性和个体差异性而受到质疑3。随着全球越来越多的研究实验室和小型诊所致力于疼痛相关问题的研究与治疗,对准确、一致、便携、定量且经济可行的测量方法的需求日益迫切。
疼痛测量中的一个关键区别是急性疼痛与慢性疼痛。急性疼痛是对损伤、感染或其他有害刺激的正常反应。急性疼痛通常随着治疗和时间推移而缓解,且疼痛部位通常具有特异性。然而,慢性疼痛可能与最初的一次急性疼痛发作有关,也可能为特发性。慢性疼痛可能涉及损伤部位,但往往在全身广泛存在4。慢性疼痛可持续数周、数月甚至数年,给患者及其家庭、雇主和社会带来巨大的身体、心理和经济负担。准确识别和量化疼痛的能力对于正确诊断、评估持续治疗效果以及开发新的镇痛治疗方法至关重要。因此,定量和定性感觉测试对于诊断和治疗具有重要意义。
有多种方法可用于检查外周感觉和疼痛:神经传导速度(NCV)、体感诱发电位(SEP)、皮肤活检以及定量感觉测试(QST)。临床医生也常规使用床旁神经系统感觉检查,但此类检查未经过校准,且缺乏标准化的操作指南5。NCV和SEP检查虽可提供一定信息,但与QST相比,它们需要高度专业化的设备,通常仅检测大直径神经纤维,仅能评估功能丧失情况,且无法全面测试整个躯体感觉系统6,7。皮肤活检可用于评估神经纤维密度,但与QST相比,其具有侵入性,且需要组织处理和显微镜观察,整个过程可能需要数天时间才能完成8。此外,活检仅针对躯体感觉系统的某一微小特定区域,无法评估神经功能。QST测量克服了其他检测方法的大多数局限性。近年来,QST的标准化正常参考数据已陆续发布,进一步提升了其在疼痛及神经感觉评估中的应用价值9-11。因此,本实验方案重点介绍用于慢性疼痛研究的QST测量方法。
新技术使得在配备完善的实验室中对疼痛和躯体感觉(例如,压力和热觉)的评估变得精确且可靠,这些实验室已建立了内部操作规程12。然而,许多此类技术便携性差,且对于新建或小型研究实验室及医疗诊所而言成本过高。此外,不同实验室之间技术使用的操作规程尚未标准化13,这可能影响结果的可靠性。因此,本文的目标是展示可在大多数诊所或研究实验室现有设备条件下实施的、有效且可靠的疼痛与感觉检测方法。本方案的制定依据在于,尽管许多患者饱受慢性疼痛之苦,且准确的疼痛评估对于诊断和治疗至关重要,但目前尚无包含检测方法可视化演示的已发表操作规程。
一种用于测试急性疼痛的近乎全自动的设备示例是神经感觉分析仪(Neuro Sensory Analyzer),该设备可对人体皮肤灼伤后热痛觉进行可靠评估,Angst 等 的研究已对此进行了验证14。该设备采用模块化设计,可添加其他感觉测试装置。在该研究中,Angst 等 还展示了使用点状压力探针(Punctuated Pressure Probes)进行压力感觉测试的方法,这些探针为定制设备。尽管这些探针应能提供更一致的结果,但目前很少有实验室或临床机构配备此类探针。
本方案介绍了用于慢性疼痛的定量感觉测试(QST)测量方法:采用 von Frey 纤维丝进行皮肤感觉测试,使用辐射热("Hargreaves" 法)和接触式热刺激技术,以及用于深部组织疼痛的压力痛阈测量法。这些 QST 测量方法并非独一无二,而是目前在医疗机构、医院和科研实验室中进行人类感觉测试最常用且普遍接受的方法13,15,16。机械和热刺激被用于检测皮肤和深部感觉。此外,这些测量方法还包括对正常感觉和疼痛状态下粗纤维与细纤维敏感性的评估。为评估深部组织疼痛(如肌肉疼痛),常采用压力痛阈测量法,这是量化肌肉等软组织疼痛最常用的技术17,18。压力刺激诱发的疼痛由 A-δ 纤维和 C 纤维共同介导19。这种双纤维激活既具优势也存在局限:虽然可同时检测多个神经通路,使其成为整体评估的良好指标,但其特异性较低。为检测触觉敏感性,通常使用 von Frey 纤维丝对皮肤进行机械刺激,因其是疼痛诊疗和神经科临床中最常用的感觉检测装置之一。von Frey 纤维丝主要激活 A-β 纤维20,但其特异性有限,因为低阈值机械感受器和伤害性感受器均可被激活21。该方法曾受到批评,主要原因是操作过程中可能存在变异性(如纤维丝压入程度或手部意外移动),以及纤维丝的机械特性可能随时间发生变化22,23。本方案通过提供详细的操作脚本和纤维丝校准步骤,解决了上述问题。
对于热痛,采用"Hargreaves"法(可见光和梯度升温)的辐射热以及热探头来检测接触性热刺激。接触热与辐射热激活热感受器的方式不同,甚至可能相互干扰。已有研究表明,动态接触可抑制热伤害性感受24。这类似于“热感知转移”的概念,即触觉参与了正常的温度感知过程25-27。因此,本实验包含一项热感觉测量和两项热痛测量。首先,使用辐射热测定温度变化的感知阈值(从室温开始)。其次,利用辐射热源测定热痛阈值。温暖觉变化(非伤害性)的感知部分由C纤维上的瞬时受体电位(TRP)通道介导,而热痛则由C纤维和Aδ纤维上的TRPV1/V2及其他高阈值通道介导28-30。在阈值测定过程中,快速皮肤加热首先激活Aδ纤维,产生"第一痛觉",随后出现由C纤维介导的"第二痛觉",后者被描述为"搏动性、烧灼样或肿胀感"31。加热更倾向于激活C纤维,因此是评估第二痛觉的最佳方法32。在接触热测试中,施加恒定的伤害性温度,以评估疼痛的定性强度及其情感维度。
在制定定量感觉测试(QST)方案时考虑的另一个变量是解剖部位。对于急性疼痛或部位特异性疼痛,通常在疼痛发生的解剖位置进行测试。由于本方案的设计初衷是针对慢性疼痛状况,因此我们采用更为整体性的方法。该方案选择在前臂和腿部评估感觉,而非手部,因为已有研究表明,手部的热痛阈值显著高于前臂33,且尽管手部能够感知热伤害性刺激,但其发生频率和强度均低于前臂24。尽管该方案适用于大多数慢性疼痛状况,但我们提醒使用者注意,某些慢性疼痛疾病会影响特定的解剖区域,在为特定患者群体调整方案时应充分考虑这一因素。
尽管这些定量感觉检测(QST)测量方法是最常用且被公认为最可靠的检测手段之一,但其成本低廉且普及度高,大多数诊所和研究实验室可能已经具备这些设备,能够负担相关费用,并可方便运输。该QST方案适用于任何需要对慢性疼痛患者进行检测的实验室或诊所。迄今为止,尚无已发表的可视化报告展示这些测量方法的使用流程及其可靠性。基于本方案的演示以及提高可靠性的相关建议,各实验室或诊所可轻松评估自身的测试-重测可靠性。由于许多诊所需要使用多名技术人员来完成所有患者的检测,因此评估不同操作者之间的评分者间可靠性数据对于选择合适的方案具有重要意义。我们提供了一组初步数据,表明该方案具有良好的可靠性,但强烈建议各诊所和实验室仅将其作为参考范例,因为每个诊所及每名慢性疼痛患者群体均具有独特性。
关于感觉与疼痛测试中损伤风险的注意事项:
与皮肤机械测试相关的损伤风险极低,几乎不可能发生。机械测试是安全且被广泛应用的。受试者的风险极小,原因如下:1)该测试不会产生疼痛或有害刺激;2)已明确告知受试者可在任何时候随时终止任何操作,且不会产生不良后果;3)受试者所感受到的刺激强度远低于其耐受水平和疼痛阈值。
与热痛测试相关的损伤风险极低。热测试安全且被广泛应用。尽管热测试会产生疼痛,但对个体的风险极小,原因如下:1)疼痛具有短暂性,通常在操作结束后立即消失;2)受试者被告知可在任何时候主动终止任何操作,且不会产生不良后果;3)受试者所经历的疼痛程度低于其耐受阈值。使用Hargreaves热刺激时,存在极轻微的烫伤风险,但以下措施可将其降至最低:1)刺激参数设有正向锁定机制,防止温度超过50 °C;2)刺激仪内置自动关闭系统,可避免长时间或高强度刺激(20秒)的施加;3)配备电子温度计,在每次使用前及使用过程中测量玻璃表面的温度(详见仪器部分)。仅当在20秒截止时检测到的温度≤50 °C时,才会进行疼痛阈值测试。
与压力痛觉测试相关的损伤风险极低。压力测试安全且被广泛应用。尽管压力测试会产生疼痛,但对个体的风险极小,原因如下:1)疼痛具有短暂性,通常在操作结束后立即消失;2)受试者被告知可在任何时候要求停止任何操作,且不会产生不良后果;3)受试者所经历的疼痛程度低于其耐受阈值;4)施加的疼痛强度从不超过该受试者的疼痛阈值,而该阈值远低于可能造成组织损伤的压力水平。压力测试的一种罕见副作用是在刺激部位出现瘀伤。在此情况下,不应在已发生瘀伤的部位再次进行测试。通过在研究中排除容易瘀伤或正在服用抗凝血药物的个体,可最大程度降低出现瘀伤的可能性。
在入组期间,向参与者全面介绍将使用的所有感觉和疼痛测量方法。在获得初始知情同意后,所有参与者均可在正式入组前亲身体验全部感觉和疼痛测量过程。所有感觉与疼痛检测均基于已在健康人类受试者及慢性疼痛患者中广泛应用的成熟检测方法34。所有检测均采用无害刺激(非疼痛性刺激)或急性有害刺激(引起疼痛但不造成组织损伤的刺激)。不同测试之间的间隔时间>5 分钟,以使受试者得以休息,并减少感觉疲劳或感觉敏化的可能性。每次测试过程中,各项检测的顺序保持一致。测试的具体部位仅限于左右前臂的 T1 皮节以及左右小腿的 L3/S2 皮节。所有测试部位均用标记笔标出,各测试点之间保持适当距离,以避免感受野激活的重叠(图 1)。完整的材料清单见材料与设备表。在重测信度研究中,每位受试者由两名实验人员在同一天内分别进行测试。
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所有涉及人类受试者的研究均须获得各机构审查委员会的批准。本研究中所描述的所有测试均已获得杜肯大学机构审查委员会关于人类受试者研究的批准。各项测量指标的培训与具体描述如下:
1. 皮肤机械敏感性检测13
注意:要求入选的受试者坐在椅子上,并对其待测肢体提供支撑。该检测旨在确定对无害皮肤刺激的感觉阈值。刺激使用标准感觉评估用 von Frey 单丝(参见仪器部分)。这些细小的尼龙单丝各自施加单一的力(范围从 0.078 mN (0.008 g) 到 4.08 mN (1.0 g))。
2. 辐射热敏感性检测35
注意:要求入选的受试者坐在椅子上,并对其待测肢体提供支撑。该检测旨在确定对非疼痛性热变化及疼痛性热刺激的敏感阈值。刺激通过辐射热装置35提供。该装置使用聚焦光束,透过一块厚度为0.64 mm的安全玻璃,缓慢加热受试者的皮肤(详见下文仪器部分)。
3. 压力敏感性检测13,37
注意:要求入选的受试者坐在椅子上,并对其待测肢体提供支撑。该检测包括确定受试者对疼痛性压力刺激的敏感阈值,随后在另一次试验中评估相同压力的感觉质量和不适程度。刺激采用标准临床压力痛觉计(见下文材料与设备表中的仪器部分)进行。该装置由一个连接至压力计的 2 cm 探头组成。
4. 可靠性研究
注意:为了检验该方案的可靠性,我们开展了一项小型研究,比较了同一受试者在一名男性和一名女性检查者之间的评分结果。
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本文描述了使用VAS(图2)在人类受试者中测量无害感觉和疼痛的具有成本效益的定性与定量检测方法的实施过程。视觉化呈现非常重要,因为这些检测的准确和精确结果依赖于技术人员对方案的正确且一致的操作。此外,了解多位技术人员按照所述方法操作是否能够收集到可重复的数据也具有重要价值。尽管本研究的目的并非进行一项全面的信度分析(即,我们未对多次检验进行统计学校正),但结果展示了测量的一致性,并为各实验室在首次采用该技术时可能进行的信度量化分析提供了示例。为检验检测方法的实验者间信度,两名独立实验者(一男一女)对六名受试者进行了测试。所有受试者均顺利完成研究,未发生任何不良事件。两名实验者在同一天对受试者进行测试,两次测试间隔30分钟。实验者测试顺序(男性先测或女性先测)在六名受试者中随机分配。受试者的平均年龄为21.8岁(标准差 = 2.0),平均BMI为23.5(标准差 = 3.3);六名受试者中有三名为女性。如表1和图3所示,机械、热和压力测试的实验者间信度均...
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我们已展示了一种经济且简便的定性与定量感觉测试方法,可用于评估人体受试者的机械感觉、温度感觉与疼痛以及压力痛觉。这些检测方法的价值在于易于实施且所需培训时间极少。每位实验人员仅需接受少量培训(一次试观察和一次试操作),因此可在一天内培训多名技术人员。结果表明,不同实验人员之间以及同一受试者内部均具有良好的可靠性。根据各实验室所进行测试项目的数量,建议对多次ICC检验进行多重比较的统计学校正。
实验者间信度的一个测量指标——机械敏感性——未达到统计学显著性(ICC = 0.76,p = 0.08)。我们重新检查了其中两名受试者的实验记录本,未发现数据采集过程中存在异常。尽管更大的样本量可能达到统计学显著性,但我们认为该结果仍值得注意,原因有三:第一,疼痛作为一种主观体验,难以准确测量,因此对测试过程进行标准化的努力再怎么强调也不为过;第二,在进行此类测量时,应考虑疼痛测试中可能存在性别偏差;最后,可能存在比例性偏差,即在所考察的范围末端 "高灵敏度" 检测结果的可靠性可能会降低。需要开展更广泛的研究,以准确确定是否存在这种偏差。
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢以下资助来源:杜肯大学教师发展基金向 Kimberly Szucs 博士和 Alex Kranjec 博士,以及 Benedict Kolber 博士和 Matthew Kostek 博士提供的资助。我们还感谢 Rachel Sweetnich 提供的实验协助,以及杜肯大学疼痛本科生科研体验项目向 Sweetnich 提供的资助(导师:Szucs 和 Kostek)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 压力测痛计/测力计 | Wagner Instruments | FDK 20 | 压力测痛计用于量化压力痛阈。它配备一个橡胶尖端附件,由研究人员将其施加于标记好的皮肤部位。表盘记录压力值,每次测量后需重置。 |
| von Frey 皮肤刺激器 | Touch Test | NC1275-01 至 -08 | 这些 von Frey 纤维丝常用于科研和临床环境中检测感觉敏感性。我们使用的8根纤维丝覆盖一系列敏感度,其力度分别为 1.65 mN、2.36 mN、2.44 mN、2.83 mN、3.22 mN、3.61 mN、3.84 mN 和 4.08 mN。 |
| "Hargreaves" 装置,测试平台 | 定制 | n/a | 使用一个完整的底座和四个支撑柱构成平台,用于承载一块安全玻璃,热源通过该玻璃将热量传递至受试者放置在玻璃上的手臂或腿部。热灯置于玻璃下方。 |
| 0.64 cm Pyrex 安全玻璃 | DuPont | n/a | 安全玻璃至关重要,可在玻璃表面意外破裂时防止伤害。 |
| 电子温度计/热电偶 53 IIB | Fluke | 3821062 | 热电偶用于温度测试。将其放置于受试者手臂或腿部下方的玻璃表面,以测量玻璃层面的温度。 |
| IITC Plantar Analgesia Meter | Life Science Inc. Woodland Hills, CA | 390 | 这是 Hargreaves 测试所用的热源和计时器。该设备的热源具有“待机状态”,便于精确放置热源位置。热源为辐射光,光束聚焦至玻璃顶部,在手臂或腿部形成一个 4 mm × 6 mm 的高强度光斑。 |
| 检查员操作脚本 | 定制 | n/a | 每次测试均使用书面脚本供检查员遵循。由于疼痛和敏感性可能受环境压力影响,我们力求在不同受试者之间保持最大程度的一致性。每次测量时,检查员均需严格按照脚本宣读内容,以确保语言表达的一致性。 |
| 测试部位标记笔 | Sharpie | n/a | 若无需进行多日连续测试,可优先选用可擦除标记笔。 |
| 恒温热刺激块 | Benchmark Scientific | BR10-00 | 该刺激块采用数字控制,其表面尺寸为 2 cm × 3 cm。 |
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