By assessing pain in response to repetitive or different types of standardized stimuli, dynamic quantitative sensory testing (QST) can reveal changes in the central processing of pain. We present methods to optimize and individualize two dynamic QST measures: temporal summation (TS) and conditioned pain modulation (CPM).
Central facilitation and modulation of incoming nociceptive signals play an important role in the perception of pain. Disruption in central pain processing is present in many chronic pain conditions and can influence responses to specific therapies. Thus, the ability to precisely describe the state of central pain processing has profound clinical significance in both prognosis and prediction. Because it is not practical to record neuronal firings directly in the human spinal cord, surrogate behavior tests become an important tool to assess the state of central pain processing. Dynamic QST is one such test, and can probe both the ascending facilitation and descending modulation of incoming nociceptive signals via TS and CPM, respectively. Due to the large between-individual variability in the sensitivity to noxious signals, standardized TS and CPM tests may not yield any meaningful data in up to 50% of the population due to floor or ceiling effects. We present methodologies to individualize TS and CPM so we can capture these measures in a broader range of individuals than previously possible. We have used these methods successfully in several studies at the lab, and data from one ongoing study will be presented to demonstrate feasibility and potential applications of the methods.
Den IASP (IASP) definerer smerte som "en ubehagelig sensorisk og emotionel oplevelse." Kronisk smerte refererer til smerte, der varer ved i over 6 måneder. Kroniske smerter er et stort problem i USA, påvirker mere end 100 millioner amerikanske voksne til en pris op mod milliarder $ 635 om året. 1 På grund af den subjektive karakter af smerte, er det svært for forskere og klinikere til objektivt at måle en persons smertefuld oplevelse (r), derfor gør det udfordrende at vurdere og behandle smerter. Af denne grund er det vigtigt, at vi udvikler standardiserede tests til at kvantificere smerte så objektivt som muligt. En sådan test er QST, hvor standardiserede sensoriske stimuli administreres til og vurderet af testpersonen. 2 Der er statisk og dynamisk QST. Den tidligere vurderer typisk de sensoriske tærskler til eller rating af en enkelt stimulus, mens sidstnævnte vurderersvar på en række stimuli. 3 For nylig, dynamisk QST har fået stigende opmærksomhed, fordi det giver mulighed for at sondere den centrale behandling af indkommende nociceptive signaler. 4, 5, 6,
To centrale elementer i dynamisk QST er tidsmæssig summation (TS) og betinget smerte modulation (CPM). Temporal summation refererer til den øgede opfattelsen af smerter fra gentagne, skadelige stimuli. TS er en adfærdsmæssig korrelat af vind-up, det fænomen, hvor spinal sekundære neuroner udviser øget fyring på grund af gentagne c-fiber-indgang. 7, 8 Generelt TS kan induceres ved hjælp af forskellige skadelige stimuli, såsom varme, elektricitet og taktile metoder (dvs. tryk eller nålestik), forudsat at frekvensen af den repetitive stimulus er større end 0.3Hz, egenfrekvens c -fibers. 9, 10 Mange forskere bruger repetitive varme impulser til at generere TS på grund af den lethed i at producere og standardisere skadelige varme stimuli. 11
CPM betegner fænomenet "smerte hæmmer smerte", hvor tilstedeværelsen af en anden skadelig stimulus nedsætter smerteopfattelsen fra en indledende skadelig stimulus. 12 Den indledende skadelig stimulus, som måles før og efter (eller under) anvendelsen af den anden stimulus, omtales som test stimulus. Testen stimulus kan være termisk, elektrisk eller taktile. Her termisk stimulus er ofte brugt som test stimulus på grund af dens lethed i tilpasning og standardisering. 13 Den anden stimulus, kaldet conditioning stimulus, består typisk af en kold eller varmt vandbad anvendt til en distal ende. 13 CPM er den adfærdsmæssige korrelat of Diffus Noxious hæmmende kontrol (DNIC), en fysiologisk fænomen, hvor input fra perifere c-fibre resulterer i diffus hæmning fra hjernestammen af alle indgående stimuli medieret af c-fiber fra heterotopiske felter. 12, 14
Mens TS og CPM begge har potentiale til at afspejle stater og ændringer i central smerte behandling, eksisterer begrænsninger i begge. 4, 5 for eksempel fordi der er en stor variation i enkeltes følsomhed over for varme, at anvendelsen af en universel stimulus kan resultere i mangel på TS hos op til 50% af personer testet. 11, 15 Ligeledes en termisk test stimulus resulterer ofte i vidt forskellige smerter ratings, der kan gør CPM test umulig på grund af gulv eller loft effekter. 16 Derfor, for at fange TS og CPM bredt, en protokol, som adjusts varmen stimulus til er nødvendig individet. For TS, vi justerer varme puls temperaturer, så de kan generere tilstrækkelig stigning i smerte rating med hver efterfølgende puls; mens for CPM, vi justerer den termiske test stimulus til moderat smertefulde (6 10) for hver enkelt, så tilstrækkelig smerte ratings kan stadig eksistere efter anvendelsen af en konditionering stimulus.
For alle psykofysiske tests, uddannelse af deltageren i den korrekte bedømmelse af smertefulde stimuli er afgørende for nøjagtigheden og reproducerbarheden af disse adfærdsmæssige tests. 17. Det er især relevant for TS når flere stimuli præsenteres i et hastigt tempo, og, i tilfælde af CPM, når to forskellige stimuli anvendes samtidigt til deltageren. Desuden er der for TS fra varme impulser, er det især vigtigt at træne deltageren at bedømme c-fiber medieret anden smerte (langsom, brændende, kommer som regel på ca. 1 sekund efter varmen puLSE) og ikke den første smerte (medieret af A-delta fibre og komme på straks med varmen puls). 18, 19 Dette er mindre et problem i CPM som stimuli der er meget længere (> 30 s) og C-fiber-medieret sensation ville dominere skadelige opfattelsen i disse situationer. 19, 20 i protokollen nedenfor, vil vi gå over ordentlig uddannelse af deltagere i detaljer.
Kritiske trin i protokollen
TS-protokollen omfatter følgende i vigtige trin i kronologisk rækkefølge: multi-step træning (ved hjælp af visuel analog skala for at klassificere smerter, bedømmelse af anden smerte fra en enkelt varme puls, og bedømmelse sekunder smerter fra hurtige varme puls tog); optimering af puls temperaturer; få TS i 2-3 forsøg med de optimerede temperaturer. Som med de fleste psykofysiske foranstaltninger, deltager uddannelse er yderst kritisk for at sikre, at smerte ratings er konsistente på tværs forsøg, og er så nøjagtige som muligt. Optimeringen skridt er lige så vigtigt, hvor både baseline og peak puls temperaturer indstillet således, at ratingen af den første varme pulsen er mindre end 5/10, og tilnærmet TS er mellem 3 til 7.
De vigtigste trin i CPM omfatter uddannelse af smerte rating på visuel analog skala, opnåelse Heat-6 fra langsomme varme ramper, hvilket bekræfter Heat-6 og fine tærskling hvis necessAry, anvende et koldt bad til kontralaterale distale ende og ansøge bekræftet Heat-6 i løbet af de sidste 30 s koldt bad. Svarende til TS-protokollen, både træning og individualisering af varmen stimulus (Heat-6) er kritiske i CPM-protokollen. Derudover af erfaring samt fra litteraturen, gentage Heat-6 stimulus i de sidste 30 sekunder af det kolde bad er kritisk og giver en større størrelse af CPM i forhold til anvendelse af varmen stimulus efter det kolde bad. 26 Men eftersom nogle personer ikke kan tåle den fulde 2 min af kold pressor ved 10 grader Celsius, kan det være rimeligt at overveje at anvende test stimulus umiddelbart efter afslutningen af de conditioning stimulus at standardisere dataindsamlingen på tværs af alle individer.
Ændringer og fejlfinding
Det mest almindelige problem med TS-protokollen er den manglende evne til at opnå TS, som kan skyldes3 vigtigste årsager. Første, og mest almindeligt, smerten bedømmelse fra første heat puls kan være så stærk, at det overvælder opfattelsen af udvidelser af smerte med efterfølgende pulser (TS). Den bedste måde at minimere dette problem er at følge protokollen og sekventielt formindske baseline og peak stimulus temperatur, indtil smerten vurdering af den første impuls er mindre end 5 (ud af 10) inden optimere størrelsen af TS. Den anden årsag, modsat den første, er, når deltageren opfatter overhovedet ingen smerter ved afslutningen af de 10 pulser selv ved indstillingerne højeste temperatur. I sådanne situationer kan man overveje at øge baseline puls temperaturen med 1 eller 2 ° C. Indimellem kan en person blot har en hård tid kræsne og bedømmelse anden smerte, muligvis på grund af både perifere og centrale faktorer. Uden pålidelig opfattelse af anden smerte, er det meget vanskeligt at fange TS. I sådanne situationer, finder vi det bedste sæt af temperaturer, en individual kan tåle og optage TS som nul.
De mest almindelige barrierer for en vellykket CPM protokollen er ustabiliteten af Heat-6 og den manglende evne til at tolerere et koldt bad (10 ° C) i 2 min. Brug den fine tærskling i den nuværende protokol til at løse det første problem ved at justere varme stimulus temperatur trinvis, indtil smerten bedømmelse er mellem 5 og 7. For andet spørgsmål, opmærksom på, at litteraturen foreslår hæmmende virkning fra konditionering stimulus er mættes . 27 Som sådan, selv hvis en person ikke kan holde sin mund i koldt bad i 2 minutter, bør en tilstrækkelig CPM virkning forekomme med dette intenst smertefulde kolde stimulus. Ændre den protokol til registrering af varigheden af foden nedsænket i koldt vandbad og levere varmen stimulus umiddelbart efter deltageren trække sin fod fra det kolde bad. CPM beregnes herefter som den smerte bedømmelse af varmen stimulus før subtraheres fra den smerte rating af heat stimulus anvendes umiddelbart efter det kolde bad (ikke under, som den generelle protokol angiver).
Begrænsninger i Teknik
Denne metode er ikke uden begrænsninger. Først på trods af vores bedste indsats, vi var ikke i stand til at fremkalde TS og CPM i hvert enkelt (savnet 1 deltager i TS og 1 i CPM, henholdsvis). Dette til dels kan skyldes den store mellem-individuel variabilitet i disse parametre. 5, 15, 16, 28, 29 Imidlertid succesraten var 94%, hvilket var bedre end 50-60% succesrate citeret fra litteraturen. 22, 28 det andet forskere skal tage forsigtighed ved fortolkningen mellem-individuelle forskelle i TS genereres af denne metode, da vi bruger forskellige varme puls temperaturer til at generere TS i hvert indikelte. Derfor, når man sammenligner TS i et tværsnit prøve, bør man tage hensyn til både de forskelle i størrelsen af TS og i temperaturer, der anvendes til at generere den. Den individualiserede TS metode er bedst egnet til longitudinelle studier, hvor fokus er på ændringerne i det samme individ overarbejde. Den samme bekymring gælder ikke for den individualiserede CPM fordi den samme konditionering stimulus bruges til alle personer, og kun ændringen i smerte opfattelsen af individualiserede Heat-6 registreres og ikke den rå score på Heat-6 smerte. Selv om denne metode giver mulighed for bred indfangning af TS og CPM, tager det mere tid i forhold til metoder, hvor der anvendes universelle parametre. Endelig kræver denne teknik en erfaren operatør og avancerede varme test maskiner, som begge er ikke praktisk for umiddelbar tilpasning til travle kliniske omgivelser. Vi opfordrer fremtidige bestræbelser på at forenkle de metoder.
Betydningen af Teknik med hensyn til den eksisterende/ Alternative Metoder
Vores fremgangsmåde til individualisering TS og CPM parametre sigte mod at fjerne indflydelsen af gulv og loft virkning skyldes variationer i perifere varmefølsomhed. Metoderne præsenteres forbedret på tidligere metoder offentliggjort af vores gruppe med målene for både bredere indfangning og tid effektivitet. 11, 30 Fordelen ved individualiserende TS og CPM er evnen til at fange tilstanden af stigende og faldende smerter forarbejdning i en bred vifte af personer, således at brugen af disse parametre som en rimelig effektmål for longitudinelle studier.
Fremtidige Programmer eller vejvisning efter Mastering Teknik
Fremtidige undersøgelser bør fokusere på yderligere ændringer for at spare tid, indsamling af TS og CPM data om store befolkningsgrupper til at karakterisere række af disse parametre i personer, der er smerte fri vs dem med Chronic smerte, og om korrelationen af mangfoldigheden i TS og CPM reaktion på specifikke fysiologiske processer i tillæg til windup og DNIC.
The authors have nothing to disclose.
We acknowledge funding support by K23 AT008477 (Kong), NIH K23 DA031808 (Johnson), and the Chris Redlich Endowment in Pain Research (Mackey, Dixon).
Medoc Pathway CHEPS system | Medoc Advanced Medical Systems | This system includes the machine to generate contact heat (Pathway), the thermode capable of rapid temperature change (CHEPS), and the Medoc software. | |
CoVAS accessory hardware with the CHEPS systems | Medoc Advanced Medical Systems | This device is a Medoc accessory that allows real-time pain rating by the participant. | |
Laptop Computer | Lenovo | This is the computer that runs the Medoc software and communicates with the Pathway machine. | |
Glove | Kimberly-Clark | Gloves are used to secure the thermode on the participant's thenar eminence. | |
Clear plastic box with a perforated dividing wall – filled with Ice and water | This box provides the cold water bath for the CPM task. | ||
Aquarium pump | Aquarium Systems Micro-Jet pump MC 450 | This pump circulates water, to maintain stable, even temperature in the cold water bath. | |
Infrared Thermometer | Exergen Temporal Scanner, model TAT 2000 | To monitor constantly the temperature of the water bath. | |
Stop Watch | Any handheld stop watch or stop watch built into a smartphone | To prompt the participant to rate pain at specific time pointds during the CPM task. |