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.
L'Associazione Internazionale per lo Studio del Dolore (IASP) definisce il dolore come "un'esperienza sensoriale ed emozionale spiacevole." Il dolore cronico si riferisce al dolore che persiste oltre i 6 mesi. Il dolore cronico è un problema significativo negli Stati Uniti, che colpisce più di 100 milioni di americani adulti ad un costo verso l'alto di $ 635.000.000.000 all'anno. 1 A causa della natura soggettiva del dolore, è difficile per i ricercatori e clinici di misurare oggettivamente l'esperienza dolorosa di una persona (s), rendendo quindi difficile da valutare e trattare il dolore. Per questo motivo, è importante sviluppare test standardizzati per quantificare il dolore più obiettivo possibile. Uno di questi test è QST, dove gli stimoli sensoriali standardizzate vengono somministrati per e valutato da parte del soggetto di prova. 2 Ci sono QST statica e dinamica. L'ex tipicamente valuta le soglie sensoriali per o il rating di un singolo stimolo, mentre la seconda valuta larisposta a una serie di stimoli. 3 Recentemente, QST dinamica ha acquisito sempre maggiore attenzione perché offre la possibilità di sondare la centrale di elaborazione dei segnali nocicettivi in entrata. 4, 5, 6
Due componenti chiave di QST dinamica sono sommatoria temporale (TS) e la modulazione del dolore condizionata (CPM). sommatoria temporale si riferisce ad una maggiore percezione del dolore da ripetitivi, stimoli nocivi. TS è un correlato del comportamento di wind-up, il fenomeno per il quale i neuroni spinali secondarie visualizzano un aumento di tiro a causa di ingresso c-fibra ripetitivo. 7, 8 Generalmente, TS può essere indotta utilizzando vari stimoli nocivi, come il calore, elettricità e metodi tattili (cioè pressione o puntura), a condizione che la frequenza dello stimolo ripetitivo è maggiore 0.3Hz, la frequenza naturale c -fibraS. 9, 10 Molti ricercatori utilizzano impulsi di calore ripetitivi per generare TS a causa della facilità di produzione e standardizzazione gli stimoli termici nocivi. 11
CPM si riferisce al fenomeno di "dolore inibisce dolore", dove la presenza di un secondo stimolo nocivo diminuisce la percezione del dolore da un stimolo nocivo iniziale. 12 L'stimolo nocivo iniziale, che viene misurata prima e dopo (o durante) l'applicazione del secondo stimolo, è indicato come stimolo test. Lo stimolo test può essere termico, elettrico o tattile. Qui stimolo termico viene spesso usato come stimolo test per la sua facilità di regolazione e normalizzazione. 13 Il secondo stimolo, chiamato stimolo condizionante, tipicamente costituito da un bagno di acqua fredda o calda applicato ad una estremità distale. 13 CPM è il comportamento correlato of diffusa Noxious inibitorio di controllo (DNIC), un fenomeno fisiologico in cui l'input da periferiche fibre C provoca l'inibizione diffusa dal tronco cerebrale di tutti gli stimoli in arrivo mediata da c-fibra dai campi eterotopici. 12, 14
Mentre TS e CPM entrambi hanno il potenziale per riflettere stati e cambiamenti nel trattamento del dolore centrale, limitazioni esistono in entrambi. 4, 5 Per esempio, perché c'è una grande variabilità nella sensibilità individui al calore, l'applicazione di uno stimolo universale può provocare mancanza di TS in fino al 50% degli individui testati. 11, 15 Allo stesso modo, uno stimolo prova termica spesso si traduce in molto diversi rating di dolore che possono rendere prova CPM impossibile a causa di pavimento o soffitto effetti. 16 Pertanto, per catturare TS e CPM in generale, un protocollo che annunciojusts lo stimolo di calore è necessario per l'individuo. Per TS, abbiamo regolare le temperature di impulsi di calore in modo che essi possono generare adeguato aumento ospiti dolore con ogni impulso successive; mentre per il CPM, abbiamo regolare lo stimolo termico di prova dolorosa moderatamente (6 su 10) per ogni singolo modo che possano ancora esistere valutazioni adeguata dolore dopo l'applicazione di un condizionamento stimolo.
Per tutti i test psicofisici, la formazione del partecipante nella corretta valutazione degli stimoli dolorosi è cruciale per l'accuratezza e la riproducibilità di questi test comportamentali. 17 Questo è particolarmente rilevante per TS quando più stimoli sono presentati ad un tasso veloce e, nel caso di CPM, quando due stimoli differenti sono applicati simultaneamente al partecipante. Inoltre, per TS da impulsi di calore, è particolarmente importante per la formazione del partecipante di valutare la c-fibra mediata secondo il dolore (lento, bruciore, di solito si accende circa 1 secondo dopo il calore puLSE) e non il primo del dolore (mediata da A-delta fibre e vieni subito con l'impulso di calore). 18, 19 questo è meno un problema in CPM come gli stimoli ci sono molto più a lungo (> 30 s) e C-fibra sensazione mediata avrebbero dominare la percezione nociva in queste situazioni. 19, 20 Nel protocollo di seguito, andremo oltre la corretta formazione dei partecipanti in dettaglio.
I passaggi critici all'interno del protocollo
Il protocollo TS include quanto segue in passaggi chiave in ordine cronologico: la formazione multi-step (utilizzando la scala analogica visiva per valutare il dolore, Valutazione di secondo dolore da un singolo impulso di calore, e punteggio secondo il dolore da treni rapidi impulsi di calore); ottimizzazione delle temperature impulsi; ottenere TS in 2-3 prove con le temperature ottimali. Come con la maggior parte delle misure psicofisiche, formazione partecipante è estremamente critica per garantire che i rating di dolore sono sovrapponibili nei trial e sono quanto più precisa possibile. La fase di ottimizzazione è altrettanto importante, dove sia la linea di base e le temperature di impulso di picco vengono regolati in modo tale che la valutazione del primo impulso di calore è inferiore a 5/10, il TS approssimata è da 3 a 7.
I passaggi chiave di CPM comprendono la formazione di valutazione del dolore su scala analogica visiva, ottenendo calore-6 da rampe fuoco lento, confermando Heat-6 e fine soglia se necessary, applicando un bagno freddo per controlaterale estremità distale e riapplicare confermato Calore-6 negli ultimi 30 s di bagno freddo. Simile al protocollo TS, sia la formazione e l'individuazione dello stimolo di calore (Heat-6) sono critici nel protocollo CPM. Inoltre, dall'esperienza e dalla letteratura, ripetendo lo stimolo termico 6 durante gli ultimi 30 s del bagno freddo è critica e produce una maggiore ampiezza di CPM rispetto ad applicare lo stimolo calore dopo il bagno freddo. 26 Tuttavia, dato che alcuni individui non possono tollerare il pieno 2 min di compressore freddo a 10 gradi Celsius, potrebbe essere ragionevole considerare di applicare immediatamente lo stimolo test dopo il completamento dello stimolo di condizionamento per standardizzare la raccolta dei dati in tutti gli individui.
Modifiche e risoluzione dei problemi
Il problema più comune con il protocollo TS è l'incapacità di ottenere TS, che può essere dovuto a3 cause principali. Primo, e più comunemente, la valutazione del dolore dal primo impulso di calore può essere così forte che sommerge la percezione degli aumenti del dolore con impulsi successivi (TS). Il modo migliore per minimizzare questo problema è quello di seguire il protocollo e sequenzialmente diminuire la temperatura di stimolo basale e di picco fino a quando la valutazione del dolore del primo impulso è inferiore a 5 (su 10) prima di ottimizzare l'ampiezza di TS. La seconda causa, opposta alla prima, è quando il partecipante percepisce alcun dolore al termine dei 10 impulsi anche alle impostazioni di temperatura elevati. In tali situazioni, si può prendere in considerazione l'aumento della temperatura impulso di base di 1 o 2 ° C. Di tanto in tanto, un individuo può semplicemente avere un hard tempo di discernimento e punteggio secondo il dolore, forse a causa di fattori sia centrale e periferico. Senza percezione affidabile secondo dolore, è molto difficile catturare TS. In tali situazioni, troviamo il miglior assetto delle temperature che un individual può tollerare e registrare TS come zero.
Le barriere più comuni ad un protocollo CPM successo sono l'instabilità di calore 6 e l'incapacità di tollerare un bagno freddo (10 ° C) per 2 min. Utilizzare la multa soglia nel protocollo corrente per affrontare il primo problema regolando la temperatura di stimolo termico graduale fino a quando il punteggio del dolore è compresa tra 5 e 7. Per il secondo problema, si noti che la letteratura suggerisce l'effetto inibitorio dal stimolo condizionante è saturabile . 27 In quanto tale, anche se una persona non riesce a tenere il suo piede in bagno freddo per 2 minuti, un effetto CPM sufficiente dovrebbe verificarsi con questo stimolo freddo intensamente doloroso. La modifica del protocollo di registrare la durata del piede immerso in bagno di acqua fredda e fornire lo stimolo termico subito dopo che il partecipante ritirare il piede dal bagno freddo. CPM viene poi calcolato come il rating del dolore dello stimolo calore prima sottratto dal voto dolore del heat stimolo applicato immediatamente dopo il bagno freddo (non durante, come il protocollo generale indica).
Limitazioni della Tecnica
Questo metodo non è senza limitazioni. In primo luogo, nonostante i nostri sforzi, non siamo stati in grado di suscitare TS e CPM di ogni individuo (persa 1 partecipante TS e 1 in CPM, rispettivamente). Questo, in parte, può essere causa della grande variabilità tra individuo in questi parametri. 5, 15, 16, 28, 29 Tuttavia, la percentuale di successo è stato del 94%, che era migliore rispetto al tasso di successo del 50-60% citato dalla letteratura. 22, 28 In secondo luogo, i ricercatori dovrebbero prendere cautela nell'interpretazione tra-differenze individuali nel TS generate con questo metodo dato che usiamo diverse temperature di impulsi di calore per generare TS in ogni indiindividuale. Pertanto, quando si confrontano TS in un campione trasversale, si dovrebbe considerare sia le differenze nella grandezza di TS e nelle temperature utilizzate per generare esso. Il metodo TS individualizzata è più adatto per studi longitudinali dove il focus è sui cambiamenti nello stesso straordinario individuo. La stessa preoccupazione non si applica al CPM individualizzato perché lo stesso stimolo condizionante viene utilizzato per tutti gli individui e solo il cambiamento nella percezione del dolore di individualizzato Heat-6 viene registrato e non il punteggio grezzo di calore 6 dolore. Anche se questo metodo consente ampia acquisizione di TS e CPM, ci vuole più tempo rispetto ai metodi in cui vengono utilizzati i parametri universali. Infine, questa tecnica richiede un operatore e avanzato esperti macchine di prova di calore, entrambi i quali non sono pratici per l'adattamento immediato alle impostazioni cliniche occupato. Incoraggiamo gli sforzi futuri per semplificare i metodi.
Importanza della tecnica in materia d 'esistente/ metodi alternativi
Il nostro metodo di individualizzare TS e parametri CPM lo scopo di rimuovere l'influenza di pavimento e soffitto effetto dovuto alle variazioni di sensibilità al calore periferico. I metodi presentati migliorati metodi precedenti pubblicati dal nostro gruppo con gli obiettivi sia di cattura e il tempo più ampia efficienza. 11, 30 Il vantaggio di TS individualizzanti e CPM è la capacità di catturare lo stato di ascendenti e discendenti elaborazione del dolore in una vasta gamma di individui, permettendo così l'uso di questi parametri come misura risultato ragionevole per studi longitudinali.
Le applicazioni future o Indicazioni Dopo aver imparato la tecnica
Studi futuri dovrebbero concentrarsi su ulteriori modifiche per risparmiare tempo, la raccolta di TS e CPM dati su grandi popolazioni di caratterizzare la gamma di questi parametri in persone che sono senza dolore vs quelli con Chronil dolore ic, e sulla correlazione della diversità nella risposta TS e CPM a specifici processi fisiologici oltre a windup e 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. |