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.
The International Association for Study of Pain (IASP) definerer smerte som «en ubehagelig sensorisk og emosjonell opplevelse." Kronisk smerte refererer til smerte som vedvarer utover 6 måneder. Kronisk smerte er et betydelig problem i USA, som berører mer enn 100 millioner amerikanske voksne til en pris i overkant av $ 635 000 000 000 per år. 1 På grunn av den subjektive natur smerte, er det vanskelig for forskere og klinikere å objektivt måle en persons smertefull opplevelse (r), derfor gjør det vanskelig å vurdere og behandle smerte. Av denne grunn er det viktig å utvikle standardiserte prøver for å kvantifisere smerte mulig objektivt. En slik test er QST, der standardiserte sensoriske stimuli blir administrert til og vurdert av testpersonen. 2 Det er statisk og dynamisk QST. Den tidligere vurderer vanligvis de sensoriske terskler til eller vurdering av en enkelt stimulus, mens sistnevnte vurderersom svar på en rekke stimuli. 3 Nylig dynamisk QST har fått økende oppmerksomhet fordi det gir mulighet til å undersøke den sentrale behandlingen av innkommende nociceptive signaler. 4, 5, 6
To viktige komponenter i dynamisk QST er timelig summering (TS) og betinget smerte modulasjon (CPM). Temporal summering refererer til økt opplevelse av smerte fra repetitive, skadelige stimuli. TS er et atferds korrelat av vind-up, fenomenet der spinal sekundære nevroner displayet økt avfyring på grunn av repeterende c-fiber inngang. 7, 8 Vanligvis TS kan induseres ved hjelp av forskjellige skadelige stimuli, slik som varme, elektrisitet, og taktile metoder (dvs. trykk eller nålestikk), forutsatt at frekvensen av det repeterende stimulus er større enn 0,3 Hz, egenfrekvensen av c -fibers. 9, 10 Mange forskere bruker repeterende varme pulser for å generere TS på grunn av den enkle å produsere og standardisere skadelige varme stimuli. 11
CPM refererer til fenomenet "smerte hemmer smerte», hvor nærværet av et andre skadelige stimuli reduserer smerteopplevelse fra en opprinnelig skadelige stimuli. 12 Den første skadelige stimuli, som måles før og etter (eller under) påføring av den andre stimulus, blir referert til som test stimulus. Testen stimulus kan være termisk, elektrisk eller taktil. Her termisk stimulus blir ofte brukt som test stimulans på grunn av sin letthet i justering og standardisering. 13 Den andre stimulus, kalt kondisjone stimulus, består vanligvis av et kaldt eller varmt vannbad påført på en distal ekstremitet. 13 CPM er atferds korrelerer of Diffuse skadelige hemmende Control (DNIC), en fysiologisk fenomen der innspill fra eksterne C-fibre resulterer i diffuse hemming fra hjernestammen av alle innkommende stimuli mediert av c-fiber fra heterotop felt. 12, 14
Mens TS og CPM begge har potensial til å reflektere stater og endringer i sentral smerte behandling, begrensninger finnes i begge. 4, 5 for eksempel fordi det er en stor variasjon i individets følsomhet overfor varme, anvendelse av en universell stimulus kan resultere i manglende TS i opp til 50% av individer som ble testet. 11, 15 Tilsvarende vil en termisk test stimulus resulterer ofte i vidt forskjellig smerte karakterer som kan gjøre CPM test umulig på grunn av gulv eller tak effekter. 16 Derfor, for å fange opp TS og CPM bredt, en protokoll som annonseerer varmen stimulans til den enkelte er nødvendig. For TS, justeres vi varmepuls temperaturer, slik at de kan generere tilstrekkelig økning i smerte rangering med hver påfølgende puls; mens for CPM, justerer vi termisk test stimulans til moderat smertefull (6 10) for hver enkelt, slik at tilstrekkelig smerte karakterene kan fortsatt eksisterer etter påføring av en condition stimulans.
For alle psyko tester, er opplæring av deltakeren i riktig vurdering av smertefulle stimuli avgjørende for nøyaktighet og reproduserbarhet av disse atferdstester. 17 Dette er spesielt relevant for TS når flere stimuli blir presentert i et hurtig tempo, og i tilfelle av CPM, når to forskjellige stimuli brukes samtidig til deltakeren. Videre, for TS fra varme pulser, er det spesielt viktig å trene deltakeren å rangere c-fiber mediert andre smerte (langsom, svie, kommer vanligvis på ca 1 sekund etter varmen puLSE) og ikke den første smerter (formidlet av A-delta fibre og kom umiddelbart med varmen puls). 18, 19. Dette er mindre et problem i CPM som stimuli det er mye lengre tid (> 30 s) og C-fiber mediert følelse ville dominere den skadelige persepsjon i slike situasjoner. 19, 20 I protokollen under, vil vi gå over skikkelig opplæring av deltakerne i detalj.
Kritiske trinn i protokollen
TS-protokollen omfatter følgende i viktige skritt i kronologisk rekkefølge: multi-trinn-opplæring (ved hjelp av visuell analog skala for å vurdere smerte, vurdering av andre smerte fra en eneste varme puls, og fra andre smerter fra raske varme pulsrekkekfølgen); optimalisering av puls temperaturer; innhente TS i 2-3 forsøk med optimaliserte temperaturer. Som med de fleste psyko tiltak, er deltaker trening ekstremt viktig å sikre at smerte karakterer er konsistente på tvers av studiene, og er så nøyaktig som mulig. Optimalisering trinnet er like viktig, hvor både grunnlinjen og Høyeste puls temperaturer justeres slik at ratingen av første heat pulsen er mindre enn 5/10, og rundet TS er mellom 3-7.
De viktigste trinnene i CPM inkluderer opplæring av smerte vurdering på visuell analog skala, skaffe Heat-6 fra langsomme varme ramper, bekrefter Heat-6 og fine thresholding hvis nødvenAry, bruk et kaldt bad i kontralateral distal ekstremitet og reapplying bekreftet Heat-seks i løpet av de siste 30 s av kaldt bad. I likhet med TS-protokollen, både trening og individualisering av varme stimulus (Heat-6) er kritiske i den CPM-protokollen. I tillegg, fra erfaring så vel som fra litteraturen, gjenta Heat-6 stimulus i løpet av de siste 30 s med kaldt bad er kritisk og gir et større omfang av CPM i forhold til påføring av varme stimulus etter kjølebadet. 26 Men gitt at noen individer ikke kan tolerere hele 2 min med kaldt pressor ved 10 grader Celsius, kan det være fornuftig å vurdere bruk av testing stimulus umiddelbart etter ferdigstillelse av kondisjonerings stimulans for å standardisere datainnsamling på tvers av alle individer.
Modifikasjoner og feilsøking
Det vanligste problem med TS-protokollen er den manglende evne til å oppnå TS, noe som kan skyldes3 viktigste årsaker. Først, og mest vanlig, smerte vurdering fra den første varmepuls kan være så sterke at de overdøver oppfatningen av en hvilken som helst økning i smerte med påfølgende pulser (TS). Den beste måten å minimere dette problemet er å følge den protokoll og sekvensielt redusere grunnlinjen og topp stimulus temperatur inntil smerten vurdering av den første puls er mindre enn 5 (fra 10) før å optimalisere størrelsen av TS. Den andre årsaken, motsatt av den første, er da deltakeren oppfatter ingen smerte hodet ved slutten av de 10 pulser selv ved de høyeste temperaturinnstilling. I slike situasjoner kan man vurdere å øke referansepulsen temperatur med 1 eller 2 ° C. Av og til kan en person bare har en hard tid kresne og fra andre smerte, muligens på grunn av både perifere og sentrale faktorer. Uten pålitelig oppfatning av andre smerte, er det svært vanskelig å fange TS. I slike situasjoner, finner vi den beste sett med de temperaturene som en individuaJeg kan tolerere og posten TS som null.
De mest vanlige hindringer for en vellykket CPM-protokollen er den ustabilitet av varme 6 og den manglende evne til å tåle et kaldt bad (10 ° C) i 2 min. Bruk den fine terskel i gjeldende protokoll for å løse det første problemet ved å justere varmen stimulus temperaturen trinnvis inntil smerten Rangeringen er mellom 5 og 7. For det andre problemet, merk at litteraturen antyder den hemmende virkning fra condition stimulans kan mettes . 27 Som sådan, selv om en person ikke kan holde sin fot i kaldt bad i 2 min, skal et tilstrekkelig CPM effekt oppstå med denne intenst smertefulle kaldt stimulans. Endre-protokollen for å registrere varigheten av foten nedsenket i kaldt vannbad og levere varmen stimulus umiddelbart etter at deltager trekke tilbake hans eller hennes fot fra kjølebadet. CPM beregnes deretter som smerte vurdering av varmen stimulus før trekkes av smerte vurdering av heat stimulus påføres umiddelbart etter at kjølebadet (ikke under, som den generelle protokollen angir).
Begrensninger av Technique
Denne metoden er ikke uten begrensninger. Først, til tross for vår beste innsats, var vi ikke i stand til å lokke fram TS og CPM i hver enkelt (savnet en deltaker i TS og en i CPM, henholdsvis). Dette, i delvis kan skyldes den store mellom individuell variasjon i disse parametrene. 5, 15, 16, 28, 29 Men suksessraten var 94%, som var bedre enn 50-60% suksess rate sitert fra litteratur. 22, 28 andre forskere bør ta forsiktighet ved tolking mellom-individuelle forskjeller i TS som genereres av denne metoden siden vi bruker forskjellige varme puls temperaturer for å generere TS i hvert indiduell. Derfor, når man sammenligner TS i et tverrsnitts prøven, bør man vurdere både forskjeller i størrelsen av TS, og i de temperaturer som anvendes for å generere den. Den individualiserte TS metoden er best egnet for longitudinelle studier hvor det fokuseres på endringer i samme individ overtid. Den samme bekymringen gjelder ikke individualisert CPM fordi samme conditioning stimulus brukes for alle personer og bare endringen i smerte oppfatning av individualisert Heat-6 er registrert og ikke rå score på Heat-seks smerte. Selv om denne metoden gir bred fange av TS og CPM, tar det mer tid i forhold til metoder hvor universelle parametre benyttes. Til slutt, krever denne teknikken en erfaren operatør og avanserte varme testing maskiner, som begge er ikke praktisk for umiddelbar tilpasning til travle kliniske settinger. Vi oppfordrer videre arbeidet med å forenkle metodene.
Betydningen av teknikken i forhold til eksisterende/ alternative metoder
Vår metode for individualizing TS og CPM parametere som mål å fjerne påvirkning av gulv og tak effekt på grunn av variasjoner i perifere varme følsomhet. Metodene som presenteres forbedret på tidligere metoder utgitt av vår gruppe med målene for både bredere fange og tid effektivitet. 11, 30. Fordelen ved å individual TS og CPM er evnen til å fange tilstanden til stigende og synkende smerte behandling i et bredt område av individer, for derved å tillate anvendelse av disse parameterne som en rimelig effektmål for longitudinelle studier.
Fremtidige søknader eller Veibeskrivelse Etter å mestre teknikken
Fremtidige studier bør fokusere på ytterligere endringer for å spare tid, innsamling av TS og CPM-data på store populasjoner for å karakterisere omfanget av disse parametrene i individer som er smertefrie vs de med Chronic smerte, og på sammenhengen av mangfoldet i TS og CPM svar på konkrete fysiologiske prosesser i tillegg til metning 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. |