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.
De Internationale Vereniging voor de Studie van Pain (IASP) definieert pijn als "een onaangename sensorische en emotionele ervaring." Chronische pijn verwijst naar pijn die langer duurt dan 6 maanden. Chronische pijn is een belangrijk probleem in de Verenigde Staten, die meer dan 100 miljoen Amerikaanse volwassenen voor een bedrag hoger dan $ 635.000.000.000 per jaar. 1 Vanwege de persoonlijke aard van de pijn, is het moeilijk voor onderzoekers en clinici objectief pijnlijke ervaring (s) van een persoon te meten, dus dat maakt het moeilijk te beoordelen en de behandeling van pijn. Daarom is het van belang dat we gestandaardiseerde tests pijn zo objectief mogelijke kwantificeren ontwikkelen. Een voorbeeld van zo'n test is QST, waarbij gestandaardiseerde zintuiglijke prikkels worden toegediend aan en beoordeeld door de proefpersoon. 2 Er zijn statische en dynamische QST. De voormalige beoordeelt meestal de zintuiglijke drempels aan of de rating van een enkele stimulus, terwijl de laatste beoordeelt dereactie op verschillende stimuli. 3 Onlangs, dynamische QST heeft opgedaan steeds meer aandacht, omdat het de mogelijkheid om de centrale verwerking van inkomende nociceptieve signalen sonde biedt. 4, 5, 6
Twee belangrijke onderdelen van dynamische QST zijn temporele sommatie (TS) en geconditioneerd pijn modulatie (CPM). Temporal sommatie verwijst naar de toegenomen perceptie van pijn van zich herhalende, schadelijke stimuli. TS is een gedrags-correlatie van wind-up, het fenomeen waarbij spinale secundaire neuronen vertonen verhoogde vuren als gevolg van herhaalde c-fiber-ingang. 7, 8 algemeen TS kan worden geïnduceerd door verschillende schadelijke stimuli, zoals warmte, elektriciteit en tactiele werkwijzen (bijvoorbeeld druk of speldenprik), op voorwaarde dat de frequentie van de herhaalde stimulus groter dan 0.3Hz, de natuurlijke frequentie van c -vezels. 9, 10 veel onderzoekers gebruiken herhalende warmte pulsen TS vanwege het gemak genereren productie en standaardisering van het schadelijke stimuli warmte. 11
CPM verwijst naar het fenomeen van "pijn remt pijn," waar de aanwezigheid van een schadelijke stimulus tweede vermindert de pijnperceptie van een eerste schadelijke stimulus. 12 De initiële schadelijke stimulus, die wordt gemeten voor en na (of tijdens) de toepassing van de tweede stimulus, wordt aangeduid als de test stimulus. De test stimulus kan thermisch, elektrisch of tactiele. Hier thermische stimulus wordt vaak als proefvloeistof stimulus vanwege het gemak in aanpassing en normalisatie. 13 De tweede stimulus, genaamd de conditionering stimulus, typisch uit een koud of warm waterbad aangebracht op een distaal uiteinde. 13 CPM is gedragscorrelaat of Diffuse schadelijke Remmende Control (DNIC), een fysiologisch fenomeen waarbij de inbreng van de perifere c-vezels resulteert in diffuse inhibitie van de hersenstam van alle binnenkomende stimuli bemiddeld door c-vezel uit heterotope velden. 12, 14
Terwijl ts en CPM beide hebben het potentieel om toestanden en veranderingen in het centrale pijn tijdens verwerking, beperkingen bestaan beide. 4, 5 bijvoorbeeld omdat er een grote variatie in gevoeligheid van individuen voor warmte, het toepassen van een universele stimulus kan resulteren in een gebrek aan TS in maximaal 50% van de geteste individuen. 11, 15 Ook een thermische proef stimulus resulteert vaak in sterk uiteenlopende pijn ratings die CPM-test onmogelijk als gevolg van de vloer of het plafond effecten kunnen maken. 16 Daarom, om TS en CPM in grote lijnen vast te leggen, een protocol dat adjusts de warmte stimulans voor de individuele nodig. Voor TS, passen we de hitte impuls temperaturen, zodat ze voldoende toename van pijn rating met elke opeenvolgende puls kan genereren; terwijl voor de CPM, we de thermische testen stimulus tot matig pijnlijk (6 op 10) voor elk individu te passen, zodat voldoende pijn ratings kunnen blijven bestaan na het aanbrengen van een conditionerende stimulus.
Voor alle psychofysische testen, de opleiding van de deelnemer in de juiste waardering van pijnlijke stimuli is van cruciaal belang om de nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid van deze gedragstesten. 17 Dit geldt met name voor TS wanneer meerdere stimuli worden aangeboden in een snel tempo en, in het geval van CPM, wanneer twee verschillende stimuli gelijktijdige toepassing aan de deelnemer. Bovendien voor TS van hitte pulsen, is het belangrijk om de deelnemer te leiden naar de c-vezel bemiddelde tweede pijn te beoordelen (traag, branden, komt meestal ongeveer 1 seconde na de warmte pulse) en niet de eerste pijn (gemedieerd door A-delta vezels en kom op onmiddellijk met de hitte impuls). 18, 19 Dit is minder een probleem in CPM als de stimuli er veel langer (> 30 s) en C-fiber gemedieerde sensatie zou het schadelijke perceptie in deze situaties te domineren. 19, 20 In het onderstaande protocol, zullen we gaan over een goede opleiding van de deelnemers aan detail.
Kritische stappen in het protocol
De TS-protocol omvat de volgende in de belangrijkste stappen in chronologische volgorde: multi-step training (met behulp van de visuele analoge schaal voor pijn, rating van de tweede pijn van een enkele hitte puls en waardering tweede pijn van snelle thermische puls treinen cijfer); optimalisatie puls temperaturen; het verkrijgen van TS in 2-3 studies met de geoptimaliseerde temperaturen. Zoals met de meeste psychofysische maatregelen, deelnemer training is uiterst kritisch om ervoor te zorgen dat de pijn ratings zijn consistent proeven en zijn zo nauwkeurig mogelijk. De optimalisatie stap is net zo belangrijk, waar zowel de basislijn en de maximale hartslag temperaturen zodanig worden aangepast dat de rating van de eerste voorronde puls is minder dan 5/10, en de benaderde TS is tussen 3-7.
De belangrijkste stappen van CPM omvat training van de pijn rating op visuele analoge schaal, het verkrijgen van Heat-6 van langzaam hitte hellingen, de bevestiging van Heat-6 en fijne drempelwaarden als necessAry, het aanbrengen van een koud bad om contralaterale uiterste ledematen en opnieuw aanbrengen bevestigd Heat-6 gedurende de laatste 30 s van koud bad. Net als bij de TS-protocol, zowel de opleiding en de individualisering van de warmte stimulus (Heat-6) zijn van cruciaal belang in de CPM-protocol. Bovendien, uit ervaring en uit de literatuur, het herhalen van de warmte-6 stimulus gedurende de laatste 30 s van het koude bad is kritisch en levert een grotere mate van CPM vergelijking met de toepassing van de warmte stimulus na de koude bad. 26 Aangezien sommige individuen de volledige 2 min koud pressor niet kunnen verdragen bij 10 graden Celsius, kan het redelijk te overwegen om de test stimulus direct na de voltooiing van de conditionering stimulans voor gegevensverzameling standaardiseren voor alle individuen.
Wijzigingen en problemen oplossen
De meest voorkomende probleem met de TS protocol is het onvermogen om TS te verkrijgen, die als gevolg kunnen zijn3 belangrijkste oorzaken. Eerst, en meestal, pijn score van de eerste warmte puls kan zo sterk dat het overspoelt de perceptie van elke pijntoename latere pulsen (TS) zijn. De beste manier om dit probleem te minimaliseren is het protocol te volgen en opeenvolgend verminderen de basislijn en de maximale stimulus temperatuur tot de pijn rating van de eerste puls minder dan 5 (van 10) voor het optimaliseren van de grootte van TS. De tweede oorzaak, tegengesteld aan de eerste, is wanneer de deelnemer ziet geen pijn helemaal aan het eind van de 10 pulsen zelfs bij de hoogste temperatuurinstellingen. In dergelijke situaties kan men overwegen de basislijn puls temperatuur met 1 of 2 ° C. Af en toe kan een individu gewoon een harde tijd veeleisende en rating tweede pijn, mogelijk als gevolg van zowel perifere als centrale factoren. Zonder betrouwbare waarneming van pijn seconde, is het zeer moeilijk om TS te vangen. In dergelijke situaties, vinden we de beste set van de temperaturen die een individuaIk kan tolereren en opnemen TS als nul.
De meest voorkomende barrières voor een succesvolle CPM protocol zijn de instabiliteit van warmte-6 en het onvermogen om een koud bad (10 ° C) gedurende 2 minuten tolereren. Met de fijne drempelwaarde in het huidige protocol de eerste probleem door aanpassing warmte stimulus temperatuur stapsgewijs tot de pijn classificatie is tussen 5 en 7. Bij de tweede probleem op dat de literatuur suggereert het remmende effect van de conditionerende stimulus verzadigbaar . 27 Daarom, zelfs als een persoon zijn of haar voet niet op een koude bad gedurende 2 min, een voldoende CPM effect optreedt met deze intense koude pijnlijke stimulus. Wijzig het protocol om de duur van de voet ondergedompeld in koud water bad te nemen en leveren van de warmte stimulus direct na de deelnemer zijn of haar voet terug te trekken uit het koude bad. CPM wordt dan berekend als de pijn rating van de warmte stimulus voordat afgetrokken van de pijn van de reizigers heat stimulus die onmiddellijk na het koude bad (niet tijdens het algemene protocol aangeeft).
Beperkingen van de Techniek
Deze methode is niet zonder beperkingen. Ten eerste, ondanks onze inspanningen, waren we niet in staat om TS en CPM wekken in ieder individu (gemiste 1 deelnemer in TS en 1 in CPM, respectievelijk). Dit ten dele mogelijk dankzij de grote variabiliteit tussen deze parameters. 5, 15, 16, 28, 29 Het succes bedroeg 94%, die beter zijn dan 50-60% slagingspercentage geciteerd uit de literatuur. 22, 28 In de tweede onderzoekers moeten nemen voorzichtigheid bij het interpreteren van tussen-individuele verschillen in TS gegenereerd door deze methode, omdat we gebruik maken van verschillende warmte puls temperaturen om TS te genereren in elk indiindividuele. Derhalve bij vergelijking TS in een transversale, moet men zowel de verschillen in de grootte van TS en de gebruikte genereren temperaturen onderzocht. De geïndividualiseerde TS methode is het meest geschikt voor longitudinale studies waarbij de focus ligt op de veranderingen in dezelfde persoon overuren. Dit streven geldt niet voor de geïndividualiseerde CPM omdat dezelfde conditionering stimulus voor alle personen en alleen de verandering in de pijnperceptie van geïndividualiseerde warmte-6 is opgenomen en niet de ruwe score van warmte-6 pijn. Hoewel deze methode maakt het mogelijk brede vastleggen van TS en CPM, duurt het meer tijd in vergelijking met methoden waar de universele parameters worden gebruikt. Tenslotte, deze techniek vereist een ervaren bediener en geavanceerde machines testen warmte, die beide niet praktisch onmiddellijke aanpassing aan drukke klinische omgeving. We moedigen toekomstige inspanningen om de methoden te vereenvoudigen.
Betekenis van de techniek met betrekking tot bestaande/ Alternative Methods
Onze methode van individualisering TS en CPM parameters streven naar invloed van de vloer en het plafond effect te verwijderen als gevolg van variaties in de perifere warmte gevoeligheid. De methoden gepresenteerd verbeterd op eerdere methoden gepubliceerd door onze fractie met de doelstellingen van zowel de bredere capturing en de efficiëntie. 11, 30 Het voordeel van individualisering TS en CPM is de mogelijkheid om de stand van de stijgende en dalende pijnverwerkingsgebieden vangen in een groot aantal individuen, waarbij het gebruik van deze parameters als redelijk uitkomstmaat voor longitudinale studies mogelijk.
Toekomstige toepassingen of richtingen na Mastering the Technique
Toekomstig onderzoek moet zich richten op aanvullende aanpassingen om tijd te besparen, het verzamelen van de TS en CPM gegevens over grote populaties om het bereik van deze parameters bij personen die zijn pijnvrij vs mensen met chron karakteriserenic pijn, en de correlatie van de diversiteit in de TS en CPM reactie op specifieke fysiologische processen naast windup en 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. |