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'Association internationale pour l'étude de la douleur (IASP) définit la douleur comme «une expérience sensorielle et émotionnelle désagréable." La douleur chronique est une douleur qui persiste au-delà de 6 mois. La douleur chronique est un problème important aux États-Unis, affectant plus de 100 millions d'adultes américains à un coût plus de 635 milliards $ par année. 1 En raison de la nature subjective de la douleur, il est difficile pour les chercheurs et les cliniciens pour mesurer objectivement l' expérience douloureuse d'une personne (s), rendant ainsi difficile d'évaluer et de traiter la douleur. Pour cette raison, il est important que nous développons des tests standardisés pour quantifier la douleur aussi objectivement que possible. Un tel test est la TVQ, où les stimuli sensoriels normalisés sont administrés à et évalués par le sujet de test. 2 Il y a TVQ statique et dynamique. L'ancien évalue généralement les seuils sensoriels à ou la notation d'un seul stimulus, alors que celui-ci évalue laréponse à un certain nombre de stimuli. 3 Récemment, la TVQ dynamique a attiré l' attention de plus en plus , car il offre la possibilité de sonder la centrale de traitement des signaux nociceptifs entrants. 4, 5, 6
Deux éléments clés de la TVQ dynamique sont sommation temporelle (TS) et la modulation de la douleur conditionné (CPM). sommation temporelle se réfère à la perception accrue de la douleur à partir répétitifs, des stimuli nocifs. TS est un corrélat du comportement de la liquidation, le phénomène où les neurones secondaires spinales affichent augmenté en raison de tir répétitif entrée c-fibre. 7, 8 Généralement, le TS peut être induite en utilisant divers stimuli nocifs tels que la chaleur, l' électricité, et des procédés tactiles ( par exemple la pression ou la piqûre), à condition que la fréquence du stimulus répétitif est supérieur à 0,3 Hz, la fréquence naturelle de c -fibres. 9, 10 De nombreux chercheurs utilisent des impulsions répétitives de chaleur pour générer TS en raison de la facilité à produire et à normaliser les stimuli thermiques nocifs. 11
CPM se réfère au phénomène de la «douleur inhibe la douleur», où la présence d'un second stimulus nociceptif diminue la perception de la douleur d'un stimulus nociceptif initial. 12 Le stimulus nociceptif initiale, qui est mesurée avant et après (ou pendant) l'application de la seconde impulsion, est désigné comme le stimulus de test. Le stimulus de test peut être thermique, électrique ou tactile. Ici stimulus thermique est souvent utilisé comme stimulus de test en raison de sa facilité de réglage et de la normalisation. 13 Le second stimulus, appelé le stimulus conditionné, se compose généralement d'un bain d'eau froide ou chaude appliquée à une extrémité distale. 13 CPM est le corrélat du comportement of Diffuse Noxious contrôle inhibitrice (DNIC), un phénomène physiologique où une contribution de périphériques c-fibres entraîne une inhibition diffuse à partir du tronc cérébral de tous les stimuli entrants induits par c-fibre des champs hétérotopiques. 12, 14
Alors que TS et CPM ont tous deux le potentiel de refléter des états et des changements dans le traitement de la douleur centrale, des limitations existent dans les deux. 4, 5, par exemple, parce qu'il existe une grande variabilité de la sensibilité des individus à la chaleur, l'application d'un stimulus universel peut entraîner un manque de TS dans jusqu'à 50% des sujets testés. 11, 15 De même, un stimulus de test thermique se traduit souvent par très différentes évaluations de la douleur qui peuvent rendre test CPM impossible en raison de plancher ou de plafond effets. 16 Par conséquent, pour capturer TS et CPM largement, un protocole adJusts le stimulus thermique à l'individu est nécessaire. Pour TS, nous ajustons les températures d'impulsions de chaleur afin qu'ils puissent générer augmentation adéquate de la cote de la douleur à chaque impulsion successive; tandis que pour le CPM, nous ajustons le stimulus thermique d'essai à modérément douloureuse (6 sur 10) pour chaque individu de sorte que les cotes de douleur adéquate peuvent encore exister après l'application d'un stimulus conditionné.
Pour tous les tests psychophysiques, la formation du participant dans la notation correcte des stimuli douloureux est crucial pour la précision et la reproductibilité de ces tests comportementaux. 17 Ceci est particulièrement pertinent pour les TS lorsque plusieurs stimuli sont présentés à un rythme rapide et, dans le cas du CPM, lorsque deux stimuli différents sont appliqués simultanément au participant. En outre, pour TS à partir des impulsions de chaleur, il est particulièrement important de former les participants à évaluer la c-seconde fibre douleur médiée (lente, brûlant, vient habituellement sur environ 1 seconde après la chaleur pulse) et non la première douleur (médiée par A-delta fibres et viennent immédiatement à l'impulsion de chaleur). 18, 19 Ceci est moins un problème dans CPM que les stimuli , il y a beaucoup plus longtemps (> 30 s) et C-fibre sensation médiée domineraient la perception nuisible dans ces situations. 19, 20 Dans le protocole ci – dessous, nous allons passer en revue une formation adéquate des participants en détail.
Étapes critiques dans le Protocole
Le protocole TS comprend les éléments suivants dans les étapes clés dans l'ordre chronologique: la formation en plusieurs étapes (en utilisant l'échelle visuelle analogique pour évaluer la douleur, note de seconde douleur d'une impulsion de chaleur unique, et note la deuxième douleur de trains rapides d'impulsions de chaleur); l'optimisation des températures de l'impulsion; obtenir TS en 2-3 essais avec les températures optimisées. Comme avec la plupart des mesures psychophysiques, la formation des participants est extrêmement critique pour assurer que les notations de la douleur sont cohérentes entre les essais et sont aussi précises que possible. L'étape d'optimisation est tout aussi important, où à la fois la ligne de base et les températures de pointe d'impulsion sont ajustées de telle sorte que la note de la première impulsion de chaleur est inférieur à 5/10, et le TS approximée est compris entre 3 et 7.
Les principales étapes de CPM comprennent la formation de la notation de la douleur sur l'échelle visuelle analogique, l'obtention de la chaleur 6 de lentes rampes de chaleur, ce qui confirme la chaleur 6 et fine seuillage si nécessary, l'application d'un bain froid à l'extrémité distale controlatéral et réappliquer confirmé Heat-6 au cours des 30 dernières secondes de bain froid. Comme pour le protocole TS, à la fois la formation et l'individualisation du stimulus thermique (Heat-6) sont essentiels dans le protocole de la RPC. En outre, de l'expérience, ainsi que de la littérature, en répétant le Heat-6 stimulus au cours des 30 dernières secondes du bain froid est critique et donne une plus grande ampleur du CPM par rapport à l'application du stimulus de la chaleur après le bain froid. 26 Cependant, étant donné que certaines personnes ne peuvent pas tolérer la 2 min pleine de hypertenseur froid à 10 degrés Celsius, il pourrait être raisonnable d'envisager d' appliquer le stimulus de test immédiatement après l'achèvement des stimulus de conditionnement pour normaliser la collecte de données sur tous les individus.
Modifications et dépannage
Le problème le plus commun avec le protocole TS est l'incapacité d'obtenir TS, qui peut être due à3 causes principales. Tout d'abord, et le plus souvent, l'évaluation de la douleur à partir de la première impulsion de chaleur peut être si forte qu'elle bouleverse la perception de toute augmentation de la douleur avec des impulsions ultérieures (TS). La meilleure façon de minimiser ce problème est de suivre le protocole et diminuer séquentiellement la température de stimulus de base et de pointe jusqu'à ce que la note de la douleur de la première impulsion est inférieure à 5 (sur 10) avant d'optimiser l'ampleur de TS. La deuxième cause, opposée à la première, lorsque le participant est perçoit aucune douleur à la fin des 10 impulsions de même aux réglages de température les plus élevées. Dans de telles situations, on peut envisager d'augmenter la température de l'impulsion de référence de 1 ou 2 ° C. De temps en temps, une personne peut tout simplement avoir du mal deuxième douleur de discernement et de note, probablement en raison de deux facteurs périphériques et centraux. Sans perception fiable de deuxième douleur, il est très difficile de capturer TS. Dans de telles situations, nous trouvons le meilleur ensemble de températures qu'un individual peut tolérer et enregistrer TS zéro.
Les obstacles les plus communs à un protocole RPC réussie sont l'instabilité de la chaleur 6 et l'incapacité à tolérer un bain froid (10 ° C) pendant 2 minutes. Utilisez l'amende seuillage dans le protocole actuel pour résoudre le premier problème en ajustant la température de stimulus thermique par étapes jusqu'à ce que la note de la douleur se situe entre 5 et 7. Pour la deuxième question, notez que la littérature suggère l'effet inhibiteur du stimulus conditionné est saturable . 27 En tant que tel, même si une personne ne peut pas garder son pied dans un bain froid pendant 2 min, un effet de CPM suffisant devrait se produire avec ce stimulus froid extrêmement douloureux. Modifier le protocole pour enregistrer la durée du pied immergé dans un bain d'eau froide et de fournir le stimulus de chaleur immédiatement après que le participant retire son pied du bain froid. CPM est ensuite calculé comme la cote de la douleur du stimulus de chaleur avant soustraite par l'estimation de la douleur de l'heat stimulus appliqué immédiatement après le bain froid (pas pendant, selon le protocole général indique).
Limites de la technique
Cette méthode est pas sans limites. Premièrement, malgré nos meilleurs efforts, nous ne sommes pas en mesure d'obtenir des TS et de CPM dans chaque individu (manqué 1 participant à TS et 1 CPM, respectivement). Ceci, en partie, peut être dû à la grande variabilité inter-individuelle de ces paramètres. 5, 15, 16, 28, 29 Cependant, le taux de réussite était de 94%, ce qui était meilleur que le taux de réussite de 50-60% cité dans la littérature. 22, 28 Deuxièmement, les chercheurs doivent prendre des précautions lors de l' interprétation entre-différences individuelles dans TS générées par cette méthode puisque nous utilisons différentes températures d'impulsions de chaleur pour générer TS dans chaque indiindividuelle. Par conséquent, lorsque l'on compare TS dans un échantillon en coupe transversale, on doit considérer à la fois les différences de grandeur et de TS dans les températures utilisées pour le générer. La méthode TS individualisé est le mieux adapté pour les études longitudinales où l'accent est sur les changements dans le même temps supplémentaire individuel. La même préoccupation ne concerne pas la CMP individualisé parce que le même stimulus conditionné est utilisé pour tous les individus et que le changement dans la perception de la douleur de la chaleur individualisée-6 est enregistré et non pas le score brut de chaleur 6 douleur. Bien que cette méthode permet une large capture de TS et de CPM, il ne prend plus de temps par rapport aux méthodes où les paramètres universels sont utilisés. Enfin, cette technique nécessite un opérateur et avancé expérimentés machines d'essai de la chaleur, les deux qui ne sont pas pratiques pour une adaptation immédiate aux paramètres cliniques occupés. Nous encourageons les efforts futurs visant à simplifier les méthodes.
Importance de la technique en matière d'existant/ méthodes alternatives
Notre méthode d'individualiser TS et les paramètres de CPM visent à supprimer l'influence du sol et l'effet de plafond en raison des variations de la sensibilité à la chaleur périphérique. Les méthodes présentées améliorées sur les méthodes précédentes publiées par notre groupe avec les objectifs à la fois la capture et le temps d'efficacité plus large. 11, 30 L'avantage de TS individualiser et CPM est la capacité de capturer l'état de croissant et le traitement de la douleur descendant dans un large éventail de personnes, permettant ainsi l'utilisation de ces paramètres comme une mesure de résultat raisonnable pour les études longitudinales.
Applications futures ou les directions après Maîtriser la technique
Les études futures devraient se concentrer sur des modifications supplémentaires pour gagner du temps, la collecte des données TS et CPM sur de grandes populations pour caractériser la gamme de ces paramètres chez les personnes qui sont sans douleur vs ceux avec chrondouleur ic, et sur la corrélation de la diversité dans la réponse TS et CPM à des processus physiologiques spécifiques en plus de windup et 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. |