Ett protokoll manuella test för att mäta Sensation och smärtsamma för människor

Summary

The goal of this procedure is to demonstrate a battery of quantitative techniques for sensory and pain measurement in humans. The equipment and techniques described are commonly found in pain clinics or are easy to obtain.

Abstract

Ett flertal kvalitativa och kvantitativa metoder kan användas för att testa sensoriska nerver och smärta vid både forskning och kliniska miljöer. Den aktuella studien visar en kvantitativ sensorisk testning protokollet använder tekniker för att mäta känsloupplevelse och smärttröskel för tryck och värme med hjälp av portabel och lätt nås utrustning. Dessa tekniker och utrustning är idealiska för nya laboratorier och kliniker där kostnaden är ett problem eller en begränsande faktor. Vi visar mättekniker för följande: kutan mekanisk känslighet på armar och ben (von-Frey filament), strålande och kontaktvärmekänslighet (med både tröskel och kvalitativa bedömningar med hjälp av visuell analog skala (VAS)), och mekaniskt tryck känslighet ( Algometern, med både tröskel och VAS). De tekniker och utrustning som beskrivs och demonstreras här kan lätt köpas, lagras och transporteras av de flesta kliniker och forskningslaboratorier runt om i världen. En limitatipå med detta tillvägagångssätt är en brist på automatisering eller datorstyrning. Således kan dessa processer vara mer arbetskrävande när det gäller utbildning av personal och datainsamling än mer sofistikerad utrustning. Vi tillhandahåller en uppsättning av tillförlitlighetsdata för de påvisade tekniker. Från vår beskrivning, bör ett nytt laboratorium kunna ställa upp och köra dessa tester och att utveckla sina egna interna tillförlitlighet.

Introduction

Kroniska smärttillstånd är ett globalt kliniskt problem. Mer än 1,5 miljarder människor i världen lider av kronisk smärta, och cirka 5% av världens befolkning lider av neuropatisk smärta, med incidens ökar med åldern ^1. I Amerika, uppskattas det att smärta drabbar fler människor än diabetes, hjärtsjukdomar och cancer, kombinerat ^två. Även medvetenhet om detta problem ökar, behandlingar är inte alltid lyckas, kan vara dyrt, och kan ha allvarliga biverkningar, inklusive missbruk. Forskning om behandling pågår, men smärta varierar kraftigt mellan individer, kan smärtskattning för forskning eller diagnos vara problematisk. I synnerhet beroendet av kvalitativa metoder, såsom visuell analog skala (VAS), har för att bestämma behandlingseffekt varit problematisk på grund av den subjektiva och personliga karaktär av smärta ^tre. När fler forskningslaboratorier och mindre kliniker runt om i världen svar questioner om och behandla smärta, åtgärder som är korrekt, konsekvent, bärbara, kvantitativ, och prisvärd är mycket efterfrågade.

En viktig skillnad i smärtskattning är akut kontra kronisk smärta. Akut smärta är en normal reaktion på skada, infektion eller annan skadlig stimulus. Akut smärta löser normalt med behandling och tid, och smärtan platsen är vanligtvis platsspecifik. Kronisk smärta, dock kan relateras till en initial bout av akut smärta, eller det kan vara idiopatisk. Kronisk smärta kan hänföra sig till platsen för skadan, men det är ofta utbredd i hela kroppen ^4. Kronisk smärta kan pågå i veckor, månader och till och med år, orsakar betydande fysiska, psykologiska och monetära bördor på patienter och deras familjer, arbetsgivare, och samhällen. Förmågan att identifiera och kvantifiera smärta är avgörande för korrekt diagnos, utvärdering av pågående behandling, och utveckling av nya smärtstillande behandlingar. Kvantitativ och kvalitativ sensorisk testning är thoss kritiskt för diagnos och behandling.

Flera metoder kan användas för att undersöka perifera känsla och smärta: nervledningshastighet (NCV), framkallade somatosensoriska potentialer (SEP), hudbiopsier och kvantitativ sensorisk testning (QST). Läkare också rutinmässigt använda säng neurologisk sensorisk testning, men detta test är inte kalibrerad och inte använder en standardiserad uppsättning instruktioner ^5. Prov om NCV och september kan vara informativ, men jämfört med QST, kräver de högspecialiserade utrustning, vanligtvis endast undersöka stora nervfibrer, endast mäta förlust av funktion, och inte testa hela känsel ^6,7. Hudbiopsier används för att bedöma nervfibertäthet, men jämfört med QST, de är invasiva och kräver vävnadsbehandling och mikroskopi tid, vilket kan ta flera dagar att utföra ^åtta. Dessutom biopsin undersöker bara en liten, specifik del av känsel och testar inte nervfunktion. QST mätningar övervinna de flesta av de begränsningar av andra testmetoder. Nyligen har standardiserade normativa data för QSTs gjorts tillgängliga, vilket ytterligare lägga till sina verktyg för att bedöma smärta och nerv sensation ^9-11. Vi fokuserar därför det nuvarande protokollet om QST åtgärder för kronisk smärta.

Ny teknik har gjort bedömningen av smärta och fysisk känsla (t.ex. tryck och värme) exakta och tillförlitliga inom välutrustade laboratorier som har fastställda interna protokoll ^12. Många av dessa tekniker är emellertid inte lätt bärbar och är kostnadseffektiva oöverkomliga för nya eller små forskningslaboratorier och vårdinrättningar. Dessutom är protokoll för teknikanvändning inte är standardiserade över laboratorier ^13, som kan påverka tillförlitligheten. Därför är målet med detta manuskript för att demonstrera en effektiv och tillförlitlig smärta och sensoriska åtgärder som kan utföras med utrustning som är tillgänglig imest kliniker eller forskningslaboratorier. Den logiska grunden för utvecklingen av det nuvarande protokollet är att medan många människor lider av kroniska smärttillstånd, och korrekt bedömning av smärta behövs för diagnos och behandling, det finns inga publicerade protokoll med visuella demonstrationer av analyser.

Ett exempel på en nästan helt automatiserad anordning för testning akut smärta är den Neuro Sensory Analyzer, som tillförlitligt kan bedöma termisk smärta känsla, vilket framgår av Angst et al. efter en kutan brännskada i humanpatienter ^14. Enheten är modulärt, och ytterligare sensoriska testanordningar kan läggas till. I deras studie Angst et al. också visa trycket sensorisk testning med användning av inrutat Tryck Probes, som var anpassad byggt. Även om dessa prober bör erbjuda mer konsekventa resultat, några laboratorier eller kliniker har dem.

Det nuvarande protokollet visar QST åtgärder för kronisk smärta: von Frey trådar för kutan sensorisk testning, en strålande ( "Hargreaves" -metoden) och kontaktvärmeteknik och tryck algometry för djup vävnad smärta. Dessa QST mätningar är inte unika. Snarare är de vanligaste och allmänt vedertagna mått för mänsklig sensorisk testning i medicinska kliniker, sjukhus och forskningslaboratorier ^13,15,16. Mekanisk och termisk stimulering används för att undersöka kutan och djup sensation. Dessa åtgärder dessutom inbegripa en utvärdering av både små och stora fiber känslighet för normal känsla och smärta. Att bedöma djup vävnad smärta (muskel), är tryck algometry används, som är den mest tillämpade ofta teknik för kvantifiering av smärta i mjuk vävnad såsom muskler ^17,18. Både A-delta och C-fibrer förmedlar smärta inducerad av tryckstimulering ^19. Stimulering av båda fibrerna är en fördel och en nackdel i att den undersöker flera vägar, vilket gör det en bra övergripande mått, men det är enLSO mindre specifik. För att undersöka anslagskänslighet är mekanisk stimulering av huden med von Frey filament används eftersom de är en av de vanligaste sensoriska enheter i smärta och medicinska neurala kliniker. Von Frey filament stimulerar A-beta fibrer, ²⁰ men är inte specifik som både låga tröskel mekanoreceptorer och nociceptorer kan aktiveras ^21. Användningen av dessa trådar har kritiserats, främst på grund av potentiella variationer i ansökningsförfarandet (grad av filament indrag eller oavsiktlig förflyttning av handen) och oro över att de mekaniska glöd egenskaper kan förändras över tiden ^22,23. Detta protokoll behandlar dessa frågor genom att ge detaljerade instruktioner med ett manus och kalibrering av trådar.

För termisk smärta, är strålningsvärme med hjälp av "Hargreaves" -metoden (synligt ljus och ramp temperatur) och ett värmeblock för att undersöka kontaktvärme används. Kontakt och strålningsvärme aktivera termiskreceptorer på olika sätt och kan till och med blanda ihop varandra. Det har visat sig att dynamisk kontakt kan hämma termisk nociception ^24. Detta liknar konceptet termisk remiss, där kontakt bidrar till normal temperatur uppfattning ^25-27. Därför är ett mått på termisk känsla och två mått på termisk smärta ingår. För det första är strålningsvärme används för att bestämma tröskelvärdet för temperaturförändringen detektering (med början från rumstemperatur). För det andra är strålningsvärmekälla används för att bestämma tröskelvärdet för värme smärta. Detektering av varma termisk förändring (icke-nociceptiv) förmedlas delvis av transient receptor potential (TRP) kanaler på C-fibrer, medan värme smärta förmedlas av TRPV1 / V2 och andra högre tröskel kanaler på C och A-delta fibrer ^{28 -30.} Vid tröskeln beslutsamhet, aktiverar snabb hud uppvärmning först en-deltafibrer, som motsvarar den "första smärta", följt av en C fiber-medierad "andra smärta" descrisäng som "bultande, brännande eller svullnad" ^31. Uppvärmning ger en förmånlig aktivering av C-fibrer och är den bästa utvärderingen av andra smärta ^32. I kontaktvärme analysen sätts en konstant nociceptiv temperatur tillämpas för att bestämma den kvalitativa intensitet och affektiva aspekter av smärta.

En annan variabel beaktas vid utvecklingen av QST-protokollet är anatomisk position. För akut eller platsspecifik smärta, är den anatomiska platsen för smärta som typiskt används för testning. Eftersom protokollet har utformats med kroniska smärttillstånd i åtanke, tar vi en mer global strategi. Protokollet bedömer sensation på underarmen och ben i stället för handen, eftersom det har visat sig att värmesmärttröskeln är betydligt högre på handen än på underarmen ³³ och att termisk nociception kan uppfattas på sidan, även om mindre ofta och mindre intensivt än på underarmen ^24. Medan protokollet var avsedd för den majority av kroniska smärttillstånd, vi varna användare att vissa kroniska smärttillstånd påverkar specifika anatomiska regioner, och detta bör beaktas vid modifiering av protokollet för en specifik patientpopulation.

Även om dessa QST åtgärder är den vanligaste och accepteras som en del av de mest tillförlitliga, de är billiga och vanligt nog att de flesta kliniker och forskningslaboratorier redan kan ha tillgång till dem, har råd med dem, och kan transportera dem. Denna QST protokoll är användbar för alla laboratorier eller klinik där det behövs åtgärder för människor med kronisk smärta. Hittills finns det för närvarande inga publicerade visuella rapporter som visar ett protokoll för användning och tillförlitlighet av dessa åtgärder. Baserat på detta protokoll demonstration och tips för att förbättra tillförlitligheten, kan ett laboratorium eller klinik enkelt pröva sin egen test-retest tillförlitlighet. Eftersom många kliniker kommer att behöva använda flera tekniker för att mäta alla patienter, inter-råttaER tillförlitlighetsdata skulle vara användbart i att välja ett protokoll. Vi inkluderar en liten uppsättning av uppgifter som tyder på att protokollet har god tillförlitlighet, men varje klinik och laboratorium rekommenderas starkt att använda detta som ett exempel, eftersom varje klinik och varje patientpopulation med kronisk smärta är unik.

Anmärkningar om skada risk för sensorisk och smärta test:

Risk för skador i samband med kutan mekanisk provning är extremt sällsynt och osannolikt. Mekanisk provning är säker och används flitigt. Riskerna för den enskilde är minimala eftersom 1) det inte är en smärtsam eller skadlig stimulus; 2) ämnen instrueras att de kan stoppa processen när som helst, utan några negativa konsekvenser; och 3) nivån på känslan upplevs av försökspersoner är långt under deras toleransnivå och tröskel för smärta.

Risk för skador i samband med termisk smärta testning är minimal. Termisk testning är säker och används flitigt. Medan termisk testning gör produce smärta, risker för den enskilde är minimala eftersom 1) smärtan är övergående och i allmänhet avtar omedelbart efter ingreppet, 2) ämnen instrueras att de kan stoppa processen när som helst, utan några negativa konsekvenser; och 3) den smärtnivån upplevs av ämnen ligger under deras toleransnivå. Med Hargreaves värmestimulering, det finns en mycket liten risk att få en brännskada, men detta minimeras med följande: 1) positiva lockout stimulansparametrar över 50 ° C; 2) det inbyggda stopp-system i stimulatorn som hindrar leveransen av långvarig eller högintensiva stimuli (20 sek); och 3) den elektroniska termometer som mäter temperaturen vid glasytan före och under varje användning (se nedan under avsnittet instrument). Smärttröskel försök kommer att gå vidare endast om temperaturen detekteras vid 20 sek cutoff är ≤50 ° C.

Risk för skador i samband med tryck smärta testning är minimal. Pressäker testning är säker och används flitigt. Medan trycktestning inte producera smärta, risker för den enskilde är minimala eftersom 1) smärtan är övergående och i allmänhet avtar omedelbart efter ingreppet, 2) ämnen instrueras att de kan stoppa processen när som helst, utan några negativa konsekvenser; 3) graden av smärta upplevs av ämnen ligger under deras toleransnivå; och 4) smärta tillämpas är aldrig mer än patientens smärttröskel, vilket är långt under något tryck som kan orsaka skada. En sällsynt biverkan av trycktestning blåmärken på stimulans plats. I denna situation bör ett motiv som inte testas på nytt vid blåmärken stället. Chansen för blåmärken kan minimeras genom studier uteslutning av personer som lätt får blåmärken eller tar blodförtunnande medel.

Under registreringsperioden, är deltagarna ges en fullständig beskrivning av alla sensoriska och smärta åtgärder som kommer att användas. Med inledande samtycke, alla deltagare är allowed att uppleva alla sensoriska och smärt åtgärder före full inskrivning. Alla sensoriska och smärta analyser är baserade på väletablerade test som används under både friska deltagare och i patienter med kronisk smärta ^34. Alla analyser involverar antingen oskadlig (icke-smärtsam stimuli) eller akuta skadliga stimuli (smärtsamma stimuli) som inte skadar vävnad. Tiden mellan olika tester är> 5 ​​min, för att tillåta föremål för vila och för att minska risken för sensorisk trötthet eller sensibilisering. Den sekventiella ordningen av tester är densamma under varje test session. Specifika platser för testning är begränsade till T1 dermatom på vänster- och högerarmar och L3 / S2 dermatom på vänster och höger kalvar. Alla platser för testning är markerade med en markör, och enskilda platser är utspridda för att undvika överlappande receptiva fält aktivering (Figur 1). Se Material och utrustning Tabell för hela materiallistan. För retest reliabilitet studier, enskilda ämnen som vire testats av två praktiker på en enda dag.

Protocol

Alla tester med mänskliga försökspersoner bör godkännas av Institutional Review Board vid enskilt institut. Alla tester som beskrivs för den aktuella studien har godkänts av Duquesne University Institutional Review Board för försöksperson. Utbildning och beskrivningar av varje åtgärd är följande: 1. Kutan Mekanisk känslighet Assay 13 OBS: Inskrivna deltagare ombeds att sitta i en stol, med stöd för den ände som ska testas. Analysen inne…

Representative Results

Här beskriver vi genomförandet av kostnadseffektiva kvalitativa och kvantitativa analyser för att mäta ofarlig känsla och smärta i mänskliga deltagare med hjälp av VAS (Figur 2). Den visuella representationen är viktig, eftersom exakta och precisa resultat av dessa undersökningar är beroende av korrekt och konsekvent protokoll utförande av teknikern. Dessutom är det värdefullt att veta om flera tekniker utför tekniken som beskrivs kan samla reproducerbara …

Discussion

Vi har visat kostnadseffektiva och enkla kvalitativa och kvantitativa sensoriska test som kan användas för att bedöma mekanisk sensation, termisk känsla och smärta, och tryck smärta i människor. Värdet av dessa analyser är deras lätthet att genomföra och låg mängd nödvändigt träningstid. Varje försöks fick en minimal mängd av utbildning (en studie observation och ett genomförande rättegång). Således kan flera tekniker utbildas på en dag. Resultaten antyder starkt mellan försöksledaren och inom …

Materials

Pressure Algometer / Force Dial	Wagner Instruments	FDK 20	The pressure algometer quantifies pressure pain threshold.  It has a rubber tip attachment that is applied to the marked skin site by the investigator.  The dial records the pressure and is reset after each measurement.
von Frey cutaneous stimulators	Touch Test	NC1275-01 through -08	These von Frey filaments are commonly used to examine sensitivity in research and clincial settings.  Our set of 8 filaments covers a range of sensitivites.  The individual filaments are 1.65 mN, 2.36 mN, 2.44 mN, 2.83 mN, 3.22 mN, 3.61 mN, 3.84 mN, 4.08 mN.
"Hargreaves" apparatus, testing platform	Custom	n/a	One complete base and four supporting columns are used to form a platform for a sheet of safety glass through which the heat source directs heat to the subjects arm or leg that is resting on the glass.  The heat lamp is placed beneath the glass.
0.64cm Pyrex safety glass	DuPont	n/a	Safety glass is important to avoid injury in the unlikely event of a fracture in the glass surface.
Electronic thermometer / thermocouple 53 IIB	Fluke	3821062	The thermocouple is used for thermal testing.  The thermocouple is placed on the glass underneath the subject's arm or leg and measures the temperature at the glass level.
IITC Plantar Analgesia Meter	Life Science Inc. Woodland Hills, CA	390	This is the heat source and timer for Hargreaves testing.  The unit's heat source has an “idle state” that allows exact placement of the heat source.  The heat source is radiant light and the light beam is focused to the top of the glass to creates a 4X6mm intense spot on the arm or leg.
Examiner script	Custom	n/a	A written script for the examiner is used for every testing session.  Because pain and sensitivity can be affected by envrionmental stresses, we attempt to maintain as much consistency as possible between subjects.  The examiner reads directly from the script every time a measure is made to ensure  verbal consistency.
Markers for testing site	Sharpie	n/a	Washable markers may be preferable for situations where multiple days of testing is not necessary
Constant heat stimulus block	Benchmark Scientific	BR10-00	This block is digitally controlled. The surface of the block is 2x3cm.