Mønstre for cerebral aktivering til ufarlige og skadelige varmestimuleringer ved nevropatisk smerte

Mange pasienter med nevropatiske smerter viser hyperalgesi og allodyni. Ved ulike smertesyndromer er nevropatiske smerter blant de vanskeligste å behandle. Tidligere studier viser at utviklingen av sekundær hyperalgesi skyldes unormal prosessering av nociseptorinngang etter skader i det perifere nervesystemet. Imidlertid forblir den modulerende effekten på smertebehandling i hjernen ved hjelp av perifere mekanismer unnvikende, og bare få studier undersøker problemet.

Bevis tyder på at lesjoner i spinothalamocortical pathway kan være nødvendig for å utvikle den sentrale smerten, noe som indikerer indirekte endringer i eksitabilitet på grunn av endringer i smertemodulerende systemer. Tidligere anatomiske, fysiologiske og lesjonsstudier har avslørt et omfattende kortikalt nettverk assosiert med sensoriske, kognitive og affektive aspekter av smerte, inkludert primær somatosensorisk cortex, sekundær somatosensorisk cortex, insulær cortex og anterior cingulate cortex. Dessuten rapporterte en fersk studie at nevropatisk smerte kan påvirke hjernens organisering. Derfor ville det vært spennende å vite om og hvordan hjernen behandler smerte hos pasienter med nevropatisk smerte.

Vi antar at nevropatisk smerte fremkalt av den perifere nevropatien resulterer i hypereksitabilitet av smertematrisen (dvs. sentral sensibilisering) på grunn av endringer i smertemodulerende systemer. Pasienter med perifer nevropati og friske frivillige vil bli rekruttert i denne studien. Perifer nevropati er definert i henhold til nevropatiske symptomer og tegn. For friske frivillige vil klinisk historie bli evaluert ved spørreskjemaer og nevrologiske undersøkelser for å utelukke enhver nevropsykiatrisk lidelse eller smertetilstand.

For å vurdere alvorlighetsgraden av forskjellige nevropatiske symptomer, vil pasienter med nevropatisk smerte fylle ut Neuropathic Pain Symptom Inventory (NPSI). Hvert emne vil motta detaljert sensorisk undersøkelse for å evaluere integriteten til sensoriske fibre med liten og stor diameter. For å måle terskler for termiske og vibrerende sensasjoner, vil vi utføre kvantitativ sensorisk testing (QST) ved hjelp av nivåmetoden ved å bruke en termisk sensorisk analysator og vibrasjonssensor (Medoc Advanced Medical System, Minneapolis, MN, USA) etter en etablert protokoll. Termiske terskler vil bli registrert på tåen, og vibrasjonsterskler registrert på laterale malleolus. Disse verdiene vil bli sammenlignet med normative verdier for alderen, som var dokumentert tidligere.

Funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) vil bli utført på en 3-T MR-maskin (Trio; Siemens, Erlangen, Tyskland). En høyoppløselig T1-vektet skanning av hele hjernen i transaksial orientering vil bli oppnådd for å gi anatomisk informasjon for de overlagrede funksjonelle aktiveringskartene. Echo Planar Imaging vil bli brukt for innhenting av funksjonelle data.

Vi vil bruke en CHEP-stimulator (Medoc Ltd, Ramat Yishai, Israel) for å levere termisk stimulering. Termoden med en diameter på 27 mm består av en varmefolie (Minco Products, Inc., Minneapolis, MN) som er dekket med en termoledende plast. Stimuleringstemperaturene gitt gjennom denne rapporten vil bli referert til temperaturen på termofolien. Avkjøling vil begynne umiddelbart etter at den forhåndsinnstilte måltemperaturen er oppnådd. Individuell varmesmerteterskel (HPT) vil bli målt før fMRI-skanninger. Skadelig varme og ufarlig varme vil påføres i det distale beinet, fotryggen eller underarmen. Termoden vil bli stående på samme sted under hver blokk med funksjonelle MR-skanninger. Flere forhåndstester vil bli brukt før CHEP-opptak for å eliminere forventningseffekter. For å unngå sensibilisering og desensibilisering vil stimuli med lav intensitet gå foran høyintensitetsstimuli ved hver blokk.

Hver avbildningsøkt vil bestå av en høyoppløselig anatomisk skanning og tre funksjonelle skanningskjøringer, med 5-minutters intersesjonsintervall. Under skanningen vil fem termiske stimuli påføres av CHEP-stimulatoren på høyre ryggfot. For å unngå sensibilisering, tilvenning og vevsskade, vil stimuleringstemperaturen påføres på en tilfeldig måte, og stimuleringsstedet endres litt etter hver stimulus. Etter 12-s stimulering vil temperaturen avkjøles, med et påfølgende 36-s interstimulusintervall. Etter hver fMRI-økt vil forsøkspersonene bli bedt om å vurdere intensiteten og ubehageligheten til mottatt smertestimulus. De gjennomsnittlige vurderingsverdiene vil bli indikert etter skanningen på en datamaskindrevet visuell analog skala (VAS) fra 0 til 10 (0, ingen følelse; 1, lett intens; 2, ufarlig varme; 3, ufarlig varme; 4, lett smerte ; 5, mild smerte; 7, moderat-sterk smerte; 9, sterk smerte; 10, uutholdelig smerte), og intensiteten og ubehageligheten av mottatt smerte vil bli vurdert ved å bruke Short-Form McGill Pain Questionnaire (SFMPQ).

Alle data vil bli behandlet ved hjelp av programvaren Statistical Parametric Mapping (SPM2, Wellcome Department of Cognitive Neurology, London UK). fMRI-dataserier vil bli justert på nytt og omskåret med sink-interpolering for å korrigere for bevegelsesartefakter. Skanninger med plutselige hodebevegelser på mer enn 2 mm vil bli utelatt. For å muliggjøre intersubjektanalyse vil de funksjonelle dataene samregistreres til den anatomiske skanningen og transformeres til et referanserom i henhold til MNI-malen til SPM2 ved normalisering ved bruk av sinc-interpolasjon. Denne malen er bestemt fra 305 MR-skanninger av friske forsøkspersoner ved Montreal Neurological Institute. Det omsamplede voxelvolumet til de normaliserte bildene er 2 x 2 x 2 mm. Deretter vil data jevnes ut med en isotropisk Gaussisk kjerne på 8 mm full bredde ved halv maksimum for å redusere høyfrekvent støy og ta hensyn til anatomiske varianser. Tilstandsspesifikke effekter vil bli estimert med den generelle lineære modellen ved å bruke en kassebil-tilnærming sammen med den hemodynamiske responsfunksjonen. Høypassfiltrering vil fjerne lavfrekvent støy og lavpassfiltrering vil ta hensyn til serielle autokorrelasjoner av dataene.

Vi vil analysere dataene på individbasis (emne per emne) og på tvers av emner (gruppeanalyse) ved å bruke en varians på tvers av emner (tilfeldig effektanalyse). Vi vil beregne ulike kontraster mellom cerebrale responser under ufarlig og skadelig varmestimulering. Data fra hver stimulering vil bli samlet for gruppestatistiske sammenligninger. Et gruppeaktiveringskart vil bli konstruert ved å utføre en konjunksjonsanalyse for å måle den romlige overlappingen av aktivering på tvers av fag. En enkelt designmatrise, inkludert 3 økter av alle fag, vil bli generert på grunn av det begrensede antallet eksperimenter som representerer en modellanalyse med faste effekter. Statistiske parametriske kart vil bli generert som t-kontraster og korrigert for flere sammenligninger i henhold til tilfeldig feltteori med P < 0,05. Terskelen for Z-kartene er 3,09 (P < 0,001) for individuell faganalyse. Signifikante klynger må vise et minimum utvidelsesvolum på 10 voksler. For gruppeanalyse vil parametriske kart bli konstruert med samme kontrast og romlig utstrekning, men vi vil bruke en korrigert terskel på P < 0,05.