常見的疼痛研究模型及方法

【摘要】

疼痛是機(jī)制非常復(fù)雜的神經(jīng)活動。疼痛研究已經(jīng)成為當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)研究的重要課題之一。由于疼痛機(jī)制的復(fù)雜性，使得在患者身上研究與疼痛有關(guān)的神經(jīng)機(jī)制成為不可能的事。因而，我們的研究需要相應(yīng)的動物模型。本章介紹了在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究中常用的疼痛動物模型。在概要介紹了疼痛研究的意義及其現(xiàn)狀之后，重點(diǎn)介紹了在生理痛研究和急性、慢性病理痛研究中所應(yīng)用的動物模型。生理痛的模型即常用的動物傷害性感受閾測定法；急性病理痛的模型則主要是各種急性炎癥模型模型；慢性病理痛的模型則包括慢性炎癥模型和慢性神經(jīng)損傷模型。

【前言】

疼痛(pain)是人們一生中經(jīng)常遇到的不愉快的感覺。它提供軀體受到威脅的警報(bào)信號，是生命不可缺少的一種特殊保護(hù)功能。另一方面，它又是各種疾病最常見的癥狀，也是當(dāng)今困擾人類健康最嚴(yán)重的問題之一。近年來，僅在美國就有三至四千萬人患有慢性痛。據(jù)估計(jì)，美國每年用于治療慢性痛的費(fèi)用約為400~600億美元；澳大利亞每年用于治療疼痛的費(fèi)用占全部醫(yī)療費(fèi)用的40%。隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步和人類生活水平的提高，烈性傳染病逐漸得到控制，       疼痛在人的身心痛苦和醫(yī)療費(fèi)用消耗上的相對地位將越來越重要。

由于難以在人體對疼痛進(jìn)行深入的機(jī)制研究，有必要建立疼痛的動物模型。但疼痛是是包括性質(zhì)、強(qiáng)度和程度各不相同的多種感覺的復(fù)合，并往往與自主神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動反應(yīng)、心理和情緒反應(yīng)交織在一起，它既不是簡單地與軀體某一部分的變化有關(guān)，也不是由神經(jīng)系統(tǒng)某個(gè)單一的傳導(dǎo)束、神經(jīng)核和神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行傳遞的，所以很難將某種客觀指標(biāo)與疼痛直接聯(lián)系起來。因而，我們只能根據(jù)模型動物對傷害性刺激的保護(hù)反應(yīng)和保護(hù)性行為來推測它們的疼痛程度。

傷害性感受(nociception)和痛覺是兩個(gè)有密切關(guān)系但又不相同的概念。前者是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)對由于傷害性感受器的激活而引起的傳入信息的加工和反應(yīng)，以提供組織損傷的信息；痛覺則是指上升到感覺水平的疼痛感覺。兩者之間有時(shí)并沒有嚴(yán)格的相關(guān)性。

【概述】

為了能夠?qū)ν从X現(xiàn)象及其機(jī)制作深入細(xì)致的觀察，特別是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)水平研究痛覺機(jī)制，必須建立動物的痛覺模型。又由于痛覺是意識水平的感覺，我們無法確定動物是否具有痛覺，只能觀察其對傷害性刺激的行為反應(yīng)。因而在下文的描述中有時(shí)用傷害性感受閾(nociceptive threshold)取代痛閾(pain threshold)。

正常情況下，疼痛是機(jī)體對外界傷害性刺激的感受，它是一種報(bào)警系統(tǒng)，提示實(shí)存的或潛在的組織損傷的可能性。如果這種傷害性刺激是可以回避的，那么痛覺就是一種具有完全的積極意義的感覺形式，稱為生理痛。這種意義上的疼痛模型實(shí)際上就是對傷害性感受閾的測量。它是通過觀察動物對傷害性溫度和機(jī)械刺激的逃避反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

如果動物遇到無法逃避的傷害性刺激，就會引起它的情緒反應(yīng)，發(fā)出嘶叫聲。這是需要高級神經(jīng)中樞配合的反應(yīng)，并且不受局部運(yùn)動功能的影響。因而，在傷害性刺激下引起的嘶叫反應(yīng)也可以作為傷害性感受閾的測量指標(biāo)。

這是最常見的傷害性感受閾測量方式。最常用的有熱輻射-甩尾法、熱輻射-甩頭法和熱輻射-抬足法。

A．熱輻射-甩尾法

以大鼠為例。先將大鼠固定在特制的塑料筒中，令其尾部暴露在外并自然下垂，待動物安靜20分鐘后再予測定。輻射熱源可采用8.75毫米放映燈泡(電壓為18.5伏，可調(diào)節(jié))，經(jīng)透鏡聚焦后發(fā)射出直徑約4毫米的光束，照射相當(dāng)于尾部中、下三分之一交界處的皮膚(光源與尾部皮膚必須緊密相貼)；采用與光源并聯(lián)的電子計(jì)時(shí)器同步記錄照射持續(xù)時(shí)間，即當(dāng)照射開始同時(shí)啟動秒表，當(dāng)動物尾部出現(xiàn)明顯逃避應(yīng)時(shí)，關(guān)閉光源并同時(shí)停止計(jì)時(shí)。所測得的時(shí)間間隔即為甩尾反應(yīng)潛伏期(Tail-Flick Latency, TFL)。

一般在正式測量之前先調(diào)節(jié)電壓，使TFL值保持在4~6秒左右，然后每5分鐘測定一次，取三次測定的平均值作為基礎(chǔ)傷害性感受閾。若動物在鎮(zhèn)痛作用下TFL延長至超過15秒，則停止照射并以15秒作為甩尾潛伏期的上限，以免照射過久灼傷皮膚。

用類似的方法也可以在小鼠測定其熱輻射-甩尾反應(yīng)潛伏期。

B．熱輻射-甩頭法

一般用家兔作為實(shí)驗(yàn)對象。先將家兔用特制的布帶懸空吊起，令其四肢自由伸展，并蒙蔽其眼睛。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)用彎剪刀小心剪去口唇部胡須。待動物安靜后，用上述同樣的光源照射家兔口唇，等待其明顯的逃避反應(yīng)(將頭部移開)。利用同樣的電子計(jì)時(shí)器測定此反應(yīng)的潛伏期。計(jì)算方法如上所述。注意其最長照射時(shí)間不要超過10秒。

C．熱輻射-抬足法

仍以大鼠為例，將大鼠固定在特制塑料筒中，令其后肢暴露在外。待動物安靜后，用同樣的輻射光源照射其后足掌底部；或令大鼠自由站立于玻璃板上，將輻射光源置于玻璃板下，隔玻璃照射足底。測定其逃避反應(yīng)(抬足)出現(xiàn)的潛伏期。以15秒為其最長照射時(shí)間的上限。

D．冷水、熱水刺激逃避法

實(shí)驗(yàn)動物可以是大鼠或小鼠。刺激部位可以選擇尾尖或后足。將動物適當(dāng)固定后，令尾尖或后足自然下垂。待動物安靜后，將被刺激部位浸于10°C的冷水或46°C的熱水中，記錄從開始浸入到被刺激部位逃離水面或出現(xiàn)明顯掙扎行為的時(shí)間作為傷害性感受閾。仍以15秒為最長刺激時(shí)間的上限。

又稱為Randall-Selitto反應(yīng)。一般選用大鼠作為實(shí)驗(yàn)動物。動物置于特制塑料固定筒內(nèi)，用Randall-Selitto反應(yīng)測定儀給鼠后足跖部施加以恒定速率連續(xù)遞增的壓力。當(dāng)其后足縮回時(shí)，即停止加壓并讀出此時(shí)之壓力數(shù)值(mmHg)，以此壓力-縮腿閾(Paw-Withdrawal Threshold, PWT)作為傷害性感受閾。先測定三次PWT，每次測定間隔5min，取其平均值作為基礎(chǔ)閾值；以后測定所得結(jié)果均與它比較，并以150%作為PWT升高的上限以免損傷局部組織。

另一種方法是，每次給動物足底施加恒定的壓力，記錄從開始加壓至動物做出逃避反應(yīng)的時(shí)間，以此時(shí)間作為傷害性感受閾。

A．機(jī)械刺激-嘶叫法

此方法一般以大鼠為實(shí)驗(yàn)對象。采用的固定方法與前節(jié)相同，但給予動物不可逃避的刺激，記錄動物發(fā)出嘶叫時(shí)的壓力數(shù)值(當(dāng)采用連續(xù)遞增的壓力時(shí))或時(shí)間潛伏期(當(dāng)采用恒定壓力時(shí))。

B．電刺激-嘶叫法

本法同樣以大鼠為實(shí)驗(yàn)對象。刺激部位可以是尾部或后足。首先將動物適當(dāng)固定，并將一對不銹鋼針刺激電極插入待測部位(兩極間距1cm)，待動物安靜后給刺激電極通以頻率為50Hz的方波刺激，逐漸增大電流強(qiáng)度，記錄動物開始發(fā)出嘶叫時(shí)的刺激強(qiáng)度，作為其傷害性感受閾。

【小結(jié)】

神經(jīng)痛是臨床上常見的嚴(yán)重而難于治療的疼痛性疾患。上述的幾種模型分別在一定程度是模擬了相應(yīng)的臨床疼痛疾患。但也有一些神經(jīng)痛如皰疹后神經(jīng)痛、三叉神經(jīng)痛等，目前尚無法制備相應(yīng)的動物模型進(jìn)行研究。這方面的有關(guān)模型還有待于進(jìn)一步開發(fā)。

 

【結(jié)語】

本章敘述了某些生理性和病理性疼痛動物模型的建立方法。毫無疑問，動物模型的建立將為相應(yīng)的疼痛性疾患的診斷和治療研究提供幫助。已有的研究結(jié)果表明，不同類型的疼痛模型，其中樞過程有很大的差異。這表明，疼痛可能并非由簡單的中樞機(jī)制決定；痛覺調(diào)質(zhì)以及疼痛本身可能涉及若干中樞機(jī)制的復(fù)雜組合。比較不同疼痛模型的中樞機(jī)制，可能有助于揭示疼痛的真正中樞本質(zhì)，從而使我們對疼痛現(xiàn)象的認(rèn)識和臨床療效均獲得飛躍式的提高。這樣的比較研究也可能為我們理解某些目前尚不知其病因因而無法制備相關(guān)模型的疼痛疾患，并為這些疾患的治療提供幫助。