基于激光诱发脑响应的大鼠急性疼痛模型的优化

摘要

疼痛，包括急性疼痛和慢性疼痛，是非常严重的健康问题，给病人健康和社会经济造成了极大负担。动物模型在帮助我们理解疼痛的生理机制、开发新的镇痛靶点等方面一直扮演着重要角色，然而，由动物基础研究向人类临床应用的转化并非易事，目前的动物疼痛模型存在两个重要问题：第一，不同物种间感觉通道的敏感性差异很大，正确的人和动物的实验结果的转化需要我们小心对待这种敏感性差异，否则可能会造成对结果的错误解释和误判，但是目前很多研究者对这种物种间的差异并没有引起足够的重视；第二，过去的几十年来，动物基础研究的成果往临床应用转化的效率很低，在动物基础研究中有效的镇痛药物和策略最后往往只停留在了实验室层面，难以在临床应用上获得同样的成功。
　　忽视第一个问题，可能会导致非常严重的错误，这里提供一个例子。和人的实验结果类似，以往的大鼠激光诱发电位（Laser evoked potentials，LEPs）的研究发现大鼠的脑响应也包含两个主要成分，被认为分别反映的是大鼠Aδ纤维（“Aδ-ERPs”）与C纤维（“C-ERPs”）传导通路的活动。然而，这些研究忽视了两个重要事实。第一，当激光脉冲发射到人或大鼠皮肤表面时，不仅会因为迅速的升温而激活疼痛感受器，同时也会因为热胀冷缩的机制产生一个波段宽泛的超声波，这种超声波人很难捕捉到，但是大鼠却可以；第二，与人的Aδ纤维容易被激光脉冲激活不同，来自单个外周轴突的微神经记录技术、周围传入神经传导速度的评估、疼痛行为等研究的结果表明，大鼠的Aδ纤维很难被激光刺激激活。考虑到人和大鼠在听觉通道和痛觉通道的敏感性差异，以往大鼠激光诱发电位研究中普遍提到的“Aδ-ERPs”就很奇怪了，事实上，更合理的假设是这个“Aδ-ERPs”是激光引发的超声波诱发的听觉脑响应而非痛觉脑响应。
　　要解决第二个问题，研究者们就需要优化现有的动物疼痛模型，提高动物基础研究成果向临床有效镇痛策略的转化效率。现有的动物疼痛模型主要存在三个缺陷：（1）疼痛刺激并非疼痛特异同时又难以量化；（2）疼痛行为检测主要依靠脊髓中枢控制的伤害性逃避反射（如甩尾或抬足）；（3）很多被试为麻醉状态，生态效度低。而当在自由活动的大鼠身上结合使用脑皮层电图技术（Electrocorticogram，ECoG）和激光刺激器得到激光诱发电位时，就能很好的弥补这些缺陷。
　　为解决以上两个问题，我们展开了一系列实验研究。研究一（包含5个实验）比较了人与大鼠在不同条件下的激光诱发电位响应的异同，结果证明以往大鼠激光诱发电位研究中普遍提到的“Aδ-ERPs”实质上是激光引发超声波所诱发的听觉脑响应而非痛觉脑响应，主要证据有以下四点：大鼠的“Aδ-ERPs”的潜伏期不受刺激位置的变化，这与Aδ纤维传导一定的距离（如尾尖到尾根）需要一定的时间不符；大鼠“Aδ-ERPs”在白噪声掩蔽条件下完全消失，这与人的“Aδ-ERPs”在噪声条件下依然很显著不符；当激光发射在笼子四周而非大鼠身上时，依然可以诱发“Aδ-ERPs”，而且这个脑响应会在噪声条件下消失；不管是皮肤类型是有毛还是无毛，激光刺激大鼠时都会诱发相似的“Aδ-ERPs”和“C-ERPs”，而且“Aδ-ERPs”在噪声条件下会完全消失。这就排除了是皮肤类型的原因导致没有发现大鼠“Aδ-ERPs”的可能性。
　　研究二在使用白噪声掩蔽技术排除了激光引发超声波的干扰后，我们在自由活动的大鼠身上使用激光诱发电位技术，发现大鼠LEPs主要反映的是C纤维传导通路的激活（“C-ERPs”）。我们刻画了“C-ERPs”刺激响应函数，同时提出了一种可以很好地分离不同LEPs成分（N1。N2和P2）的方法，这些成分在极性、顺序、地形图分布等方面都与人类的LEPs成分极为相似。这种相似性表明，使用白噪声掩蔽技术屏蔽了激光超声波的干扰后，在自由活动的老鼠身上使用激光诱发电位技术是一种有效的动物急性疼痛模型，它可以大大提高动物基础研究成果往人类生理学和病理生理学以及临床应用等方面转化的效率。
　　综上所述，研究一事实上纠正了大鼠激光诱发电位领域近几十年来一直存在的错误认识，证明了大鼠LEPs的第一个响应是听觉脑响应而非痛觉脑响应。这个结论使得我们不得不重新审视之前的所有相关研究，也提醒我们在进行动物实验时必须重视物种间感觉通道敏感性的差异。研究二在使用白噪声掩蔽技术排除了激光引发的超声波的干扰后，我们在自由活动的大鼠身上比较全面的刻画了LEPs的响应特性，这种疼痛响应与人类的疼痛响应存在很多相似性，证明了在自由活动的大鼠身上使用激光诱发电位技术是一种有效的疼痛转化研究方法。两个研究一起，实现了对现有动物疼痛模型的优化，建立了一个比较理想的动物疼痛模型。

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1文献综述

1.1 疼痛概述

1.1.1 疼痛的概念及作用

1.1.2 疼痛的研究现状

1.2 动物疼痛模型的困境与出路

1.2.1 动物疼痛模型的重要性及两大问题

1.2.2 问题一：感觉通道的敏感性差异

1.2.3 问题二：动物基础研究向临床应用的转化效率

2引言

3研究一

3.1 实验材料和方法

3.1.1 动物实验

3.1.2 人类实验

3.2 结果

3.3 讨论

4研究二

4.1 材料和方法

4.2结果

4.3讨论

4.3.1大鼠LEPs反映的是C纤维的活动

4.3.2大鼠“C-ERPs”：响应特征和功能意义

5总结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及参加课题