疼痛對(duì)自主神經(jīng)活動(dòng)的影響范文

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《生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志》2015年第六期

摘要：

本研究旨在探討辣椒素疼痛模型建立的可行性和心率變異性（HRV）分析用于疼痛評(píng)價(jià)的可能性，并對(duì)辣椒素致痛過(guò)程中志愿者的自主神經(jīng)活動(dòng)性的變化進(jìn)行研究。本研究對(duì)30名健康志愿者進(jìn)行辣椒素刺激，記錄刺激后的視覺(jué)模擬量表（VAS）評(píng)分及其刺激前后的心電信號(hào)及HRV分析指標(biāo)，包括時(shí)域分析指標(biāo)、頻域分析指標(biāo)、非線性分析指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明辣椒素導(dǎo)致人體疼痛的過(guò)程中，志愿者的自主神經(jīng)活性升高，其中交感神經(jīng)活性升高明顯，在HRV上有明顯變化。由此可見(jiàn)，辣椒素疼痛模型的建立是可行的。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中HRV分析有望作為定量評(píng)價(jià)疼痛的參考指標(biāo)之一。

關(guān)鍵詞：

心率變異性；辣椒素；疼痛；人體疼痛模型；自主神經(jīng)

口腔頜面部疼痛包括面部疼痛和來(lái)源于口腔軟硬組織的疼痛，常見(jiàn)有炎性疼痛［1］、創(chuàng)傷性疼痛、關(guān)節(jié)疼痛、神經(jīng)性疼痛、癌性疼痛、心因性疼痛及醫(yī)源性疼痛等，對(duì)患者日常生活的各個(gè)方面產(chǎn)生不良影響［2］。目前，對(duì)于頜面疼痛的客觀評(píng)估分析較少，疼痛的評(píng)估多依賴(lài)于患者的主訴［3］，是一種主觀的個(gè)人感受［4］，受眾多因素影響，不容易測(cè)量。因此本實(shí)驗(yàn)希望在實(shí)驗(yàn)性人體疼痛模型中，通過(guò)控制疼痛的性質(zhì)、強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間等因素，來(lái)對(duì)一些精神軀體的行為和神經(jīng)生理反應(yīng)進(jìn)行定量測(cè)量。辣椒素疼痛模型作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停且环N常用的化學(xué)刺激類(lèi)疼痛模型，在很多文獻(xiàn)中都有提及［5－6］。辣椒素所引起的傷害性刺激會(huì)引起不同程度的血流動(dòng)力學(xué)改變以及自主神經(jīng)活動(dòng)性的改變［7］。心率變異性（heartratevariability，HRV）分析是目前研究自主神經(jīng)功能的一種較好的無(wú)創(chuàng)手段［8］，因此本實(shí)驗(yàn)采用HRV分析來(lái)定量評(píng)價(jià)辣椒素疼痛模型中自主神經(jīng)活動(dòng)的變化。

1資料與方法

1．1一般資料本研究經(jīng)天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（TMUSHhMEC2014010），并與志愿者簽署知情同意書(shū)。選取天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院2007、2008、2009級(jí)健康學(xué)生志愿者共30名，其中，男15名，女15名；年齡22～27（23．9±1．37）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：所有志愿者均無(wú)心臟病、高血壓、糖尿病等系統(tǒng)疾病史；無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及心理疾病；既往無(wú)辣椒或辣椒素過(guò)敏史。排除標(biāo)準(zhǔn)：志愿者如特別能吃辛辣食物如湖南、四川等籍貫人士或基本不能吃辛辣食物者將被排除在外。

1．2實(shí)驗(yàn)方法

1．2．1選擇標(biāo)準(zhǔn)肢體Ⅱ?qū)?lián)，以酒精棉球脫去志愿者胸前貼電極處的皮膚油脂，保證接觸良好，3M（CanadaCompany）電極涂耦合劑貼在志愿者體表，采用PowerlabML870心電信號(hào)采集系統(tǒng)全程采集志愿者的心電（electrocardiogram，ECG）信號(hào)。

1．2．2囑志愿者去枕平臥，平靜20min，即平靜狀態(tài)（T0）。

1．2．3用浸有0．5mL辣椒素溶液（30％酒精溶液配制成0．1％的辣椒素，辣椒素由Sigma公司生產(chǎn)）的棉質(zhì)片覆蓋在志愿者下唇唇紅位置，囑其抿住嘴唇，繼續(xù)觀察20min，即辣椒素刺激狀態(tài)（T1）。

1．2．4記錄涂抹辣椒素后志愿者視覺(jué)模擬量表（VisualAnalogueScale，VAS）評(píng)分。本研究采用0～100mmVAS［9］評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)涂抹辣椒素后志愿者的疼痛情況，0表示無(wú)痛，100mm表示無(wú)法忍受痛。VAS值≤30mm為輕度疼痛，VAS值≥70mm為重度疼痛，VAS值介于31～69mm為中度疼痛［10］。

1．2．5使用MatlabR2006a編程應(yīng)用軟件處理所采集到的ECG信號(hào)，剔除異位搏動(dòng)和偽差，對(duì)ECG信號(hào)提取得到RR間期序列，在RR間期序列中分別選取T0期、T1期較穩(wěn)定的一段信號(hào)，長(zhǎng)度各5min，用來(lái)分析志愿者不同狀態(tài)下的HRV指標(biāo)。比較兩組指標(biāo)的差異性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1．3檢測(cè)指標(biāo)本實(shí)驗(yàn)需要采集的指標(biāo)包括：ECG信號(hào)、時(shí)域分析指標(biāo)、頻域分析指標(biāo)、非線性分析指標(biāo)。時(shí)域分析指標(biāo)包括：所有竇性RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）、所有相鄰竇性RR間期長(zhǎng)度差異的均方根（RMSSD）、所有相鄰竇性RR間期差值超過(guò)50ms的心搏數(shù)所占百分比（PNN50）、RR間期的總個(gè)數(shù)除以RR間期直方圖的高度即三角指數(shù)；頻域分析指標(biāo)包括：總功率（TP）、低頻功率（LF）、高頻功率（HF）、低頻功率／高頻功率（LF／HF）、標(biāo)準(zhǔn)化的低頻功率（LFn）、標(biāo)準(zhǔn)化的高頻功率（HFn）；非線性分析指標(biāo)包括：散點(diǎn)圖的短軸（SD1）、散點(diǎn)圖的長(zhǎng)軸（SD2）。

1．4統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)均輸入SPSS13．0軟件處理，計(jì)量資料以珚x±s表示。頻域分析指標(biāo)在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換。同一指標(biāo)不同時(shí)點(diǎn)的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以雙側(cè)P＜0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2．1VAS評(píng)分結(jié)果根據(jù)VAS評(píng)分卡尺讀數(shù)，最終VAS評(píng)分為（63．36±11．21）mm，最大值為87mm，最小值為45mm。總體可評(píng)價(jià)為中度疼痛。

2．2血流動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果根據(jù)ECG信號(hào)可以得到志愿者的心率（heartrate，HR）。T0時(shí)期HR為（71±9．91）次／分；T1時(shí)期HR為（74．33±11．13）次／分。通過(guò)配對(duì)t檢驗(yàn)得到P＝0．121＞0．05，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2．3時(shí)域分析結(jié)果HRV的時(shí)域分析各項(xiàng)指標(biāo)的值見(jiàn)表1，組內(nèi)前后比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，SDNN和三角指數(shù)在T1時(shí)期較T0時(shí)期均明顯升高，RMSSD和PNN50沒(méi)有明顯變化。

2．4頻域分析結(jié)果頻域分析數(shù)值較大且較離散，故使用常數(shù)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。表2中組內(nèi)前后比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，TP、LF、LF／HF以及LFn在T1時(shí)期較T0時(shí)期均明顯升高，HFn在T1時(shí)期較T0時(shí)期明顯降低，HF沒(méi)有明顯變化。

2．5非線性分析結(jié)果圖1所示為辣椒素刺激前后RR間期Poincaré散點(diǎn)圖。表3中SD1和SD2的組內(nèi)前后比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，SD2在T1時(shí)期較T0時(shí)期明顯升高，SD1沒(méi)有明顯變化。

3討論

疼痛與自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)有著密不可分的關(guān)系［11］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)阻滯可以明顯減輕灼性神經(jīng)痛和反射性交感神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良患者的疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏癥狀［12］，證明交感神經(jīng)興奮與否與疼痛輕重程度有密切的關(guān)系。HRV是指連續(xù)心搏間瞬時(shí)HR的微小漲落，是自主神經(jīng)作用的結(jié)果，能反映中樞及自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)心臟節(jié)律的調(diào)節(jié)，可以客觀地評(píng)價(jià)交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的活動(dòng)性。本研究中，VAS評(píng)分最大值為87mm，最低值為45mm，平均值為63．36mm，說(shuō)明志愿者主觀感受的疼痛級(jí)別平均可達(dá)中等疼痛，也證明了辣椒素致痛模型是可行的。HR在T1期比在T0期有所升高，這是由于辣椒素作為疼痛刺激引起了交感神經(jīng)活動(dòng)性增強(qiáng)；但是T0期與T1期HR的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明常規(guī)的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)對(duì)本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶弁创碳げ幻舾小?/p>

時(shí)域分析結(jié)果中，SDNN和三角指數(shù)主要反映HRV整體活動(dòng)性的變化，是HRV中的慢變化成分［13］；而RMSSD、PNN50主要反映迷走神經(jīng)的活動(dòng)性，是對(duì)HRV中快變化成分的反映［14］。SDNN和三角指數(shù)在T1期較T0期均有明顯增高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，反映了辣椒素所致的疼痛刺激導(dǎo)致自主神經(jīng)整體的活動(dòng)性增強(qiáng)。

RMSSD、PNN50在T1期較T0期雖有所增高，但是差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，反映了迷走神經(jīng)隨交感神經(jīng)的協(xié)調(diào)性增高。頻域分析結(jié)果中，總功率TP代表的是時(shí)間段內(nèi)HRV的總和，反映了自主神經(jīng)整體的活動(dòng)性；高頻功率HF反映了迷走神經(jīng)的功能水平；低頻功率LF是交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)共同作用的一個(gè)混合帶，更多的是反映交感神經(jīng)隨總功輸出變化而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)變化；LF／HF反映的是交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的平衡狀態(tài)，升高代表交感神經(jīng)活躍，下降則表示交感與迷走神經(jīng)處于不平衡狀態(tài)［15］；HFn和LFn則反映了交感、迷走神經(jīng)的相對(duì)值，直觀反映了交感、迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用［16］。在本研究中，TP、LF、LF／HF和LFn四項(xiàng)指標(biāo)在T1期較T0期都有增高，HFn在T1期較T0期有所降低，且差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而HF則沒(méi)有明顯變化。結(jié)果顯示在辣椒素的疼痛刺激下，自主神經(jīng)整體的活動(dòng)性增強(qiáng)。而LF／HF的增高說(shuō)明辣椒素疼痛刺激引起了交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)平衡性的改變，在交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)活動(dòng)性都增加的同時(shí)，交感神經(jīng)的活動(dòng)性增加幅度較大，反映了交感神經(jīng)活動(dòng)性對(duì)辣椒素疼痛刺激應(yīng)激的敏感性。

HRV非線性分析指標(biāo)能定量反映RR時(shí)間間隔的結(jié)構(gòu)性和復(fù)雜性。本研究采用的是散點(diǎn)圖分析方法中的橢圓填充法。SD1反映了相鄰RR間期的差異，是對(duì)HRV中快變化成分的表達(dá)，主要反映迷走神經(jīng)的活動(dòng)；而SD2是對(duì)HRV中慢變化成分的表達(dá)，反映整體自主神經(jīng)功能的變化情況［17］。本研究中SD2在T1期較T0期有明顯增高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，也反映了辣椒素所致的疼痛刺激導(dǎo)致自主神經(jīng)整體的活動(dòng)性增強(qiáng)。SD1的變化沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同樣證實(shí)了辣椒素的疼痛刺激對(duì)迷走神經(jīng)活動(dòng)性的影響較小。

綜上所述，辣椒素刺激所致的實(shí)驗(yàn)性疼痛會(huì)導(dǎo)致自主神經(jīng)整體的活動(dòng)性增高，其中交感神經(jīng)活動(dòng)性的增高占優(yōu)勢(shì)。辣椒素刺激所致疼痛引起的應(yīng)激反應(yīng)可以在HRV分析中表現(xiàn)出來(lái)，因此可以把辣椒素疼痛模型作為研究人體口腔頜面痛的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｍ瑫r(shí)，在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，可以考慮把HRV分析作為定量評(píng)價(jià)疼痛的參考指標(biāo)之一。

作者：付慶彪 劉春林 張方 房懌 申岱 張健 單位：遼寧醫(yī)學(xué)院 研究生院 天津醫(yī)科大學(xué) 口腔醫(yī)院 皖南醫(yī)學(xué)院 弋磯山醫(yī)院 口腔頜面外科