急性疼痛的病理生理学：动物模型

急性疼痛的病理生理学：动物模型

本综述目的：创伤、手术和烧伤是与急性疼痛显著相关的3种主要临床情况。本综述利用3种临床前模型描述了急性疼痛的病理生理：手术、烧伤和骨折。

最近的研究发现：总体上，大家对于急性疼痛的外周介质的兴趣越来越大。研究表明针对于神经生长因子、白细胞介素和类缺血介质的处理能为急性疼痛的治疗提供有用的途径。且通过外周镇痛治疗能减少副作用。

小结：急性疼痛的外周介质取决于外伤的类型。在未来针对于这些具体外伤后介质的治疗能提高急性疼痛的治疗的疗效。

关键词：烧伤；骨折；痛觉过敏；切口；伤害性感受

前言

外科、烧伤和骨折可导致严重的急性疼痛。充分的疼痛控制是患者尽早开始康复的一个关键因素，这对于术后恢复功能和减少这些急性事件后的发病率和死亡率是至关重要[1–3]。当前镇痛疗法的有效性往往是有限的[4]，这些治疗在某些情况下可产生有害的副作用。因此，针对这些外伤后的疼痛需要无副作用的新型止痛药；此外，需要更好的了解这些急性事件所造成疼痛来引导开发新的治疗方法。

骨折性疼痛的动物模型

现已经发展了两种啮齿类动物的骨折性疼痛的临床前动物模型，一个股骨封闭性骨折疼痛模型小鼠及大鼠[5,6]和一个胫骨封闭性骨折的小鼠疼痛模型[7]。这两种模型是从常见的骨折模型后发展起来

的，已被用于骨重建和骨愈合[8,9]的研究。

在股骨骨折模型中，骨折引起的自发性疼痛相关行为包括退缩和防卫[5,10]。这些行为持续到骨折后约18天。骨折引起的疼痛也可通过测量活动诱发退缩和防卫来评估[10]。活动诱发的退缩和防卫出现时间与自发性行为相似，在骨折后2天达到高峰，后逐渐下降持续到骨折后18天（图1）。与自发的行为相比，运动诱发的这些行为的幅度更显著且当患者利用其断裂的肢体时疼痛明显加重[11]。此外，在这个模型中也发现骨折肢体的承重能力下降[5,12]。

在胫骨骨折模型中，也观察到防卫行为[7]。这种自发的疼痛相关行为在胫骨骨折（骨折后2小时）后达到高峰后，并一直持续到骨折后第7天。与股骨骨折疼痛模型相反的是，胫骨骨折后没有发现自发性退缩。胫骨骨折引起的疼痛也是通过测量动物的机械和热刺激的反应进行评估。机械和热伤害性相关行为在骨折后即刻最明显并持续7天。

这些动物模型的骨折性疼痛通过现有止痛药有效治疗骨折患者的疼痛得到了进一步验证。如果患者的止痛药也可以减少这些模型动物的疼痛行为，则表明患者骨折和模型之间有相似的病理生理。股骨骨折后第7天，使用吗啡可产生剂量相关性自发退缩和防卫减少，也提高了骨折肢体的负重[5]。在胫骨骨折后第1天或第2天，吗啡和酮洛芬（一种非选择性环氧合酶1和2抑制剂），减少了自发性疼痛有关的行为，以及机械和热伤害性感受[7]。

图1.雌性大鼠股骨闭合性骨折后的防卫、缩足和负重情况

研究了3组大鼠：安慰剂组和扎针组低于扎针加骨折组（P<0.05），安慰组和扎针组之间无差别

要点

优化临床前动物疼痛模型对于阐明急性疼痛的病理生理是至关重要的。

对比化学物质或神经结扎导致的慢性疼痛模型，使用临床相关损伤来模拟临床前急性疼痛模型。

不同类型的急性组织损伤可能会导致这些啮齿动物模型的疼痛相关行为的具体模式。

非诱发性持续疼痛是急性疼痛的一个重要和不可忽视的组成部分，并很可能通过增加的自发性活动在伤害性传导路中传输。

现已提示外周敏化可能在急性疼痛的发展和数个外周靶点起了关键作用。

烧伤性疼痛的动物模型

已经开发了几个研究烧伤致痛机制的临床前动物模型。准备的这些模型中，使用不同的热损伤参数（温度范围和燃烧持续时间）、损伤部位和热设备，因此产生不同的疼痛有关行为。所有的灼伤是在动物全身麻醉下实施的。在大鼠后爪足底放置热板后的轻度烧伤（52.5±1.08。C持续45秒）能够产生短期持续的原发热痛觉过敏，它仅仅在损伤后30分钟出现[13,14]。没有观察到明显的机械性痛觉过敏。轻度烧伤区域外在烧伤后30-60分钟继发机械性痛觉过敏达到高峰，并在烧伤后3小时逐渐消失。但没有发现继发性热痛觉过敏。王等人

[15]建立了烧伤疼痛的另一个模型大鼠，他将大鼠后足背部部分浸入热水浴（85。C持续12秒）并测量未受伤跖侧的行为反应。这种烧伤导致明显的继发性机械和热痛觉过敏，其在烧伤后第1天出现，并持续到未来7天。

烧伤区域（操作性疼痛）的原发机械性痛觉过敏是烧伤病人最严重类型的疼痛[16,17]。为了努力开发能够显示烧伤导致原发机械性痛觉过敏的动物模型，夏季等[18]使用了具有良好温度控制的热探头（52.5±1.08。C持续45秒）。在这种模式下，烧伤后30分钟观察到受伤部位的机械性收足阈值降低60％。这种原发的痛觉过敏在烧伤后第3天达到高峰，并持续到第7天。Chang等人最近开发的一个模型也发现了明显的原发性机械痛觉过敏[19]。在这个模型中，将大鼠后爪足底放置一热板（85.0±0.5。C持续15秒）。在烧伤后第1天观察到原发机械性痛觉过敏，并持续到整个为期8周的研究（图2）。

图2. 表皮烧伤后的行为研究

（a）烧伤模型机械回缩阈值的时间过程。机械性痛觉过敏持续到8周。痛觉过敏未受伤的对侧爪子也表现很明显。（b）热痛觉过敏是短暂的，仅在表面烧伤后第1天和1周表现明显。数据根据均数加减标准差绘制。与损伤前相比损伤后差异有统计学意义（*P<0.05）。

烧伤性疼痛的机制

现正在研究使用这些临床前的动物模型来揭示烧伤性疼痛的外

周和脊髓机制。最近报道大麻素（CB）受体作为一种治疗烧伤疼痛的靶点在未来可得到利用[20]。在大鼠后爪烧伤部位局部注射CB受体激动剂，可剂量依赖性逆转原发性机械和热痛觉过敏。这种镇痛的作用在CB1拮抗剂联合注射CB受体激动剂时会大量减弱，但与CB2的拮抗剂联合时不会。

烧伤引起的伤害性感受也通过神经生长因子（NGF）及其受体介导，即酪氨酸激酶A（TrKA）途径。在大面积烧伤后（占体表面积的25％），通过上调NGF愈合，并通过抗NGF治疗来预防损伤引起的痛觉过敏发生[21]。烧伤引起的痛觉过敏也可通过反义寡核苷酸（ODN）来下调初级感觉神经元的TrkA来减弱[18]。

烧伤痛的发病机制还涉及炎症部分。在被烧伤的组织中，发现白细胞介素-6（IL-6）持续局部增加6天[22]。通过敲除转导IL-6受体亚基的信号蛋白-糖蛋白（GP130）来干扰IL-6信号传导，即在初级感觉神经元中通过反义寡核苷酸或使用抗IL -6抗体功能性阻断细胞因子来减弱烧伤诱发的痛觉过敏。

在脊髓中，烧伤诱导了小胶质细胞活化，其可通过脊髓背角小胶质细胞密度增加和p38MAPK的磷酸化增强（P-p38MAPK）获得支持，并主要被小胶质细胞占据[19，23]。使用特异性抑制剂（SB203580和SD-282）或米诺环素抑制胶质p38 MAPK的激活能抑制烧伤后痛觉过敏的发展[23,24]，表明了脊髓小胶质细胞在烧伤痛的发展起了作用。

术后疼痛的动物模型