Advanced

Itch and Pain Inhibitory Mechanisms in Humans - evidence for a differential control of nociceptive senses

Nilsson, Hans-Jörgen LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Information om smärta, klåda och temperaturförändringar förmedlas till centrala nervsystemet av tunna nervfibrer som leder nervimpulser relativt långsamt. Information om beröring av huden förmedlas istället av grova och snabbt ledande nervfibrer. Det är välkänt att olika känselkvaliteter kan interagera med varandra på olika nivåer i centrala nervsystemet. Vanlig beröring kan t.ex. dämpa smärtsignaler från samma hudområde genom interaktioner i bl.a. ryggmärgen. Kraftfulla interaktioner äger också rum mellan smärtsignaler från olika kroppsdelar. Således kan smärta från en kroppsdel hämma upplevelsen av smärtor från en annan. Intryck av värme och kyla interagerar med varandra så att en... (More)
Popular Abstract in Swedish

Information om smärta, klåda och temperaturförändringar förmedlas till centrala nervsystemet av tunna nervfibrer som leder nervimpulser relativt långsamt. Information om beröring av huden förmedlas istället av grova och snabbt ledande nervfibrer. Det är välkänt att olika känselkvaliteter kan interagera med varandra på olika nivåer i centrala nervsystemet. Vanlig beröring kan t.ex. dämpa smärtsignaler från samma hudområde genom interaktioner i bl.a. ryggmärgen. Kraftfulla interaktioner äger också rum mellan smärtsignaler från olika kroppsdelar. Således kan smärta från en kroppsdel hämma upplevelsen av smärtor från en annan. Intryck av värme och kyla interagerar med varandra så att en sinnesupplevelse dominerar. Vidare anses aktivering av smärtreceptorer ligga bakom den klådlindring som erhålls när man kliar sig. Det snabbaste och, sannolikt, äldsta sättet att lindra lokaliserad smärta eller klåda är därför att gnugga respektive klia hudområdet ifråga. Överdrivet kliande kan dock medföra att klådan på sikt förvärras då huden skadas, vilket kan leda till en ond cirkel.



Det finns idag ett begränsat antal terapeutiska möjligheter att lindra klåda som till stor del beror på brist på forskning kring klådans fysiologi. En metod som efterliknar de neuronala effekterna av att klia sig, utan att sekundärt skada huden skulle kunna erbjuda ett intressant terapeutiskt alternativ för lindring av klåda. Det krävs sålunda att man kan stimulera tunna nervfibrer i huden på ett för patienten tolerabelt sätt. En sådan metod, kallad Cutan Fält Stimulering (CFS), har utvecklats i vårt laboratorium. CFS använder en flexibel silikonplatta försedd med ett flertal nålliknande elektroder (n=16), som var och en stimuleras med låg frekvens (4 Hz). Nålspetsarna sticker ut på ett bestämt avstånd från plattan (0.2 mm). När plattan appliceras med lätt tryck mot huden, förs nålspetsarna genom hudens hornlager till ett område som är rikligt innerverad av tunna nervändar. Avsikten var att göra det möjligt att aktivera tunna nervändar, däribland smärtreceptorer, med låg spänning och intensitet. Genom att elektrodspetsarna stimuleras i följd med en för varje elektrod låg frekvens minskas obehaget av stimuleringen.



I denna avhandling undersöktes effekten av CFS på klåda och olika former av smärta hos människa. Denna effekt jämfördes med effekten av konventionell transkutan elektrisk nervstimulering (TENS), som huvudsakligen stimulerar grova nervfibrer. På friska försökspersoner visades inledningsvis att CFS företrädesvis stimulerar tunna nervfibrer. Dessutom visades att behandling med CFS, men inte TENS, kraftigt hämmar akut klåda (framkallad med histamin). Klådlindringen avklingade under en period av 4-8 timmar. I följande arbeten studerades effekterna av CFS och TENS på andra hudsinnen än klåda, såväl olika former av smärta som temperatur- och beröringssinnet. CFS visade sig ha signifikant hämmande effekt på olika typer av smärta, dock inte i paritet med den utomordentligt starka effekten på klåda. Starkast hämning erhölls på brännande smärta som fortleds i de allra tunnaste nervfibrerna medan mekaniskt utlöst smärta och stickande känsla påverkades relativt lite, eller inte alls. Temperatursinnet var relativt lite påverkat medan ingen påverkan noterades på beröringssinnet som förmedlas av grova nervfibrer. TENS, å andra sidan, hade endast marginell effekt på samtliga hudsinnen. Vidare, för att utröna huruvida de bakomliggande mekanismerna var av generell eller lokal karaktär, applicerades CFS eller TENS antingen direkt över det hudområde från vilket effekterna mättes (sk. homotop stimulering) eller fjärran från det hudområde som sedan testades (sk. heterotop stimulering). Det visade sig att endast när CFS eller TENS applicerades homotopt erhölls någon hämning av nämnda hudsinnen.



I det tredje arbetet visades att maximal smärt- och klådlindring uppnås redan efter 6-10 min CFS och att hämningen var oberoende av stimuleringsfrekvens inom intervallet 1-10 Hz. Dessa egenskaper kan tyda på att CFS aktiverar minneslika mekanismer i ryggmärgen vilket tidigare påvisats i djurexperimentella studier på centrala nervsystemet. Den korta induktionstiden gör CFS till en attraktiv metod för symptomatisk självbehandling av klinisk klåda, då man efter redan efter kort behandling kan erhålla en långvarig terapeutisk effekt.



Då särskilt stark effekt av CFS erhölls på akut experimentell klåda undersöktes i fjärde arbetet effekten på kronisk klåda. För detta ändamål gjordes en kontrollerad, randomiserad studie på patienter som led av atopiskt eksem. TENS användes som jämförelse. CFS, men inte TENS, gav upphov till en uttalad klådlindring i mer än 7 timmar efter behandling. Dessutom noterades att både CFS och TENS gav upphov till en ökad klådupplevelse under pågående behandling. Detta kan tolkas som att patienter med kronisk klåda har en förändrad uppfattning av sensoriska stimuli, så att stimulering av både tunna och grova nervfibrer oegentligt uppfattas som klåda.



Sammanfattningsvis tyder fynden på att CFS preferentiellt stimulerar tunna nervfibrer, som i sin tur aktiverar mekanismer i ryggmärgen som hämmar olika typer av nociceptiva hudsinnen, framförallt klåda. Av stort intresse är att olika nociceptiva kvaliteter påverkas differentiellt. För att förklara dessa effekter har en ny teori, kallad "interaktionsteorin", formulerats. Enligt denna teori interagerar olika hudsinnen med varandra vilket leder till att en viss typ av känsla företrädesvis når medvetandet medan andra sinnen aktivt hämmas. CFS som upplevs som företrädesvis stickande skulle via sådana interaktiva mekanismer få störst effekt på hudsinnen som klåda och brännande smärta. Den differentiella effekten på olika hudsinnen hos människa förstärker tidigare djurexperimentella rön som tyder på att smärtsystemet ingalunda är ett enhetligt system utan snarare består av många delsystem som kan påverkas mer eller mindre individuellt. Detta fynd kan förklara varför olika smärttillstånd reagerar olika på en viss medicinsk behandling. Med ökad detaljkunskap om smärt- och klådsystemen, så väcks även ett hopp om att i framtiden kunna skräddarsy smärtbehandlingar på ett för sjukdomen specifikt sätt. (Less)
Abstract
It is known that stimulation of thin nerve afferents can inhibit itch and pain and that the nociceptive systems have a detailed topographical organisation, with subsystems exhibiting specific excitatory and inhibitory receptive fields. On this basis, a new technique was developed, termed Cutaneous Field Stimulation (CFS), that electrically stimulates thin nerve fibers innervating specific skin fields. It was demonstrated that CFS has a robust and long lasting inhibitory effect on experimental itch. Furthermore, CFS selectively affected skin sensations mediated by thin nerve fibers (warmth, cold, itch, heat and mechanical pain). Notably, CFS exhibited a differential effect on different nociceptive skin senses with the strongest depression... (More)
It is known that stimulation of thin nerve afferents can inhibit itch and pain and that the nociceptive systems have a detailed topographical organisation, with subsystems exhibiting specific excitatory and inhibitory receptive fields. On this basis, a new technique was developed, termed Cutaneous Field Stimulation (CFS), that electrically stimulates thin nerve fibers innervating specific skin fields. It was demonstrated that CFS has a robust and long lasting inhibitory effect on experimental itch. Furthermore, CFS selectively affected skin sensations mediated by thin nerve fibers (warmth, cold, itch, heat and mechanical pain). Notably, CFS exhibited a differential effect on different nociceptive skin senses with the strongest depression of C fiber mediated sensations. CFS for 6-10 min sufficed to evoke maximal inhibitory effect on most senses tested. The effects of CFS were independent of the frequency used (1-10 Hz per electrode). Finally, in a controlled and randomised clinical study, CFS induced profound relief of chronic itch lasting for more than 7 h. By contrast, conventional Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation (TENS) had only marginal effects on the skin senses tested. CFS, possibly acting through spinal intermodality inhibitory interactions, is thus a powerful method to combat itch. The induction time, effective stimulation frequencies and long duration of the effects suggest underlying mechanisms similar to those of spinal long term depression (LTD) in animals. A hypothesis, "the modality interaction theory", is proposed to explain the differential inhibitory effects on different nociceptive modalities after thin fiber stimulation. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof. Torebjörk, Erik, Dept. of Clin. Neurophysiol., Uppsala University
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
neuropsychology, Neurology, Human, TENS, Somatosensory, Pruritus, Analgesia, Pain, Nociception, neurophysiology, Neurologi, neuropsykologi, neurofysiologi
pages
130 pages
publisher
Hans-Jörgen Nilsson, Dept of Physiological Sciences, Sölvegatan 19, 223 62 Lund, Sweden,
defense location
Segerfalksalen, Wallenberg Neurocenter
defense date
1999-02-25 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MEFN--23--SE
ISBN
91-628-3387-1
language
English
LU publication?
yes
id
96e3ff01-e43c-4ca3-b8f1-af2173170c29 (old id 39308)
date added to LUP
2007-07-31 10:48:40
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@misc{96e3ff01-e43c-4ca3-b8f1-af2173170c29,
  abstract     = {It is known that stimulation of thin nerve afferents can inhibit itch and pain and that the nociceptive systems have a detailed topographical organisation, with subsystems exhibiting specific excitatory and inhibitory receptive fields. On this basis, a new technique was developed, termed Cutaneous Field Stimulation (CFS), that electrically stimulates thin nerve fibers innervating specific skin fields. It was demonstrated that CFS has a robust and long lasting inhibitory effect on experimental itch. Furthermore, CFS selectively affected skin sensations mediated by thin nerve fibers (warmth, cold, itch, heat and mechanical pain). Notably, CFS exhibited a differential effect on different nociceptive skin senses with the strongest depression of C fiber mediated sensations. CFS for 6-10 min sufficed to evoke maximal inhibitory effect on most senses tested. The effects of CFS were independent of the frequency used (1-10 Hz per electrode). Finally, in a controlled and randomised clinical study, CFS induced profound relief of chronic itch lasting for more than 7 h. By contrast, conventional Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation (TENS) had only marginal effects on the skin senses tested. CFS, possibly acting through spinal intermodality inhibitory interactions, is thus a powerful method to combat itch. The induction time, effective stimulation frequencies and long duration of the effects suggest underlying mechanisms similar to those of spinal long term depression (LTD) in animals. A hypothesis, "the modality interaction theory", is proposed to explain the differential inhibitory effects on different nociceptive modalities after thin fiber stimulation.},
  author       = {Nilsson, Hans-Jörgen},
  isbn         = {91-628-3387-1},
  keyword      = {neuropsychology,Neurology,Human,TENS,Somatosensory,Pruritus,Analgesia,Pain,Nociception,neurophysiology,Neurologi,neuropsykologi,neurofysiologi},
  language     = {eng},
  pages        = {130},
  publisher    = {ARRAY(0xb73d2b8)},
  title        = {Itch and Pain Inhibitory Mechanisms in Humans - evidence for a differential control of nociceptive senses},
  year         = {1999},
}