目的通过功能磁共振技术,探索神经病理性痛、阿片类药物引起的痛觉过敏对大脑疼痛通路的改变,并探索两者疼痛通路改变在磁共振功能像上的异同。材料和方法1.实验分组及造模:(1)、SD雄性大鼠20只(体重200±10g),随机分为2组(n=10):SNI组(保留性神经损伤)和SHAM组(假手术组)。SNI组进行SNI造模:5%异氟烷进行诱导麻醉后,用异氟烷1.5%+氧气进行持续麻醉下,剃除大鼠左后肢上缘外侧毛发,消毒,于大鼠后肢股骨下缘切开皮肤,钝性分离肌肉,暴露坐骨神经主干及其下的分支—胫神经、腓总神经和腓肠神经,用5.0无菌手术缝线结扎并剪断胫神经和腓总神经(剪断部位为结扎下缘约2mm),保留细小的腓肠神经,应避免其任何损伤,然后缝合伤口,外用碘伏消毒。SHAM组只暴露神经,不造成任何神经损伤,其他同SNI组。(2)、SD大鼠20只(体重200±10g),随机分为2组(n=10):OIH组(阿片类药物引起的痛觉过敏组)和CON组(对照组)。OIH组造模:给予皮下注射吗啡(10mg/kg,bid,9am、6pm),连续注射8天直至磁共振扫描前一天。OIH组注射吗啡时候,CON皮下注射等量生理盐水。2.行为学检测:(1)、于术前或吗啡注射前两天用von Frey测量所有大鼠50%机械缩爪阈值(50%MWT)(使用up-down方法)。SNI组和SHAM组于术后3天开始,隔天用von Frey测定大鼠双侧足底外侧50%缩爪阈值,以观察大鼠的痛阈改变。(2)、注射吗啡前2天和注射第4天开始测量OIH组和CON组50%MWT。另外,每天早晨OIH组注射吗啡前和注射后1h用甩尾实验(Tail flick test)(52℃水浴)测定甩尾延迟时间,计算得出最大可能镇痛效应值(The percentage of maximal possible antinociceptive effect,%MPE)。3.第一次磁共振扫描:按照实验计划安排,在SNI术后2周,OIH组吗啡给药第8天结束后,4组均开始功能磁共振(fMRI)扫描。fMRI实验大概流程:用5%异氟烷+氧气将大鼠诱导麻醉后,再给予1.5%异氟烷+氧气持续麻醉,并将其固定于7.0T磁共振扫描台上,监测大鼠心率、呼吸、体温,给予恒温水浴保证大鼠在磁共振扫描过程中体温稳定。功能磁共振扫描主要是进行任务态,即给予大鼠左足底外侧机械性伤害性刺激(选择外侧足底是由于SNI模型只有足底外侧是有疼痛感觉的)的同时进行磁共振扫描。4.第二次磁共振扫描:第一次fMRI扫描(也就是2周时间点)结束后,SNI组、SHAM组继续正常饲养,每2周用von Frey测定大鼠50%缩爪阈值,持续观察大鼠的痛阈改变。至2月的时候,SNI组、SHAM组再次进行fMRI扫描,具体扫描方法同步骤3。结果1.Von Frey实验结果:(1)、SNI组和SHAM组比较(图2):在前2周中,用3因素方差分析发现:组别(SNI、SHAM)为对50%MWT最明显的影响因素(F=60.511,P<0.001),侧(左侧、右侧)(F=21.137,P<0.001)和时间(F=4.046,P=0.001)均有明显影响;用双侧t检验发现:造模前SNI-SHAM两组大鼠双侧后脚底50%MWT均未见明显差异(P>0.05),而造模后3天开始,SNI组大鼠左外侧脚底50%MWT显著低于CON组(P<0.001),两组对侧除第5天外未见明显异常(P>0.05)。(2)、OIH组和CON组比较(图3):用双侧t检验分析,注射吗啡前,OIH组和CON组左侧脚底50%MWT未见明显差异,注射吗啡第4天开始,第4、6、8天OIH组左侧脚底50%MWT明显低于CON组(P<0.00),提示OIH形成。2.甩尾实验结果(图3):皮下注射吗啡1d,OIH组%MPE值最高,即吗啡镇痛效应达最强,而在第3至8天,MT组小鼠的MPE%值逐渐下降,提示吗啡镇痛效果逐渐减弱,直至吗啡连续给药的第8天。同第1天相比,3-8天OIH组MPE%值均有显著下降(P<0.001),表明实验大鼠出现吗啡止痛效果明显降低。3.OIH组功能磁共振任务态结果(图4 A)CON组:可见伏隔核、终纹床核、纹状体尾状壳核、丘脑前侧核团负性激活。OIH组:可见多个脑区正性激活,包括:双侧扣带回皮层,双侧第一、第二运动皮层,双侧第一感觉皮层,双侧海马,压后皮层,一些右侧丘脑核团:包括腹侧、背侧核团,室旁核,僵核,松果体。4.SNI术后2周的功能磁共振任务态结果(图4 B):SHAM组:可见伏隔核、终纹床核、纹状体尾状壳核、中膈核、丘脑前侧核团负性激活。SNI组:可见多个脑区正性激活,包括:双侧扣带回皮层,左侧第一、第二运动皮层,左侧第一感觉皮层,左侧岛叶皮层,双侧海马,背侧丘脑,压后皮层。5.SNI术后2月的功能磁共振任务态结果(图4 C)SHAM组:任务态扫描未见明显脑区激活(未展示)。SNI组:见压后皮层、第二视觉皮层、第二听觉皮层正性激活。研究总结1.神经病理性疼痛引起的大脑疼痛通路改变在短期(2周)和长期(2月)有明显的差异,2周时可见包括扣带回皮层、第一感觉皮层、岛叶皮层、脊髓丘脑、海马等经典疼痛矩阵显著激活,而2月时则未见疼痛矩阵相关脑区激活,提示大脑疼痛通路发生了功能性变化,结合之前的相关研究,考虑疼痛通路可能由早期过度激活逐渐转变为功能紊乱和去抑制状态。值得注意的是,在2周时,响应的感觉皮层区域为左侧,与伤害性刺激同侧,提示发生了感觉皮层的对侧偏移。2.吗啡引起的OIH也可引起大脑疼痛通路的功能性改变,其整体与神经病理性疼痛2周时的较为类似,其相似处在于:都有扣带回皮层、第一感觉皮层、脊髓丘脑、海马等经典疼痛矩阵显著激活,即有较完整的痛觉通路激活。其不同点在于:1.OIH组激活的脊髓丘脑、后肢感觉皮层以右侧为主,且同时有左侧后肢感觉皮层的激活,而SNI组影像学则表现为左侧后肢感觉皮层激活,提示在2周时SNI组已经出现正常痛觉通路的紊乱,发生了感觉皮层的偏移,而OIH组则和正常疼痛通路契合。2.OIH组有腹侧、后外侧等与疼痛传导密切相关的丘脑核团激活,而SNI组则未见。3.SNI组有岛叶皮层的过度激活,而OIH组未见。结论神经病理性疼痛可引起疼痛矩阵的序列性变化,早期即出现痛觉通路的偏移,整体变化趋势可能为由过度激活转为功能紊乱和去抑制状态;阿片类药物引起的痛觉过敏亦可引起类似2周时SNI组的经典疼痛通路的过度激活,但更契合正常疼痛传导通路。