综述:调制神经可塑性缓解慢性疼痛:非侵入性神经调节的前景

时间:2025年3月4日
来源:Experimental & Molecular Medicine

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为缓解慢性神经性疼痛,研究人员探究非侵入性神经调节技术,发现其在临床和动物模型中有效。

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慢性疼痛,就像一个如影随形的 “小恶魔”,严重影响着全球众多人的生活质量。其中,慢性神经性疼痛作为一种神经可塑性紊乱疾病,由神经损伤或疼痛处理通路故障引发,涉及多种生物学、生理学和心理学过程。目前的治疗方法,像药物干预、侵入性手术和物理疗法等,都存在一定的局限性,比如药物可能带来嗜睡、头晕甚至成瘾等副作用,侵入性手术有感染、出血等风险,而且这些治疗效果还可能随时间减弱。因此,寻找更安全、有效的治疗方法迫在眉睫。
来自韩国忠南国立大学兽医学院生理学系、韩国基础科学研究所认知与社会中心等机构的研究人员,开展了关于非侵入性神经调节技术治疗慢性神经性疼痛的研究。他们的研究成果发表在《Experimental & Molecular Medicine》上。该研究意义重大,为慢性神经性疼痛的治疗开辟了新的方向。

研究人员主要运用了多种非侵入性神经调节技术,包括经颅磁刺激(TMS)、经颅直流电刺激(tDCS)、经颅交流电刺激(tACS)、经颅随机噪声刺激(tRNS)、经颅超声刺激(tUS)等。同时,通过建立多种动物疼痛模型,如外周神经损伤模型、脊髓损伤模型、化疗诱导的神经病变模型等,深入探究神经可塑性在慢性疼痛中的作用机制以及非侵入性神经调节技术的治疗效果。

慢性疼痛中适应不良神经可塑性的机制


慢性疼痛通常分为伤害性疼痛和神经性疼痛。伤害性疼痛由长时间或强烈的有害刺激引发,会导致外周敏化,进而引起脊髓背角的中枢敏化。神经性疼痛则源于躯体感觉神经系统的损伤或功能障碍,外周神经损伤会引发异位活动和免疫细胞反应,激活脊髓背角的小胶质细胞,导致神经元兴奋性和回路功能的持续改变,从保护性神经可塑性转变为适应不良神经可塑性,使慢性疼痛状态进一步加剧。

慢性疼痛的发展和维持涉及从外周神经系统到中枢神经系统的复杂神经可塑性机制。外周敏化是疼痛产生的起始环节,组织损伤部位释放的炎症介质会激活和敏化传入纤维,改变受体和离子通道的激活阈值,增加电压门控钠通道表达,降低钾通道表达,从而增强伤害感受器对刺激的反应,导致痛觉过敏。

中枢敏化是慢性疼痛发展和维持的关键机制,表现为脊髓神经元兴奋性增加。这主要是由于兴奋性神经递质(如谷氨酸)释放增加、抑制性神经递质(如 γ- 氨基丁酸(GABA)和甘氨酸)水平降低、疼痛相关受体(如 N - 甲基 - D - 天冬氨酸(NMDA)受体)表达增加以及脊髓内神经炎症等因素共同作用的结果。

慢性疼痛患者的大脑也会发生神经可塑性变化,包括初级躯体感觉皮层(S1)、岛叶、前扣带回皮层(ACC)和前额叶皮层等疼痛处理区域的结构和功能改变,这些变化会导致疼痛感知异常和慢性疼痛的持续存在。

非侵入性神经调节技术对神经可塑性介导的疼痛调制


经颅磁刺激(TMS)利用电磁感应原理,通过快速变化的磁场来操纵大脑的电活动。重复经颅磁刺激(rTMS)已被证明可以缓解多种神经性疼痛,如脊髓损伤、中风、多发性硬化和面部疼痛等引起的疼痛,还能改善运动功能。其镇痛效果归因于它能够影响中枢神经系统的自然电活动,诱导神经可塑性变化,调节神经递质、受体、第二信使系统和基因表达。

经颅电刺激(tES)是常用的非侵入性脑刺激技术,通过在头皮上施加电流来改变神经元兴奋性和大脑功能,包括 tDCS、tACS 和 tRNS 等技术。tDCS 通过在特定脑区施加弱电流,诱导长期的突触变化,类似长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD),从而缓解慢性疼痛。其作用机制可能与调节 NMDA 受体表达、抑制脑源性神经营养因子(BDNF)及其受体有关。然而,tACS 在疼痛调制方面的效果目前还比较有限,多项研究表明其在缓解疼痛强度和改善生活质量方面没有显著效果,相关机制也有待进一步研究。tRNS 使用低强度的随机变化电流,已在治疗多发性硬化和纤维肌痛相关疼痛方面取得一定成效,其作用机制与影响钠通道、调节皮质兴奋性有关,但最佳刺激参数仍不明确。

超声作为一种新兴的非侵入性神经调节工具,可通过调节离子通道、谷氨酸能神经传递、脑血流、炎症、神经毒性、神经元形态和存活等机制来缓解慢性疼痛。低强度聚焦超声刺激(LIFUS)已被证明可以有效减轻慢性神经性疼痛引起的异常性疼痛,其机制可能与降低神经可塑性相关蛋白的表达有关。

此外,还有一些潜在的非侵入性技术正在研究中,如时间干扰(TI)、经皮迷走神经刺激(VNS)和光声刺激等,这些技术在疼痛治疗方面展现出一定的潜力,但相关研究仍处于早期阶段,需要进一步探索其作用机制和临床应用效果。

研究结论与讨论


总体而言,非侵入性神经调节技术在缓解慢性疼痛方面展现出了一定的有效性,无论是在人体试验还是慢性疼痛动物模型中都取得了积极的结果。然而,目前对这些技术的镇痛机制研究还相对较少,仍有许多未知之处。

未来,需要进一步探索模式化刺激,优化刺激参数,如强度等,并开展全面的安全性研究。将这些技术与先进的神经成像方法(如功能磁共振成像)相结合,以及探索神经调节工具与认知行为疗法的协同效应,可能是该领域未来研究的重要方向。深入研究神经胶质细胞在疼痛调制中的作用,也为慢性疼痛的治疗提供了新的思路。

尽管非侵入性神经调节技术发展迅速,但仍存在不少知识空白。持续的研究对于完善现有技术、开发更有效的慢性疼痛治疗干预措施至关重要。这不仅有助于深入理解慢性疼痛的发病机制,还可能为开发出更精准、更个性化的治疗方案提供理论依据,从而为广大慢性疼痛患者带来新的希望。
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