Kan fokusert ultralyd gi en ny måte å håndtere smerte på? – Fysikkverden

Kan fokusert ultralyd gi en ny måte å håndtere smerte på? – Fysikkverden

Tidsstempel: 27. februar 2024 4:30

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/can-focused-ultrasound-provide-a-new-way-to-manage-pain-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/can-focused-ultrasound-provide-a-new-way-to-manage-pain-physics-world-2.jpg" data-caption="Ikke-kirurgisk smertelindring Wynn Legon (til venstre), Andrew Strohman og kollegene er de første som demonstrerer at lavintensitetsfokusert ultralyd kan trenge dypt inn i hjernen for å lindre både smerte og kroppens respons på det resulterende stresset. (Med tillatelse: Clayton Metz/Virginia Tech)”>
Wynn Legon og Andrew Strohman
Ikke-kirurgisk smertelindring Wynn Legon (til venstre), Andrew Strohman og kollegene er de første som demonstrerer at lavintensitetsfokusert ultralyd kan trenge dypt inn i hjernen for å lindre både smerte og kroppens respons på det resulterende stresset. (Med tillatelse: Clayton Metz/Virginia Tech)

Smertelindring oppnås vanligvis ved bruk av reseptfrie smertestillende midler som paracetamol eller betennelsesdempende legemidler; mer alvorlig smerte kan kreve opioider, som kan ha bivirkninger og føre til avhengighet. Forskere ved Virginia Tech undersøker en annen tilnærming til smertebehandling som ikke bruker medisiner i det hele tatt, men i stedet retter seg mot et bestemt punkt i hjernen med fokusert ultralyd.

Insulaen er et område i hjernen som er forbundet med oppfatningen av smerte. Dens plassering dypt i foldene i hjernebarken gjør den imidlertid vanskelig tilgjengelig. Fokusert ultralyd med lav intensitet (LIFU), der ultralydstråler konvergeres til et lite sted, kan gi en måte å målrette slike dype strukturer på ikke-invasivt med høy romlig oppløsning.

I en dobbeltblind klinisk studie, ledet av Wynn Legon fra Fralin Biomedical Research Institute ved VTC, undersøkte teamet om bruk av LIFU for å ikke-kirurgisk endre nevronal aktivitet kan redusere både oppfatningen av smerte og kroppens reaksjon på en smertefull stimulans, for eksempel endringer i hjertefrekvens.

"LIFU gir høy romlig spesifisitet kombinert med evnen til å fokusere til varierende dybder," forklarer Legon. "Dermed gir dette tilgang til flere vanskelige hjerneregioner uten kirurgi. Det har også fordelen – som alle enhetsbaserte alternativer – av å være ikke-avhengighetsskapende.»

Legon og medarbeidere studerte 23 friske frivillige, ved å bruke CHEP-metoden (contact heat-evoked potential) for å vurdere smertebehandling. CHEP fungerer ved å levere korte varmestimuli til hånden, til et nivå som vurderes til å være moderat smertefullt (rundt fem på en smerteresponsskala fra null til ni). Varmestimulusen genererer en CHEP-bølgeform, som kan måles via en elektroencefalografi (EEG)-elektrode i hodebunnen.

Hver deltaker deltok på fire økter, den første bestod av anatomisk MR og CT-skanning pluss baseline spørreskjemaer. I de tre andre øktene ble frivillige utsatt for 40 CHEP-stimuli (300 ms hver) under levering av LIFU (i 1 s) til enten den fremre insulaen (AI) eller den bakre insulaen (PI), eller en inert falsk eksponering.

Forskerne brukte en ultralydsvinger koblet til hodet med konvensjonell gel for å levere fokusert ultralyd med millimeteroppløsning. De brukte også en tilpasset koblingspuck designet ved å bruke hver enkelts MR-skanninger for å plassere fokuspunktet nøyaktig på de isolerte målene.

Hovedmålet med studien, rapportert i tidsskriftet SMERTE, var å bestemme om LIFU til AI eller PI kunne hemme smerte, som vurdert av deltakerne under hver CHEP-økt. Forskerne brukte også elektrokardiografi (EKG) for å undersøke hvordan LIFU påvirket hjertefrekvens og hjertefrekvensvariabilitet, og vurderte dens innvirkning på CHEP-bølgeformen.

Teamet fant at LIFU til både AI og PI reduserte smertevurderinger. Gjennomsnittlig respons på de 40 CHEP-stimuliene for hvert individ resulterte i gjennomsnittlig smertevurdering på 3.03±1.42, 2.77±1.28 og 3.39±1.09 for henholdsvis AI, PI og sham-eksponering. Forskjellen som ble observert mellom PI og falsk stimulering var statistisk signifikant, mens forskjeller mellom AI og sham eller AI og PI ikke var det.

Legon bemerker at selv om denne reduksjonen på omtrent tre fjerdedeler av et punkt på smerteskalaen kan virke ganske liten, når dette når et helt poeng, grenser den til å være klinisk meningsfull. "Det kan utgjøre en betydelig forskjell i livskvalitet, eller å kunne håndtere kroniske smerter med reseptfrie medisiner i stedet for reseptbelagte opioider," forklarer han i en pressemelding.

For å vurdere virkningen av LIFU av CHEP-bølgeformen, målte forskerne topp-til-topp-amplituden fra den første store negative (N1) til den første store positive (P1) avbøyningen i EEG. Topp-til-topp-amplitudene var 23.35±11.58, 22.90±12.35 og 27.79±10.78 mV for henholdsvis AI, PI og sham-eksponering. Analyse avdekket en signifikant forskjell mellom sham og AI, og sham og PI, men ikke mellom AI og PI.

Teamet observerte at levering av fokusert ultralyd til AI eller PI påvirket CHEP-sporet på forskjellige måter. LIFU til PI påvirket tidligere EEG-amplituder, mens LIFU til AI påvirket senere EEG-amplituder, noe som antyder at modulering av PI og AI forårsaker forskjellige fysiske effekter.

Legon forteller Fysikkens verden at det før denne studien ikke var mulig å undersøke ikke-kirurgisk hvordan ulike regioner av insulaen bidrar til smerteopplevelsen eller hvordan nociseptiv (smerterelatert) informasjon overføres fra det ene området til det andre. Millimeteroppløsningen til LIFU muliggjør imidlertid spesifikk målretting av nærliggende områder for å se etter spesifikke effekter.

"Tidligere invasive dybdeelektrodeopptak hadde vist at nociseptiv informasjon ble formidlet i rom og tid fra PI til AI," sier han. "Resultatene våre rekapitulerte dette ikke-invasivt, noe som er et viktig funn."

LIFU påvirket ikke deltakernes gjennomsnittlige hjertefrekvens under CHEP-stimuli. Forskerne så imidlertid en betydelig forskjell i hjertefrekvensvariasjonen mellom sham- og AI-eksponering. LIFU til AI økte hjertefrekvensvariasjonen, noe som er assosiert med bedre generell helse.

Teamet undersøker nå levering av LIFU til forskjellige hjerneområder som et potensielt smertebehandlingsmiddel. "Vi vet ennå ikke hvilken dosering som er passende eller hvilke spesifikke parametere som kan føre til klinisk meningsfulle resultater," forklarer Legon. "Derfor begynner vi å teste LIFU for smertelindring i kroniske smertepopulasjoner. Vi undersøker også nytten av LIFU for andre kliniske indikasjoner som angst og avhengighet."

Ledsagerstudie

I en egen undersøkelse publisert i Journal of Neuroscience, undersøkte Virginia Tech-teamet bruken av LIFU for å ikke-invasivt modulere den dorsal fremre cingulate cortex (dACC), et kritisk hjerneområde for smertebehandling og autonom funksjon. Forskerne studerte 16 friske frivillige, ved å bruke den samme CHEP-prosedyren beskrevet ovenfor under påføring av LIFU eller en falsk eksponering.

Studien viste at LIFU til dACC reduserer smerte og endrer autonome responser på akutte varmesmertestimuli. Ultralydeksponering reduserte smertevurderinger med 1.09±0.20 poeng i forhold til falsk eksponering. LIFU økte også hjertefrekvensvariasjonen og resulterte i en 38.1 % reduksjon i P2-amplituden i CHEP-bølgeformen.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden