Kan fokuserat ultraljud ge ett nytt sätt att hantera smärta? – Fysikvärlden

Kan fokuserat ultraljud ge ett nytt sätt att hantera smärta? – Fysikvärlden

Tidsstämpel: 27 februari 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="Icke-kirurgisk smärtlindring Wynn Legon (till vänster), Andrew Strohman och kollegor är de första som visar att lågintensivt fokuserat ultraljud kan penetrera djupt in i hjärnan för att lindra både smärta och kroppens svar på den resulterande stressen. (Med tillstånd: Clayton Metz/Virginia Tech)”>
Wynn Legon och Andrew Strohman
Icke-kirurgisk smärtlindring Wynn Legon (till vänster), Andrew Strohman och kollegor är de första som visar att lågintensivt fokuserat ultraljud kan penetrera djupt in i hjärnan för att lindra både smärta och kroppens svar på den resulterande stressen. (Med tillstånd: Clayton Metz/Virginia Tech)

Smärtlindring uppnås vanligtvis med hjälp av receptfria smärtstillande medel som paracetamol eller antiinflammatoriska läkemedel; svårare smärta kan kräva opioider, vilket kan ha biverkningar och leda till beroende. Forskare vid Virginia Tech undersöker ett annat tillvägagångssätt för smärtbehandling som inte använder droger alls, utan istället riktar in sig på en specifik punkt i hjärnan med fokuserat ultraljud.

Insula är en region i hjärnan som är förknippad med uppfattningen av smärta. Dess läge djupt i hjärnbarkens veck gör det dock svårt att komma åt. Fokuserat ultraljud med låg intensitet (LIFU), där ultraljudsstrålar konvergeras till en liten fläck, skulle kunna ge ett sätt att rikta in sig på sådana djupa strukturer på ett icke-invasivt sätt med hög rumslig upplösning.

I en dubbelblind klinisk studie, ledd av Wynn Legon från Fralin Biomedical Research Institute vid VTC, undersökte teamet om användning av LIFU för att icke-kirurgiskt förändra neuronaktivitet kan minska både uppfattningen av smärta och kroppens reaktion på en smärtsam stimulans, såsom förändringar i hjärtfrekvensen.

"LIFU ger hög rumslig specificitet i kombination med förmågan att fokusera på olika djup", förklarar Legon. "Därmed ger detta tillgång till flera svårmålbara hjärnregioner utan operation. Det har också fördelen – liksom alla enhetsbaserade alternativ – av att vara icke-beroendeframkallande.”

Legon och kollegor studerade 23 friska frivilliga med hjälp av CHEP-metoden (contact heat-evoked potential) för att bedöma smärtbehandling. CHEP fungerar genom att ge korta värmestimuli till handen, till en nivå som bedöms vara måttligt smärtsam (cirka fem på en smärtresponsskala från noll till nio). Värmestimulansen genererar en CHEP-vågform, som kan mätas via en elektroencefalografi (EEG) elektrod i hårbotten.

Varje deltagare deltog i fyra sessioner, varav den första bestod av anatomisk MRT och CT-skanning plus baslinjefrågeformulär. I de andra tre sessionerna utsattes frivilliga för 40 CHEP-stimuli (300 ms vardera) under leverans av LIFU (i 1 s) till antingen den främre insula (AI) eller den bakre insula (PI), eller en inert skenexponering.

Forskarna använde en ultraljudsgivare kopplad till huvudet med konventionell gel för att leverera fokuserat ultraljud med millimeterupplösning. De använde också en anpassad kopplingspuck designad med hjälp av varje individs MRI-skanningar för att placera brännpunkten exakt på de öliga målen.

Huvudmålet med studien, rapporterat i tidskriften SMÄRTA, var att avgöra om LIFU till AI eller PI kunde hämma smärta, enligt bedömningen av deltagarna under varje CHEP-session. Forskarna använde också elektrokardiografi (EKG) för att undersöka hur LIFU påverkade hjärtfrekvens och hjärtfrekvensvariabilitet, och bedömde dess inverkan på CHEP-vågformen.

Teamet fann att LIFU till både AI och PI minskade smärtvärdena. Genomsnittliga svar på de 40 CHEP-stimulierna för varje försöksperson resulterade i genomsnittliga smärtvärden på 3.03±1.42, 2.77±1.28 och 3.39±1.09 för AI, PI respektive skenexponering. Skillnaden som observerades mellan PI och skenstimulering var statistiskt signifikant, medan skillnader mellan AI och sken eller AI och PI inte var det.

Legon noterar att även om denna minskning med ungefär tre fjärdedelar av en punkt på smärtskalan kan tyckas ganska liten, när den väl når en hel poäng, gränsar den till att vara kliniskt meningsfull. "Det kan göra en betydande skillnad i livskvalitet, eller att kunna hantera kronisk smärta med receptfria läkemedel istället för receptbelagda opioider", förklarar han i ett pressmeddelande.

För att bedöma effekten av LIFU av CHEP-vågformen, mätte forskarna topp-till-topp-amplituden från den första stora negativa (N1) till den första stora positiva (P1) avböjningen i EEG. Topp-till-topp-amplituderna var 23.35±11.58, 22.90±12.35 och 27.79±10.78 mV för AI, PI respektive skenexponering. Analys avslöjade en signifikant skillnad mellan bluff och AI, och bluff och PI, men inte mellan AI och PI.

Teamet observerade att leverans av fokuserat ultraljud till AI eller PI påverkade CHEP-spåret på olika sätt. LIFU till PI påverkade tidigare EEG-amplituder, medan LIFU till AI påverkade senare EEG-amplituder, vilket antyder att modulering av PI och AI orsakar olika fysiska effekter.

Legon berättar Fysikvärlden att det innan denna studie inte var möjligt att icke-kirurgiskt undersöka hur olika regioner av insula bidrar till smärtupplevelsen eller hur nociceptiv (smärtrelaterad) information förmedlas från ett område till ett annat. Millimeterupplösningen hos LIFU möjliggör dock specifik inriktning på nära belägna regioner för att leta efter specifika effekter.

"Tidigare invasiva djupelektrodinspelningar hade visat att nociceptiv information vidarebefordrades i rum och tid från PI till AI", säger han. "Våra resultat recapitulerade detta icke-invasivt, vilket är ett viktigt fynd."

LIFU påverkade inte deltagarnas medelpuls under CHEP-stimuli. Forskarna såg dock en signifikant skillnad i hjärtfrekvensvariation mellan bluff och AI-exponering. LIFU till AI ökade hjärtfrekvensvariationer, vilket är förknippat med bättre övergripande hälsa.

Teamet undersöker nu leveransen av LIFU till olika hjärnområden som en potentiell smärtbehandling. "Vi vet ännu inte vilken dosering som är lämplig eller vilka specifika parametrar som kan leda till kliniskt meningsfulla resultat," förklarar Legon. "Därför börjar vi testa LIFU för smärtlindring i kroniska smärtpopulationer. Vi undersöker också användbarheten av LIFU för andra kliniska indikationer som ångest och missbruk.”

Kompisstudie

I en separat utredning publicerad i Journal of Neuroscience, undersökte Virginia Tech-teamet användningen av LIFU för att icke-invasivt modulera den dorsala främre cingulate cortex (dACC), ett kritiskt hjärnområde för smärtbearbetning och autonom funktion. Forskarna studerade 16 friska frivilliga, med samma CHEP-procedur som beskrivs ovan under applicering av LIFU eller en skenexponering.

Studien visade att LIFU till dACC minskar smärta och förändrar autonoma svar på akuta värmesmärtstimuli. Ultraljudsexponering minskade smärtvärdena med 1.09±0.20 poäng i förhållande till skenexponering. LIFU ökade också hjärtfrekvensvariabiliteten och resulterade i en 38.1 % minskning av P2-amplituden i CHEP-vågformen.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden