Ved konvensjonell nevrografi, som brukes i klinisk praksis, måles funksjonen til hele perifere nerver. Denne rutineundersøkelsen beskriver kun funksjonen til de raskeste, tykke myeliniserte fibrene, men gir ingen informasjon om tynne nervefibre (Aδ-fibre og C-fibre). Majoriteten av nervefibrene i kroppen er umyelinsierte tynne C-fibre. Disse fibrene har mange undergrupper: To hovedgrupper er de efferente nervefibrene som tilhører det autonome nervesystemet og de afferente nervefibrene som medierer temperatur, kløe og smerte (fig 1). Ulike typer smertefibre beskrives nedenfor. I tillegg finnes det lavterskel mekanoresponsive C-fibre som man antar har en rolle i behagelige aspekter av berøring (1).
Figur 1 Skjematisk og forenklet oversikt over tynne perifere nervefibre. Afferente tynne berøringsfibre er antatt å mediere behagelige aspekter av berøring (1). C-nociseptorer inndeles i to hovedgrupper og formidler ulike aspekter av smertefulle stimuli (mekanisk, termale, kjemiske) og kløe
Ved mikronevrografi kan man registrere fra og karakterisere enkeltnervefibre, inkludert fra disse tynne nervefibrene. Dette er ikke mulig ved de testene som brukes i klinisk praksis for å kartlegge tynnfibrene, som hudbiopsier og termotest. Metoden er komplisert, tid- og ressurskrevende. Den er kun brukt i forskning og har gitt viktig kunnskap innenfor tre hovedområder: muskelspoler (2), sympatikusaktivitet (3) og tynne umyeliniserte afferente nervefibre med spesiell vekt på berøring og smerte. Innenfor disse områdene har man kartlagt normal funksjon, men også brukt dyremodeller for å se på mulige mekanismer ved patologi (3).
Vårt fokus innenfor forskning er perifere mekanismer for nevropatisk smerte. Denne artikkelen vil derfor hovedsakelig omhandle hvordan man ved bruk av mikronevrografi har kartlagt smertefibrenes funksjon under normale omstendigheter, og ved kroniske smertetilstander. Nevropatisk smerte er nylig definert som smerte som skyldes skade eller sykdom i det somatosensoriske systemet (4).
Kunnskapsgrunnlag
Vi har gjort et litteratursøk i PubMed på kombinasjoner av ordene «microneurography and history», «microneurography and c-nociceptors», «microneurography and neuropathic pain» og «microneurography and itch, neuropathic pain». Utvalget av artikler er basert på forfatternes inngående kjennskap til de få miljøene som bruker denne metoden og egen erfaring innen feltet.
Historikk og innføring i metoden
Helt tilbake til 1930-årene er det gjort forsøk på dyr med registrering fra enkeltnervefibre (5, 6), men først i slutten av 1960-årene klarte Vallbo & Hagbarth å registrere fra enkeltnervefibre hos våkne forsøkspersoner ved hjelp av mikronevrografi (7). Torebjörk & Hallin oppnådde ekstracellulære registreringer fra de tynneste nervefibrene; C-fibrene (8). Mikronevrografi vil i hovedsak kunne brukes til å kartlegge prinsipielle egenskaper og endringer i nervesystemet. Fordi man kun får registrert fra et begrenset antall fibre hos få pasienter er det ikke praktisk mulig å gjøre større epidemiologiske studier eller bruke metoden til å utrede enkeltpasienter i klinisk praksis.
Ved mikronevrografi lokaliseres først den aktuelle perifere nerven (hyppigst n. peroneus) med overflatisk elektrisk stimulering på huden. Etter at nerven er lokalisert på hudoverflaten, føres en mikroelektrode (nåleelektrode) inn i den aktuelle nerven (fig 2). Man kan da registrere signaler (aksjonspotensialer) ekstracellulært fra nervefibre med terminaler i det aktuelle innervasjonsområdet. Innen smerteforskning er målet å få registrert fra enkeltnervefibre med reseptive felt i huden.
Figur 2 Mikronevrografi: a) Det settes en nåleelektrode inn i en fasikkel i perifer nerve (her nervus peroneus). b) Nåleelektroden fungerer som mottaker av nervesignaler (ekstracellulær registrering av aksjonspotensialer). Impulsene gjennomgår deretter en kraftig forsterkning. c) Registreringene bearbeides og følges ved hjelp av spesiell programvare online, men lagres og analyseres offline. d) Via en stimulator som styres fra programvaren i (c) gis svake strømpulser som med en viss frekvens stimulerer C-fibre i huden. Disse nervefibrene danner da aksjonspotenisaler som igjen blir registrert i nåleelektroden (b). e) For å karakterisere C-fibrene nærmere kan man i det reseptoriske feltet gi relevante tilleggsstimuleringer (termale, kjemiske, elektriske eller som illustrert her; mekanisk stimulering ved hjelp av von Frey-filament). f) Aksjonspotensialer fra en C-nociseptor registreres på samme latenstid (se respons på elektriske pulser 1 – 4) etter hver elektriske stimulering (her 1/4 Hz). C-fibre har en lang latenstid grunnet lave ledningshastigheter (vanligst under 1 m/sek). Ved tilleggsstimulering i det reseptoriske feltet (her mekanisk stimulering med et 750 mN von Frey-filament), vil en mekanoresponsiv C-nociseptor reagere på dette ved å fyre ekstra aksjonspotensialer (blå aksjonspotensialer). Denne ekstraaktiviteten vil føre til en lavere ledningshastighet i ettertid («activity dependent slowing of conduction velocity»; spesielt uttalt i C-nociseptorer). Dermed vil påfølgende aksjonspotensial (elektrisk utløst, 1/4 Hz) få en plutselig økt latenstid. En positiv respons til tilleggsstimuleringen vil derfor ses ved et «hopp» mot høyre (se responsen til elektrisk puls 5) med påfølgende gradvis normalisering (se respons til elektriske pulser 6 – 8) når tilleggsstimuleringen har opphørt. Dette prinsippet kalles «marking» og benyttes i stor grad til å karakterisere C-fibre. Illustrasjon © J. Engqvist/Illumedic
C-nociseptorer
Det finnes ulike typer C-nociseptorer (C-fibre som formidler smerte) (9). De hyppigst forekommende er de såkalte polymodale C-fibrene (CM-nociseptorer eller C-mekanoresponsive nociseptorer) som reagerer på mekaniske stimuli og oftest på varmestimuli (fig 1). Det er disse nociseptorene som har vært mest studert innen smerteforskning. De utgjør ca. 80 % av smertefibrene og er blitt antatt å være ansvarlige for den akutte, normale smerten. De senere årene har man imidlertid kartlagt en annen gruppe C-nociseptorer som ikke reagerer på mekaniske stimuli (CMi-nociseptorer, C-mekanoinsensitive fibre eller såkalt «sleeping nociceptors») (9). Siden disse nervefibrene under normale omstendigheter ikke reagerer på mekaniske stimuli, har det vært vanskelig å påvise dem. De ble først beskrevet hos dyr (10). Ved en endring av mikronevrografimetoden med bruk av søking etter C-nociseptorer med elektriske impulser i huden i stedet for mekaniske stimuli, ble de også påvist hos friske forsøkspersoner (9). Aksjonspotensialene til de polymodale C-fibrene forsinkes i moderat grad når man øker frekvensen på den elektriske stimuleringen, mens dette vil være mye mer uttalt for CMi-nociseptorene (11, 12). Slike forskjeller avspeiler ulike membranegenskaper hos de to hovedgruppene C-nociseptorer.
CMi-nociseptorene skiller seg fra polymodale C-nociseptorer på en rekke områder. Eksperimentelle studier har blant annet vist at det er CMi-nociseptorer som koder for smerte ved vedvarende og gjentatt hardt trykk (13) og ved injeksjon av en rekke smertefulle substanser, blant annet capsaicin (14). De er hos mennesker ansvarlige for nevrogen innflammasjon via frigjøring av vasodilatoriske nevropeptider (15). De er også blitt knyttet til mekanisk hyperalgesi (overfølsomhet for mekanisk smertefulle stimuli) og induksjon av sentral sensitisering (16). Ruehle og medforfattere viste forskjeller i cerebrale projeksjoner mellom de to hovedgruppene C-nociseptorer (17).
Tradisjonelt har man antatt at kulde medieres via Aδ-fibre, men mikronevrografistudier har vist at også C-fibre er involvert i dette (18). I tillegg er det vist at en undergruppe av CMi-nociseptorer medierer histaminutløst kløe (19), mens polymodale C-nociseptorer medierer ikke-histaminutløst kløe utløst av belgfrukten mucuna pruriens (20).
Perifer nevropatisk smerte
Nevropatisk smerte forekommer hyppig, men er vanskelig å behandle. Nevropatisk smerte som skyldes skade eller sykdom i det perifere nervesystemet inntreffer ved en rekke vanlige tilstander som diabetesnevropatier, nevropatier etter cytostatikabehandling og i forbindelse med nerveskader. Omfattende forskning pågår for å avdekke mekanismer for utvikling og opprettholdelse av denne typen smerte, både med tanke på å forebygge, men ikke minst for å finne frem til ny og bedre behandling. Et helt vesentlig, men vanskelig punkt er å skille ut de viktigste mekanismene for smerte, siden mange pasienter som utvikler polynevropatier eller får nerveskader ikke får nevropatiske smerter, men like fullt har patologiske forandringer.
Det er blitt hevdet at endringer i eksitabilitet i perifere nociseptorer er den viktigste enkeltfaktoren for kronisk perifer nevropatisk smerte hos mennesker (21). Mye av kunnskapen om smertemekanismer baseres i stor grad på forskning på dyremodeller. Dyremodellene er betydelig bedret de siste årene (22), men kan ikke fullt ut avspeile kompleksiteten i nevropatiske smertetilstander hos mennesker. Imidlertid har man de siste årene gjort flere mikronevrografistudier av pasienter med nevropatier og nevropatiske smertetilstander ved tegn til hypereksitabilitet, for eksempel spontanaktivitet (spontane aksjonspotensialer i smertefibre uten ytre stimuli) og sensitisering for mekaniske stimuli (nedsatt terskel for å reagere på mekaniske stimuli), i perifere C-nociseptorer (23 – 27). Andelen av hypereksitable C-nociseptorer er større hos nevropatipasienter med kronisk smerte sammenliknet med nevropatipasienter uten smerte (28). En viktig observasjon fra mikronevrografistudier er at tegn til hypereksitabilitet i større grad finnes i CMi-nociseptorer enn i CM-nociseptorer (23, 28). Dette støtter antakelsen om CMi-nociseptorers betydning for kronisk smerte. Det er også beskrevet andre fenomener i C-nociseptorer hos pasienter med nevropati og nevropatisk smerte, for eksempel «multiple spikes». Dette vil si at man fra et akson registrerer to eller flere aksjonspotensialer (versus normalt ett) som respons på én enkelt elektrisk stimulus. Dette tolkes som et uttrykk for hypereksitabilitet som medfører en perifer «forsterkning» og dermed flere impulser til sentralnervesystemet, noe som igjen kan føre til økt smerte (29 – 31). Eksitabilitet i C-nociseptorer kan i en viss grad moduleres lokalt i huden. Man har for eksempel registrert tilfeller av hemming av hypereksitabilitet (mindre spontanaktivitet, mindre multiple spikes) i C-nociseptorer når man forsiktig kjøler ned huden i tilknytning til innervasjonsområdet (28, 31). Dette er klinisk interessant sett i lys av at enkelte pasienter med nevropatisk smerte også ut ifra vår kliniske erfaring får lindring av sine smerter ved å kjøle ned det smertefulle området (23).
Man har i mikronevrografistudier registrert polymodale C-nociseptorer som har mistet sine naturlige sensoriske egenskaper, men fremdeles lar seg aktivere med elektriske stimuli. Dette er tolket som et uttrykk for degenerasjon av nervefibre og er blant annet sett hos pasienter med diabetesnevropati (25). I motsetning til hva man finner hos unge friske forsøkspersoner, har det hos friske eldre mennesker blitt registrert innslag av C-nociseptorer av begge kategorier med både slik «hypofunksjon» (tap av sensoriske egenskaper) og «hyperfunksjon» (sensitisering for mekaniske stimuli og spontanaktivitet) (32). Dette kan reflektere at C-fibre hos eldre er mer sårbare for påvirkning.
Mekanismebasert smertebehandling?
Mikronevrografi i smerteforskning har til nå dreid seg om smertefysiologi og patofysiologi knyttet til spesifikke sykdommer. Forskningen har gitt en nødvendig basis for å forstå patologiske endringer som inntreffer hos pasienter med kronisk perifer nevropatisk smerte. Vi nærmer oss nå det tidspunkt der mikronevrografi kan benyttes til å belyse basale nevrofysiologiske mekanismer relatert til danningen av aksjonspotensialer, dvs. forhold knyttet til ionestrømmer over nervemembranen.
Som nevnt over, har man hos pasienter med nevropatier og nevropatisk smerte påvist tegn til hypereksitabilitet. Et sentralt spørsmål videre er hva bakgrunnen for denne er. Fysiologiske egenskaper som endringer i eksitabilitet etter forutgående aktivitet (33, 34), kan gi ytterligere informasjon om bakgrunnen for patologiske mønstre hos C-nociseptorer ved nevropatisk smerte.
De store fremskrittene innen genetisk smerteforskning de siste årene, åpner for nye muligheter innen translasjonsforskning ved hjelp av mikronevrografi. Blant annet har man vist at både spesifikke sjeldne smertetilstander (f.eks. erytromelalgi) (35) og mer vanlige smertetilstander (idiopatisk tynnfibernevropati) (36) kan kobles til mutasjoner i et gen (SCNA9) som koder for en undergruppe av spenningsstyrte natriumkanaler (Nav 1.7). Enkeltnukleotidpolymorfismer av dette genet er også assosiert med økt risiko for flere vanlige smertetilstander (37). Slike patologiske ionekanaler kan uttrykkes ved hjelp av molekylærbiologiske metoder, og man har påvist ved elektrofysiologiske studier at aksonene blir hypereksitable (36). I tillegg til denne type in vitro-eksperimenter vil in vivo-forsøk med mikronevrografi hos pasienter med slike genmutasjoner kunne gi utfyllende informasjon om hypereksitabiliteten.
Man håper at forskningen på sikt vil kunne bidra til bedre behandling av kronisk perifer nevropatisk smerte, f.eks. ved medikamenter som målrettet hindrer hypereksitabilitet, blant annet spesifikke blokkere av undergrupper natriumkanaler som er spesielt relevante for nocisepsjon og smerte. Den første studien på dette feltet er allerede publisert (38).
