Impact of Pain Experiences on Later Development<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

李萌萌*　Mengmeng Li, MD
张英民*　Yingmin Zhang, MD
陈　军#　Jun Chen, MD, PhD
*　解放军第三零四医院麻醉科 北京100037
*　Department of Anesthesiology, 304 Hospital of PLA, Beijing　100037
#　第四军医大学全军神经科学研究所疼痛研究中心　西安　710032
#　Pain Research Center, Institute of Neuroscience, The Fourth Military Medical University, Xi'an　710032

ABSTRACT

　　Recently, clinical and basic experimental studies have shown that human or rodent neonates experiencing nociceptive stimulation may have an altered pain perception, thus the insight into the molecular and cellular biology of fetal or neonatal pain has important clinical implications. All these data suggest that a repetitive, or sometimes even strong acute pain experience is associated with long-term changes in a large number of pain-related physiological functions, and pain or its concomitant stress increase the incidence of later complications in neurological and/or psychological development. Of utmost clinical importance are the findings that adequate pain treatment may prevent these later sequelae
　　Key words:　Postnatal tissue injury; Neonate; Rat; Pain; Hyperalgesia;
　　Corresponding Author：Jun Chen, MD, PhD; junchen@fmmu.edu.cn

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　　近年来，已有不少临床资料表明生后婴儿接受重复的、强的痛刺激或痛体验可以导致长期痛感觉和相关生理功能异常，伴随的应激状态还可以引起神经和/或精神系统发育不良。其基础研究也有越来越多的实验证据显示：动物在新生时接受强烈而持续的伤害性刺激可以导致中枢神经系统相关结构发育异常，这为揭示临床观察到的现象的神经生物学机制提供了实验证据。生后婴儿期亦是个体发育的重要时期，其中枢神经系统尚未发育成熟，在此阶段接受任何外来伤害性刺激都可能导致神经系统发育不正常，并对该个体成熟后的痛行为产生不可忽视的影响。为此，2000年美国儿科学院和加拿大儿科学会在《儿科学》杂志上联合发表以“新生儿疼痛和应激的预防与管理”为题的声明。声明正式提出四点：(1)要增强了解新生儿有痛体验的能力；(2)健康保健部门的专家要为新生儿疼痛和应激的评价与管理提供生理基础；(3)建议尽可能减少新生儿接受伤害性刺激的机会和不利后果；(4)建议对新生儿使用有效而安全的缓解疼痛和应激的治疗手段。下面就生后发育期伤害性刺激对其痛感觉和相关生理功能的影响在临床以及基础实验的研究结果进行系统综述。

一、新生儿接受伤害性刺激对疼痛感觉和反应的影响
　　下面的临床实验研究报道从不同侧面反映新生后痛刺激可引起神经系统功能发育异常。
1. 新生儿急性伤害性（痛）反应：足月或早产新生婴儿在监护室接受足跟穿刺或包皮环切手术的伤害性刺激时，可引起诸如心血管反应（心率、血压）增强、经皮测量氧分压显著下降、手掌出汗增多，这些反应可被局部麻醉或吗啡所抑制，提示这些反应是伤害性反射。此外，新生儿在接受外科治疗时可出现激素和代谢水平变化，如静脉穿刺后引起血浆肾素增高，包皮环切术或其他手术术中、术后引起血浆激素、儿茶酚胺、生长激素、胰高血糖素、醛固酮等水平增高，胰岛素水平下降，这些血浆物质水平的变化导致碳水化合物水解、蛋白和脂肪分解，引起血糖、乳酸、丙酮酸盐代谢物和酮体等增高^[1,2]。
2. 新生儿应激反应的后果：伤害性刺激常伴随应激反应，新生儿在ICU或手术中接受伤害性刺激可引起一系列功能异常并影响发育。应激反应可引起血压变化和脑血流的再分布，直接导致低氧血症、脑缺血和脑缺氧，结果对神经-免疫-内分泌网络正常发育造成影响,成年精神心理指数下降、痛觉和痛行为表现异常、死亡率增高^[1,3-5]。
3. 新生儿无麻醉下痛刺激可引起长期痛敏感性增强：早产儿（胚胎27-32周）在接受常规足跟穿刺后，von Frey纤维刺激穿刺部位皮肤可引起缩足反射阈值显著降低，局部涂敷EMLA局麻药软膏可以阻断损伤皮肤痛敏现象，提示皮肤损伤部位痛敏感性增高并出现触刺激诱发痛^[6]。新生儿在无麻醉下接受包皮环切术，麻醉组作为对照，随机双盲观察结果显示两组婴儿在生后4或6个月接受疫苗接种时对痛刺激的反应强度显著不同，前者对接种的行为反应显著增强，而后者无显著异常表现，这一观察第一次实验证明了新生后疼痛刺激对婴儿痛感觉和痛反应的长期影响，提示中枢神经系统发育可能因此发生异常变化^[7]。新生儿受到强烈伤害性刺激的体验也可能形成记忆，这种不愉快的记忆可能与成年期发生的神经症或心理障碍疾病有直接关系^[1]。

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二、 新生大鼠接受伤害性刺激对疼痛感觉和反应通路发育的影响
　　大鼠是研究疼痛神经生物学最常使用的动物，所以基础实验在大鼠新生时受到持续伤害性刺激是否导致中枢神经系统相关结构发育异常，对于揭示临床观察到的现象的神经生物学机制有重要意义。其研究结果分述如下：
1. 新生大鼠脊髓背角可被重复持续的Ab纤维刺激敏化：已知成熟大鼠脊髓背角神经元只能被C纤维刺激敏化，重复持续C纤维刺激可引起放电反应递增的“wind-up”现象，而Ab或Ad纤维在正常时则不能够引起这种现象（但据报道炎症时A纤维刺激可引起“wind-up”现象）。但是在新生大鼠则相反，出生后1周，重复持续C纤维刺激对脊髓背角神经元无明显作用，至出生后10天，重复C纤维刺激可在18%神经元引起“wind-up”现象，出生21天后脊髓C纤维刺激激活的神经元才增加到40%。与C纤维相比，在新生鼠后肢足底中心施加0.5 Hz频率的A纤维强度刺激可引起脊髓背角神经元敏化，并产生一个持续平均138秒左右的后放电。而且大鼠生后年龄越小后放电时程越长，如在出生后第6天，重复A纤维刺激可兴奋33%的脊髓背角细胞，后放电持续70.6±18秒，而在出生后第10天，约6%的细胞出现后放电，时程63秒，但是到出生后第21天，A纤维刺激诱发的后放电消失^[8]。
2. 外周组织急性炎症刺激对新生大鼠脊髓背角神经元反应性的影响：新生10天的大鼠，在角叉菜胶炎症处理后电刺激A纤维引起的细胞放电反应次数明显增多，炎症处理动物的放电反应次数均值是7.6±0.21个峰电位，而对照动物为3.2±0.25个峰电位（P<0.0001）。另外，C纤维刺激诱发兴奋的细胞数也增加，炎症组有57%（4/7）细胞兴奋，而对照组则为零（0/6）。在出生后第21天，炎症组和对照组A纤维刺激引起细胞放电反应次数无明显差异（6.6±0.21 vs6.8±0.32个峰电位，P=0.59）；但是对于C纤维刺激诱发的放电反应数却发生了显著变化，炎症组是10.1±0.67个峰电位，而对照组是4.9±0.5峰电位（P<0.0001）。
3. 外周组织急性炎症刺激对新生大鼠痛敏感性的影响：成年大鼠皮下注射角叉菜胶，注射部位可迅速出现水肿和痛敏现象，3-4小时达高峰，约24-72小时恢复到正常^[10]。而在新生大鼠，角叉菜胶引起的机械痛敏或触刺激诱发痛（Allodynia）较弱，这与芥子油的结果近似^[9]。与生后第3天和第10天相比，生后第21天炎性刺激引起的机械痛敏更加显著,因此炎症刺激引起的痛敏随着新生大鼠年龄的增长而逐渐显著增强。这一行为学观察结果与脊髓背角细胞对角叉菜胶的反应相一致。注射角叉菜胶后，麻醉幼鼠脊髓背角细胞感受野面积增大，出生后第10天大鼠外周感受野增大2.5倍，而生后21天增加了3.4倍。外周感受野的平均大小（占后足面积的百分比）：出生后第10天的炎症组为47.2±6.4%，而对照组仅为19.1±2%；而出生后第21天的炎症组为51.8±12.2%，而对照组仅为14.9±1.6%^[9]。
4. 新生大鼠外周组织持续炎症刺激对成熟后中枢神经系统结构与功能的影响：最近Ruda等（2000）报道，将完全弗氏佐剂（CFA，complete Freund`s adjuvant）注射入新生第1天、第3天、第14天大鼠左侧足底，然后在其成熟后（8或12周）将特异标记初级传入C纤维的WGA-HRP或特异标记Ab纤维的霍乱毒素b亚单位的HRP（b-HRP）同时注入注射侧和非注射侧坐骨神经以观察初级传入A或C纤维中枢突终末在脊髓分布有无变化。结果发现，新生第1或3天CFA处理侧脊髓背角浅层（I-II层）WGA-HRP标记（C纤维）终末显著增多，而且吻尾分布长度不同，处理侧WGA-HRP标记终末纵跨L2-S1节段，而非处理侧则仅占据L2-L5/6节段。此外，新生第14天CFA处理不引起此结构变化。CFA处理和非处理侧脊髓b-HRP标记的Ab纤维终末主要分布于背角深层（III-VI层），两侧分布密度无显著差异。提示新生后持续伤害性炎症刺激可以使初级传入C纤维在脊髓的分布节段重构，领域跨占至骶髓节段，这提示新生大鼠外周组织持续炎症刺激对成熟后中枢神经系统结构与功能具有巨大影响，而且这种影响可能具有时间窗口（生后14天前）。另外发现，新生CFA处理侧成熟大鼠脊髓背角浅层TrkA/CGRP肽类纤维免疫反应阳性终末分布范围增大，密度增高，而其它如ret/IB4非肽类纤维免疫反应阳性终末的分布并无显著变化。新生CFA处理成年大鼠对皮下福尔马林刺激反应的第2相左移，热刺激缩足反射潜伏期显著缩短，提示痛敏感性异常增强。电生理记录结果还显示，新生CFA处理侧的成熟大鼠脊髓背角广动力域（WDR）神经元自发放电增强,对皮肤非伤害性触刺激和伤害性捏夹刺激的反应性显著增高。除此报道之外，还有实验研究结果显示新生期重复持续伤害性和应激刺激可引起脑中枢超微结构改变和处理侧大脑皮质c-Fos蛋白超常表达。

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　　综上所述，胚胎早期胎儿对疼痛刺激的反应主要表现在肌肉收缩运动、植物神经反射、激素和新陈代谢的改变等。由于疼痛调节系统尚未发育成熟，所以最初的反应只表现为单纯的反射，而且这些反射与刺激类型无关，表现为非特异伤害性反应。在胎儿期，无论大脑发育到哪一阶段，伤害性刺激对个体发育均可产生不良影响。除了影响大脑皮层的正常发育，疼痛刺激还可以兴奋皮层下结构并引起强烈的应激反应，因此在丘脑-皮层间联系尚未建立的情况下也可以影响皮层下疼痛反应结构的发育。大鼠疼痛感觉和反应的功能与通路的发育在出生后至少可持续到第21天，而人新生儿的生后发育则可持续到2岁左右，在此之前受到重复持续的伤害性刺激可引起脊髓和脊髓上位脑结构的发育异常，并可能导致成熟个体的神经和精神系统功能异常。因此，对疼痛生后发育生物学的深入研究和对临床新生儿进行适当缓解疼痛的处理非常重要。

参考文献
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