疼痛是一种复杂的生理心理活动，常涉及中枢和外周神经系统，神经末梢受到刺激超过其阈值后，会向中枢发送电信号，大脑接收到这种信息产生疼痛感。异常性疼痛和痛觉过敏是神经性疼痛的两项突出症状，对其充分解读有助于提供神经性疼痛潜在病理生理机制的相关线索和提供更好的治疗方案。
神经性疼痛发病机制
异常性疼痛与痛觉过敏是依据不同刺激诱发的感觉形式而分类，诱发形式主要有触、压、冷、热。啮齿类动物作为最常用的实验室动物被广泛应用于疼痛研究领域，对啮齿类动物触觉异常性疼痛和疼痛过敏测式工具主要为：Von Frey纤维丝、e-VF电子测痛仪、动态足底测试仪（DPA）。
1898年，生理学家Maximilian Von Frey(1852-1932 年)为了评估触痛的敏感性，发明了一种测试方法。将人或动物毛发丝一侧粘合在手持杆上，另一侧与皮肤接触，通过按压毛发产生弯曲，以此获得皮肤中神经纤维压力敏感性的测量值，这种测试工具被称为Von Frey测试丝。
早期Von Frey测试丝
早期Von Frey测试丝通过改变长度或使用不同“硬度”的毛发来改变施加的应力大小，通过记录给定的毛发压在皮肤上产生相应感觉来记录疼痛敏感性。1962年Weinstein改良了Von Frey测试丝，用尼龙单丝代替毛发，形成了现代Von Frey纤维丝。这种触痛测试方法在当时具有易于应用和记录疼痛阈值大小等优点。
现代Von Frey纤维丝
1980年Dixon和Mood确定Von Frey纤维丝测试Up-Down上下法阈值计算模型。除此之外还有极限法、中位阈值法、频率法。但Up-Down上下法确定半数阳性反应最为常用。阈值与测试丝的对数呈很好线性关系：
50%缩足阈值（g）=（10[Xf+kδ]）/10000，Xf = log10(10F)
其中 Xf 为最后一根测试丝编号；δ为各根测试丝取对数后的均差；F为测试丝毫克数；k为根据测量获得的“X”、“O”序列查表后获得的系数值。
Von Frey纤维丝套装
1.反复测量耗时巨长
操作测试过程要求骑跨现象存在，当动物出现“OX”或“XO”的骑跨时，再连续往后测量四次。这就要求得到一次测试阈值就需要进行6-9次反复测量，每次需间隔10分钟。要得到同组动物3轮阈值就需要3小时以上。
2.测试结果的“X、O”序列号易混淆
测试时，先从中间力值的纤维丝开始，将其垂直于被测区域（通常脚掌）上轻轻触碰直到弯曲形成“C”型或“S”型。得到的X、O序列需要标准的记录表格减小错误，由“X、O”序列混淆导致的计算错误很常见。
3.计算对数问题
Von Frey测试丝的20根丝的力值范围为（0.008g-300g），每根丝标出的取对数值（编号）并不是完全等同于 log10(10F)。直接带入试丝上的编号进行计算会存在误差，如需取计算精确的对数值，工作量继续加大。
4.缺乏机械稳定性
不同克数的测试丝直径不同，较小直径的测试丝阈值更低。因此，需要相同弯曲力的细丝可能不代表相同的刺激强度，这使得很难比较不同实验室的结果。
5.需要专业的技术支持
使用过程中涉及的计算和操作细节较多，一旦其中某个细节错误，会导致整个结果发生偏差。如带入Xf值的含义、均差δ值计算等对于二次购买者，未掌握的情况很常见。
由于Von Frey纤维丝使用和计算的诸多不便加快了对新技术的开发。20世纪末，第一台e-VF诞生，将其作为Von Frey纤维丝测试的改善方案。
Ugo Basile电子测痛仪主要用于评估大小鼠触痛阈值，与手动Von Frey纤维丝操作原理类似，不同之处在于：Von Frey纤维丝每根丝施加力值固定，判断触痛数秒后鼠爪缩回反应情况，而e-VF可以施加从小至大连续的力，提供了在连续尺度上爪缩回阈值的测量（100%阈值法）。大量科学研究验证了Ugo Basile电子测痛仪在啮齿动物优秀的触痛阈值测量与Von Frey纤维丝测试结果有着高度一致性。
Ugo Basile电子测痛仪
测试过程极大缩短，单次测试便可得到可靠测试结果
固定直径的稳定探针，使测试标准化具有可比性
简化了复杂的计算方式，大大降低错误
具有三棱镜足底观察结构，使用过程中无需长时间弯腰观察刺痛位点
可设定参考斜率，观察施力的稳定性
设备自动校准和记录，而Von Frey纤维丝需要面临磨损导致的校准问题
测量的简单性和快速性满足急性炎症或疼痛模型的测试需求
进入20世纪后，神经科学领域设备的全球著名厂商Ugo Basile公司进行了触痛测试的自动化完善，生产的动态足底测试仪是至今为止国际上唯一一款得到业内高度认可的全自动触痛测试产品。DPA以e-VF为基础优化而来，主要用于大小鼠足底触痛测量，具有大量的文献支持，且IF值普遍高于e-VF。
Ugo Basile动态足底测试仪除了具有简化Von Frey纤维丝测痛方案，拥有e-VF自动检测、精准定位双重优势外，还具有测试针角度固定无偏差，施力可预设等特点，核心优势是在e-VF的基础上提高了重复性和低阈值测量的稳定性。
Ugo Basile动态足底测试仪（DPA）
设备由带有金属针的基座、测试台、控制主机构成。大小鼠放置在测试平台隔间内，将基座上垂直固定的金属针对准动物足底，金属针将以预设的力量大小和变化速度对大小鼠进行刺痛。当动物出现缩足、舔足、跳跃等情况时，机械刺激自动停止，自动记录疼痛阈值。
1.解决了触痛测试刺激角度一致性的难点
Von Frey和e-VF都由实验人员手持刺激，因为无法保证手动测量角度的一致性。而DPA是机械控制，刺激过程种始终角度一致。
2.解决了测试过程无法保持力度稳定增加的难点
刺激力度的恒定和平滑增加在测试过程种非常重要，e-VF施力方式为人为主观感觉增加力度，虽然能预设标准的参考直线，操作起来需要一定的熟练度。而DPA是程序控制始终保持增力斜率一致。
3.测试方案多样性
Von Frey和e-VF只能测量触痛阈值大小，在不断创新的神经科学研究中存在局限性。DPA除了可以进行阈值测量设计方案，还可以设计不同恒定力值和不同递增力的测试方案。
4.触痛低阈值测量的准确性
e-VF最大测量范围1500g比较大，虽然可以在低阈值测量时选用50g量程范围来减小误差，但在测试的时候灵敏度不够高，在效果上不如DPA。特别是在极低阈值测量时很难看出差异，波动相对较大。DPA量程较e-VF量程范围小，很适用于大小鼠，同时增强了低阈值检测能力和准确性
5.提高了电子测痛仪的重复性
重复性是科学研究中较为注重的一项内容，它代表研究的说服力和被重复能力。重复性高应当使干预因素之外的所有因素尽可能的一致。DPA严格按照设定程序执行，具有优秀的重复测试结果的能力。
组织炎症常通过压迫及释放炎症介质影响感觉神经末梢，导致疼痛发生。2021弗里德里希·亚历山大大学Friščić J等人发表在Immunity杂志上的“ The complement system drives local inflammatory tissue priming by metabolic reprogramming of synovial fibroblasts（IF=32.4）”为了研究反复暴露于炎症刺激是否导致更明显和持久的关节炎，建立了啮齿动物双次诱发炎症的模型。
为了更准确地评估局部组织对炎症诱发物的反应机制，作者将炎症诱发物反复注射到鼠爪中。在反复向鼠爪注射酵母多糖（Zym）、尿酸钠（MSU)、K/BxN血清等物质后，都出现了延长的关节炎现象，而向初次假处理的对侧爪子进行二次注射炎症诱发物则不会导致延长的关节炎和加重。
下图为MSU晶体注射一次（-/MSU）和两次（MSU/MSU）的BALB/c小鼠爪的时间和相对厚度关系。
该研究项目使用Ugo Basile动态足底测试仪进行触痛阈值测试。在测试之前，使动物适应测试环境。进行测试时，通过主机设置钝头金属针施加0.2 g/s的递增力，直到动物抽搐或抬起爪子，或者直到达到8g的截止值。交替测试两只爪子，同一只爪子的两次测试之间至少停顿5分钟。
左图：疼痛阈值双侧差异，右图：出现阈值时间双侧差异，双侧差异Δ：=（MSU/MSU）处理-（-/MSU）处理。统计:方差分析和Dunnett检验。
d-1：第一次MSU晶体注射前；
d2：第一次注射后2天；
d14：第二次注射之前（注射的爪子中的关节炎消退）；
d16：第二次注射后2天。
1.该文章中，总体实验体量较大，其中触觉测试就设置了多个炎症诱发物实验和对照组，包括前后两次相同诱发物处理和不同诱发物交叉处理。因为多组测量要保证时效性，采用动态足底测试仪降低Von Frey纤维丝触觉测量的工作量和干扰因素影响。
2.动态足底测试仪测量可以设置恒定的递增力，对出现阈值时间分析结果显示与前文所述的鼠爪厚度等测试结果一致，而Von Frey纤维丝和电子测痛仪无法精确控制递增力线性和大小，此功能上存在缺陷。
3.文章设置0.2 g/s的递增力，8g的截止值。在小鼠进行类似低阈值测试时，可以看到动态足底测试仪测试结果的优秀重复能力和一致性，而电子测痛仪在此类实验稳定性较弱。
Ugo Basile公司于1963年创立，在几十年发展历程里，成长为一家为专注于神经科学领域进行开拓科学实验方法和生产全新科学仪器的创新型公司。通过将经典仪器与不断创新的新型设备相结合，旗下疼痛系列产品已经成为全球神经科学家的标杆工具并得到广泛认可。
上海玉研科学仪器有限公司作为意大利Ugo Basile公司在中国的金牌合作伙伴，长期以来一直与Ugo Basile公司合作紧密，并共同探讨双方的长期发展规划和战略合作协议，为广大疼痛科研工作者带来全球领先的卓越疼痛研究设备以及提供完善的技术支持。
文献拓展
1.Friščić, Jasna, et al. "The complement system drives local inflammatory tissue priming by metabolic reprogramming of synovial fibroblasts." Immunity 54.5 (2021): 1002-1021. doi：10.1016/j.immuni.2021.03.003
2.Boyd, Jacob T., et al. "Elevated dietary ω-6 polyunsaturated fatty acids induce reversible peripheral nerve dysfunction that exacerbates comorbid pain conditions." Nature metabolism 3.6 (2021): 762-773.doi:
3.Defaye, Manon, et al. "The neuronal tyrosine kinase receptor ligand ALKAL2 mediates persistent pain." The Journal of clinical investigation 132.12 (2022).doi: 10.1172/JCI154317
4.Liu, Shijia, et al. "Divergent brainstem opioidergic pathways that coordinate breathing with pain and emotions." Neuron 110.5 (2022): 857-873. doi：10.1016/j.neuron.2021.11.029
5.Powell, Rasheen, et al. "Inhibiting endocytosis in CGRP+ nociceptors attenuates inflammatory pain-like behavior." Nature Communications 12.1 (2021): 5812. 10.1038/s41467-021-26100-6
6.Cheong, Hogyun, et al. "Sutureless neurorrhaphy system using a macrophage-polarizing in situ visible light-crosslinkable adhesive protein hydrogel for functional nerve regeneration." Chemical Engineering Journal 445 (2022): 136641. doi:10.1016/j.cej.2022.136641
7.Llorca-Torralba, Meritxell, et al. "Pain and depression comorbidity causes asymmetric plasticity in the locus coeruleus neurons." Brain 145.1 (2022): 154-167. doi: 10.1093/brain/awab239
8.Sohn, Hee Su, et al. "Tolerogenic nanoparticles induce type II collagen–specific regulatory T cells and ameliorate osteoarthritis." Science Advances 8.47 (2022): eabo5284.doi: 10.1126/sciadv.abo5284
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