Optimierung von Photoneuromodulationstechniken zur Bewertung der Rolle von grünen Leuchtdioden in der Schmerztherapie

Jüngste Entwicklungen in der Schmerzforschung unterstreichen das Potenzial der Photoneuromodulation mit grünen Leuchtdioden (GLED) als nicht-pharmakologische Behandlung. GLED moduliert die Schmerzwege und bietet eine wirksame Schmerzlinderung. Dieser Artikel zielt darauf ab, GLED-Expositionsprotokolle zu standardisieren und zu verfeinern, die Konsistenz zwischen den Studien zu verbessern und die klinische Anwendung dieser Therapie voranzutreiben.

Trotz umfangreicher Forschung und der Identifizierung zahlreicher schmerzstillender Ziele ist das Spektrum der pharmakologischen Behandlungen für Schmerzen nach wie vor begrenzt. Ein möglicher Paradigmenwechsel könnte jedoch eine neue Welle nicht-pharmakologischer Schmerzbehandlungen mit bemerkenswerter Sicherheit, Wirksamkeit und Verträglichkeit einleiten. Ein vielversprechendes Forschungsgebiet ist die Photoneuromodulation mit grünen Leuchtdioden (GLED, 525 nm), die das Potenzial zur Schmerzlinderung sowohl bei akuten als auch bei chronischen Erkrankungen gezeigt haben, was zu zahlreichen präklinischen und klinischen Studien führte, die die Wirksamkeit dieser Therapie untersuchten. Diese Forschungsprojekte haben gezeigt, wie die Exposition gegenüber GLED die Aktivität des endogenen Opioidsystems im Gehirn und im Rückenmark nach der Aktivierung des M-Zapfens in der Netzhaut erhöht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass GLED Schmerzen lindern kann, indem es den absteigenden Schmerzweg moduliert. Angesichts der überzeugenden Wirkung von GLED unterstreicht die Zunahme von Photoneuromodulationsuntersuchungen, wie wichtig es ist, Konsistenz in klar definierten und standardisierten Expositionsprotokollen für präklinische und klinische Studien herzustellen. In präklinischen Studien wurden positive Wirkungen nach einer Exposition von mindestens 2 Tagen beobachtet, wobei die Protokolle 8 Stunden Licht bei 100 Lux während der 12-stündigen Lichtphase umfassten. In klinischen Studien werden die Expositionsprotokolle auf die jeweilige untersuchte Pathologie zugeschnitten. Eine Exposition von 15 Minuten hat sich bei der Modulation akuter postoperativer Schmerzen als günstig erwiesen. Zur Modulation chronischer Schmerzen werden die Patienten angewiesen, GLED zu Hause für 1 bis 2 Stunden pro Tag über einen Zeitraum von 10 Wochen zu verwenden. In diesem Artikel werden präklinische und klinische Protokolle zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Konsistenz in den verschiedenen Studien zur Bewertung der Vorteile der Photoneuromodulation beschrieben. Durch die Etablierung dieser standardisierten Protokolle zielt diese Arbeit darauf ab, die klinische Translation der GLED-Phototherapie als praktikable nicht-pharmakologische Behandlung von Schmerzen voranzutreiben.

Pharmakologische Behandlungen, insbesondere Opioide, werden bei der Behandlung von akuten und chronischen Schmerzzuständen nach wie vor stark eingesetzt¹. Die Wirksamkeit der Schmerztherapie kann erheblich von der Häufigkeit und Schwere der Nebenwirkungen im Zusammenhang mit dem Opioidkonsum beeinflusst werden². Aus diesem Grund erreicht eine beträchtliche Anzahl von Patienten unter Opioidbehandlung keine erfolgreiche Schmerzbehandlung³. Daher suchen Schmerzmediziner und die Patientengemeinschaft zunehmend nach nicht-pharmakologischen Behandlungen, die die mit herkömmlichen Schmerzmitteln verbundenen Nebenwirkungen vermeiden. Die Photoneuromodulation hat sich als vielversprechende Lösung und sichere Therapie zur Schmerzbehandlung erwiesen.

Die Photoneuromodulation (PNM) ist eine nicht-invasive Technik, bei der Leuchtdioden (LED) verwendet werden, um biologische Prozesse zu regulieren⁴. Die Phototherapie wurde vor Tausenden von Jahren mit Sonnenlicht oder Heliotherapie zur Behandlung von Hauterkrankungen etabliert⁵. In der Folge hat sich das Konzept der Beeinflussung biologischer Gewebe durch Licht erweitert, was zur Entwicklung des Begriffs der Photoneuromodulation führte. Die PNM-Forschung expandiert derzeit weltweit und hat ihre Wirksamkeit in einer Vielzahl klinischer Anwendungen gezeigt, darunter die Schmerztherapie 6,7,8,9, die Verbesserung der Schlafqualität bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit 10 und die Kontrolle von Depressionen ¹¹.

Präklinische Forschung und klinische Studien, die darauf abzielen, die Mechanismen und das therapeutische Potenzial der Photoneuromodulation für die Schmerztherapie zu untersuchen, rücken immer mehr in den Vordergrund. Unter diesen Ansätzen hat die grüne Leuchtdiodentherapie (GLED) mit einer Wellenlängenstimulation von 525 nm eine vielversprechende Wirksamkeit bei der Verringerung verschiedener Arten von Schmerzen gezeigt, einschließlich Migräne, Fibromyalgie und postoperativer Schmerzen 12,13,14,15,16. Klinische Studien haben in mehreren Studien gezeigt, dass die Green-Light-Therapie Patienten, die an Migräne leiden, durchweg zugute kommt 12,17,18, indem sie sowohl Kopfschmerzen als auch die Intensität der Photophobie während aktiver Migräneattacken reduziert¹⁹ sowie die Häufigkeit und Dauer von Migräneepisoden verringert ¹². Präklinische Studien zeigten auch, dass die Exposition gegenüber GLED die thermische und mechanische Überempfindlichkeit in einem Nervenverletzungsmodell für neuropathische Schmerzen umkehren kann²⁰. Darüber hinaus wurden in präklinischen Studien die Mechanismen untersucht, durch die GLED die Schmerzwahrnehmung und die sensorischen Schwellenwerte beeinflusst 13,21,22,23,24. Diese Studien unterstreichen die Beteiligung von M-Zapfen und die anschließende Modulation des ventralen lateralen Genikulatkerns (vLGN^{), was} die Aktivität der enkephalinergen Neuronen erhöht, die zum dorsalen Raphe-Kern (DRN) projizieren22. Zusätzliche Forschungen haben auch die entscheidende Rolle der rostralen ventromedialen Medulla (RVM)²¹ hervorgehoben, einem Schlüsselregulator der absteigenden Schmerzmodulation. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass GLED die Schmerzwahrnehmung verändert, indem es visuelle Schaltkreise moduliert, die auf die absteigenden Schmerzbahnen wirken^20,25. Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um die Umsetzung in die klinische Anwendung zu erleichtern.

In diesem Artikel beschreiben wir eine umfassende Methodik für die Implementierung von GLED-basiertem PNM, die darauf abzielt, einen reproduzierbaren Rahmen sowohl für den experimentellen als auch für den klinischen Einsatz zu schaffen. Wir beschreiben das Design und den Betrieb der GLED-Exposition, skizzieren standardisierte Anwendungsprotokolle und diskutieren wichtige Überlegungen zur Sicherstellung von Wirksamkeit und Reproduzierbarkeit. Darüber hinaus stellen wir ein detailliertes Protokoll zur Beurteilung der Aktivität sowohl der aufsteigenden als auch der absteigenden Schmerzbahnen zur Verfügung, was eine tiefere Untersuchung ihrer Rolle bei der Modulation der GLED-induzierten Analgesie ermöglicht. Mit diesem Ansatz wollen wir die Forschung in der nicht-pharmakologischen Schmerztherapie vorantreiben und dazu beitragen, zugängliche, wirksame und sicherere Therapien zu entwickeln.

Alle Tierverfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of Arizona genehmigt und entsprechen den Richtlinien für die Verwendung von Versuchstieren der National Institutes of Health. Erregerfreie, erwachsene Sprague-Dawley-Ratten (Gewicht bei der Untersuchung: 275-330 g) wurden in Standard-Vivarium-Rattenkäfigen (3 Ratten pro Käfig) in klimatisierten Räumen in einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus untergebracht und erhielten frei Zugang zu Futter und Wasser. Alle Verhaltensexperimente wurden von Experimentatoren durchgeführt, die für die Behandlungsbedingungen verblindet waren. Alle menschlichen Eingriffe wurden vom Institutional Review Board (IRB) der University of Arizona unter der Protokollnummer (STUDY00000370) genehmigt. Diese Studie ist bei ClinicalTrials.gov unter NCT05295225 registriert.

1. Protokoll der Lichtexposition bei Tieren

1. Optimierung der Lichteinwirkung und Vorbereitung der Tierhaltung
   1. Erhalten Sie Flexstreifen für Leuchtdioden (LED) im sichtbaren Spektrum mit den folgenden Eigenschaften: (i) Grüne LEDs (Materialtabelle), Wellenlänge von 525 nm, Leistung von 8 W, Spannung von 120 V und einem Abstrahlwinkel von 120°. (ii) Weiße LEDs (Materialtabelle), Leistung von 9,6 W, Spannung von 120 V und ein Abstrahlwinkel von 120°.
   2. Stellen Sie die Genauigkeit des Lichtspektrums mit einem Spektrometer sicher (für diese Studie haben wir den Biomedical Device Prototyping Service des BIO5 Institute an der University of Arizona verwendet).
      HINWEIS: Die grüne LED sollte eine Mittenwellenlänge von 525 ± 10 nm (dem hellsten Emissionspunkt), eine Halbbreite (FWHM) über die gesamte Breite, die sich über weniger als 40 nm erstreckt, und einen Rekordintensitätsabfall (bei dem die Lichtintensität auf 50 % des Maximums abfällt) haben, der bei 500 ± 5 nm und 530 ± 5 nm²¹ liegen sollte. Die weiße LED-Halbschärfe sollte mehr als 90 nm umfassen. Es können mehrere Quellen für weißes Licht verwendet werden. Die Experimentatoren müssen die geringe Intensität der Wellenlänge von 525 nm und eine große Spanne des Spektrums sicherstellen, die mehrere Wellenlängen abdeckt²¹.
   3. Verwenden Sie ein Luxmeter (Table of Materials), um die Lichtintensität zu messen und zu optimieren. Decken Sie die LEDs nach Bedarf mit schwarzem Klebeband (Materialtabelle) ab, um die gewünschte Intensität zu erreichen.
      HINWEIS: Es ist wichtig, die Lichtintensität zu messen und zu validieren, da unterschiedliche Intensitäten die sensorischen Schwellenwerte auf unterschiedliche Weise beeinflussen können (Abbildung 1). Wenn die Intensität nicht genau ist, decken Sie einige der LEDs ab oder legen Sie sie frei, bis die gewünschte Intensität erreicht ist.
   4. Befestigen Sie die LED-Streifen an den Oberkanten von Drahtregalen in einem dunklen Raum (Materialtabelle), um sicherzustellen, dass jedes Regal mit einer speziellen Lichtquelle ausgestattet ist. Platzieren Sie Zeitschaltuhren (Table of Materials) auf den LED-Streifen, um die Käfige 8 Stunden pro Tag von 6 bis 14 Uhr freizulegen.
   5. Installieren Sie transparente statische Käfige auf den Regalen. Umschließen Sie die Regale an allen Seiten vollständig mit dunklen Blechen (Materialtabelle), um die Belichtung zu optimieren und gleichzeitig Lichtinterferenzen zu minimieren.
   6. Verwenden Sie ein Luxmeter, um die Lichtintensität im Käfig endgültig zu optimieren, indem Sie einige der LEDs abdecken oder freilegen (100 Lux in der Mitte jedes Käfigs) (Ergänzende Abbildung 1).
2. Beeinträchtigung des sensorischen Ausgangsverhaltens und Beginn der Exposition
   1. Lassen Sie die Ratten bei Ihrer Ankunft 1 Woche lang an die Tieranlage gewöhnen. Nach dieser Eingewöhnungsphase gewöhnen Sie die Ratten mindestens 7 Tage lang an die Handhabung durch den Versuchsleiter.
   2. Kategorisieren Sie die Tiere in drei Versuchsgruppen, basierend auf ihren Behandlungsbedingungen: (1) Grünlichtexposition (GLED) in Kombination mit chirurgischen Eingriffen, (2) Weißlichtexposition (WLED) in Kombination mit chirurgischen Eingriffen und (3) WLED-Kontrollgruppe mit Scheinoperation.
   3. Die Ratten werden vor dem Test 1 Stunde lang in durchsichtigen Plexiglasboxen auf einem Drahtgeflecht (Materialtabelle) im selben Raum wie der Testbereich akklimatisiert, vorzugsweise in Anwesenheit des Versuchsleiters.
   4. Um die präoperativen Schwellenwerte zu bestimmen, messen Sie die Pfotenentnahmeschwellen mit der Dixon-Auf-und-Ab-Methode mit von Frey-Filamenten²⁶ an der linken Hinterpfote (Tabelle der Materialien), beginnend mit dem 4,31-Filament (19,6 mN), um die Ausgangsschwelle für die Pfotenentnahme zu bestimmen.
      HINWEIS: Die mechanische Empfindlichkeit sollte nach der "Auf-und-Ab"-Methode beurteilt werden, indem die Entnahmeschwelle bestimmt wird. Wenn das Tier nicht auf das 4,31er Filament (19,6 mN) reagiert, verwenden Sie das dickere 4,56 Filament (39,2 mN) (eine Reaktion wird visuell als Zurückziehen, Schütteln oder Lecken der betroffenen Pfote vermerkt). Wenn das Tier auf das Filament 4.31 reagiert, verwenden Sie das dünnere Filament 4.08 (9.8 mN).
      1. Tragen Sie jedes Filament senkrecht zur Plantaroberfläche der Hinterpfote auf, während die Tiere in hängenden Drahtgeflechtkäfigen positioniert werden.
      2. Passe den Filamentdruck basierend auf der vorherigen Filamentgröße an, entweder erhöhen oder verringernd.
      3. Verwenden Sie weiterhin entweder immer dickere oder dünnere Filamente, je nachdem, ob das Tier in der Folge positiv oder negativ reagiert hat.
      4. Notieren Sie sowohl negative als auch positive Antworten auf dem Datenblatt in der ergänzenden Tabelle 1.
         HINWEIS: Jedes Filament sollte nacheinander nacheinander aufgetragen werden. Nach der ersten positiven Reaktion testen Sie die gleiche Pfote noch 4 Mal mit verschiedenen Filamenten. Um zuverlässige Ergebnisse bei allen Tieren zu gewährleisten, muss der Versuchsleiter vermeiden, das Filament auf die Fußballen aufzutragen.
   5. Akklimatisieren Sie die Ratten 1 Stunde lang in durchsichtigen Plexiglasboxen auf dem Hargreaves-Gerät (Materialtabelle), bevor Sie im selben Raum wie der Testbereich testen, um die Ausgangstemperatur der thermischen Empfindlichkeit mit dem Hargreaves-Test zu messen.
      HINWEIS: Der Hargreaves-Test erfordert, dass die Ratten einige Sekunden lang still bleiben. Wenn die Ratten nach der anfänglichen 1-stündigen Gewöhnungsphase immer noch übermäßig aktiv sind, verlängern Sie die Eingewöhnungszeit nach Bedarf. Stellen Sie sicher, dass die Ratten ruhig und unbeweglich, aber wachsam genug sind, um nicht einzuschlafen. Vor der Durchführung des Hargreaves-Tests (Materialtabelle) ist es entscheidend, die Intensität des Infrarotlichts einzustellen, um eine Ausgangsbasis für die Messung der Schmerzempfindlichkeit zu schaffen. Das Ziel ist es, dass die Entzugslatenz zu Studienbeginn durchschnittlich bei etwa 20 s liegt, was eine ausreichende Empfindlichkeit bietet, um Veränderungen der Schmerzreaktion, wie z. B. Hyper-/Hypoalgesie, zu erkennen. Beim Zurückziehen der Pfote stoppt ein Bewegungsmelder sowohl den Reiz als auch den Timer. Um Gewebeschäden zu vermeiden, wird ein maximaler Cutoff von 33,5 s angewendet.
   6. Um die präoperativen Verhaltensschwellen zu beurteilen, platzieren Sie den Infrarotlaser unter der Mitte der linken Hinterpfote des Tieres (unter Verwendung der Hilfslinien des Infrarotstrahlers).
      1. Starten Sie den Hitzereiz, um die Zeit zu messen, die das Tier benötigt, um seine Pfote als Reaktion auf die Hitze zurückzuziehen (Entzugslatenz).
         HINWEIS: Wenn die durchschnittliche Entnahmelatenz nicht annähernd 20 s beträgt, passen Sie die Intensität an und wiederholen Sie den Test, bis der gewünschte Durchschnitt bestimmt ist. Die Intensität wird dann für den Rest des Experiments konstant gehalten. In dieser Studie haben wir eine Stimulusintensität von 30 (50 W) verwendet. Wenn der Test wiederholt werden muss, warten Sie einen Abstand von 5 Minuten, bevor Sie den Test an demselben Tier wiederholen.
      2. Notieren Sie die Abhebungslatenz auf dem Datenblatt in der ergänzenden Tabelle 2.
         HINWEIS: Um eine Beeinflussung der Temperatur des Wärmereizes zu vermeiden, reinigen Sie den Urin während der Versuche.
   7. Nach dem Erwerb des sensorischen Grundverhaltens werden die Tiere 4 Tage vor der Operation (8 Stunden pro Tag, von 6 bis 14 Uhr) in statischen Käfigen mit kontinuierlichem Zugang zu Futter und Wasser untergebracht.
3. Induktion des Schmerzmodells und postoperative Bewertung der sensorischen Schwellen
   1. Nach Beendigung der Exposition um 14 Uhr an Tag 4 ist eine Inzisionsoperation nach dem Brennan-Modell an der linken Hinterpfote durchzuführen, um postoperative Schmerzen zu induzieren^27,28.
   2. Setzen Sie die Exposition an Tag 5 fort. Nachdem die Exposition an Tag 5 um 14 Uhr beendet ist, führen Sie die von-Frey- und Hargreaves-Tests wie zuvor beschrieben durch, um die thermische und mechanische Überempfindlichkeit 1 Tag nach der Operation zu bewerten.
   3. Setzen Sie die Exposition an Tag 6 fort. Nachdem die Exposition an Tag 6 um 14 Uhr beendet ist, führen Sie die von-Frey- und Hargreaves-Tests wie zuvor beschrieben durch, um die thermische und mechanische Überempfindlichkeit 2 Tage nach der Operation zu bewerten.
      HINWEIS: Jedes Tier ist von der Studie auszuschließen, wenn es die vom Institutional Animal Care and Use Committee festgelegten Endpunktkriterien erreicht.
   4. Führen Sie nach Abschluss der Verhaltenstests eine Euthanasie an den Tieren gemäß den vom Institutional Animal Care and Use Committee festgelegten Protokollen durch.
4. Analyse von Tierversuchen
   1. Geben Sie die mechanischen Entnahmemuster der Antworten in die Allodynia Software (National Instruments, LabView 2015) ein, um die mechanischen sensorischen Schwellenwerte^{zu bewerten 29}.
      HINWEIS: Die Software verwendet die nichtparametrische Dixon-Methode, wie von Chaplan et ^al.30 beschrieben.
   2. Melden Sie die Entnahmelatenzen in einer Tabelle für die anschließende statistische Analyse der thermischen Allodynie.
   3. Generieren Sie ein Diagramm, das die mittlere Empfindlichkeit (Schwellenwerte oder Latenzen) als Funktion der Zeit anzeigt.

2. Lichtexpositionsprotokoll beim Menschen

1. Einrichten des Expositionsraums für die Bewertung von Probanden
   1. Beginnen Sie mit der Vorbereitung des Belichtungsraums und stellen Sie sicher, dass er vollständig frei von externen Lichtquellen ist, um mögliche Interferenzen zu vermeiden.
      HINWEIS: Dieser Schritt ist wichtig, um die Auswirkungen der LED-Leuchten zu isolieren.
   2. Positionieren Sie die LED-Leuchten in einem Abstand von 3-6 Fuß vom Stuhl des Probanden.
      HINWEIS: Dieser Bereich basiert auf früheren klinischen Studien, um eine gleichbleibende Lichtintensität und effektive Belichtung zu gewährleisten.
   3. Montieren Sie die 2 m langen LED-Streifen und stellen Sie den gewünschten Lichtintensitätsbereich von 90-100 Lux mit einem Luxmeter sicher (Materialtabelle und ergänzende Abbildung 2).
   4. Optimieren Sie die Lichtintensität, indem Sie die Lichtstreifen neu positionieren oder einige der LEDs abdecken, um sicherzustellen, dass die Motive im primären Bereich, in dem sie sitzen, 90-100 Lux erhalten.
2. Einführungsschritte zum Testen der mechanischen zeitlichen Summenauswertung
   1. Stellen Sie vor der Durchführung einer Bewertung die richtige Handhygiene sicher, indem Sie sich gründlich die Hände waschen und anschließend Handschuhe anziehen.
   2. Reinigen und desinfizieren Sie das kalibrierte von-Frey-Filament (6,65 mN, entspricht 300 g Kraft), um die Sterilität zu gewährleisten, bevor Sie die mechanische Empfindlichkeit bewerten.
   3. Beantragen Sie die Erlaubnis, den Trapezmuskel für die bevorstehende Untersuchung freizulegen.
   4. Informieren Sie den Patienten, dass das von-Frey-Filament auf der nicht-dominanten Seite des Trapezmuskels angelegt wird, bis sich das Filament biegt.
   5. Weisen Sie den Patienten an, seine Schmerzen auf einer Skala von 0 bis 10 zu bewerten, wobei 0 für keine Schmerzen und 10 für die schlimmsten Schmerzen steht, die man sich vorstellen kann, unmittelbar nachdem der Bediener "Jetzt" gesagt hat.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass der Patient eine schnelle und genaue Antwort gibt, wenn der Bediener "Jetzt" sagt.
   6. Tragen Sie das Filament 3 Mal an drei verschiedenen Punkten (1 Zoll Abstand) auf den nicht dominanten Trapezmuskel auf, wobei Sie zwischen jeder Anwendung ein Intervall von 5 s einhalten müssen.
   7. Informieren Sie den Probanden, dass von Frey Filament 10 Mal einmal pro 1 s auf die gleiche Stelle aufgetragen wird, und bitten Sie den Probanden, den Schmerz der letzten Anwendung zu bewerten.
      HINWEIS: Verwenden Sie für alle 10 Anwendungen die gleiche Stelle auf dem Trapezmuskel.
   8. Messen Sie den temporalen Summationseffekt, indem Sie das Filament 10 Mal auf den nicht-dominanten Trapezius auftragen und bitten Sie den Probanden, den Schmerz am Ende der Stimuli zu bewerten.
3. Prüfung der mechanischen zeitlichen Summierung
   1. Gönnen Sie sich nach den Eingewöhnungsschritten eine 3-minütige Pause und informieren Sie den Patienten, dass das von-Frey-Filament auf die dominante Seite des Trapezmuskels aufgebracht wird.
   2. Reinigen und desinfizieren Sie das kalibrierte von Frey Filament.
   3. Weisen Sie den Patienten an, seine Schmerzen auf einer Skala von 0 bis 10 zu bewerten, unmittelbar nachdem der Bediener "Jetzt" gesagt hat.
   4. Tragen Sie das Filament 3 Mal an 3 verschiedenen Punkten (1 Zoll Abstand) auf den dominanten Trapezmuskel auf, wobei Sie zwischen jeder Anwendung ein Intervall von 5 s einhalten müssen. Halten Sie das Ansprechen des Patienten auf dem Aktblatt fest (Ergänzende Tabelle 3).
   5. Informieren Sie den Probanden, dass das von-Frey-Filament 10 Mal pro 1 s auf die gleiche Stelle aufgetragen wird, und bitten Sie den Probanden, den Schmerz der letzten Anwendung zu bewerten.
   6. Messen Sie den temporalen Summationseffekt, indem Sie das Filament 10 Mal auf den dominanten Trapezius auftragen. Notieren Sie die Antwort des Probanden auf dem Schaublatt (Ergänzende Tabelle 3).
   7. Wiederholen Sie den Vorgang zweimal im Abstand von 3 Minuten und notieren Sie die Antworten der Probanden auf dem Aufzeichnungsblatt (Ergänzende Tabelle 3).
4. Eingewöhnungsschritte für die Bewertung der konditionierten Schmerzmodulation
   1. Bereiten Sie ein 12 °C kaltes Wasserbad vor (Ergänzende Abbildung 3).
      HINWEIS: Überprüfen Sie die Temperatur vor dem Test mit dem Thermometer (Materialtabelle). Nehmen Sie bei Bedarf zusätzliches Eis bereit, um die Temperatur während des Testzeitraums anzupassen.
   2. Reinigen und desinfizieren Sie das Algometer.
   3. Verwenden Sie die Medoc-Software zur Bewertung des CPM (Table of Materials).
   4. Wählen Sie die Option AlgoMed (Ergänzende Abbildung 4). Suchen Sie auf dem Startbildschirm das Algometer-Gerät und klicken Sie darauf, um es zu aktivieren.
   5. Wählen Sie den richtigen Patienten aus der Liste aus und wählen Sie das Testprogramm aus.
   6. Wählen Sie den Standort aus, an dem das Gerät angewendet werden soll. Wählen Sie für diesen Eingewöhnungsschritt den nicht-dominanten Trapezmuskel aus dem Körperdiagramm aus (Ergänzende Abbildung 5).
      HINWEIS: Nachdem Sie auf "Zum Test gehen" geklickt haben, werden Sie zum Testbildschirm weitergeleitet. Bevor Druck ausgeübt wird, verlangt die Software, dass man einen Vortest durchführt, bei dem das Gerät noch keinen Druck ausübt. Dieser Vortest muss jedes Mal abgeschlossen werden, wenn ein neuer Test gestartet wird.
   7. Starten Sie einen Test und es kommt zu einer Zeitüberschreitung von 5 s.
   8. Informieren Sie den Patienten, dass das Gerät die Höhe des ausgeübten Drucks misst und verwendet wird, um Druck auf die nicht-dominante Seite des Trapezmuskels auszuüben. Bitten Sie den Patienten, "Stopp" zu sagen, sobald er Schmerzen verspürt.
   9. Klicken Sie auf Start. Das System erzwingt eine Wartezeit von 5 Sekunden, bevor mit der Anwendung des Geräts begonnen wird.
   10. Bringen Sie das Algometer auf den Trapezius an, indem Sie die Kraft mit einer Geschwindigkeit von 30 kPa/s erhöhen (Ergänzende Abbildung 6).
   11. Halten Sie das Ansprechen des Patienten auf dem Aktblatt fest (Ergänzende Tabelle 3).
       HINWEIS: Für diese Studie beträgt der maximal ausgeübte Druck 650 kPa. Diese Studie bewertet speziell das Einsetzen von Schmerzen, nicht die Schmerztoleranz.
   12. Informieren Sie die Teilnehmer, dass sie für die Bewertung ein Eiswasserbad verwenden werden.
   13. Überprüfen Sie die Wassertemperatur mit dem Thermometer (Materialtabelle) auf etwa 12 °C. Stellen Sie einen Timer auf 10 s ein.
   14. Weisen Sie den Teilnehmer an, seine dominante Hand bis zum Handgelenk ins Wasser zu tauchen, wobei Sie darauf achten, dass die Hand entspannt ist und die Finger gespreizt sind.
   15. Bitten Sie den Teilnehmer, seine Schmerzen auf einer Skala von 0 bis 10 zu bewerten, wenn der Bediener am Ende von 10 s "jetzt" sagt.
   16. Fragen Sie nach der Schmerzbewertung am Ende der 10 s und vermerken Sie die Reaktion des Patienten auf dem Aufzeichnungsblatt (Ergänzende Tabelle 3).
5. Erprobung der konditionierten Schmerzmodulation
   1. Überprüfen Sie die Wassertemperatur mit dem Thermometer (Materialtabelle).
   2. Reinigen und desinfizieren Sie das Algometer.
   3. Beginnen Sie nach einer 3-minütigen Pause mit der Bewertung der konditionierten Schmerzmodulation (CPM), indem Sie die Erlaubnis beantragen, den dominanten Trapezmuskel für die bevorstehende Beurteilung freizulegen.
   4. Bitten Sie den Patienten, "Stopp" zu sagen, sobald er Schmerzen verspürt. Klicken Sie in der Software auf Start.
   5. Wenden Sie das Algometer am Trapezius an, indem Sie die Kraft mit einer Rate von 30 kPa/s erhöhen und das Ansprechen des Patienten auf dem Aktblatt aufzeichnen (Ergänzende Tabelle 3).
   6. Wiederholen Sie die Anwendung noch 2 Mal an verschiedenen Stellen des dominanten Trapezmuskels, mit einem Abstand von jeweils 3 Minuten.
   7. Stellen Sie sicher, dass das Algometer vor jeder Anwendung gründlich gereinigt und desinfiziert wird, um ein Verrutschen durch die Ansammlung von Hautölen von Probanden zu verhindern.
   8. Halten Sie das Ansprechen des Patienten auf dem Aktblatt fest (Ergänzende Tabelle 3). Warten Sie 5 Minuten, bevor Sie zum konditionierten Stimulustest übergehen.
   9. Klicken Sie auf Start. Das System erzwingt eine Wartezeit von 5 Sekunden, bevor mit der Anwendung des Geräts begonnen wird.
   10. Reinigen und desinfizieren Sie das Algometer.
   11. Weisen Sie den Patienten an, seine nicht dominante Hand bis zum Handgelenk in das Eiswasserbad zu tauchen.
   12. Wenden Sie das Algometer am Trapezius an, indem Sie die Kraft mit einer Rate von 30 kPa/s erhöhen und das Ansprechen des Patienten auf dem Aktblatt aufzeichnen (Ergänzende Tabelle 3).
   13. Wiederholen Sie die Anwendung noch zwei weitere Male an verschiedenen Stellen des Trapezmuskels, mit einem Abstand von jeweils 5 Minuten.
       HINWEIS: Brechen Sie die Studie ab, wenn nach dem ersten Screening eine bisher unentdeckte Erkrankung festgestellt wird, insbesondere wenn die Erkrankung die Studie beeinträchtigen könnte.
   14. Beginnen Sie nach der Erfassung der Ausgangswerte vor der Exposition, den Patienten den ihm zugewiesenen Lichtbedingungen auszusetzen.
   15. Weisen Sie die Freiwilligen an, nicht direkt auf die Lichtquelle zu starren.
       HINWEIS: Stattdessen sollten sie das Licht in ihr peripheres Sichtfeld eindringen lassen, wie sie es bei jeder Umgebungslichtquelle in ihrem Zuhause tun würden (Ergänzende Abbildung 7).
   16. Setzen Sie die Motive 1,5 Stunden lang LED-Licht aus.
       HINWEIS: Bei längerer Lichtbehandlung verabreichen sich die Probanden bis zu 10 Wochen lang selbst zu Hause. Umfragen wie der Fibromyalgia Impact Questionnaire (FIQ), der HIT-6 (Headache Impact Test), der PSQI (Pittsburgh Sleep Quality Index) und der EQ-5D-5L (zur Beurteilung des allgemeinen Gesundheitszustands) sowie Schmerzfragebögen können verwendet werden, um die Auswirkungen der Behandlung im Laufe der Zeit zu überwachen.
   17. Ermutigen Sie die Freiwilligen während der Exposition, sich an Aktivitäten zu beteiligen, die keine zusätzlichen Lichtquellen erfordern, wie z. B. Lesen oder Schreiben.
       HINWEIS: Intensitäten von 4-100 Lux sorgen für eine ausreichende Ausleuchtung.
   18. Raten Sie davon ab, während der Expositionszeit zu schlafen, um die vollständige Einhaltung des Protokolls zu gewährleisten.
   19. Wiederholen Sie nach der Lichtexpositionstherapie alle Messungen, die zu Beginn durchgeführt wurden.
6. Analyse menschlicher Daten
   1. Berechnen Sie für die mechanische zeitliche Summierung den Durchschnitt der 3 Ausgangsmaße und den Durchschnitt der 3 wiederholten Stimuli.
   2. Berechnen Sie den Prozentsatz der mechanischen temporalen Summierung, indem Sie die durchschnittliche Schmerzbewertung nach den sich wiederholenden Stimuli durch die durchschnittliche Schmerzbewertung zu Studienbeginn dividieren und das Ergebnis mit 100 multiplizieren, um es als Prozentsatz auszudrücken.
      HINWEIS: Ein Prozentsatz von mehr als 100% deutet auf eine Zunahme der Schmerzwahrnehmung bei wiederholten Reizen hin, was auf das Vorhandensein einer temporalen Summation hindeutet.
   3. Für die mechanisch konditionierte Schmerzmodulation (CPM) berechnen Sie den Durchschnitt der letzten 2 Schmerzschwellen (in kPa), die während der unkonditionierten Stimuli (ohne kaltes Bad) erhalten wurden.
   4. Berechnen Sie den Mittelwert der letzten 2 Schmerzschwellenwerte (in kPa) während des Konditionierungsreizes.
   5. Verwenden Sie die folgende Gleichung, um den CPM zu berechnen:
      
      HINWEIS: Ein CPM-Wert von 0 zeigt an, dass sich die Schmerzwahrnehmung nicht geändert hat, ein negativer Wert zeigt eine schmerzsensorische Hemmung während des konditionierten Stimulus an und ein positiver Wert zeigt eine Schmerzlinderung während des konditionierten Stimulus an.
   6. Bewerten Sie die Veränderungen sowohl der temporalen Summation als auch der CPM vor und nach der Lichtexposition, um zu beurteilen, wie sich die Therapie auf die Aktivität der aufsteigenden bzw. absteigenden Schmerzwege auswirkt.

Die Exposition mit grünem Licht erhöht die Latenzen des Pfotenentzugs dosisabhängig
Abbildung 1A zeigt, dass die Exposition gegenüber grünen Leuchtdioden (GLED) bei verschiedenen Intensitäten (4, 50, 100 und 200 Lux) die Latenzen des Pfotenentzugs in einem naiven Rattenmodell über einen Zeitraum von 7 Tagen signifikant erhöhte, was auf eine antinozizeptive Wirkung von GLED hinweist. Die Ausgangslatenzen vor der Lichtexposition waren zwischen den Gruppen vergleichbar. Ab Tag 1 zeigten GLED-behandelte Gruppen einen progressiven Anstieg der Entzugslatenzen im Vergleich zur Kontrollgruppe mit weißen Leuchtdioden (WLED), wobei der Unterschied an Tag 4 statistisch signifikant wurde (p < 0,04). Der Anstieg der Entzugslatenzen korrelierte positiv mit der Intensität der GLED-Exposition, wobei die höchste Intensität (200 Lux) die größte antinozizeptive Wirkung hatte, während niedrigere Intensitäten (4 Lux) im Vergleich zur Kontrollgruppe immer noch einen deutlichen, aber nicht signifikanten Effekt zeigten.

Die antinozizeptive Wirkung von GLED ist intensitätsabhängig
Die Analyse der Fläche unter der Kurve (AUC) in Abbildung 1B bestätigt weiterhin, dass die GLED-Exposition eine intensitätsabhängige antinozizeptive Reaktion induziert. Die AUC-Analyse der Pfotenentzugslatenzen über den Zeitraum von 7 Tagen zeigt, dass die höchste GLED-Intensität (200 Lux) im Vergleich zur WLED-Kontrollgruppe (p = 0,0015) eine signifikant stärkere antinozizeptive Reaktion hervorrief. Mittlere Intensitäten von GLED (100 und 50 Lux) führten ebenfalls zu signifikanten Anstiegen der AUC (p = 0,0068 bzw. p = 0,0472), während die niedrigste Intensität (4 Lux) im Vergleich zu WLED (p = 0,7033) keine statistische Signifikanz erreichte. Diese Ergebnisse deuten auf eine klare Dosis-Wirkungs-Beziehung hin, wobei höhere GLED-Intensitäten zu einer stärkeren analgetischen Wirkung führen.

Grünlichtexposition lindert postoperative Überempfindlichkeit bei Ratten
Die Exposition gegenüber GLED bei 100 Lux kehrte die mechanische Überempfindlichkeit in einem durch eine Pfotenoperation induzierten Schmerzmodell um. Vor der Operation waren die Ausgangsschwellen für die Pfotenentnahme in allen Gruppen gleich. Nach der Operation zeigten Ratten jedoch eine deutliche Abnahme der Pfotenentzugsschwellen, was auf eine erhöhte mechanische Überempfindlichkeit hindeutet. Diese Überempfindlichkeit wurde nach 8 Stunden täglicher grüner LED-Exposition bei 100 Lux für 4 Tage vor der Operation effektiv rückgängig gemacht (Abbildung 2A,B). Die thermische Überempfindlichkeit wurde ebenfalls bewertet, was eine signifikante Verringerung der Latenzzeit beim Pfotenentzug nach der Operation zeigt. Ähnlich wie bei den mechanischen Beurteilungen wurde die Überempfindlichkeit mit 8 Stunden täglicher GLED-Exposition umgekehrt (Abbildung 2C,D). Diese Ergebnisse zeigen die Wirksamkeit der GLED-Exposition als antinozizeptive Intervention in einem akuten postoperativen Schmerzmodell.

Zeitliche Summation und konditionierte Schmerzmodulation bei menschlichen Probanden
Bei gesunden Probanden verwendeten wir die mechanische zeitliche Summation (TS), um die Aktivität des aufsteigenden Schmerzwegs zu beurteilen, und die mechanisch konditionierte Schmerzmodulation (CPM), um die Aktivität des absteigenden Schmerzwegs zu bewerten. Die Probanden zeigten eine signifikante Zunahme der mechanischen Empfindlichkeit während der temporalen Summation (Abbildung 3A). Die prozentuale Zunahme der mechanischen Empfindlichkeit als Reaktion auf wiederholte Reize war deutlich erhöht, was auf eine verstärkte zentrale Schmerzerleichterung hinweist (p = 0,0039). Dieser Befund spiegelt eine erhöhte Sensitivität gegenüber repetitivem nozizeptiven Input wider, was mit einer erhöhten temporalen Summation übereinstimmt. Die Ergebnisse des CPM-Tests zeigen eine signifikante Abnahme der mechanischen Empfindlichkeit während der konditionierten Stimulusphase im Vergleich zur unkonditionierten Stimulusphase (Abbildung 3B). Die Probanden zeigten eine robuste Verringerung der mechanischen Empfindlichkeit mit einer durchschnittlichen Abnahme von 37,32 % (p = 0,0039). Dies deutet auf eine effektive Aktivierung der absteigenden schmerzhemmenden Bahnen hin, was sich in der Unterdrückung der Schmerzwahrnehmung während des konditionierten Stimulus zeigt. Diese Bewertungen bieten ein vielversprechendes Potenzial, um die zugrunde liegenden Mechanismen der Schmerzmodulation aufzudecken, die durch die Exposition gegenüber grünem Licht beim Menschen induziert werden.

Abbildung 1. Die Lichtintensität beeinflusst die thermische Antinozizeption bei Ratten. Männliche Ratten wurden an 7 aufeinanderfolgenden Tagen grünem LED-Licht (λ = 525 nm) oder weißer LED (8 h/Tag, 100 Lux) ausgesetzt, wobei die thermische Empfindlichkeit täglich mit dem Hargreaves-Test beurteilt wurde. Es wurden vier Intensitäten von grüner LED (GLED) bewertet (4, 50, 100 und 200 Lux). (A) Die thermische Empfindlichkeit wurde vor der Lichtexposition (BL) und über einen Zeitraum von 7 Tagen nach der Exposition gemessen. An Tag 7 erhöhen 50 bis 200 Lux GLED die thermischen sensorischen Schwellenwerte (Zwei-Wege-ANOVA gefolgt von Tukeys Posthoc-Test, n = 6-7, 0,192 < p < 0,392). (B) Die Analyse der Fläche unter der Kurve (Tage 1-7) wurde durchgeführt, um die globale Wirkung der Lichtintensität über 7 Tage zu bewerten. Die Amplitude der antinozizeptiven Wirkung nimmt mit der Lichtintensität zu (Post-hoc-Tests von Kruskal-Wallis und Dunn, n = 6-7). Die Daten sind als mittlere ± SEM dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2. Die GLED-Exposition kehrt die thermische Hyperalgesie und die mechanische Allodynie um, die in einem Rattenmodell für akute postoperative Schmerzen beobachtet wurden. Männliche Ratten wurden 4 Tage vor der Inzisionsoperation (rotes Dreieck, Sx) und zwei Tage nach der Operation mit grünem LED-Licht (λ = 525 nm, GLED) oder weißer LED (8 h/Tag, 100 Lux, WLED) belichtet. Mechanische Allodynie und thermische Hyperalgesie wurden mit von-Frey-Filamenten bzw. Hargreaves-Tests bewertet. (A) Die mechanische Überempfindlichkeit wurde vor und 2 Tage nach der Operation beurteilt. Ratten zeigten nach der Operation eine signifikante Abnahme der Pfotenentzugsschwelle. Diese Überempfindlichkeit wurde durch 8 Stunden täglicher GLED-Exposition rückgängig gemacht (Zwei-Wege-ANOVA, gefolgt von Tukeys Post-hoc-Test, n = 12-14). (B) Analyse der Fläche unter der Kurve (von Tag 1 bis 2) für Panel A. Die Exposition gegenüber GLED zeigte eine Abschwächung der mechanischen Überempfindlichkeit (Kruskal Wallis, gefolgt von Dunns Post-hoc-Test). (C) Die thermische Überempfindlichkeit wurde vor und 2 Tage nach der Operation beurteilt. Die GLED-Exposition erhöhte die bei einer Pfotenoperation beobachtete Latenzzeit beim Pfotenentzug im Vergleich zur WLED-Bedingung (Zwei-Wege-ANOVA, gefolgt von Tukeys Post-hoc-Test, n = 14-15). (D) Analyse der Fläche unter der Kurve (von Tag 1 bis 2) für Panel C. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen GLED und den Kontrolltieren beobachtet, die nicht operiert wurden, sowie zwischen Tieren, die operiert wurden, aber WLED ausgesetzt waren (Post-hoc-Test von Kruskal Wallis und Dunn). Die Daten sind als Mittelwert±SEM dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3. Mechanische zeitliche Summierung und konditionierte Schmerzmodulation bei gesunden Probanden beobachtet. Die zeitliche Summation (TS) und die konditionierte Schmerzmodulation (CPM) können beim Menschen gemessen werden, um die Aktivität der aufsteigenden bzw. absteigenden Schmerzbahnen zu bewerten. (A) Mechanischer TS für jedes Subjekt, ausgedrückt als Prozentsatz des anfänglichen Stimulus. Eine Sequenz von 10 Stimuli erhöht die Schmerzwahrnehmung im Vergleich zu einer einzigen Stimulation signifikant (Wilcoxon-Test mit Vorzeichen, n = 9).(B) Mechanisches CPM, das die Abnahme der Schmerzschwellen zeigt, wenn die Stimulation während einer anderen schädlichen Stimulation angewendet wird (als konditionierter Reiz wurde ein kaltes Wasserbad von 12 °C verwendet). Die Probanden zeigten eine verminderte Schmerzempfindlichkeit während der CPM (Wilcoxon-Test mit Vorzeichen, n = 10). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzende Abbildung 1: Aufbau für Tierhaltung und Lichteinwirkung. Dieses Bild zeigt den optimierten Haltungsaufbau für Ratten bei Experimenten mit Lichteinwirkung. Das Setup umfasst feste Lichtquellen, die über jedem Käfig positioniert sind, um eine gleichmäßige Belichtung zu gewährleisten. Um Lichtinterferenzen durch externe Quellen und zwischen den Käfigen zu minimieren, sind die Regale an allen Seiten vollständig mit dunklen Platten umschlossen, wodurch eine kontrollierte Umgebung geschaffen wird. Diese Anordnung gewährleistet eine präzise und ununterbrochene Lichteinwirkung der Tiere und ermöglicht eine genaue Beurteilung der Auswirkungen der GLED-Exposition. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 2: GLED-Aufbau für die Exposition von Probanden. Dieses Bild zeigt die Installation von 2 Meter langen grünen LED-Streifen (GLED), die für die Exposition von Personen verwendet werden. Die LED-Streifen werden getestet, um einen gleichbleibenden Lichtintensitätsbereich von 90-100 Lux zu gewährleisten, der mit einem Luxmeter gemessen und überprüft wird. Diese kontrollierte Umgebung ist für die Bewertung der Auswirkungen von grünem Licht auf menschliche Probanden in klinischen Studien optimiert. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 3: Kaltwasserbad für die Prüfung der konditionierten Schmerzmodulation (CPM). Dieses Bild zeigt den Aufbau für die Bewertung der konditionierten Schmerzmodulation (CPM) mit einem Kaltwasserbad, das bei 12 °C gehalten wird. Die Temperatur wird vor jedem Test sorgfältig mit einem Thermometer überprüft, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Zusätzliches Eis wird zur Hand gehalten, um die Wassertemperatur während des Tests nach Bedarf anzupassen und zu halten. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 4: Screenshot der Medoc Advanced Medical Systems Software. Dieses Bild zeigt den Screenshot der Medoc Advanced Medical Systems Software. Auf dem Startbildschirm wird die Auswahl des Algometergeräts angezeigt, die durch Klicken auf das entsprechende Symbol aktiviert wird. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 5: Screenshot der Medoc Advanced Medical Systems Software (Auswahl des Testorts). Dieses Bild zeigt die Benutzeroberfläche der fortschrittlichen medizinischen Systemsoftware von Medoc und hebt insbesondere das Körperdiagramm hervor, das für die Auswahl des Testortes verwendet wird. Dieser Auswahlprozess ist entscheidend für eine genaue Schmerzbeurteilung bei der Bewertung der konditionierten Schmerzmodulation (CPM) und ermöglicht eine gezielte Messung der Schmerzschwellen im vorgesehenen Muskelbereich. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 6: Grenzfläche bei der Anwendung des Algometers auf den Trapezmuskel. Dieses Bild zeigt die Schnittstelle der fortschrittlichen medizinischen Systemsoftware von Medoc, während das Algometer-Gerät auf den Trapezmuskel angewendet wird. Die Schnittstelle zeigt Echtzeitdaten an, wenn die Kraft mit einer Rate von 30 Kilopascal pro Sekunde erhöht wird, um sicherzustellen, dass die aufgebrachte Kraft 650 Kilopascal nicht überschreitet. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 7: GLED-Expositions- und Testraum. Dieses Bild zeigt den Aufbau des Belichtungs- und Prüfraums für grüne Leuchtdioden (GLED). Die Sitzanordnung ist so gestaltet, dass die Teilnehmer bequem und aufmerksam sind, wodurch das Risiko des Einschlafens minimiert wird, während sie gleichzeitig vollständig dem Licht ausgesetzt sind. Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle 1: Datenerfassungsblatt für die von-Frey-Prüfung. Diese Tabelle ermöglicht es den Experimentatoren, Reaktionsmuster bei der Verwendung von von-Frey-Filamenten auszufüllen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle 2: Datenerfassungsblatt für den Hargreaves-Test. Diese Tabelle ermöglicht es den Experimentatoren, die während des Hargreaves-Tests beobachteten Reaktionsmuster aufzuzeichnen und zu dokumentieren. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle 3: Datenerfassungsbogen zur Aufzeichnung der Reaktionen der Probanden während der temporalen Summation und der konditionierten Schmerzmodulation (CPM). Diese Tabelle bietet ein strukturiertes Format für Experimentatoren, um Schmerzreaktionen zu dokumentieren, die bei der Beurteilung der zeitlichen Summation und der konditionierten Schmerzmodulation beobachtet wurden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Neuere Studien haben die Mechanismen untersucht, die der Analgesie des grünen Lichts (GLED) zugrunde liegen 13,21,22,23,24. Eine weitere Standardisierung der Methodik ist jedoch erforderlich, um ihre Umsetzung in die klinische Praxis zu verbessern. Die dosisabhängigen antinozizeptiven Effekte, die in präklinischen Modellen beobachtet wurden, unterstreichen, wie wichtig es ist, die Expositionsparameter zu optimieren, um die therapeutischen Ergebnisse zu maximieren. Diese Effekte, die in Nagetiermodellen beobachtet wurden, müssen jedoch im klinischen Umfeld bestätigt werden. Um die Auswirkungen von GLED auf den Menschen zu untersuchen, ermöglicht die Bewertung der temporalen Summation (TS) und der konditionierten Schmerzmodulation (CPM) den Forschern, die Aktivität der aufsteigenden bzw. absteigenden Schmerzbahnen zu analysieren. CPM basiert auf dem Phänomen der Gegenreizung, bei dem ein schädlicher Reiz, der auf einen Teil des Körpers ausgeübt wird, den Schmerz in einem anderen Teil des Körpers hemmen kann, indem er das absteigende Hemmsystem aktiviert³¹. TS bezieht sich auf eine Zunahme der Schmerzwahrnehmung nach Anwendung einer Reihe von schädlichen Reizen, die häufig und mit gleicher Intensität verabreicht werden, um den aufsteigenden Schmerzfacilitatorweg^{zu beurteilen 32}. Eine einzigartige Stärke dieser Studie liegt in der Integration von präklinischen und klinischen Protokollen, die einen umfassenden Rahmen bieten, der die Lücke zwischen Laborforschung und Patientenversorgung schließt. Durch den Einsatz standardisierter Methoden sowohl in Tier- als auch in Humanmodellen gewährleistet diese Arbeit Konsistenz und Vergleichbarkeit bei der Bewertung der Auswirkungen der GLED-Phototherapie. Die Einbeziehung präklinischer Modelle ermöglicht eine kontrollierte Erforschung der Mechanismen, die der GLED-induzierten Analgesie zugrunde liegen, wie z.B. die Modulation aufsteigender und absteigender Schmerzwege. Diese Ergebnisse lassen sich direkt auf Humanstudien übertragen, in denen Bewertungen der temporalen Summation (TS) und der konditionierten Schmerzmodulation (CPM) wertvolle mechanistische Einblicke in die Schmerzmodulation bei Patienten liefern.

Basierend auf den vielversprechenden Vorteilen der Photoneuromodulation (PNM) haben sich mehrere Studien auf die Charakterisierung der Mechanismen konzentriert, die der GLED-induzierten Analgesie zugrunde liegen. In präklinischen Modellen wurden die Tiere typischerweise 8 Stunden pro Tag mit 100 Lux GLED exponiert 13,20,21,33. Die Umkehrung der Überempfindlichkeit variierte jedoch je nach Schmerzmodell und erforderte unterschiedliche Expositionsdauern. In einem Modell der HIV-induzierten Neuropathie wurde beispielsweise die mechanische Überempfindlichkeit nach 3 Tagen Exposition rückgängig gemacht, während die Umkehrung der thermischen Hyperalgesie 5 Tage dauerte¹³. In ähnlicher Weise wurde die thermische Hyperalgesie in entzündlichen Schmerzmodellen nach 2 Tagen Exposition umgekehrt²². Diese Ergebnisse stimmen mit unseren Ergebnissen überein, die zeigen, wie wichtig Dosis und Dauer für das Erreichen optimaler antinozizeptiver Wirkungen sind. Bemerkenswert ist, dass die hier beschriebene Studie diese frühere Arbeit erweitert, indem sie die Beziehung zwischen GLED-Intensität und Analgesie hervorhebt, wobei höhere Intensitäten stärkere Effekte hervorrufen. Dies zeigte sich besonders deutlich bei Tieren, die einer chronischen Verengungsverletzung ausgesetzt waren, die nach 3 Tagen eine Verbesserung zeigten, jedoch mit erhöhter Intensität (200 Lux) und kürzerer täglicher Exposition (4 h)²³. Im Modell der partiellen Ligatur des Ischiasnervs wurden Vorteile nach nur 1 Tag 2-stündiger Exposition beobachtet, was darauf hindeutet, dass die GLED-Therapie auch bei kürzeren Expositionsdauern wirksam sein kann²⁴. Im Gegensatz zu diesen chronischen Schmerzmodellen erforderte ein Kniearthrose-Modell eine 12-tägige Exposition bei 8 Stunden pro Tag, um die mechanische Überempfindlichkeit umzukehren³⁶. Schließlich zeigte eine Studie über postoperative Schmerzen eine positive Korrelation zwischen der Dauer der GLED-Exposition und der Antinozizeption, was darauf hindeutet, dass die Anzahl der Expositionstage die analgetische Wirkung signifikant beeinflusste²¹. Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die Expositionsdauer an die spezifische Pathologie anzupassen, und unterstreichen die Notwendigkeit standardisierter Protokolle, um konsistente Vergleiche der PNM-Effekte über verschiedene sensorische Störungen hinweg zu ermöglichen.

Beim Menschen hat die GLED-Therapie analgetische Wirkungen bei Erkrankungen wie Migräne, Fibromyalgie und postoperativen Schmerzen gezeigt 17,34,35,36. Klinische Studien zu chronischen Erkrankungen deuten darauf hin, dass eine Langzeitexposition notwendig ist, wobei die Patienten in der Regel nach 2 Wochen täglicher Exposition (1 bis 2 Stunden pro Tag) über eine Schmerzlinderung berichten. Umgekehrt zeigte eine kurzfristige Exposition, wie z. B. die Verwendung einer grünlichtfiltrierenden Brille, innerhalb von nur 15 Minuten nach einer Zahnoperation eine analgetische Wirkung³⁶. Dies stimmt mit den Ergebnissen der Literatur überein, die die schnelle Wirksamkeit von GLED bei akuten Schmerzzuständen neben ihren anhaltenden Vorteilen bei der Behandlung chronischer Schmerzen betonen. Diese Studie unterscheidet sich auch von einigen früheren Forschungen durch die Integration von TS- und CPM-Assessments, um die Aktivität der auf- und absteigenden Schmerzwege zu untersuchen. Diese standardisierten Auswertungen können ein mechanistisches Verständnis dafür liefern, wie GLED die Schmerzwahrnehmung moduliert, ein Merkmal, das in früheren klinischen Studien oft fehlte. Auch wenn präklinische Studien auf eine Beteiligung der absteigenden Schmerzwege hinweisen, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um diese Ergebnisse sowohl im präklinischen als auch im klinischen Umfeld zu bestätigen. Während sich klinische Studien auf die CPM-Bewertung stützen können, können präklinische Studien auch die absteigende Kontrolle der Nozizeption als Verhaltensauslesung der absteigenden Schmerzhemmung analysieren 37,38,39,40. Konsistente und standardisierte Messungen der Aktivität des Schmerzwegs sind unerlässlich, um die zugrunde liegenden Mechanismen der GLED-induzierten Analgesie aufzuklären.

Dieses Protokoll umfasst mehrere kritische Schritte. Erstens ist eine genaue Lichtbelichtung sowohl für Tiere als auch für Menschen äußerst wichtig. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die GLED-Expositionsintensität vor Beginn des Experiments mit einem Luxmeter ordnungsgemäß optimiert und validiert wird, da Schwankungen der Lichtintensität die sensorischen Schwellenwerte und die analgetischen Ergebnisse erheblich beeinflussen können. Zusätzlich muss das Lichtspektrum mit einem Spektrometer verifiziert werden, um sicherzustellen, dass die GLED-Wellenlängen für die therapeutische Wirksamkeit innerhalb des spezifizierten Bereichs liegen. Die Isolierung der Belichtungsbereiche durch den Verzicht auf externe Lichtquellen ist wichtig, um sicherzustellen, dass es keine Lichtinterferenzen gibt und eine gleichmäßige Belichtung über alle Motive hinweg aufrechterhalten wird. Darüber hinaus ist es von größter Bedeutung, den Menschen während der Belichtungszeit wach zu halten, indem er Aktivitäten nachgeht, die keine Lichtquelle erfordern, da die Therapie auf einer indirekten visuellen Exposition beruht. Bei TS- und CPM-Tests ist die ordnungsgemäße Kalibrierung und Desinfektion von Geräten wie Von-Frey-Filamenten (vermeiden Sie die Verwendung eines bereits gebogenen) und Algometers unerlässlich, um zuverlässige Messungen zu gewährleisten. Es ist wichtig, Ablenkungen zu vermeiden, indem Umgebungsgeräusche während der Tests minimiert werden. Darüber hinaus tragen der sorgfältige Umgang und die Eingewöhnung der Tiere dazu bei, Stress und Variabilität zu reduzieren und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern. Ebenso ist es von entscheidender Bedeutung, eine einladende und komfortable Umgebung für die menschlichen Teilnehmer zu schaffen, da eine sterile oder ungewohnte Laborumgebung einschüchternd und stressig sein kann, was die sensorische Verarbeitung verändern und die Genauigkeit der Schmerzbeurteilung beeinträchtigen kann. Die Gewährleistung einer beruhigenden und unterstützenden Atmosphäre kann den Teilnehmern helfen, sich wohl zu fühlen und die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu verbessern. Erklären Sie den Probanden klar und deutlich den Unterschied zwischen der ersten Eingewöhnungsphase und der zweiten Testphase, auf die sie sich konzentrieren sollten. Schließlich ist es wichtig, die Konsistenz der Schmerzbewertungsskalen über die Bewertungen hinweg zu wahren. Die Verwendung unterschiedlicher Skalen, wie z. B. einer 1-100-Skala für CPM und einer 1-10-Skala für TS innerhalb derselben Studie, könnte die Teilnehmer verwirren und zu ungenauen oder unzuverlässigen Bewertungen führen. Ein standardisierter Ansatz sorgt für Klarheit für die Teilnehmer und Vergleichbarkeit der Ergebnisse über Studien hinweg.

Bisherige Studienmethoden weisen gewisse Einschränkungen auf, insbesondere hinsichtlich des Zeitaufwands für klinische Probanden, die während der Expositionssitzungen täglich 2 Stunden an Ort und Stelle bleiben müssen. Diese Einschränkung unterstreicht die Notwendigkeit einer weiteren Erforschung alternativer Expositionsmethoden. Die Entwicklung tragbarer Geräte, die eine GLED-Therapie durchführen, ohne die Probanden an bestimmte Zeiten oder Orte zu binden, könnte nicht nur die Compliance der Teilnehmer verbessern, sondern auch größere Studien erleichtern. Solche Innovationen würden umfassendere Untersuchungen zur langfristigen Wirksamkeit und Sicherheit der Grünlichttherapie ermöglichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das in diesem Bericht skizzierte detaillierte Protokoll einen Rahmen für die Untersuchung der Auswirkungen von GLED auf die Schmerzempfindlichkeit bietet. Kontinuierliche Forschung und klinische Studien werden entscheidend sein, um die GLED-induzierte Analgesie zu validieren und diese Therapie für breitere klinische Anwendungen zu optimieren.

Dr. Ibrahim hat der University of Arizona eine externe Beteiligung an Luxxon Therapeutics offengelegt. Interessenkonflikte, die sich aus diesem Interesse ergeben, werden von der University of Arizona in Übereinstimmung mit ihren Richtlinien gehandhabt. Alle anderen Autoren haben keinen Interessenkonflikt zu melden. Keiner der Autoren des Manuskripts erhielt eine Vergütung, Erstattung oder ein Honorar in sonstiger Weise. Die Autoren sind nicht mit einem Anbieter oder Pharmaunternehmen verbunden, das mit dieser Studie in Verbindung steht. Keines dieser Forschungsergebnisse, Manuskripte oder Abstracts wurde zuvor vorgestellt und wird auch nicht für eine Veröffentlichung in einer anderen Zeitschrift in Betracht gezogen.

Diese Forschung wurde vom Comprehensive Center for Pain and Addiction-University of Arizona (M.M.I., L.F.M.), der Abteilung für Anästhesiologie an der University of Arizona (L.F.M.) und dem Medical Scientist Training Program (MSTP) an der University of Arizona, College of Medicine, Tucson, unterstützt.