Instutitionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi
QUANTITATIVE THERMAL PERCEPTION
THRESHOLDS, COMPARISON BETWEEN
METHODS
Anna Asplund, Malin Svegemo
Abstract
Skin temperature is detected through signals in unmyelinated C-fibers and thin myelinated Aδ-fibers in the peripheral and central nervous system. Disorders in thin nerve fibres are important and not rare but difficult to diagnose by the most common neurophysiological methods. In this pilot study different methods for quantitative sensory testing, QST, were compared to give some ideas about which method could be the most efficient to use in order to point out injuries of the sensory system in clinical practice. The comparison was made between Békésy (separate warmand cold thresholds) and Marstock test (combined warm and cold thresholds). The study also included the test persons estimations of the difficulty to perform the tests.
The study showed that there was no practical difference between the tests and that the test persons estimations did not show any indications that the methods differed in rating of difficulty. Our study did not give reason to stop measuring warm and cold detection thresholds separately, which is the international standard and have some theoretical
advantages. We also compared detection thresholds for hand and foot, warmth and cold and for both slow and fast temperature changes to enlighten factors that could affect our
measuring data.
Sammanfattning
Hudtemepraturen hos människa detekteras via signaler i omyeliniserade C-nervfibrer och tunna myeliniserade Aδ-nervfibrer i perifera- och centrala nervsystemet. Sjukdomstillstånd i de tunna nervfibrerna är betydelsefulla och inte ovanliga men svåra att diagnostisera med de vanligaste neurofysiologiska metoderna. I denna pilotstudie jämfördes olika metoder för Quantitative Sensory Testing, QST, av värme och kyladetektion, för att få ledtrådar till vilken metod som kan vara effektivast att använda för att påvisa skador i sinnessystemet i klinisk praxis. Jämförelsen gjordes mellan separat värme och kylatröskelmätning utgående från bastemperatur, Békésy-metoden, respektive alternerande kyla och värmestimulering, Marstock-metoden. I arbetet studerades även hur försökspersonerna uppfattade
svårighetsgraden av metoderna. Studien visade att det inte är någon större praktisk skillnad mellan Békésy (mixat) och Marstock (alternernade test) och även att försökspersonernas uppskattningar inte visade några tendenser till att metoderna skiljde sig åt avseende trösklarnas reproducerbarhet och spridning eller hur svårt testet upplevdes för
värme och kyladetektionströsklar separat, vilket är dominerande standard internationellt och har teoretiska fördelar.
Vi jämförde även detektionströsklar för hand och fot, värme och kyla samt för långsamma och snabbare temperaturförändringar i syfte att bland annat belysa faktorer som påverkar
mätvärden för temperaturdetektion.
Keywords
Method of limits, Marstock, Békésy, Quantitative sensory testing, temperature thresholds, thin fibre neuropathy
Förkortningar
Klinisk neurofysiologi, KNF Uppsala akademiska sjukhus, UAS Visuell analogskala, VAS
Biomedicinsk analytiker,
Innehållsförteckning
1. Introduktion2. Material och Metod 2.1 Material
2.2 Undersökningsmaterial
2.3 Metod för detektion av tröskelvärden
2.4 Instruktion för Békésy/mixat test och Marstock/alternerande test 2.5 Metod för uppskattning av svårighetsgrad
1. Introduktion
Vår kropp påverkas ständigt av händelser i vår omgivning. Dessa händelser uppfattas av våra sinnesorgan och bearbetas även i centrala nervsystemet. De fem klassiska sinnesorganen enligt Aristoteles är syn, hörsel, lukt, smak samt beröring. Temperatursinne och smärta är exempel på andra sinnen som hjälper oss att uppfatta vår omvärld. För att sinnesorganen skall kunna tolka informationen från omgivningen krävs ett sätt att omvandla intrycken till
elektriska impulser. Detta görs med hjälp av receptorer. Receptorernas främsta uppgift är att detektera förändringar i yttre och inre miljö och omvandla informationen till elektriska
impulser som fortleds genom afferenta nervtrådar till centrala nervsystemet som bearbetar och tolkar impulserna. Denna omvandling av sinnesintryck till elektriska impulser kallas
transduktion. Mer ingående betyder det att stimulering av receptorn leder till en förändring av permeabiliteten i specifika jonkanaler, även kallade transduktionskanaler. Detta leder till en förändring i membranpotential hos receptorn, en receptorpotential. Receptorpotentialen sprids passivt längs med cellmembranet och vidare till nervfibern, om tröskelvärdet nås fås en aktionspotential.
Receptorer kan adaptera. Med detta menas att vid en konstant stimulering under en längre tid kommer receptorpotentialen att minska och därmed avtar intensiteten av sinnesintrycket. Olika former av sensorisk adaptation sker hela tiden, och olika receptorer adapterar med olika hastighet. Ett exempel på sensorisk adaptation är när vi kommer in i ett rum med stark doft. Till en början känner vi doften väldigt starkt men så småningom adapterar receptorerna och vi kommer inte att uppfatta doften alls. Centrala nervsystemet har även en funktion som kallas habituering, vilket betyder minskad respons till ett ofarligt stimulus efter upprepad
stimulering.
En receptor detekterar stimulus från ett speciellt område, dess receptiva fält. I ett område där receptorerna ligger tätt blir dess receptiva fält små och mer specifika impulser sänds till CNS än från ett område där receptorerna ligger glest. De receptiva fälten för specifika
värmereceptorer består av ett enskilt fält medan polymodala nociceptorer, som detekterar värme- och kylasmärta, har receptiva fält som är stora och komplexa [1]. I våra fingertoppar ligger receptorerna väldigt tätt och vi är därför mycket känsligare där än på tex magen där receptorerna ligger glest. Det krävs också mycket flera nervceller i hjärnbarken för att hantera information från fingertopparna än från magen. Detta förklaras även med hjälp av den så kallade homunkulus där det tydligt visas att ansikte och hand har en stor sensorisk
som är temperaturkänsliga. Dessa punkter har specifika kyla- och värmereceptorer. Deras receptorfält är små, ca 1 mm², och de överlappar inte varandra [2]. I en studie på primater visades att de receptiva fälten kunde variera mellan 1 mm² och 5 mm² för kylafibrer [3]. De olika sinnesorganen har specifika receptorer som är speciellt utvecklade för att känna en viss typ av stimulus, vilket kallas receptorspecificitet. Det stimulus som receptorn har störst känslighet för är receptorns adekvata stimulus. För detta stimulus har receptorn lägst tröskelvärde det vill säga reagerar lättast på. Utifrån detta kan man dela in receptorerna i 4 grupper; mekanoreceptorer som känner av tryck och beröring, kemoreceptorer som stimuleras av kemiska substanser, fotoreceptorer som reagerar på ljus och termoreceptorer som
registrerar temperaturförändringar. Mycket av det vi vet om hudens känslighet är baserat på människans sinnesfysiologi och studier av afferenta impulser hos djur. Eftersom djur har en annorlunda hud än människan behöver inte testresultat från djur gälla för människa [4]. Det finns termoreceptorer i huden, i CNS och i de inre organen. Termoreceptorerna i huden känner av yttre temperaturförändringar medan receptorerna i CNS och inre organ tillsammans med hypothalamus reglerar kroppstemperaturen. Termoreceptorerna består huvudsakligen av fria nervändslut, dvs. den mest perifera delen av nerven bildar en receptorisk struktur. Kylareceptorerna är flera och ligger ytligare i huden än värmereceptorerna [5].
sensibilitetsnedsättning är sensibilitet för temperatur eller smärta nedsatt medan sensibilitet för mekanisk stimulering är normal.
Kroppens normala hudtemperatur är ca 32ºC med variation några grader uppåt och några grader nedåt. Kylareceptorerna känner bäst av temperaturförändringar mellan 18ºC och 35ºC, värmereceptorerna aktiveras mellan 30ºC och 45ºC [5]. Vid högre temperatur upplevs snarare smärta än värme och vid lägre temperatur än 18ºC upplevs snarare smärta än kyla. Hur vi upplever temperatur beror på om temperaturen är konstant, statisk, eller förändras, dynamisk. Vid statisk temperaturupplevelse kommer receptorerna inom ett visst intervall, receptorns indifferenta temperaturintervall, att adaptera så att vi först känner värme eller kyla men småningom blir temperaturupplevelsen neutral. Utanför intervallet känner man en konstant kyla eller värme. Vid dynamisk temperaturupplevelse är det främst 3 faktorer som spelar roll: utgångstemperaturen, hur snabbt temperaturen förändras och hur stor hudyta som påverkas. Utgångstemperaturen är det som har störst betydelse för temperaturupplevelsen. Vid en högre hudtemperatur än den normala är man mer känslig för ytterligare värmning, dvs. man reagerar snabbare på en värmeförändring än på en kylaförändring. Det motsatta gäller för en lägre hudtemperatur, dvs. man reagerar snabbare på en kylaförändring [5]. Utgångstemperaturens betydelse kan enkelt demonstreras med det så kallade treskålsförsöket där man först placerar sina händer i en skål med varmt respektive kallt vatten och därefter sätter sina händer i en skål med ljummet vatten. Upplevelsen blir olika beroende på om handen var varm eller kall innan man satte den i det ljumma vattnet.
Temperaturförändringens hastighet har också stor betydelse för hur temperaturskillnaden upplevs, vid snabb förändring av temperatur uppfattas skillnaden lättare än vid långsam förändring.
Hudytans storlek har betydelse för hur temperaturförändringen uppfattas. En liten hudyta har färre receptorer än en stor och därför upplevs temperaturförändring lättare på en stor hudyta [12].
Vid de flesta neurofysiologiska undersökningar som tex neurografi och EMG undersöks funktionen hos grova myeliniserade nervfibrer. Med Quantitative sensory testing,QST, kan även de tunna nervfibrerna undersökas. QST inkluderar en undersökning av temperatursinnet. Det är en subjektiv metod som fastställer tröskelvärden för upplevelse av värme och kyla samt värmesmärta och kylasmärta. Vid mätning av värme- och kylatrösklar inkluderas även
centrala nervsystemet. Vid värmedetektion mäts funktionen hos de perifera afferenta
Neuropati kan uppkomma på grund av diabetes, cytostatikabehandling, amyloidos eller immunologisk orsak med mera. Temperatur och smärta kan skadas separat från
mekanokänsel, därför är QST en bra metod att använda då temperatur och smärta mäts skilt från mekanokänsel. Mer än hälften av axonen i perifiera nerver är tunna axon som inte kan mätas med hjälp av vanliga neurofysiologiska metoder. Skada på dessa neuron ger bland annat påverkan på temperaturkänseln.
Vid tidiga studier av temperaturperceptionanvändes kalla och varma föremål som lades mot patientens hud. Senare kom metallrullarna. Metallrullarna värmdes och kyldes och rullades sedan över huden. Denna metod var bättre än den tidigare eftersom större hudyta kunde undersökas.
Därefter kom Peltier-elementet som gjorde det möjligt att för första gången göra en närmare kvantifiering. Tidigt utfördes test enligt Marstock-metoden (alternerande test ). Ström skickades genom Peltier-elementet i en viss riktning så det blev varmt på den sida som var i kontakt med patienten. Till Peltier-elementet kopplades en tryckknapp och när patienten uppfattade värme tryckte den på knappen och strömmen ändrade då riktning och Peltier-elementet blev kallt.
När datorerna kom öppnades ännu fler möjligheter för QST. Då kunde utgångstemperatur lättare bestämmas och temperaturen kunde hållas konstant och även värmedetektionströsklar och kyladetektionströsklar kunde mätas skilda från varandra. Hastigheten på
Idag används främst två huvudtyper av metoder för QST, Method of levels och Method of limits. Vid Method of levels ges olika temperaturpulser till försökspersonen och denne anger efteråt om han kände temperaturpulsen eller ej, alternativt par av temperaturpulser med frågan om vilken som känns starkast och så vidare. Utifrån detta fås en temperaturtröskel. Värme och kyla testas åtskilt, vilket illustreras i figur 1.
Temperatur [ºC]
Tid [s]
Method of levels tar enligt de flesta längre tid att utföra och används mer sällan än Method of limits. Dock har det uppgivits att Method of levels vid lämpligt val av testalgoritm inte behöver ta längre tid [13].
I Sverige används främst Method of limits. Det finns flera olika varianter av Method of limits. Vanligtvis används en variant där kyla och värme testas separat. Vid mätning av
temperaturtrösklar enligt Method of limits läggs en termod mot den del av huden som skall undersökas. På termoden finns en metallplatta som varierar i temperatur. Temperaturen styrs elektroniskt via ett datasystem. När patienten känner värme eller kyla signalerar denna med hjälp av en tryckknapp som är kopplad till datasystemet (se figur 2). På detta sätt registreras ett tröskelvärde. Denna metod påverkas av reaktionstiden hos försökspersonen, det kallas reaktionstidsartefakten. Den blir större vid användning av en snabbare
temperaturförändringshastighet än en långsam [14]. Reaktionstidsartefakten är en nackdel för Method of limits men metoden är ändå mer använd än Method of levels.
Figur 1. Försökspersonen ges olika temperaturpulseroch svarar ja eller nej
Temperatur[ºC]
Tid [s]
På laboratoriet för Klinisk neurofysiologivid Uppsala akademiska sjukhus används QST för diagnostik av neuropatier, polyneuropatier och smärttillstånd.
Där används Method of limits och då främst två varianter av denna, Békésy-metoden, kallat mixat test, och Marstock-metoden, kallat alternerande test. Alternerande test har fördelen av lång tradition, men nu är separat undersökning av värme och kyladetektion, alltså mixat test, dominerande i litteraturen sedan många år. Mixat test undersöker värme och kyla separat och startar ofta vid en utgångstemperatur på 32ºC. Vid undersökning av värmetrösklar stiger temperaturen med 1,0ºC/sekund alternativt 0,5ºC/sekund tills patienten uppfattar första känsla av värme och signalerar med hjälp av en tryckknapp. Temperaturen återgår till
utgångstemperaturen och börjar därefter på nytt att stiga. Detta upprepas önskat antal gånger. Samma princip gäller för undersökning av kyla men temperaturen sjunker från
utgångstemperaturen istället för att stiga. Eftersom mixat test alltid utgår från 32ºC och mäter värme och kyla åtskilt kan vi vara säkra på att det endast är värmefibrer som aktiveras vid värmedetektion och kylafibrer som aktiveras vid kyladetektion.
Alternerande test är den metod som används mest vid KNF även om den skiljer sig från övriga Method of limits där man testar värme och kyla separat. Med alternerande test undersöks värme och kyla tillsammans. Testet startar från försökspersonens hudtemperatur och minskar sedan med 1,0ºC/sekund alternativt 0,5ºC/sekund tills försökspersonen uppfattar första känsla av kyla och signalerar detta med hjälp av tryckknappen. Temperaturen kommer då att vända och öka med 1,0ºC/sekund alternativt 0,5ºC/sekund tills försökspersonen
Figur 2. Vid Method of limits höjs temperaturen kontinuerligt tills försökpersonen känner värme
uppfattar första känsla av värme och på nytt trycker på tryckknappen. Detta upprepas önskat antal gånger. Eftersom värme och kyla testas tillsammans kan det uppstå oklarheter i vad som verkligen mäts, känner patienten av värme och kyla eller endast en förändring i temperatur? I pilotstudien Quantitative thermal perception thresholds, comparison between methods, användes 16 försökspersoner i olika åldrar och kön. Personerna måste vara friska och
tillfrågades därför om sjukdomar, medicinering och tidigare ryggont. Ett enkelt neurologstatus utfördes innan testet, där reflexer och vibrationskänslighet undersöktes. Personer med
neurologiska sjukdomar och ryggont såsom ischias uteslöts ur studien.
QST innefattar vanligen även mätning av hettasmärttrösklar och köldsmärttrösklar vilket testar andra strukturer och mekanismer. Vi uteslöt detta för att fokusera arbetet.
De 4 testerna utfördes på höger och vänster hand respektive höger och vänster fot. På handen utgjordes mätområdet av området Thenar; muskelbuken vid tumbasen och på foten är
mätområdet S1 på fotens utsida (se figur 3 och 4). Dessa områden används av tradition vid QST eftersom de är plana och mjuka ytor.
Vårt arbete bygger på experimentella mätdata men vi har i detta examensarbete valt att inte helt följa strukturen för artiklar i internationella vetenskapliga tidskrifter, där man tenderar att ha en strikt form, måste ta stor hänsyn till tidskriftens begränsade utrymme och fokuserar på aldrig tidigare beskrivna förhållanden som beskrivs för en ofta sofistikerad målgrupp. Vi vill visa mer av vårt tillvägagångssätt och undvika att framställningen blir för kompakt och på så vis göra det mer förståeligt för läsaren.
2. Material och Metod
2.1 Undersökningsmaterial
16 friska försökspersoner undersöktes varav 14 var kvinnor och 2 var män. Genomsnittsåldern var 30 år, den yngsta var 20 år och den äldsta var 56 år. Medianåldern var 26 år. 5 av
försökspersonerna var biomedicinska analytiker på KNF, UAS.
2.2 Metod för detektion av tröskelvärden
Vi utformade ett protokoll som följdes under hela testets gång (se bilaga 1). Därefter fylldes personuppgifter in i SenseLab Thermotest Modular Sensory Analyzer. Akillesreflexen undersöktes och vibrationskänslighet mättes med hjälp av en stämgaffel vid stortån. Vid dålig vibrationskänslighet hos stortån gick vi vidare och mätte på mediala malleolen, den inre vristknölen och därefter under knät.
Försökspersonen fick sitta ner i undersökningsstolen, det var viktigt att personen satt bekvämt och kände sig lugn och avslappnad. Sedan berättade vi att 4 tester skulle utföras på
undersökningsområdet på varje extremitet och hur testerna skulle gå till.
Vi berättade även inför varje enskilt test exakt vad försökspersonen skulle tänka på. Därefter gavs tryckknappen till försökspersonen. Hudtemperaturen uppmättes i undersökningsområdet före varje extremitetbyte och vid byte mellan mixat och alternerande test. Inför alla test frågades hur termoden upplevdes mot huden; varm, kall eller neutral.
Figur 3. Undersökningsområdet Thenar
på handen.
Figur 4. Undersökningsområdet S1 på
2.3 Instruktion för Békésy/mixat och MarStock/alternerande test
Mixat 1,0Cº/sekund
Termoden startade vid 32ºC. Vi lät termoden ligga minst 1 minut mot huden innan testet startade för att hudtemperaturen skulle hinna anpassa sig och receptorerna adaptera till denna utgångstemperatur. Termoden kyldes 1,0ºC/sekund tills försökspersonen kände första känsla av kyla och tryckte på knappen, termoden återgick då till utgångstemperatur. Detta
upprepades 6 gånger. Termoden värmdes 1,0ºC/sekund tills försökspersonen kände första känsla av värme och tryckte på knappen, termoden återgick då till utgångstemperatur. Detta upprepades 6 gånger. Ett exempel visas i figur 6.
Figur 5. Quantitative Sensory Testing. På det här sättet utförde vi våra tester. 1. Termoden placerades på
mätområdet och kontrollerades så att den låg plant mot huden i hela undersökningsområdet. Termoden har en metallplatta som kan variera i temperatur. Vi utförde Mixat 1,0ºC/sekund, Mixat 0,5ºC/sekund, Alternerande 1,0ºC/sekund och Alternerande 0,5ºC/sekund enligt bestämd ordning. Temperaturen sjönk eller steg och detta uppfattades av receptorerna i huden som omvandlade kylan eller värmen till en elektrisk impuls. Denna impuls fördes vidare till hjärnan via en afferent nervfiber. 2. Hjärnan tolkade den elektriska impulsen och
försökspersonen uppfattade kylan eller värmen. Hjärnan sände en elektrisk impuls till handen med
Mixat 0,5ºC/sekund
Undersökningen utfördes på samma sätt som ovan men med temperaturförändringshastighet 0,5ºC/sekund.
Alternerande 1,0Cº/sekund
Termoden startade vid hudens temperatur. Termoden kyldes 1,0ºC/sekund tills
försökspersonen kände första känsla av kyla och tryckte på knappen och då började termoden värmas med 1,0ºC/sekund tills försökspersonen kände första känsla av värme och tryckte på knappen. Detta fortgick och upprepades 6 gånger i vardera riktning. Ett exempel visas i figur 7.
Alternerande 0,5ºC/sekund
Undersökningen utfördes på samma sätt som ovan men med temperaturförändringshastighet 0,5ºC/sekund.
Figur 6. Resultat av mixat test . De 6 första staplarna är tröskelvärden för kyla
och de 6 följande staplarna är tröskelvärden för värme. En paus mellan 2 och 5 sekunder hålls mellan varje impuls. Exakta mätvärden och standarddeviationer fås från SenseLab Thermotest Modular Sensory Analyzer.
Figur 7. Resultat av alternerande test. Värme- och kylatrösklar visas
Vi gjorde 8 olika testföljder för att undvika skillnader för sida eller metod baserad på inlärningseffekt och koncentrationsnedsättning mot slutet av undersökningen (se tabell 1) . Ordningen mellan de olika testföljderna var förutbestämd, så att konsekutiva försökspersoner alltid undersöktes med en ny testföljd, som var bestämd innan det var känt vem som skulle bli nästa försöksperson. För att varje testföljd skulle komma att användas lika många gånger valde vi att undersöka 16 försökspersoner (var och en av de 8 testföljderna använd 2 gånger).
Sida Lokal Test Hastighet
Höger Hand Mixat 1,0ºC/sekund
Vänster Fot Alternerande 0,5ºC/sekund
Testerna kombinerades i 8 följder. De mixade testerna gjordes alltid efter varandra och likaså de alternerande testerna. Varje test fick vara först en gång. Händerna testades alltid före fötterna. Vi började med att starta på höger hand och bytte sedan till att utgå från vänster hand. Som framgår av tabellen fanns 16 olika kombinationer (sida*lokal*test*hastighet), (2^4). Eftersom man i klinisk praxis brukar testa hand före fot testades alltid hand först. Därför återstår 8 testföljder (alla kombinationer av de 4 variablerna, med restriktionen att lokalen hand alltid testas före fot).
Vid start med ena handen utfördes alltid samtliga test för den handen och därefter testades andra handen, följd av första sidans fot och sist andra sidans fot. Om man börjat med ett test utfördes detta alltid med båda hastigheterna innan man övergick till det andra testet. Om man börjat med en hastighet så utfördes varje test alltid med den hastigheten först.
2.4 Metod för uppskattning av svårighetsgrad
Vid undersökning av höger hand och fot skulle försökspersonen även uppskatta svårigheten att avgöra när tryckningen skulle ske med hjälp av en Visuell Analogskala, VAS. Detta utfördes efter varje metod, dock ej skilt för värme och kyla. Personen flyttade själv markören på VAS-skalan som var graderad mycket lätt till mycket svårt på den för försökspersonen synliga delen. På andra sidan VAS-skalan fanns en skala från 0-10 där 0 motsvarade mycket lätt och 10 mycket svårt.
2.5 Metod för tidtagning
På 2 försökspersoner tog vi också tid hur länge de olika metoderna tog att utföra. Vi startade tidtagningen när testet startade och avslutade tidtagningen när testet var slut. Vi mätte skilt tiden för värme och kyla i de mixade testen. I de alternerande testen mättes tiden för värme och kyla tillsammans.
2.6 Metod för statistik
Från SenseLab Thermotest Modular Sensory Analyzer gavs medelvärden och
standarddeviationer för temperaturtrösklarna. Dessa värden skrevs ut på papper och fördes in i ett Microsoft Exceldokument med flera olika uppställningar. Ur studien uteslöts en person med mycket höga tröskelvärden eftersom undersökningsmaterialet var så litet att sådana extremvärden skulle få för stor betydelse i de statistiska testerna. Även felaktiga värden, så kallade outliers, togs bort då försökspersonen hade uppgivit att han/hon tappat
koncentrationen och tryckt fel. Därefter fördes mätdata över till statistikprogrammet Statistica. För att minska datamängden valdes att endast arbeta med mätvärden från höger hand och fot i Statistica.
För statistik avseende tröskelvärden användes parametrisk ANOVA eftersom vi var intresserade av att kunna utföra en såkallad factorial ANOVA och studera interaktioner mellan effekter av variabler. Innan de parametriska testerna utfördes, analyserades urvalets fördelning och data logaritmerades för att de bättre skulle överensstämma med de antaganden på vilka parametriska metoder baseras.
0
2
4
6
8
10
12
H
and
M
ix1,0V
ärm
e
Han
dMix1,
0Kyl
a
Han
dMix0,5
V
ärm
e
Han
dMix0
,5Kyl
a
H
and
A
ltern
erand
e1,
0
H
andA
lterne
rande
0,
5
Fot
M
ix1,0
V
ärm
e
Fo
tMix1
,0
Kyl
a
Fot
Mix0
,5
Värm
e
FotMix0
,5Kyl
a
Fo
tA
ltern
eran
de
1,
0
FotA
lterne
rande
0,
5
Tröskelvärde
[C]3. Resultat
I resultatet sammanställs och bearbetas de mätdata som framkommit från de olika testerna.
3.1 Statistik på tröskelvärden
Figur 8. En översikt av försökspersonernas tröskelvärden. På y-axeln
Boxplot Variabel: Tröskelvärde Median Kvartil Spridning H a nd M ix 1 ,0 Vär m e Ha nd M ix 1, 0 Kyl a Ha nd M ix 0 ,5 V ä rm e Ha nd Mi x 0, 5 Ky la H a n d Al te rn er and e 1 ,0 Ha nd A lt e rn e ran de 0, 5 Fo t M ix 1 ,0 V ä rm e Fot M ix 1, 0 Kyl a Fot Mi x 0, 5 V ä rm e Fot Mi x 0, 5 K y la Fot Al te rn er and e 1 ,0 F o t Al te rn e ra n d e 0 ,5 Metod -2 0 2 4 6 8 10 12 Tr öskelv ärde
Flera parametriska tester utfördes. För att få använda parametriska tester krävs att mätdata uppfyller vissa grundförutsättningar. Värdena måste vara normalfördelade och ha ungefär samma standardavvikelse och spridning. Boxplot gjordes på våra insamlade mätdata för att se om de uppfyllde grundförutsättningarna. Även histogram med normalfördelningskurva gjordes på våra mätdata.
Figur 9. Boxploten visar att mätdata för tröskelvärdena bryter mot
grundförutsättningarna. Boxarna bör ha ungefär samma spridning. Figuren visar stor skillnad mellan de olika boxarnas spridning, till exempel spridningen hos box ”Hand Mix 0,5 Värme” och box ”Fot Alternerande 1,0”. Även kvartilen varierar mellan de olika boxarna.
Figur 10. Histogram med normalfördelningskurva
Boxplot
Variabel: Logaritmerat tröskelvärde
Median Kvartil Spridning H and M ix 1, 0 Vär m e H and M ix 1, 0 Ky la H and M ix 0, 5 Vär m e H and M ix 0, 5 Ky la H and Al te rner an de 1, 0 H and Al te rner an de 0, 5 F o t M ix 1, 0 Vär m e F o t M ix 1, 0 Ky la F o t M ix 0, 5 Vär m e F o t M ix 0, 5 Ky la F o t Al te rner an de 1, 0 F o t Al te rner an de 0, 5 Metod -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Loga ri tmer at t rö s k e lv är de
Boxploten och histogrammen visade att mätdata inte uppfyllde grundförutsättningarna för att göra parametrisk statistik. Mätdata logaritmerades för att bättre uppnå grundförutsättningarna. Genom logaritmering förstörs inte ordningen på mätdata och spridningen minskar på de mätdata som har högst medelvärde i förhållande till de som har lägre.
Efter logaritmeringen uppfyllde mätdata bättre grundförutsättningarna för att utföra
parametrisk statistik. Logaritmeringen rättade till mätdata betydligt, dock var de inte optimala så vi gick vidare med viss reservation, väl medvetna om att resultat på den parametriska statistiken inte kunde bli helt säker men trolig.
Figur 11. Boxploten visar att efter logaritmering av tröskelvärden har spridningen
blivit jämnare mellan de olika boxarna. Även kvartilen har förbättrats betydligt.
Figur 12. Histogram för höger fot mix 0,5 kyla. Histogrammet
En One-Way Anova som är ett simpelt ANOVA-test utfördes. One-Way ANOVA kan endast jämföra 1 variabel.
Figuren visade att tröskelvärdena för fot låg högre än för hand. Detta kan förklaras med att reaktionstiden vid mätning på foten är längre än vid mätning på handen, det vill säga
reaktionstidsartefakten blir mer uttalad på foten. Värdena för värme på foten var högre än de för kyla. Detta kan ha sin förklaring i att våra kylafibrer har en snabbare fortledningshastighet än värmefibrer och att vi har flera kylareceptorer än värmereceptorer.
I figuren sågs också att de alternerande testerna var högre än de mixade både på hand och fot. Detta beror på att de alternerande testernas tröskelvärden för värme och kyla är uppmätta tillsammans och ger därför ett högre värde. One-Way Anovan gav också ett p-värde på <0,0001 vilket visade att skillnaden mellan medelvärdena hade hög signifikans, vilket betydde att det var skillnad mellan testerna.
Figur 13. Grafen visar resultatet av One-Way Anova med de logaritmerade värdena.. På
y-axeln är den beroende variabeln, i detta fall de logaritmerade mätdata. På x-y-axeln den oberoende variabeln metod
Vidare gjordes Factorial ANOVA som är ett parametriskt test där flera variabler kan jämföras. Från Factorial ANOVA fås även ett mått på samband (interaktion) mellan metoderna.
Tröskelvärden från metoderna mixat test och alternerande test jämfördes med varandra. Också temperaturförändringshastighetens tröskelvärden för 1,0ºC/sekund och tröskelvärdena för 0,5ºC/sekund jämfördes. Tröskelvärdena från hand jämfördes med tröskelvärdena från fot.
Figur 14 visar att värmetrösklarna låg högre än kylatrösklarna och att trösklarna för det alternerande testet som väntat låg högst.
Figur 14 Så här kan resultatet av en Facorial ANOVA se ut. På
y-axeln är den beroende variabeln logaritmerade tröskelvärden och på x-axeln är den oberoende variabeln
Factorial ANOVA
p=0,0000, konfidensintervall 0,95
Mixat test värme Mixat test kyla Alternerande test
Figur 15 visade att högre trösklar uppmättes vid användning av 1,0ºC/sekund än vid användning av 0,5ºC/sekund.
Figur 16 visade att mätning på hand gav lägre tröskelvärden än mätning på fot.
Figur 15. Factorial ANOVA för
temperaturförändringshastighet. På y-axeln är den beroende
variabeln logaritmerade tröskelvärden och på x-axeln är den oberoende variabeln temperaturförändringshastighet.
Figur 16. Factorial ANOVA för den oberoende variabeln extremitet.
På y-axeln är den beroende variabeln logaritmerade tröskelvärden och på x-axeln är den oberoende variabeln extremitet.
Factorial ANOVA p=,00000, konfidensintervall 0,95 Tröskelvärde för hand Tröskelvärde för fot Mixat test värme Mix at test ky la Alternerande test
Metod -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Log ar it m e ra t t rös k e lv är d e
Figur 17 visade en signifikant, p <0,0001, skillnad mellan att använda värme och kyla på foten. Värmetrösklarna låg mycket högre. Detta kantänkas bero på att människan har färre värmereceptorer på foten än på handen eller bero på reaktionstidsartefakten. Om vi hade haft tillgång till Method of Levels kunde vi ha sett om det berodde på reaktionstidsartefakten eller ej.
Figur 17. Factorial ANOVA för den oberoende variabeln
metod. På y-axeln är den beroende variabeln de logaritmerade tröskelvärdena. På x-axeln är den oberoende variabeln metod. Grafen visar en jämförelse mellan hand/fot och respektive
Factorial ANOVA
p=,01985, konfidensintervall 0,95
Tröskelvärde för mixat test värme Tröskelvärde för mixat test kyla
Tröskelvärde för alternerande test 1,0C/s 0,5C/s Metod -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Log ar it m e ra t t rös k e lv är d e Factorial ANOVA p=,06328, konfidensintervall 0,95 Tröskelvärden för hand Tröskelvärden för fot 1,0C/s 0,5C/s Metod -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Lo gar itme ra t tr ös k e lv är d e
Figur 18 visade en viss skillnad mellan temperaturförändringshastigheten och de olika metoderna. p-värdet 0,019 betyder att testet var signifikant men inte starkt signifikant. Detta överensstämmer med att det inte var någon större skillnad mellan det vi jämfört.
Figur 19 visar ingen signifikant, p = 0,06, skillnad mellan att använda 1,0ºC/sekund eller 0,5ºC/sekund på hand och fot.
Figur 18. Grafen visar en jämförelse mellan
1,0C/sekund/0,5C/sekund och respektive metod. På y-axeln den beroende variabeln de logaritmerade tröskelvärdena. På x-axeln den oberoende variabeln
temperaturförändringshastighet.
Figur 19. Grafen visar en jämförelse mellan hand/fot och
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HandMix1,0 HandMix0,5 Han dAlterner ande1,0 Hand Alterner ande0,5 FotMi x1,0 FotMix 0,5 FotA lternerande1,0 FotA lterner ande0,5
Svårighetsgrad
3.2 Statistik på svårighetsuppskattningarFigur 20 visar att det var svårare att känna temperaturförändringar på foten än på handen. Annars visade den inte så stor skillnad mellan testerna. De visade även att det var individuellt hur försökspersonerna uppskattade svårighetsgraden.
Figur 20. En översiktsbild av försökspersonernas uppskattningar av svårighetsgrad.
Även icke-parametrisk statistik gjordes på uppskattningsvärdena. Icke-parametrisk statistik baserar sig på mätdatas förhållande till varandra, minimum- och maximumvärden. Icke-parametrisk statistik är bra vid utvärdering av små material.
Boxplot på uppskattningsvärdena gjordes. Inför detta lades uppskattningarna
försökspersonerna gjort ihop individuellt. Mixat test och alternerande test skildes åt.
Figur 21 visar att det inte fanns någon skillnad av praktisk betydelse mellan alternerande och mixat test. Detta bevisades också genom ett p-värde på 0,47 som inte var signifikant, det vill säga det fanns inte någon hållpunkt för skillnad i uppskattning av testerna.
Figur 21. Box plot över uppskattning, alternerande och
mixat test.
Uppskattning Alternerande test och Mixat test
Median Kvartil Spridning Alternerande test Mixat test
Uppskattning höger hand och fot Median Kvartil Spridning Hand Fot -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Figur 22 visar att försökspersoner uppfattade det svårare att avgöra när de skulle signalera detektion av en temperaturförändring på foten jämfört med handen. Detta bestyrktes med ett p-värde på 0,0016 vilket sade att testet var signifikant.
3.3 Resultat av tidtagning Metod (0C) Hand värme Hand kyla Hand värme+kyla Fot värme Fot kyla Fot värme+kyla Mixat 1,0 37,5 36,5 74,0 52,7 35,9 88,6 Mixat 0,5 37,5 39,5 77,0 49,9 38,0 87,9 Alternerande 1,0 - - 17,0 - - 22,8 Alternerande 0,5 - - 22,3 - - 33,8
Figur 22. Plot över uppskattning hand gentemot fot.
4. Diskussion
Kvantitativ sensorisk testning har använts länge och det finns många tidigare studier inom området. Dock saknas studier med direkta jämförelser mellan de olika testerna som används idag. Vid KNF, UAS fanns en önskan om att en sådan studie skulle utföras mellan de tester som används hos dem.
Vi jämförde mixat och alternerande test, 1,0ºC/sekund och 0,5ºC/sekund för att se vilket som var mest lämpat att använda på KNF, UAS. Mixat test har fördelar som att värme och kyla testas separat. Det är en fördel eftersom värme och kyla leds i olika typer av nervfibrer och värme- och kylafibrerna kan påverkas skilt från varandra. En annan fördel är att mixat test inte är förutsägbart eftersom vi använt oss av olika tidsintervall mellan varje stimulus.
Intervallen har varierat mellan 2-5 sekunder. På detta sätt kan inte försökspersonerna gissa när nästa stimulus ges.
En nackdel med mixat test är att det tar längre tid att utföra än alternerande test.En nackdel med alternerande test är att patienten lätt börjar trycka i en rytm. Ett problem vi hade under studien var att kurvorna för det alternerande testet hade en tendens att stiga.
Av våra 16 försökspersoner hade vi 6 stycken kurvor där kyladetektion uppfattades vid en temperatur över utgångstemperaturen. Detta definierar vi som en stigande kurva. Vi såg inget system för vilka försökspersoner som hade stigande kurvor utan det verkar vara
slumpmässigt. Stigande kurvor erhölls för tester både på hand och fot.
De stigande kurvorna kan tänkas bero på att vi reagerar snabbare på kyla än på värme på grund av att vi har flera kylareceptorer än värmereceptorer och att den snabbare
ledningshastigheten i kylafibrerna jämfört med värmefibrerna gör att kurvan stiger på grund av reaktionstidsartefakten. Ett annat problem med de stigande kurvorna är att det är oklart vad
Figur 23. Exempel på stigande kurva, Y-axeln visar temperatur i (° C) och x-axeln anger
försökspersonen egentligen känner, eftersom trösklar för kyla uppfattas inom området för värmedetektion. Möjligtvis bidraren avaktivering av värmereceptorerna när
försökspersonerna trycker för ”kyla”.
Från försökspersonernas uppskattningar av svårighetsgraden av metoderna kunde vi se att de inte uppfattade någon större skillnad mellan metoderna, även om de stigande kurvorna kan tyda på att det alternerande testet är svårare att utföra korrekt.
I jämförelse mellan hand och fot visade försökspersonernas uppskattningar att det var svårare att känna temperaturförändring på foten än på handen. Våra mätdata visade högre
tröskelvärden uppmätta på fot än på hand och det visade även våra statistiska test. Ur boxploten för metoderna ses en skillnad mellan hand och fot. One-Way ANOVAN (se figur 13) förtydligar denna skillnad och Factorial ANOVAN gav ytterligare bevis genom ett högt signifikant värde för testet (se figur 16). Det kan tänkas bero på att vi har färre receptorer på foten än på handen och även att reaktionstidsartefakten blir mer uttalad på foten än på handen eftersom impulserna måste färdas en längre sträcka från foten till hjärnan än från handen till hjärnan. Detta kunde ha tydliggjorts om vi hade haft tillgång till utrustning för mätning enligt Method of levels, genom vilken vi hade kunnat undvika reaktionstidsartefakten. Våra resultat konfirmeras av att de flesta studier visar att lägsta temperaturtrösklar fås från undersökning av ansikte och högsta temperaturtrösklar uppmäts från ben eller fot [13,15-18,]
Temperaturförändringshastigheten visade sig ha mindre betydelse. Det såg vi genom Factorial ANOVAN. I Factorial ANOVAN gjordes en jämförelse både mellan
temperaturförändringshastigheten och test och temperaturförändringshastigheten och hand och fot, som båda visade att temperaturförändringshastigheten inte hade någon signifikant betydelse.
Tidtagningen för testerna visade att alternerande test tog kortare tid än mixat test och det kan vara bra att ha i åtanke om patienten har koncentrationssvårigheter eller lite ork. Eventuellt kan mixat test bytas ut mot alternerande test vid undersökning där patienten blir trött. Studien gjordes på 14 kvinnor och 2 män vilket kan vara bra att beakta. Vi har dock inte sett någon könsbunden skillnad. 5 av 16 försökpersoner var anställda på KNF, UAS och var således bekanta med utrustningen för QST, vilket skulle kunna kan leda till något lägre uppmätta tröskelvärden för dessa försökspersoner. Detta hann inte utvärderas. Ålder har också visat sig ha betydelse för nervsystemets funktion, vilket märks även vid mätning av
instruktionerna från undersökaren olika, och detta kan var en felkälla bland våra mätresultat. Därför är det viktigt att instruktionerna ges på lika sätt inför varje undersökning. Att det är lugn och ro är en annan förutsättning för att patienten skall kunna koncentrera sig.
Det måste tas i beaktande att en undersökning tar upp emot en timme och patienten därför kan bli trött och tappa koncentration mot slutet. QST är annars en bra metod för att undersöka tunna och omyeliniserade nervfibrer. Förutom vid undersökning av patienter med
polyneuropati kan QST användas för att undersöka hyperestesi, neuropati sekundärt till alkoholmissbruk, njursvikt, paraneoplastiskt syndrom, vid kemoterapi och mycket mera [20]. Termodens storlek har betydelse för tröskelvärdena, en större termod ger lägre tröskelvärden än en liten termod [21]. Vi använde en termod med måtten 25x50mm vilket anses vara standardmått för vår utrustning och vi såg till att hela termodens metallplatta låg plant mot huden.
En annan felkälla som vi inte kontrollerat men är medvetna om är apparatens tillförlitlighet. Vi har tagit för givet att apparaten startat vid 32ºC när den varit inställd på det och att temperaturförändringshastigheten varit korrekt.
5. Acknowledgements
Vi vill tacka Dr. Roland Schmidt, BMA Eva Sundström, BMA Margareta Grindlund och övrig personal på KNF, UAS för all hjälp och fina synpunkter under arbetets gång. Vi vill även tacka för gott bemötande under dessa månader. Vi har verkligen trivts bra hos er.
6. Referenser
[1] R.G. Hallin, H.E. Torebjörk och Z. Wiesenfield, Nociceptors and warm receptors
innervated by C fibers in human skin, Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry, 44 (1981) 313-319
[2] G. Pocock and C.D. Richards, Human Physiology, The Basis of Medicine, 3:rd edition, Chapter 8
[3] R. Duclaux and D.R. Kenshalo, Cutaneous receptive fields of primate cold fibers, Brain Research, 55 (1973) 437-442
[4] H. Hensell and K.K.A. Boman, Afferent impulses in cutaneous sensory nerves in human subjects, Journal of Neurological science, 23 (1960) 564-578
[5] J. Lännergren, M. Ulfendahl, T. Lundeberg och H. Westerblad, Fysiologi, 3:e upplagan, Kapitel 5
[6] H. Hensel, Functional and structural basis of thermoreception, Progressive Brain Reseach, 43 (1976) 105-118
[7] I. Darian-Smith, Thermal sensibility, Handbook of physiology, (1984) 879-913 [8] R. Verdugo, J.L. Ochoa, Quantitative somatosensory thermotest, A key method for functional evaluation of small caliber afferent channels, Brain, 115 (1992) 893-913 [9] M. Campero, J. Serra, H. Bostock, Slowly conducting afferents activated by innocuous low temperature in human skin, Journal of Physiology, (2001) 535.3 855-865
[10] S-M. Aquelonius, Neurologi, 2 upplagan, (1994) 24 [11] J. Fagius, Neurologi, 2 upplagan (1994) 28
[12] I. Kojo and A. Pertovaara, The effects of stimulus area and adaption and temperature on warm and heat pain thresholds in man, International Journal of Neuroscience, 32 (1987) 875-880
[14] D. Yarnitsky and J.L. Ochoa, Study of heat pain sensation in man, perception thresholds, rate of stimulus rise and reaction time, Pain, 40 (1990a) 85-91
[15] D. Claus, M.J. Hilz, I. Hummer and B. Neundorfer, Methods of measurement of thermal thresholds, Acta Neurologica Scandinavia, 76 (1987) 288-286
[16] P.J. Dyck, Inherited neuronal degeneration and atrophy affecting peripheral motor, sensory and autonomic neurons, Peripheral Neurophaty 2:nd edition., 1600-1655
[17] C.J. Fowler, M.B. Carroll, D. Berns, N. Howe and K. Robinson, A portable system for measuring cutaneous thresholds for warming and cooling, Journal of Neurology,
Neurosurgery and Psychiatry, 50 (1987) 1211-1215
[18] R.J.C. Guy, C.A. Clark, P.N. Malcolm and P.J. Watkins, Evaluation of thermal and vibration sensation in diabetic neuropathy, Diabetologia, 28 (1985) 131-137
[19] Y-H. Lin, S-C. Hsieh, C-C. Chao, Y-C. Chang and S-T. Hsieh, Influence of aging on thermal and vibratory thresholds of quantitative sensory testing, Journal of the peripheral nervous system, 10 (2005) 269-261
[20] P. Siao Tick Chong and D.P. Cros, Technology literature review: quantitative sensory testing, American Association of Electrodiagnostic Medicine, Muscle and Nerve, 29 (2004) 734-747
Bilaga 1
Termotest Utförd av:……….………..
Datum och tid första besök:……….
Datum och tid andra besök:………...
Projekt:……….….. Namn:……….. Personnr:………. Man Kvinna Högerhänt Vänsterhänt Längd:……… Vikt:……… Yrke:……….… Sjukdomar:……….. ………... Medicinering:……….. Datum för senaste mens:……… Huden i mätområdet:………..
Normal Svag Inte alls
Vibrationstest Reflextest
Uppskattningstabell 0-10 (0=mycket lätt, 10=mycket svårt)
Mix1,0 Mix0,5 DL1,0 DL0,5 Mix1,0 värmd<30°C
Höger Hand
Höger Fot
Tid för värmning:………
Hur känns termoden mot huden?
Höger Hand Vänster Hand Höger Fot Vänster Fot
