Purpose: This study evaluates MCP-1 expression in the dorsal horn of a rat model of lumbar disc herniation by an autograft of the nucleus pulposus to the spinal nerve. Methods: After a coccygeal nucleus pulposus graft to the left $5^{th}$ lumbar spinal nerve, proximal to dorsal root ganglion, mechanical allodynia and thermal hyperalgesia were assessed 1 day before surgery, and 1, 10, 20, 30 days after surgery. The mRNA of MCP-1 in the dorsal horn was assessed by real time PCR to compare the temporal pattern of neuropathic pain of the lumbar disc herniation model. Results: In the ipsilateral side of the lumbar disc herniation models, mechanical allodynia and thermal hyperalgesia reached a maximum at 10 days after surgery with significant difference from the control group. Pain was also provoked in the contralateral side of the lumbar disc herniation models with less intensity than the ipsilateral side. The level of MCP-1 mRNA expression in the dorsal horn reached a peak at 20 days after surgery. Conclusion: Mechanical allodynia and thermal hyperalgesia was induced by nucleus pulposus in a rat lumbar disc herniation model, similar to a previously reported peripheral nerve injury model. The level of MCP-1 expression was higher in the dorsal horn of the ipsilateral and contralateral sides. These results suggest that MCP-1 might play a role in the maintenance of neuropathic pain.
Electrical or chemical stimulation of many areas in the brainstem modulates activity of dorsal horn neurons (DHN). This is known to be mediated by a population of bulbospinal neurons. Yet, little is known about responses of DHNs to stimulation of the caudal ventrolateral medulla (CVLM). Thus, the purpose of the present study is to see if there is any change in activity of DHNs when CVLM is stimulated electrically. Thirty-one DHNs were recorded from dorsal horn of the spinal cord. Fourteen DHNs (45%) were classified as wide dynamic range neurons and 9 (19%) were high threshold cells, and 4 (13%) and 4 (13%) were deep and low threshold neurons, respectively. Among 31 neurons tested for responses to stimulation of CVLM, 21 DHNs (68%) were inhibited by the electrical stimulation of CVLM ($200{\mu}A,\;100{\mu}s$ duration, 100 Hz), and 9 cells (39%) did not show any change in neuronal activity. One neuron was excited by the stimulation. The electrical stimulation of CVLM not only inhibited spontaneous activity of DHNs but also inhibited evoked responses of DHNs to somatic stimulation in the receptive field. These data suggest that CVLM is one of the pain-modulatory areas that control transmission of ascending information of noxious input to the brain from the spinal cord.
The present study was performed to investigate modification in the electrophysiological characteristics of cat dorsal horn cells during neurogenic inflammation induced by mustard oil. The results obtained were summarized as follows: 1) Following subcutaneous injection of mustard oil the majority of wide dynamic range (WDR) cells (10/15 units) showed enhanced responses (80%) to brush, while the responses to all types of mechanical stiumli were enhanced in 3/15 units. One cell was further activated by pinch and the another was not affected at all after induction of inflammation. 2) The sensitization of WDR cell was resulted from subcutaneous injection of mustard oil either inside or outside of the receptive field (RF), whereas the spontaneous activity increased only after mustard oil was injected inside of the RF. 3) In the animal with inflammation the responses of high threshold (HT) cell to noxious stimulus were not altered, while HT cell responded to such mechanical stimulus as pressure which was usually ineffective in normal animals. 4) After induction of inflammation, low threshold (LT) cell appeared to be converted to WDR cell, showing responses not only to brush but also to pressure and pinch. 5) The mustard oil-induced inflammation enhanced responses of WDR and HT cells to the thermal stimuli and also resulted in a pronounced after-discharge in WDR cells. 6) After subcutaneous injection of lidocaine, the increased background activity of WDR cells due to inflammation was almost completely abolished. 7) A subcutaneous injection of mustard oil inside of the RF invariably desensitized the dorsal horn cells which receive sensory inputs from the inflamed RF. From the results of Present study it was revealed that a neurogenic inflammation induced by mustard oil resulted in an enhancement of responses of cat dorsal horn cells to mechanical and thermal stimuli.
Lee, Jee Youn;Choi, Hae Young;Park, Chan Sol;Pyo, Mi Kyung;Yune, Tae Young;Kim, Go Woon;Chung, Sung Hyun
Journal of Ginseng Research
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제43권1호
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pp.58-67
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2019
Background: Diabetic neuropathy is one of the most devastating ailments of the peripheral nervous system. Neuropathic pain develops in ~30% of diabetics. Here, we examined the suppressive effect of GS-KG9 on neuropathic pain induced by streptozotocin (STZ). Methods: Hyperglycemia was induced by intraperitoneal injection of STZ. Rats showing blood glucose level > 250 mg/dL were divided into five groups, and treatment groups received oral saline containing GS-KG9 (50 mg/kg, 150 mg/kg, or 300 mg/kg) twice daily for 4 wk. The effects of GS-KG9 on pain behavior, microglia activation in the lumbar spinal cord and ventral posterolateral (VPL) nucleus of the thalamus, and c-Fos expression in the dorsal horn of the lumbar spinal cord were examined. Results: The development of neuropathic pain began at Day 5 and peaked at Week 4 after STZ injection. Mechanical and thermal pains were both significantly attenuated in GS-KG9-treated groups from 10 d after STZ injection as compared to those in the STZ control. GS-KG9 also repressed microglia activation in L4 dorsal horn and VPL region of the thalamus. In addition, increase in c-Fos-positive cells within L4 dorsal horn lamina I and II of the STZ control group was markedly alleviated by GS-KG9. Conclusion: These results suggest that GS-KG9 effectively relieves STZ-induced neuropathic pain by inhibiting microglial activation in the spinal cord dorsal horn and VPL region of the thalamus.
The present study was undertaken to elucidate the desensitization of cutaneous receptors and the conduction block of the afferent nerves induced by direct application of allyl isotheocyanate (mustard oil) to the receptive field (RF) or onto the afferent nerve, respectively. Dorsal horn cell responses to mechanical stimulations of RF were completely suppressed when mustard oil was applied to either the afferent nerve or the whole area of RF. C-fiber responses of dorsal horn cells were more susceptive to mustard oil than A-fiber activities. This was confirmed by the experiment in which the compound action potentials recorded from rat tibial nerve before and after topical application of mustard oil were compared. The higher the concentration of mustard oil and the longer the application time, the more powerful desensitization or conduction block was induced. From the results of the present study, it is suggested that the desensitization of the afferent fiber and sensory receptors induced by mustard oil results mainly from the conduction block of C-fiber in the primary afferent nerve.
The present study was undertaken to investigate the effect of clonidine on the response of the dorsal horn cells to intra-arterially administered bradykinin $(BK:40{\mu}g)$ and $K^+(4mg)$ in spinal cats and cats with intact spinal cord. The change in the activities of low threshold (LT), high threshold (HT) and wide dynamic range (WDR) cells induced by BK and $K^+$ were determined before and after treatment of animals with clonidine. Also studied was mechanism of inhibitory action of clonidine on the responses of dorsal horn cells to the chemical algogenics. Number of WDR cell responded to intra-arterially administered BK and $K^+$ was greater in spinal animals than in cats with intact spinal cord. Following administration of BK or $K^+$ no change was observed in the activity of LT cell whereas activity of HT cell increased invariably. The increased response of HT cell to BK and $K^+$ was markedly suppressed by clonidine. On the other hand, such inhibitory actions of clonidine were almost completely blocked by yohimbine. The majority of WDR cells were activated by $K^+$ while response of WDR cells to BK was diverse (excitatory, inhibitory or mixed). These results indicate that clonidine inhibits responses of the dorsal horn cells not only to thermal or mechanical stimulations but also to chemical algogenics, and that the inhibitory action of clonidine is generally mediated through excitation of ${\alpha}_2-adrenoreceptors$.
The present study was designed to investigate the effect of low power GaAlAs laser on spinal Fos expression related to the anti-nociceptive effect of laser stimulation. Low power GaAlAs laser was applied to either acupoint or non-acupoint for 2 hour under light inhalation anesthesia. Spinal Fos expression in the dorsal horn was compared to that obtained in inhalation anesthesia control group. Furthermore, we analyzed the effect of the local treatment of lidocaine on the spinal Fos expression evoked by low power GaAlAs laser stimulation. The results were summarized as follows: 1. In the normal animals, only a few Fos like immunoreactive(Fos-IR) neurons were evident in the lumbar spinal cord dorsal horn. Similarly, following prolonged inhalation anesthesia, Fos-IR neurons were absent in the dorsal horn of the lumbar spinal cord. In animals treated with laser stimulation, Fos immunoreactive neurons were increased mainly in the medial half of ipsilateral laminae I-III at lumbar segments L3-5. These findings directly indicated that prolonged anesthesia used in this study did not affect the Fos expression in the spinal cord dorsal horn of intact animals and low power laser stimulation dramatically produced Fos expression in the spinal cord laminae that are related to the anti-nociceptive effect of laser stimulation. 2. In acupoint stimulated animals, 10mW of laser stimulation, not 3mW and 6mW intensity, significantly increased the number of Fos immunoreactive neurons in the spinal dorsal horn(p<0.05). However, laser stimulation on acupoint more dramatically increased the number of Fos immunoreactive neurons in the spinal cord rather than laser stimulatin on non acupoint. These result suggested that laser stimulatin on acupoint was more effective treatment to activate the spinal neuron than non acupoint stimulation. 3. The local treatment of lidocaine totally suppressed the activity of spinal neurons that were induced by lower power 1aser stimulation. These data indicated that the anti-nociceptive effect of laser stimulation was absolutely dependent upon the peripheral nerve activity in the stimulated location. In conclusion, these data indicate that 10mW of low power laser stimulation into acupoint is capable of inducing the spinal Fos expression in the dorsal horn related to the anti-nociceptive effect of laser stimulation, Furthermore, the induction of spinal Fos expression was totally related to the peripheral nerve activity in the laser stimulated area.
Background: To identify a new strategy for postoperative pain management, we investigated the analgesic effects of allopregnanolone (Allo) in an incisional pain model, and also assessed its effects on the activities of the primary afferent fibers at the dorsal horn. Methods: In experiment 1, 45 rats were assigned to Control, Allo small-dose (0.16 mg/kg), and Allo large-dose (1.6 mg/kg) groups (n = 15 in each). The weight bearing and mechanical withdrawal thresholds of the hind limb were measured before and at 2, 24, 48, and 168 h after Brennan's surgery. In experiment 2, 16 rats were assigned to Control and Allo (0.16 mg/kg) groups (n = 8 in each). The degree of spontaneous pain was measured using the grimace scale after the surgery. Activities of the primary afferent fibers in the spinal cord (L6) were evaluated using immunohistochemical staining. Results: In experiment 1, the withdrawal threshold of the Allo small-dose group was significantly higher than that of the Control group at 2 h after surgery. Intergroup differences in weight bearing were not significant. In experiment 2, intergroup differences in the grimace scale scores were not significant. Substance P release in the Allo (0.16 mg/kg) group was significantly lower than that in the Control group. Conclusions: Systemic administration of Allo inhibited mechanical allodynia and activities of the primary afferent fibers at the dorsal horn in a rat postoperative pain model. Allo was proposed as a candidate for postoperative pain management.
Background: The present study was conducted to investigate effects of microinjection of bicuculline, GABA-A receptor antagonist, into the brain stem nuclei on the dorsal horn neuron responsiveness in rats with an experimental peripheral neuropathy. Methods: An experimental neuropathy was induced by a unilateral ligation of L5~L6 spinal nerves of rats. After 2~3 weeks after the surgery, single-unit recording was made from wide dynamic range (WDR) neurons in the spinal cord dorsal horn. Results: Responses of WDR neurons to both noxious and innocuous mechanical stimuli applied to the somatic receptive fields were enhanced on the nerve injured side. These enhanced responsiveness of WDR neurons were suppressed by microinjection of bicuculline into periaqueductal gray(PAG) or nucleus reticularis gigantocellularis(Gi). A similar suppression was also observed when morphine was microinjected into PAG or Gi. Suppressive action by Gi-bicuculline was reversed by naloxonazine, ${\mu}$-opioid receptor antagonist, microinjected into PAG whereas PAG-bicuculline induced suppression was not affected by naloxonazine injection into Gi. Gi-bicuculline induced suppression were reversed by a transection of dorsolateral funiculus(DLF) of the spinal cord. Conclusions: The results suggest that endogenous opioids, via acting on GABAergic interneurons in PAG and Gi, may be involved in the control of neuropathic pain by activating the descending inhibitory pathways that project to the spinal dorsal horn through DLF to inhibit the responsiveness of WDR neurons.
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