Background: The pathophysiological and neurochemical changes following spinal injury are not yet elucidated. This study was designed to evaluate the morphological changes of the dorsal horn of the spinal cord and profiles of pain behaviors following intraspinal injection of NMDA in rats. Methods: Rats were randomized into three groups: a sham-operated control group and groups where the rats received 10 mM or 100 mM N-methyl-D-aspatate (NMDA) injected into their spinal dorsal horn. Following injection, hypersensitivity to cold and mechanical stimuli and excessive grooming behaviors were assessed serially for four weeks. Morphological changes of the spinal cord were evaluated four weeks after intraspinal injection. Results: Few animals in the NMDA groups developed hypersensitivity to cold and mechanical stimuli. The number of groomers and the severity of excessive grooming were significantly higher in the 100 mM NMDA group than those values of the control and 10 mM NMDA groups. The size of the neck region (lamina III-IV) was significantly smaller in the 100 mM NMDA group than in the control and 10 mM NMDA groups. Conclusions: In conclusion, intraspinal injection of NMDA in rats leads to the pathological sequela in the spinal cord and to excessive grooming behavior. These results support the use of NMDA and excessive grooming behavior after excitotoxic SCI as a model to study chronic pain after SCI.
Zinc contained in the neurons of central nervous system is activity-dependently released and then attenuates NMDA (N-methyl-D-aspartate)-induced neurotoxicity while augmenting non-NMDA-induced neurodegeneration. Zinc also has been reported to produce antinociceptive action on the inflammation- and nerve injury-induced hyperalgesia in the behavioral test. In this study, we investigated the effects of zinc on the responses of dorsal horn cells to NMDA, kainate and graded electrical stimulation of C-fibers. In the majority of WDR cells (70.6%), zinc current-dependently inhibited WDR cell responses to NMDA and in the remaining cells, produced biphasic responses; excitation followed by inhibition. Zinc augmented the responses of WDR cells to iontophoretical application of kainate. The dominant effect of $Zn^{2+}$ on the responses of WDR cells to C-fiber stimulation was excitatory, but inhibition, excitation-inhibition and no change of the responses to C-fiber stimulation were induced. $Ca^{2+}-EDTA$ antagonized the excitatory or inhibitory effects of $Zn^{2+}$ on the WDR cell responses. These experimental findings suggest that $Zn^{2+}$ modulates the transmission of sensory information in the rat spinal cord.
The present study was designed to examine whether the co-application of morphine with $Ca^{2+}$ channel antagonist $(Mn^{2+},\;verapamil)$, N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist (2-amino-5-phosphonopentanoic acid$[AP_5]$, $Mg^{2+}$) or protein kinase C inhibitor (H-7) causes the potentiation of morphine-induced antinociceptive action by using an in vivo electrophysiological technique. A single iontophoretic application of morphine or an antagonist alone induced weak inhibition of wide dynamic range (WDR) cell responses to iontophoretically applied NMDA and C-fiber stimulation. Although there was a little difference in the potentiating effects, the antinociceptive action of morphine was potentiated when morphine was iontophoretically applied together with $Mn^{2+}$, verapamil, $AP_5$, $Mg^{2+}$ or H-7. However, the potentiating action between morphine and each antagonist was not apparent, when the antinociceptive action evoked by morphine or the antagonist alone was too strong. These results suggest that the potentiating effect can be caused by the interaction between morphine and each antagonist in the spinal dorsal horn.
Zhang, En Ji;Song, Chang Hwa;Ko, Young Kwon;Lee, Won Hyung
The Korean Journal of Pain
/
v.27
no.3
/
pp.239-245
/
2014
Background: Neuropathic pain induced by spinal or peripheral nerve injury is very resistant to common pain killers, nerve block, and other pain management approaches. Recently, several studies using stem cells suggested a new way to control the neuropatic pain. In this study, we used the spinal nerve L5 ligation (SNL) model to investigate whether intrathecal rat mesenchymal stem cells (rMSCs) were able to decrease pain behavior, as well as the relationship between rMSCs and reactive oxygen species (ROS). Methods: Neuropathic pain of the left hind paw was induced by unilateral SNL in Sprague-Dawley rats (n = 10 in each group). Mechanical sensitivity was assessed using Von Frey filaments at 3, 7, 10, 12, 14, 17, and 24 days post-ligation. rMSCs ($10{\mu}l$, $1{\times}10^5$) or phosphate buffer saline (PBS, $10{\mu}l$) was injected intrathecally at 7 days post-ligation. Dihydroethidium (DHE), an oxidative fluorescent dye, was used to detect ROS at 24 days post-ligation. Results: Tight ligation of the L5 spinal nerve induced allodynia in the left hind paw after 3 days post-ligation. ROS expression was increased significantly (P < 0.05) in spinal dorsal horn of L5. Intrathecal rMSCs significantly (P < 0.01) alleviated the allodynia at 10 days after intrathecal injection (17 days post-ligation). Intrathecal rMSCs administration significantly (P < 0.05) reduced ROS expression in the spinal dorsal horn. Conclusions: These results suggest that rMSCs may modulate neuropathic pain generation through ROS expression after spinal nerve ligation.
Background: Repeated administration of opioid analgesics for pain treatment can produce paradoxical hyperalgesia via peripheral and/or central mechanisms. Thus, this study investigated whether spinally (centrally) administered orexin A attenuates opioid-induced hyperalgesia (OIH). Methods: [D-Ala2, N-Me-Phe4, Gly5-ol]-enkephalin (DAMGO), a selective µ-opioid receptor agonist, was used to induce mechanical hypersensitivity and was administered intradermally (4 times, 1-hour intervals) on the rat hind paw dorsum. To determine whether post- or pretreatments with spinal orexin A, dynorphin A, and anti-dynorphin A were effective in OIH, the drugs were injected through an intrathecal catheter whose tip was positioned dorsally at the L3 segment of the spinal cord (5 ㎍ for all). Mechanical hypersensitivity was assessed using von Frey monofilaments. Results: Repeated intradermal injections of DAMGO resulted in mechanical hypersensitivity in rats, lasting more than 8 days. Although the first intrathecal treatment of orexin A on the 6th day after DAMGO exposure did not show any significant effect on the mechanical threshold, the second (on the 8th day) significantly attenuated the DAMGO-induced mechanical hypersensitivity, which disappeared when the type 1 orexin receptor (OX1R) was blocked. However, intrathecal administration of dynorphin or an anti-dynorphin antibody (dynorphin antagonists) had no effect on DAMGO-induced hypersensitivity. Lastly, pretreatment with orexin A, dynorphin, or anti-dynorphin did not prevent DAMGO-induced mechanical hypersensitivity. Conclusions: Spinal orexin A attenuates mechanical hyperalgesia induced by repetitive intradermal injections of DAMGO through OX1R. These data suggest that OIH can be potentially treated by activating the orexin A-OX1R pathway in the spinal dorsal horn.
Spinal nerve injury causes mechanical allodynia and structural imbalance of neurotransmission, which were typically associated with calcium overload. Storeoperated calcium entry (SOCE) is considered crucial elements-mediating intracellular calcium homeostasis, ion channel activity, and synaptic plasticity. However, the underlying mechanism of SOCE in mediating neuronal transmitter release and synaptic transmission remains ambiguous in neuropathic pain. Neuropathic rats were operated by spinal nerve ligations. Neurotransmissions were assessed by whole-cell recording in substantia gelatinosa. Immunofluorescence staining of STIM1 with neuronal and glial biomarkers in the spinal dorsal horn. The endoplasmic reticulum stress level was estimated from qRT-PCR. Intrathecal injection of SOCE antagonist SKF96365 dose-dependently alleviated mechanical allodynia in ipsilateral hind paws of neuropathic rats with ED50 of 18 ㎍. Immunofluorescence staining demonstrated that STIM1 was specifically and significantly expressed in neurons but not astrocytes and microglia in the spinal dorsal horn. Bath application of SKF96365 inhibited enhanced miniature excitatory postsynaptic currents in a dosage-dependent manner without affecting miniature inhibitory postsynaptic currents. Mal-adaption of SOCE was commonly related to endoplasmic reticulum (ER) stress in the central nervous system. SKF96365 markedly suppressed ER stress levels by alleviating mRNA expression of C/ EBP homologous protein and heat shock protein 70 in neuropathic rats. Our findings suggested that nerve injury might promote SOCE-mediated calcium levels, resulting in long-term imbalance of spinal synaptic transmission and behavioral sensitization, SKF96365 produces antinociception by alleviating glutamatergic transmission and ER stress. This work demonstrated the involvement of SOCE in neuropathic pain, implying that SOCE might be a potential target for pain management.
In 19 cats anesthetized with ${\alpha}-chloralose$ effects of taurine and ${\beta}-alanine$ on the responses of wide dynamic range (WDR) cells to mechanical, chemical and thermal stimuli were investigated in the lumbar spinal cord of the cat. Also studied was an interaction of strychnine with taurine in affecting the activities of WDR cells. Following intravenous administration of taurine, the responses of WDR cells to all types of mechanical stimuli were markedly enhanced, demonstrating that the response to pressure was most sensitive to taurine action. When the receptive field was exposed to thermal stimuli ($50^{\circ}C$) for 20 sec. taurine increased activity of WDR cell to 169.5% of the control value. The $K^{+}$-induced activation of WDR cells was invariably suppressed after taurine administration. Intravenously administered strychnine remarkably reduced the enhanced response of WDR cell to natural stimuli resulting from intravenous administration of taurine. Also ${\beta}-alanine$ markedly activated the response of spinal dorsal horn cell to natural mechanical stimuli. These findings suggest that neutral amino acid and its derivative such as ${\beta}-alanine$ and taurine can enhance the response of WDR cells to different stimuli in cats.
Magnesium ion is known to selectively block the N-methyl-D-aspartate (NMDA)-induced responses and to have anticonvulsive action, neuroprotective effect and antinociceptive action in the behavioral test. In this study, we investigated the effect of $Mg^{2+}$ on the responses of dorsal horn neurons to cutaneous thermal stimulation and graded electrical stimulation of afferent nerves as well as to excitatory amino acids and also elucidated whether the actions of $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ are additive or antagonistic. $Mg^{2+}$ suppressed the thermal and C-fiber responses of wide dynamic range (WDR) cell without any effect on the A-fiber responses. When $Mg^{2+}$ was directly applied onto the spinal cord, its inhibitory effect was dependent on the concentration of $Mg^{2+}$ and duration of application. The NMDA- and kainate-induced responses of WDR cell were suppressed by $Mg^{2+}$, the NMDA-induced responses being inhibited more strongly. $Ca^{2+}$ also inhibited the NMDA-induced responses current-dependently. Both inhibitory actions of $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$ were additive, while $Mg^{2+}$ suppressed the EGTA-induced augmentation of WDR cell responses to NMDA and C-fiber stimulation. Magnesium had dual effects on the spontaneous activities of WDR cell. These experimental findings suggest that $Mg^{2+}$ is implicated in the modulation of pain in the rat spinal cord by inhibiting the responses of WDR cell to noxious stimuli more strongly than innocuous stimuli.
Jung, Sung-Jun;Park, Joo-Min;Lee, Joon-Ho;Lee, Ji-Hye;Eun, Su-Yong;Kim, Sang-Jeong;Lim, Won-Il;Cho, Sun-Hee;Kim, Jun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
/
v.4
no.1
/
pp.15-24
/
2000
Although nociceptive informations are thought to be processed via different neural mechanisms depending on the types of stimuli, sufficient data have not been accumulated yet. We performed a series of experiments to elucidate the possible neural mechanisms as to chemical stimuli such as formalin, capsaicin and ATP. Single unit activity of wide dynamic range (WDR) neurons and high threshold cells were recorded extracellularly from the lumbosacral enlargement of cat spinal cord before and after chemical stimulation to its receptive field (RF). Each chemical substance - formalin $(20{\mu}l,\;4%),$ capsaicin (33 mM) or Mg-ATP (5 mM)- was injected intradermally into the RFs and then the changes in the spontaneous activity, mechanical threshold and responses to the peripheral mechanical stimuli were observed. In many cases, intradermal injection of formalin (5/11) and capsaicin (8/11) resulted in increase of the spontaneous activity with a biphasic pattern, whereas ATP (8/8) only showed initial responses. Time courses of the biphasic pattern, especially the late response, differed between formalin and capsaicin experiments. One hour after injection of each chemical (formalin, capsaicin, or ATP), the responses of the dorsal horn neurons to mechanical stimuli increased at large and the RFs were expended, suggesting development of hypersensitization (formalin 6/10, capsaicin 8/11, and ATP 15/19, respectively). These results are suggested that formalin stimulates peripheral nociceptor, local inflammation and involvement of central sensitization, capsaicin induces central sensitization as well as affects the peripheral C-polymodal nociceptors and neurogenic inflammation, and ATP directly stimulates peripheral nociceptors.
Excitatory amino acids (EAA) are thought to play an important role in producing cell death associated with ischemic and traumatic spinal cord injury. The present study was carried out to determine if the response characteristics of spinal sensory neurons in segments adjacent to degeneration sites induced by EAA are altered following these morphological changes. Intraspinal injections of quisqualic acid (QA) produced neuronal degeneration and spinal cavitation of gray matter. The severity of lesions was significantly attenuated by pretreatment with a non-NMDA antagonist NBQX. In extracellular single unit recordings, dorsal horn neurons in QA injected animal showed the increased mechanosensitivity, which included a shift to the left in the stimulus-response relationship, an increased background activity and an increase in the duration of after-discharge responses. Neuronal responses, especially the C-fiber response, to suprathreshold electrical stimulation of sciatic nerve also increased in most cases. These results suggest that altered functional states of neurons may be responsible for sensory abnormalities, e.g. allodynia and hyperalgesia, associated with syringomyolia and spinal cord injury.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.