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Small nerve fiber selectivity of laser and intraepidermal electrical stimulation: A comparative study between glabrous and hairy skin - 23/07/21

Doi : 10.1016/j.neucli.2021.06.004 
Jean-Pascal Lefaucheur a, b, , Samar A. Abbas b, Isabelle Lefaucheur-Ménard b, Denis Rouie b, Denise Tebbal b, Julie Bismuth b, Tarik Nordine a, b
a Univ Paris Est Creteil, EA4391, ENT, F-94010 Creteil, France 
b AP-HP, Henri Mondor University Hospital, Clinical Neurophysiology Unit, F-94010 Creteil, France 

Corresponding author at: Service de Physiologie - Explorations Fonctionnelles, Hôpital Henri Mondor, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, 51 avenue du Maréchal de Lattre de Tassigny 94000 Créteil, France.Service de Physiologie - Explorations FonctionnellesHôpital Henri MondorAssistance Publique - Hôpitaux de Paris51 avenue du Maréchal de Lattre de TassignyCréteil94000France
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Friday 23 July 2021
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Objectives

In clinical neurophysiology practice, various methods of stimulation can be used to activate small-diameter nociceptive cutaneous afferents located in the epidermis. These methods include different types of laser and intraepidermal electrical stimulation techniques. The diffusion of the stimulation in the skin, inside or under the epidermis, depends on laser wavelength and electrode design, in particular. The aim of this study was to compare several of these techniques in their ability to selectively stimulate small nerve fibers.

Methods

In 8 healthy subjects, laser stimulation (using a CO2 or Nd:YAP laser) and intraepidermal electrical stimulation (using a micropatterned, concentric planar, or concentric needle electrode), were applied at increasing energy or intensity on the dorsal or volar aspect of the right hand or foot. The subjects were asked to define the perceived sensation (warm, pinprick, or electric shock sensation, corresponding to the activation of C fibers, Aδ fibers, or Aβ fibers, respectively) after each stimulation. Depending on the difference in the sensations perceived between dorsal (hairy skin with thin stratum corneum) and volar (glabrous skin with thick stratum corneum) stimulations, the diffusion of the stimulation inside or under the epidermis and the nature of the activated afferents were determined.

Results

Regarding laser stimulation, the perceived sensations turned from warm to pinprick with increasing energies of stimulation, in particular with the Nd:YAP laser, of which pulse could penetrate deep in the skin according to its short wavelength. In contrast, CO2 laser stimulation produced only warm sensations and no pricking sensation when applied to the glabrous skin, perhaps due to a thicker stratum corneum and the shallow penetration of the CO2 laser pulse. Regarding intraepidermal electrical stimulation using concentric electrodes, the perceived sensations turned from pinprick to a combination of pinprick and electrical shocks with increasing intensities. Using the concentric planar electrode, the sensations perceived at high stimulation intensity even consisted of electric shocks without concomitant pinprick. In contrast, using the micropatterned electrode, only pinprick sensations were produced by the stimulation of the hairy skin, while the stimulation of the glabrous skin produced no sensation at all within the limits of stimulation intensities used in this study.

Conclusions

Using the CO2 laser or the micropatterned electrode, pinprick sensations were selectively produced by the stimulation of hairy skin, while only warm sensation or no sensation at all were produced by the stimulation of glabrous skin. These two techniques appear to be more selective with a limited diffusion of the stimulation into the skin, restricting the activation of sensory afferents to the most superficial and smallest intraepidermal nerve fibers.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Aβ fibers, Aδ fibers, C fibers, Electrical stimulation, Electrode, Epidermis, Laser, Nociception, Sensory afferent, Small fiber


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