يتم تحديد عتبات تحمل الألم الحراري (TNTs) للفئران والجرذان باستخدام مقياس التسكين بالصفيحة الساخنة التزايدي [iHPAM, IITC Inc. Life Science (Woodland Hills, CA)]. يتكون الجهاز من عدة مكونات: صفيحة ألومنيوم (10 x 20 cm) مع نظام تسخين أسفلها وغرفة مراقبة من البليكسي جلاس أعلاها؛ ووحدة تحكم في الحرارة، وبرنامج للحصول على البيانات (IITC Part # Soft Series 8)، وجهاز كمبيوتر شخصي (PC)، ومفتاح قدم للتحكم عن بُعد في بدء أو إيقاف أو إعادة ضبط الوحدة. كما يسمح نظام التسخين ببدء/إيقاف/إعادة ضبط عملية التسخين يدويًا من خلال لوحة مفاتيح موجودة في مقدمة الجهاز. يمكن ضبط جهاز iHPAM على معدلات تسخين مختلفة، ودرجات حرارة الاستعداد/القطع.
1. إعداد الجهاز
- قبل اختبار الحيوانات، افحص الوحدة بصرياً للتأكد من معدلات التسخين المختارة (على سبيل المثال، 6 °C/min)، ودرجات حرارة الاستعداد الأولية والقطع النهائية (على سبيل المثال، 28 °C و 55 °C، على التوالي).
- تحقق من جميع التوصيلات. للاحتفاظ بنسخة إلكترونية من النتائج، يجب توصيل الوحدة بجهاز كمبيوتر يعمل بنظام Software Series 8. وبدلاً من ذلك، يمكن طباعة نسخ ورقية من النتائج عبر المنفذ التسلسلي للوحدة.
- اختبر الجهاز. اضغط على مفتاح القدم مرة واحدة للتأكد من أن برنامج Software Series 8 يسجل البيانات: درجة حرارة الاستعداد الأولية، ودرجات حرارة القطع النهائية، والزمن بالثواني اللازم للوصول إلى درجة حرارة القطع.
- كاختبار رقابي إضافي، قد يحتاج الباحثون المشاركون في التجارب إلى تجربة الجهاز على أنفسهم. يجب ألا يؤدي سحب اليد من الصفيحة المعدنية لحظة الشعور بالألم (46-48 °C) إلى إلحاق ضرر بالجلد أو التسبب في أي انزعاج لاحق.
- بمجرد ضبط الوحدة وتسجيل النتائج من الخطوتين 1.3 و 1.4، يمكن مقارنتها. وهذا مفيد للكشف عن المشكلات المحتملة التي قد تبطل استخدام الوحدة. على سبيل المثال، التناقضات بين درجات حرارة الاستعداد الأولية/القطع النهائية والقراءة الفعلية للوحدة، و/أو الاختلافات بين درجات الحرارة التي تعرضها الوحدة ودرجة حرارة الصفيحة الفعلية المطلوبة لسحب اليد.
2. اختبار الحيوانات السليمة
يمكن استخدام جرذان ويستار (Wistar) صغيرة أو بالغة [العمر بعد الولادة (p) 21-25 يوماً]، أو فئران (p21-25) من أي خلفية جينية أو جنس. الفئران المستخدمة في تجاربنا هي من سلالة C57BL/6J.
- في الليلة التي تسبق إجراء التجارب، قم بأقلمة الحيوانات عن طريق وضع أقفاصها على المنضدة التي يوضع عليها جهاز iHPAM. وقبل ساعتين من إجراء الاختبارات، قم بتشغيل جهاز iHPAM لتعويد الحيوانات على الضوضاء الخلفية للوحدة. في هذه المرحلة، يمكن إعداد جهاز iHPAM واختباره للتحقق من عمله بشكل صحيح (انظر الخطوة 1). يتم توفير الطعام والماء ad libitum طوال فترة الاختبار، باستثناء الوقت الذي يكون فيه الحيوان في غرفة الملاحظة (انظر الخطوة 2.1).
ملاحظة: من المهم عدم افتراض أن الظروف المختبرية في التجارب السلوكية يتم التحكم فيها تلقائياً. يجب إيلاء اهتمام خاص للعوامل الوراثية والبيئية التي قد تؤثر على نتائج الدراسات السلوكية (تمت مراجعتها في 7).
- ضع فأراً أو جرذاً طبيعياً برفق في غرفة الملاحظة المصنوعة من البليكسي جلاس فوق لوحة التسخين الخاصة بالوحدة. اترك الحيوان يتأقلم مع السطح الدافئ (المضبوط عند 28 °C) حتى يظهر الحيوان سلوكاً مريحاً.
ملاحظة: في ظل هذه الظروف، تظهر الجرذان البالغة الطبيعية سلوكاً استكشافياً أولياً، حيث تقف أحياناً باتجاه غطاء غرفة الملاحظة أثناء الشم. وبعد بضع دقائق، قد تظهر الجرذان نوبات عشوائية من التنظيف الذاتي وسلوكاً مسترخياً. وأحياناً، تستلقي الجرذان بوضعية جسم مسترخية (تمدد منبطح) بينما تشم المحيط بعفوية. وعادة ما تكون الفئران الطبيعية أكثر نشاطاً من الجرذان، ومع ذلك، تظهر الفئران سلوكاً استكشافياً مسترخياً بعد بضع دقائق في غرفة الملاحظة. ومن النادر جداً ملاحظة سلوكيات هروب (على سبيل المثال القفز أو محاولة الهروب من غرفة الملاحظة) أو مواقف دفاعية (على سبيل المثال الصراخ). ومن المهم أيضاً ملاحظة أن الفئران يمكنها نقل الشعور بالألم من فأر إلى آخر8؛ لذا قد يكون من المهم اختبار الفئران الموضوعة في أقفاص منفصلة.
- ضع مرايا في الجزء الخلفي من غرفة الملاحظة للسماح بالملاحظات من جميع الزوايا. قد يكون استخدام حامل ثلاثي القوائم يحمل كاميرا فيديو رقمية مفيداً لتحديد اللحظة الدقيقة التي حدث فيها السلوك الوقائي من الألم (nocifensive).
- بمجرد أن يشعر الحيوان بالراحة في غرفة الملاحظة، قم بتسخين اللوحة بالضغط على مفتاح القدم. عندما ترتفع درجة حرارة اللوحة بمعدل 6 °C/minute، تظهر الحيوانات الطبيعية سلوكاً وقائياً من الألم يشمل القائمة الخلفية*، وعادة ما تتراوح درجات الحرارة من 46 إلى 48 °C3,5,9,10. وبالتالي، يتم عادة إخراج الحيوان من غرفة الملاحظة بعد حوالي 3 دقائق.
ملاحظة: إن ملاحظة الاستجابة الوقائية من الألم النموذجية للجرذ أو الفأر، أي لعق القائمة الخلفية مع الهز و/أو الرفع، كافية لإنهاء التحفيز الحراري. ويتم ذلك عن طريق الضغط على مفتاح القدم. في هذه اللحظة، يسجل البرنامج درجة حرارة اللوحة وتبرد اللوحة على الفور حتى يتم الوصول إلى درجة حرارة الاستعداد (28 °C) (~0.5 min). وتعتبر هذه الدرجة، أي الدرجة التي تثير أي رد فعل وقائي من الألم، هي عتبة الحرارة الضارة (TNT) للحيوان الطبيعي (المجموعة الضابطة).
*أحياناً، وبشكل خاص في الفئران، قد يُلاحظ السلوك الوقائي من الألم تجاه درجة الحرارة الضارة أولاً في واحدة أو كلتا القائمتين الأماميتين (على سبيل المثال اللعق أثناء الجلوس)، قبل بضع ثوانٍ من القوائم الخلفية. ومع ذلك، فإن لعق القائمة الأمامية هو مكون طبيعي من سلوك التنظيف الذاتي؛ لذا يتم تقييم تفاعلات القائمة الخلفية فقط. وفي بعض الحالات، قد تقوم الفئران بتنظيف قوائمها الخلفية أيضاً، غير أن التنظيف الطبيعي لا يستمر لأكثر من بضع ثوانٍ، ولا يتضمن لعقاً مكثفاً وعادة ما ينتهي بعد تنظيف المخالب.
- أخرج الحيوان برفق من اللوحة وضعه في قفصه المخصص. ثم يتم تكرار قياس عتبة الحرارة لحيوان ضابط (طبيعي) آخر.
ملاحظة: يمكن تحديد TNTs في حيوان واحد على فترات تتراوح بين 1-2 دقيقة دون إخراج الحيوان من غرفة الملاحظة. ويمكن تكرار تحديد TNTs في الجرذان أو الفئران عدة مرات على مدار عدة أيام، وهو أمر مفيد بشكل خاص لتحديد متوسط TNT لحيوان فردي وكذلك تباينه مع العمر.
- يتم التعبير عن TNT للحيوانات الضابطة كمتوسط لثلاث عتبات أو أكثر ± SEM.
- يتم إجراء التحليل الإحصائي للبيانات التي تم الحصول عليها لمقارنة مجموعات العلاج المختلفة من الفئران أو الجرذان. ويمكن استخدام الإجراءات البارامترية بما في ذلك تحليل التباين (Analysis of Variance) بشكل مناسب عندما تكون البيانات موزعة طبيعياً وعندما تكون مجموعات العلاج متجانسة التباين (homoskedastic)؛ وعند استيفاء هذه الشروط، يمكن تطبيق النهج التالي: تحليل التباين متبعاً باختبار Newman-Keuls للكشف عن الفروق في القياسات المتعددة، أي TNTs الفردية المكررة مع أو بدون علاج أو في نقاط زمنية مختلفة (على سبيل المثال البيانات في الشكل 3). ويمكن استخدام اختبار Student's t-test المقترن لمقارنة مجموعتين من البيانات، أي TNTs قبل مقابل بعد العلاج الدوائي؛ بينما يمكن استخدام اختبار t-test غير المقترن لتحديد الفروق في تغيرات TNT في الحيوانات المعالجة بالدواء مقابل الحيوانات المعالجة بالناقل (على سبيل المثال البيانات في الشكل 4).
3. اختبار الحيوانات المصابة بداء السكري
يُعد الجرذ السكري المستحث بـ streptozotocin (STZ) هو النموذج الحيواني الأكثر استخداماً لدراسة آليات PDN وتقييم الأدوية والعلاجات المسكنة11,12. ويمكن اختبار الجرذان التي أُصيبت بالسكري عن طريق جرعة واحدة من STZ (60 mg/kg) عن طريق الحقن داخل الصفاق للكشف عن فرط التألم الحراري خلال الأسبوع الـ 3rd بعد بداية مرض السكري11. ومن المهم ملاحظة أن ليس كل الجرذان المصابة بالسكري تطور PDN. ومع ذلك، يمكن التعرف بسهولة على الحيوانات التي تطور فرط التألم (~50%). وبالفعل، تكون قيم TNTs لديها أقل من الطبيعي*.
*لتحديد عتبات تحمل الحرارة الضارة (TNTs) في الجرذان المصابة بداء السكري المستحث بـ STZ، يتم استخدام درجة حرارة ابتدائية للصفيحة تبلغ 15 °C بدلاً من 28 °C. والسبب في هذا التغيير هو أنه من المتوقع أن تكون معظم الحيوانات المصابة بداء السكري والتي تعاني من اعتلال الأعصاب السكري (PDN) مفرطة التحسس للألم2,11. وبناءً على ذلك، ستكون لديهم عتبات حرارية ضارة أقل من الطبيعي (على سبيل المثال، <45 °C).
- يتم وضع جرذ مصاب بالسكري في غرفة المراقبة أعلى جهاز الاختبار. يُترك الحيوان للتكيف مع سطح الصفيحة حتى يظهر سلوكاً مريحاً.
ملاحظة: عادةً، لا يظهر الجرذ المصاب بالسكري الكثير من السلوك الطبيعي؛ فغالباً ما تكون الجرذان المصابة بالسكري قليلة النشاط وخاملة، وكثيراً ما تظهر حركات محدودة وبطءاً في تنظيف نفسها. ومن النادر ملاحظة وقوفها تجاه غطاء غرفة المراقبة. وبعد بضع دقائق، قد تبقى الجرذان المصابة بالسكري بهدوء في زاوية من الغرفة مع شم المحيط بشكل عارض.
- بمجرد أن يشعر الحيوان المصاب بالسكري بالراحة في غرفة المراقبة، يتم تسخين الصفيحة كما في الخطوة 2.3، وقد يظهر الجرذ المصاب بالسكري سلوكاً دفاعياً ضد الألم (nocifensive behavior) يشمل إما القائمة الخلفية أو الأمامية. يحدث هذا عادةً عند درجات حرارة الصفيحة غير الضارة (مثلاً، <45 °C)، أو بعد ما لا يزيد عن 5 دقائق في الغرفة مع زيادة في درجة الحرارة بمعدل 6 °C/min.
ملاحظة: لا تختلف الاستجابة الدفاعية ضد الألم للجرذ البالغ الشاب المصاب بالسكري عن استجابة الجرذ الطبيعي، ومع ذلك، فإن أدنى درجة حرارة تثير مثل هذا السلوك تكون منخفضة بشكل ملحوظ.
- راجع الخطوة 2.4
- يُعتبر متوسط أكثر من ثلاث عتبات في يوم التجربة، والمعبر عنه بـ °C ± SEM، هو عتبة الحرارة الضارة للحيوان المصاب بالسكري.
ملاحظة: يمكن اتباع نموذج مشابه للنموذج الموضح للجرذان الطبيعية أو المصابة بالسكري لتحديد التأثير الحراري المضاد للألم للمسكنات على عتبات الحرارة.
4. اختبار تسكين الألم
يمكن الحصول بسهولة على الخصائص المضادة للألم للأدوية (على سبيل المثال، المسكنات) بالإضافة إلى تحديد المعلمات الفارماكولوجية مثل الجرعة الفعالة الدنيا باستخدام الخطوات الموضحة أعلاه. ومن المتوقع أن تؤدي الجرعات المناسبة من المسكن الذي يُعطى للجرذان/الفئران إلى زيادة عتبات سحب الذيل (TNTs) لديهم بشكل ملحوظ. وتظهر هذه الحساسية بشكل خاص في الحيوانات التي تعاني من فرط التألم الحراري3. ومع ذلك، ولتجنب التحيز في تفسير النتائج، يجب ألا يعرف الباحثون المشاركون في الملاحظة السلوكية لمجموعة من الحيوانات ما إذا كانت الحيوانات قد عولجت أم لا. علاوة على ذلك، يمكن لباحث آخر تحضير الأدوية التي سيحقنها المراقب وتسميتها A و B و C، وهكذا. ويتم توفير الجرعات في نسخة مطبوعة تسرد الجرعات الفردية لكل حيوان محدد.
اعتماداً على الدواء الذي يتم اختباره، يمكن إعطاء جرعات مختلفة من مسكن محتمل للألم للحيوانات الطبيعية أو المصابة بداء السكري قبل 5-15 دقيقة من الاختبارات السلوكية. يجب تضمين مجموعات ضابطة مناسبة (أي حيوانات متوافقة في العمر تم حقنها بالمذيب وحده و/أو جرذان مصابة بداء السكري بدون PDN) واختبارها باستخدام ظروف متطابقة (على سبيل المثال درجة الحرارة الابتدائية نفسها للصفيحة). كما يمكن اختبار التأثيرات المزمنة للأدوية أيضاً.
5. النتائج التمثيلية
تم تحديد أدنى درجة حرارة للصفيحة تثير ردود فعل دفاعية مؤلمة في أي من القوائم الخلفية للجرذان أو الفئران البالغة الشابة الطبيعية غير المعالجة باتباع الخطوات من 2-1 إلى 2-6. وكما هو موضح في الشكل 1، كانت درجة حرارة عتبة السحب (TNT) للجرذان والفئران البالغة الشابة الطبيعية 47.2 ± 0.2 °C و 47.5 ± 0.5 °C، على التوالي.
لم نلاحظ أي تباين يومي معنوي في قيم TNT للأفراد (الشكل 2A)، كما لم نلاحظ تغييرات معنوية في قيم TNT بين الأفراد من نفس العمر (الشكل 2B). ولم يتم ملاحظة أي اختلافات في TNT تعزى إلى الجنس (غير موضح).
تم تحديد عتبات الألم الحرارية (TNTs) لدى جرذان شابة مصابة بداء السكري المستحث بـ STZ بطريقة مماثلة لتلك المستخدمة مع الجرذان الطبيعية (الخطوات 3.1 إلى 3.3). ومع ذلك، تم ضبط درجة حرارة اللوحة المبدئية عند 15 °C بدلاً من 28 °C. تم تقييم السلوك الدفاعي ضد الألم لدى الجرذان المصابة بداء السكري المستحث بـ STZ ثلاث مرات على الأقل لكل حيوان وبشكل يومي بدءاً من اليوم الحادي عشر بعد حقن STZ. وكما يظهر في الشكل 3، يصبح الانخفاض الملحوظ (p<0.01) في TNT لدى الجرذان المصابة بداء السكري المستحث بـ STZ واضحاً بعد أسبوعين من حقن STZ. وكان متوسط TNT للجرذان المصابة بداء السكري المستحث بـ STZ هو 45.6 ± 0.1 °C (n=16، قيم مجمعة من الأيام 14-23).
اعتُبرت الجرذان المصابة بالسكري التي أظهرت عتبة تحمل حرارية (TNT) أقل بكثير من الجرذان الطبيعية مصابة باعتلال الأعصاب السكري (PDN). استُخدمت هذه الجرذان لاختبار الخصائص الحادة المضادة للألم لمسكن معين (المركب A). تم تحديد قيم TNT في الجرذان الطبيعية والمصابة بالسكري بعد حقنها إما بجرعة واحدة من المركب أو بالناقل وحده قبل الاختبار بخمس دقائق. وكما هو موضح في الشكل 4، أدت جرعة واحدة من المركب حُقنت داخل الصفاق إلى زيادة قيم TNT بشكل ملحوظ لدى الجرذان المصابة بالسكري مقارنة بالجرذان التي عولجت بالناقل وحده (45.6 °C مقابل 47.6 °C، على التوالي). كما لوحظ التأثير المضاد للألم للمركب A في الجرذان الطبيعية؛ وعلى الرغم من كونه ذا دلالة إحصائية (p<0.01)، إلا أنه كان أقل وضوحاً (47.4 °C مقابل 48.0 °C، على التوالي).

الشكل 1. تحديد عتبات استقبال الألم الحراري (TNTs) للجرذان أو الفئران البالغة الشابة السليمة: تم اختبار عتبات استقبال الألم الحراري للجرذان البالغة الشابة (p21-24) أو الفئران (p20-21) في جهاز iHPAM وفقاً للخطوات الموضحة أعلاه. تم اختبار ما مجموعه 12 جرذاً و25 فأراً. أُجريت القياسات على مدار عدة أيام وجُمعت النتائج. عُبر عن النتائج كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط (SEM). كانت أقل وأعلى قيم لـ TNT سُجلت في هذه الجرذان 46.2 °C و48.6 °C على التوالي. وفي حالة الفئران، كانت أعلى وأقل قيم لـ TNT سُجلت 48.8 °C و44.9 °C على التوالي.

الشكل 2. الاعتماد العمري لدرجات الحرارة المتعادلة للتنظيم الحراري (TNTs) في الجرذان والفئران: أ) تم رسم درجات TNT لأربعة جرذان طبيعية (n=4) بعمر 21 يوماً، تم تحديدها ثلاث مرات يومياً على الأقل لمدة 5 أيام. ب) درجات TNT لفئران من نفس البطن تم تحديدها مرة واحدة في الأعمار الموضحة. تمثل الأرقام الموجودة فوق كل نقطة تحديد عدد أفراد البطن المستخدمين.

الشكل 3. تصبح الجرذان المصابة بالسكري مفرطة التحسس للألم بعد 3 أسابيع من ظهور مرض السكري: تم تحديد قيم TNT لستة (n=6) من الجرذان البالغة الشابة المصابة بالسكري والمستحث بواسطة STZ والمتكافئة في العمر يومياً ابتداءً من اليوم الحادي عشر بعد استحثاث السكري. يوضح الرسم المتوسطات اليومية لـ TNT (المتوسط ± SEM). كانت قيم TNT للجرذان المصابة بالسكري المحددة بين اليوم 11 و13 بعد حقن STZ ضمن النطاق الطبيعي (الخط الأحمر). وبعد أسبوعين من حقن STZ، انخفضت قيم TNT بشكل ملحوظ إلى 45.1 ± 0.4 °C، (p<0.05).

الشكل 4. التأثيرات الحادة المضادة لاستقبال الألم للمركب B في الجرذان المصابة بالسكري المستحث بـ STZ. تم اختبار جرذان بالغة طبيعية صغيرة (المجموعة الزرقاء n=12) وجرذان مصابة بالسكري المستحث بـ STZ تعاني من فرط التألم ومطابقة في العمر (المجموعة الخضراء n=6) في اختبار iHPAM بعد الحقن داخل الصفاق بالمادة الحاملة (الأعمدة الداكنة) أو المركب A (الأعمدة الفاتحة). تم توضيح متوسط TNT ± SEM لكل معالجة (الضابطة بالمادة الحاملة أو المعالجة بالمركب A). تشير النجمات إلى وجود فروق ذات دلالة إحصائية (p<0.05).