Summary
Der Kaltpressertest ist eine klassische Stressinduktionsaufgabe, die in einer Vielzahl von Forschungsarbeiten verwendet wird, die den Zusammenhang zwischen Stress und Kognition, Emotion und Verhalten untersuchen. In diesem Artikel wird eine praktische und vielseitige Alternative zum traditionellen Kaltpressertest vorgestellt: die Kaltpressenarmpackung.
Abstract
In letzter Zeit hat die Forschung über die Beziehung zwischen Stress und Kognition, Emotion und Verhalten stark zugenommen. Diese Fortschritte haben Einblicke in wichtige Fragen gebracht, die von der Art des Einflusses von Stress auf die Sucht1 bis hin zur Rolle von Stress in neuronalen Veränderungen im Zusammenhang mit Veränderungen in der Entscheidungsfindung2,3reichen. Mit der Entwicklung der Themen, die von diesem Bereich untersucht werden, müssen sich jedoch auch die angewandten Methoden weiterentwickeln. In diesem Artikel wird eine praktische und effektive Alternative zu einer klassischen Spannungsinduktionstechnik, dem Kaltpressertest (CPT), vorgestellt: die Kaltpressenarmfolie (CPAW). CPT beinhaltet in der Regel das Eintauchen der dominanten Hand eines Teilnehmers in eiskaltes Wasser für einen Zeitraumvon 4. Die Technik ist verbunden mit einer robusten Aktivierung der sympatho-adrenomdullären Achse (SAM) (und Freisetzung von Katecholamine; z.B. Adrenalin und Noradrenalin) und einer leichten bis mäßigen Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA) mit zugehöriger Glukokortikoioid-(z.B. Cortisol) Freisetzung. Obwohl CPT in einer Vielzahl von Studien verwendet wurde, kann es in einigen Forschungsumgebungen unpraktisch sein, sich zu bewerben. Beispielsweise hat die Verwendung von Wasser während und nicht vor der Magnetresonanztomographie (MRT) das Potenzial, empfindliche und teure Geräte zu beschädigen oder die Erfassung von MRT-Signalen zu stören. Der CPAW ist eine praktische und effektive Alternative zum herkömmlichen CPT. CPAW besteht aus einer vielseitigen Liste kostengünstiger und leicht zu erwerbender Komponenten und nutzt MRT-sichere Gelpacs, die auf eine Temperatur gekühlt werden, die CPT und nicht dem tatsächlichen Wasser ähnelt. Wichtig ist, dass CPAW mit SAM- und HPA-Aktivierungsstufen verbunden ist, die mit CPT vergleichbar sind, und kann problemlos in einer Vielzahl von Forschungskontexten angewendet werden. Obwohl es wichtig ist, bestimmte Sicherheitsprotokolle bei der Verwendung der Technik beizubehalten, sind diese bei Bedarf einfach zu implementieren. Die Erstellung und Nutzung des CPAW wird diskutiert.
Introduction
Die Stressexposition ist mit der Aktivierung von zwei stressresponsiven biologischen Systemen verbunden: der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren(HPA) und der sympatho-adrenomedullären (SAM) Achsen5. Wenn Stress von ausreichender Intensität ist, um das homöostatische Gleichgewicht eines Organismus zu stören, löst SAM schnell eine erhöhte Aktivität im sympathischen Zweig des autonomen Nervensystems (ANS) aus. Dies ist verbunden mit der Freisetzung von Katecholaminen(z. B. Adrenalin und Noradrenalin; CA) aus dem Nebennieren-Medulla und sympathischen Nerventerminals. Erhöhte Konzentrationen dieser erregenden Chemikalien sind mit Erhöhungen der Herzfrequenz und des Blutdrucks verbunden, die die klassische "Kampf-oder-Flug"-Antwort charakterisieren6. Obwohl die nachfolgende Aktivierung des parasympathischen ANS diese Erregung schließlich hemmen wird, tragen aufsteigende CA-Neuronen, die mit Hirnstammstrukturen verbunden sind, zu einer langsameren HPA-Aktivierung über den Hypothalamus und schließlich Glukokortikoid(d.h. Cortisol beim Menschen) aus der Nebennierenrinde7. Das Verständnis der Beziehung zwischen der Stressmodalität und der spezifischen Dynamik der Stressreaktion selbst wird entscheidend sein, wenn die Forschung über die Beziehung zwischen Stress und den neuronalen Korrelationen verschiedener psychologischer Prozesse(z. B. Gedächtnis, Lernen und Entscheidungsfindung) voranschreitet.
Für den Einsatz in der Laborforschung wurden mehrere Induktionsaufgaben entwickelt. Im Allgemeinen können diese als systemisch(d. h.eine reflexive Reaktion auf eine direkte Bedrohung des otostatischen Gleichgewichts) oder prozessiv/psychogen (d. h. vor dem Eingreifen der Stressreaktion eine Vorhirnverarbeitung und -bewertung erfordern) eingestuft werden8. Bemerkenswert ist, dass diese beiden unterschiedlichen Spannungsmodalitäten mit unterschiedlichen Mustern der SAM- und HPA-Aktivierung verbunden sind. Der Kaltpressertest (CPT) ist ein gängiges und gut validiertes Mittel zur Induzieren von systemischer Belastung durch Eintauchen der dominanten Hand eines Individuums in Eiswasser (typischerweise zwischen 0-5 °C) für einen Zeitraum von4,9,10. CPT wurde in einer breiten Palette von Forschung enmitiert den Einfluss von Stress auf Gedächtnis11-13, Lernen14, und Entscheidungsfindung15-17. Studien, die CPT als Mittel der Stressinduktion verwenden, haben jedoch zu gemischten Ergebnissen in Bezug auf die Cortisolreaktivität geführt. Insgesamt wurden leichte bis mäßige Cortisolzuwächse nach CPT13,18,19beobachtet, obwohl die SAM-Aktivierung robust und zuverlässig ist4,20. Im Gegensatz dazu wurden prozessive Laborstressoren wie die TrierSocial Stress Task (TSST)21,22, bei der die Teilnehmer eine 5 min Rede halten, gefolgt von 5 min mentaler Arithmetik während der Bewachung und/oder Videoaufzeichnung, mit zwei- bis dreifachen Erhöhungen von Cortisol23in Verbindung gebracht.
Um sowohl die SAM- als auch die HPA-Aktivierung zu maximieren, haben einige Forscher den Ansatz gewählt, CPT mit sozialen Bewertungskomponenten zu kombinieren, die denen im TSST ähneln. So werden die Teilnehmer im sozial bewerteten Kaltpressortest (SECPT) gebeten, einen traditionellen CPT durchzuführen, während sie von einem Experimentator24videoaufgenommen und beobachtet werden. In ähnlicher Weise integriert der Maastricht Erakutstresstest SECPT mit öffentlichen sprechenden und mentalen arithmetischen Komponenten des TSST25. Während diese Ansätze einen bedeutenden Schritt nach vorn in der Stressforschung darstellen, bleibt es wichtig, den spezifischen und potenziell dissoziierbaren Einfluss der SAM- und HPA-Aktivierung auf die neuronalen Korrelate von Verhalten, Kognition und Emotion zu untersuchen. Leider ist CPT, bei dem Esin besteht, oft unpraktisch, in Studien mit Magnetresonanztomographie (MRT) durchzuführen, es sei denn, sie werden vor dem Eintritt in das MRT selbst abgeschlossen. Beispielsweise kann verschüttetes Wasser eine Bedrohung für empfindliche und teure MRT-Geräte(z. B. die Kopfspule) darstellen und das MRT-Signal aufgrund seiner hohen Protonendichte26stören. Daher sind, da die Forschung mit CPT auf den Einsatz in neuroimaging Kontexten ausdehnt, Modifikationen des traditionellen CPT-Verfahrens notwendig. Zu diesem Zweck wird eine Alternative vorgeschlagen - die kaltgepresste Armpackung (CPAW).
Anstatt in eiskaltes Wasser einzutauchen, beinhaltet der CPAW eine Armpackung aus MRT-sicheren Gelpacs, die auf eine Ähnliche wie die herkömmliche CPT abgekühlt sind. Sie kann an Unterarm und Hand eines Teilnehmers befestigt werden und lässt sich auf Wunsch leicht entfernen. Darüber hinaus ist CPAW vielseitig in seiner Zusammensetzung aus einer einfachen Sammlung von gemeinsamen Komponenten. Es ist wichtig zu beachten, dass zusätzliche Sicherheitsbedenken bei der Verwendung von CPAW bestehen, da es potenziell auf eine Temperatur abgekühlt werden kann, die viel niedriger ist als flüssiges Wasser. Diese können jedoch mit minimalem Aufwand seitens des Forschers berücksichtigt werden. Die ordnungsgemäße Lagerung und Verwendung des CPAW wird unter besonderer Berücksichtigung der Sicherheitsprotokolle demonstriert.
Protocol
1. CPAW-Erstellung
Hinweis: Der CPAW ist vielseitig in seinen Komponenten und seiner Konstruktion. Dieses Protokoll stellt zwar den Ansatz des Autors dar, aber alternative Ansätze sind möglich.
- Befestigen Sie zwei bis drei Velcro (jeweils ca. 4 in x 1 in) an jedem der beiden Gelpacs (6 in x 12 Größe) mit Gummizement, gleichmäßig verteilt. 24 Stunden trocknen lassen.
- Erhalten Sie ein Stück dickes Gewebe ca. 12 in x 16 in der Größe, falten in der Hälfte längs. Das Beispiel 6 in x 12 in Gelpacs läuft in der Längsrichtung entlang jeder inneren Hälfte des gefalteten Gewebes.
- Befestigen Sie die komplementäre Seite jedes Velcro Stücks (ab Schritt 1.1) an den Innenseiten des Gewebes, so dass sie die Platzierung der Velcro auf den Gelpacs entsprechen. Gummizement oder Nadel und Faden können verwendet werden. Auf diese Weise können Gelpacs leicht zur Reinigung entfernt und zur Lagerung wieder angebracht werden.
- Erhalten Sie zwei größere Stücke von Velcro (ca. 2 in x 10 in). Separate. Schneiden Sie eine Seite auf etwa ein Viertel ihrer ursprünglichen Größe (und entsorgen Sie den Rest), während Sie die andere Seite bei der ursprünglichen Größe 2 in x 10 halten.
- Befestigen Sie das kleine Stück Velcro an der Vorder- und Rückseite des äußeren Teils des Stoffes auf der gleichen Seite. Schließlich befestigen Sie den längeren Teil des Velcro an den analogen Stellen auf dem äußeren Teil der gegenüberliegenden Seite des Gewebes. Nachdem dies abgeschlossen ist, sollte es möglich sein, den Stoff um den Unterarm und die Hand zu wickeln und ihn mit den Velcro Riemen an Ort und Stelle zu befestigen.
2. CPAW-Verwendungs- und Sicherheitsvorkehrungen
- Informieren Sie die Teilnehmer an Studien, die CPAW verwenden, mehrmals, während der Zustimmung und vor der Verabreichung von CPAW, dass es ihnen freisteht, das Verfahren jederzeit zurückzuziehen und zu beenden. Drei diskrete Auszahlungserklärungen werden empfohlen. Seien Sie außerdem bereit, das Verfahren zu beenden, wenn der Teilnehmer in Bedrängnis gerät.
- Beispiel Lehrtext: "In dieser Studie können wir Sie bitten, an einem Stressverfahren teilzunehmen, bei dem Sie eine Armpackung aus kalten Gelpacs für eine gewisse Zeit auf Ihren Arm legen. Die Verpackung ist so konzipiert, dass sie stressig ist und daher sehr unangenehm ist. Es ist wichtig, dass Sie verstehen, dass es Ihr Recht ist, das Verfahren zu beenden und zu jeder Zeit aus irgendeinem Grund zu experimentieren, unabhängig davon, ob sich die Armpackung derzeit auf Ihrem Arm befindet oder nicht. Um dies einmal im MRT zu tun, können Sie mir verbal sagen, Sie können Ihren Fuß kräftig treten, oder wenn nötig, sie können den Notfall-Squeeze-Ball verwenden, den wir Ihnen geben werden. Verstehen Sie mich? Bist du bereit, weiterzumachen?". Danach wird empfohlen, dass der Teilnehmer vor dem MRT-Scannen mit der Aussage "Denken Sie daran, wir entfernen die Armpackung und beenden das Experiment auf Ihre Anfrage jederzeit" zweimal daran erinnert werden.
- CPAW in einem Gefrierschrank mit einer sorgfältig überwachten Temperatur aufbewahren. Wenn der Gefrierschrank nicht auf eine bestimmte Temperatur(z. B. zwischen 0-5 °C) eingestellt werden kann und unter 0 °C liegt, lassen Sie CPAW nach dem Entfernen aus der Lagerung Zeit, damit sich CPAW auf eine sichere Temperatur (nicht weniger als 0 °C) erwärmen kann. Andernfalls besteht das Potenzial für einen Teilnehmer, einen Kalten Brand zu erleben.
- Bevor Sie CPAW verwenden, bedecken Sie die Gelpacs mit einer Schicht aus Kunststoffplatten, um direkten Kontakt zwischen Gelpacs und der Haut des Teilnehmers zu vermeiden. Messen Sie die Oberflächentemperatur jedes Gelpacs (bedeckt durch die Kunststofffolie) mit einem Infrarotthermometer an zwei bis drei Stellen entlang seiner Länge, um eine sichere Temperatur zu gewährleisten. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, lassen Sie zusätzliche Zeit vergehen und messen Sie erneut.
- Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, wickeln Sie CPAW um den Unterarm der Teilnehmer und befestigen Sie es mit den oben genannten Velcro Riemen. Lassen Sie CPAW für den gewünschten Zeitraum an Ort und Stelle (2 min wird empfohlen). Entfernen Sie es sofort auf Anfrage des Teilnehmers oder nach Ablauf dieser Zeit.
Representative Results
CPAW wurde in einer zuvor veröffentlichten Studie verwendet, die den Einfluss akuter Belastung auf die neuronale Belohnungsverarbeitung untersuchte, während die Teilnehmer einem funktionellen MRT-Scannen unterzogen wurden27. 32 Teilnehmer (16 Frauen, 16 Männer; Durchschnittsalter = 23,41 Jahre, SD-Jahre = 4,07) wurden nach dem Zufallsprinzip einer CPAW- oder keiner Stresskontrollgruppe (eine Armpackung bestehend aus Handtüchern bei Raumtemperatur) zugeordnet. Zu Beginn des Protokolls wurde eine Basis-Speicheldrüsen-Cortisolprobe erworben, gefolgt von einer CPAW-Anwendung (oder keine Spannungskontrolle) für 2 min, nach der eine 10 min Verhaltensaufgabe durchgeführt wurde. Nach der ersten Verhaltensaufgabe wiederholte sich dieses Muster - es wurde eine zweite Speichelprobe erfasst, gefolgt von CPAW (oder keine Spannungskontrolle) für 2 min und einer zweiten 10 min Verhaltensaufgabe. Nach der zweiten Verhaltensaufgabe wurde eine dritte Speichelprobe erworben. In einem postexperimentellen Fragebogen wurden die Teilnehmer gebeten, subjektive Bewertungen von wahrgenommenem Stress zu berichten, einschließlich wie sich die Armpackung (gut bis schlecht) anfühlte und wie stressig die Erfahrung (hoch bis niedrig) auf einer 7-Punkte-Likert-Skala war.
Im Vergleich zur No-Stress-Gruppe gaben Teilnehmer, die CPAW erlebten, die Armpackung als deutlich stressiger, t(30) = 3,46, p< 0,01, d = 1,22 und als deutlich schlechteres Gefühl, t(30) = 4,42, p< 0,001, d = 1,56. Drei Teilnehmer wurden von der Speicheldrüsenkortisolanalyse ausgeschlossen, einer aufgrund beschädigter Proben und zwei aufgrund der Unfähigkeit, Proben während des Experiments zu sammeln. So wurden an 29 der 32 Teilnehmer abschließende Cortisolanalysen durchgeführt (13 keine Spannungskontrolle, 16 CPAW). Die Fläche unter der Kurve in Bezug auf die Erhöhung (AUCI) wurde nach der trapezförmigen Methode für beide Gruppen berechnet (siehe Tabelle 1 für mittleres Speichelkortisol jeder Probe nach Versuchsgruppe in nmol/L)28. Ein einseitiger unabhängiger t-Test zwischen der No-Stress-Kontrolle und der CPAW-Gruppe AUCI zeigte einen signifikanten Anstieg des Speicheldrüsenkortisols für die CPAW-Gruppe, t(27) = 1,78, p< 0,05, d = 0,69 (siehe Abbildung 1). Nur zwei Teilnehmer zeigten eine Kopfbewegung über einem Voxel(d.h.3 mm), aber beide befanden sich in der No-Stress-Gruppe. Keine Teilnehmer zogen sich wegen CPAW-Exposition von der Studie zurück. Die vorläufige Analyse eines zusätzlichen Datensatzes bietet eine konvergente Unterstützung für die Wirksamkeit von CPAW in Bezug auf die SAM-Aktivierung(d. h. Hautleitfähigkeit)29. 28 Teilnehmer (14 Frauen, 14 Männer; Durchschnittsalter = 21,18 Jahre, SD-Jahre = 2,97) führten 2 min lang eine Armpackung ohne Stresskontrolle (wie oben) durch, gefolgt von einer 15 min Verhaltensaufgabe. Danach führten sie die CPAW für 2 min durch, gefolgt von einer zweiten 15 min Verhaltensaufgabe (alle innerhalb der Probanden). Die Hautleitfähigkeitsstufen (SCL) wurden während jeder Armwickelbelichtung (keine Spannungskontrolle dann CPAW) mit einem BIOPAC-Modul gemessen und mit der AcqKnowledge-Software analysiert. Die durchschnittliche SCL-Wellenform jeder 2 min Armumhlung wurde berechnet (in microsiemens, s) und normalisiert mit einer Quadratwurzeltransformation30. Ein gepaarter t-Test zeigte eine signifikant erhöhte SCL während der CPAW-Exposition über der No-Stress-Kontrolle, t(27) = 5,49, p< .001, d = 0,65(siehe Abbildung 2 ).
Tabelle 1. Mittlere Speicheldrüsenkortisolspiegel in nmol/L bei der Baseline, nach Tasklauf 1 und nach Tasklauf 2 für CPAW und ohne Spannungskontrollgruppen (Mean ± SEM). Angepasst von Porcelli et al. 27 mit Genehmigung. Klicken Sie hier, um ein größeres Bild anzuzeigen.
Abbildung 1. Speicheldrüsenkortisolbereich unter der Kurve in Bezug auf die Erhöhung (AUCI) für CPAW und keine Stresskontrollgruppen. NegativeAUC-I-Werte, die auf einen Nettorückgang des Speicheldrüsenkortisols hindeuten, wurden als "Index des Rückgangs" beibehalten28. Angepasst von Porcelli et al. 27 mit Genehmigung. Klicken Sie hier, um ein größeres Bild anzuzeigen.
Abbildung 2. Quadratwurzel transformiert mittlere Hautleitfähigkeit (in Mikrosiemens; s) während CPAW oder keine Stresskontrolle Armwickeln. Klicken Sie hier, um ein größeres Bild anzuzeigen.
Discussion
In diesem Artikel wurde eine Alternative zum traditionellen Kaltpressertest demonstriert - die Kaltpressenarmpackung. CPAW ist ein Verfahren, das psychophysiologische und neuroendokrine Stressreaktionen produziert, die mit dem CPT vergleichbar sind. Insbesondere wurden robuste Erhöhungen der SAM-Aktivierung(d.h.sympathische ANS) und leichte bis mäßige Zunahmen der HPA-Aktivität(d.h.Cortisol) beobachtet. CPAW kann aus einer Reihe von häufig gefundenen Komponenten erstellt werden und dient als praktikable Alternative zum traditionellen (wasserbasierten) CPT. Ein weiterer Vorteil von CPAW ist, dass es leicht in Forschungskontexten eingesetzt werden kann, in denen es unpraktisch, sogar nicht machbar sein könnte, CPT(z.B. MRT) zu verwenden.
Wie bereits erwähnt, erfordert CPAW zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen, die über die mit CPT verbundenen hinausgehen. Ausschlusskriterien (weitgehend von CPT geteilt) sollten umfassen: kalte Urtikaria, Reynaud-Krankheit, Aneurysmus, Schwangerschaft, Geschichte von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, chronische rheumatologische Erkrankungen und unbehandelte Blutdruckanomalien. Da CPAW potenziell auf unsichere Temperaturen unterhalb der von flüssigem Wasser gekühlt werden kann, ist eine strenge Temperaturmessung vor der Anwendung entscheidend, um das Risiko von Verletzungen der Teilnehmer zu vermeiden. Da das Gerät physisch am Arm des Teilnehmers befestigt ist, ist es wichtig, dass an mehreren Stellen klargestellt wird, dass er das Verfahren jederzeit auf wunsch beenden kann. Darüber hinaus muss der Experimentator bereit sein, das Verfahren zu beenden, wenn der Teilnehmer in Bedrängnis gerät. Daher erfordert das Verfahren, dass der Forscher an mehreren Fronten wachsam ist.
Bei der Verwendung von CPAW gibt es mehrere Einschränkungen. Beispielsweise kann im Rahmen von MRT-Studien eine Kurzbohrungs-MRT erforderlich sein, da die Befestigung von CPAW an einem Teilnehmerarm bei einem langbohrbaren MRT möglicherweise nicht möglich ist. Die Anpassung von CPAW für den Einsatz auf einem Fuß oder Bein ist machbar und mit einem Langbohr-Setup kompatibel. Die Titration der CPAW-Temperatur auf eine hochpräzise Temperatur ist ebenfalls schwierig. Untersuchungen zeigen, dass Abweichungen von sogar 2 °C mit Abweichungen in der Toleranzzeit und Schmerzwerten31verbunden sind. Um dies zu vermeiden, wird die Verwendung eines Gefrierschranks empfohlen, der auf eine bestimmte Temperatur gekühlt werden kann. Darüber hinaus wird empfohlen, eine zweite CPAW zur Verfügung zu haben, wenn das Gerät mehrmals in enger Folge eingesetzt wird (um zu vermeiden, dass es über die gewünschte Temperatur erwärmt wird). Obwohl in den repräsentativen Ergebnissen CPAW-Einsatz nicht mit Erhöhungen der Kopfbewegung verbunden war, sollten Forscher besonders auf Die Kopfbewegung in der fMRI-Einstellung achten - vor allem, wenn CPAW während (und nicht vor) fMRI-Scanning angewendet wird. Während subjektive Stressbewertungen, HPA und SAM-Aktivierung darauf hindeuten, dass CPAW ein effektiver Stressor ist, der mit dem herkömmlichen CPT vergleichbar ist, sollte sich die zukünftige Forschung auf einen sorgfältigen Vergleich des Umfangs der HPA- und SAM-Aktivität mit dem, das durch die traditionelle CPT sowie andere physiologische Indizes(z. B. Herzfrequenz und Blutdruck) hervorgerufen wird, konzentrieren.
Disclosures
Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.
Acknowledgments
Vielen Dank an Mauricio R. Delgado, Stephanie R. Potts und William T. McCuddy. Die Erfassung der repräsentativen Daten wurde durch Fördermittel des National Institute on Drug Abuse an MRD (R01DA027764) unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 Cryo-Max Cold Packs (6 in x 12 in) | Modular Thermal Technologies | n/a | This is an example gelpac – others of a similar size would serve as well. |
| Infrared Thermometer | Fisher Scientific | 02-401-1 | |
| Biopac MP150 Data Acquisition System | Biopac Systems, Inc. | MP150 | |
| Biopac GSR EDA Galvanic Skin Response Amplifier | Biopac Systems, Inc. | GSR100C | |
| 2 Biopac Unshielded Leads | Biopac Systems, Inc. | LEAD110A | |
| 2 Biopac disposable Electrodermal Electrodes | Biopac Systems, Inc. | EL507 | |
| Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit | Salimetrics, LLC. | I-3002 | If assaying will not be conducted in-house, only collection supplies below are needed. |
| Salimetrics Oral Swab | Salimetrics, LLC. | 5001.02 | |
| Swab Storage Tube | Salimetrics, LLC. | 5001.05 |
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