Methodenartikel

Messung von Kiefergelenksschmerzen mittels Bite Force und von Frey Filament Assays bei Mäusen

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DOI:

10.3791/67203

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13. September 2024

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1Center for Craniofacial Molecular Biology, University of Southern California, Los Angeles, 2Department of Masticatory Science, Faculty of Dentistry, Mahidol University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt, wie die Messung der Bisskraft und der Kopfrückzugsschwelle das Schmerzverhalten bei vollständig Freund's Adjuvans (CFA)-induzierten entzündlichen Schmerzen im Kiefergelenk (TMJ) erfassen kann.

Zusammenfassung

Schmerzen im Kiefergelenk (TMJ) und Osteoarthritis (OA) sind häufige und schwächende Erkrankungen, die die Lebensqualität der Patienten beeinträchtigen. Die Mechanismen, die krankheitsbedingte Schmerzen verursachen, sind nur unzureichend verstanden, und die derzeitigen Behandlungen bieten keine wirksamen und langfristigen therapeutischen Effekte. Darüber hinaus stellt die Schmerzbeurteilung in der Forschung, insbesondere bei orofazialen Schmerzen, mehrere Herausforderungen dar, die Studien sowohl im klinischen als auch im grundlagenwissenschaftlichen Umfeld erschweren. Daher haben wir ein inflammatorisches Kiefergelenk-Schmerzmausmodell mittels intraartikulärer Injektion von CFA (Complete Freund's Adjuvans) etabliert und das Schmerzverhalten mittels Bisskraftmessung und dem von Frey-Filamenttest ausgewertet. Mäuse mit CFA-Injektion zeigten im Vergleich zur PBS-Injektion ein orofaziales Schmerzverhalten, einschließlich einer reduzierten Beißkraft und Kopfrückzugsschwelle im von-Frey-Filamenttest. Diese Methoden sind relativ einfach durchzuführen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, und können möglicherweise auf Schmerzstudien für andere Krankheitsmodelle im Zusammenhang mit Kiefergelenkserkrankungen ausgeweitet werden. Zusammen sind die Beißkraft und die von-Frey-Filamenttests zuverlässig bei der Messung von orofazialen Schmerzen, wie in CFA-Injektions-induzierten schmerzhaften TMJOA-Mausmodellen gezeigt wurde.

Einleitung

Kiefergelenkserkrankungen (CMD) beziehen sich auf Schmerzen und Funktionsstörungen von muskuloskelettalen und neuromuskulären Strukturen, die die Kiefergelenke (TMJ), die Kaumuskulatur und die damit verbundenen Strukturen betreffen. Das Kiefergelenk ist das am häufigsten benutzte Synovialgelenk im täglichen Leben. Etwa 80% der CMD-Patienten zeigen Anzeichen und Symptome von Kiefergelenkserkrankungen, die ihre Lebensqualität erheblich beeinträchtigen können1,2,3. Darüber hinaus ist die Kiefergelenksarthrose (TMJOA) ein wichtiger Subtyp der CMD und wird als fortschreitende degenerative Gelenkerkrankung definiert. Patienten mit TMJOA stellen sich häufig mit Gelenkschmerzen vor. Schmerzhaftes Kiefergelenk ist einer der Hauptgründe für Patienten, sich behandeln zu lassen4,5. Es besteht jedoch ein ungedeckter medizinischer Bedarf an wirksameren Behandlungen zur Linderung schmerzhafter Kiefergelenke. Das Verständnis der schmerzhaften Kiefergelenkserkrankung ist entscheidend für die Entwicklung von krankheitsmodifizierenden OA-Medikamenten (DMOADs).

Da es schwierig ist, klinische Proben von Patienten mit TMJOA-Schmerzen zu erhalten, sind Tiermodelle zu unverzichtbaren Werkzeugen für die Untersuchung von TMJOA-Pathologien geworden6,7. Die Integration der Bewertung des Schmerzverhaltens kann wertvolle Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen und potenzielle neue therapeutische Interventionen liefern. Die Schmerzmessung in Tiermodellen ist aufgrund der subjektiven Natur der Schmerzwahrnehmung und -ausprägung bei nicht-menschlichen Probanden eine Herausforderung6,8. Relativ wenige Studien haben Schmerzverhaltenstests bei Kiefergelenken im Vergleich zu nicht-kraniofazialen Gelenken verwendet. Daher ist es wichtig, Methoden zur Beurteilung des Schmerzverhaltens zu definieren, um das Schmerzerleben in Tiermodellen von TMJOA zuverlässig zu erfassen.

In diesem Artikel haben wir zwei unterschiedliche Methoden zur Bewertung von Schmerzen in Mausmodellen von TMJOA illustriert: die Beißkraftmessung und den von-Frey-Filamenttest. Die Koordination von Kiefer und Muskeln ist für die Kaufunktion unerlässlich, und Schmerzen, die mit der Kiefergelenk- und Muskelfunktion verbunden sind, können die Bisskraft bei CMD-Patienten verringern3,9. So kann das schmerzbezogene Verhalten sekundär zur Kaufunktion mit Hilfe der Bisskraftmessung beurteilt werden, die die Kiefergelenksfunktion in Bezug auf Gelenkschmerzen effektiv widerspiegelt. Darüber hinaus misst der von-Frey-Filamenttest die Schwelle zum Entzug des Kopfes, um die mechanische Empfindlichkeit zu beurteilen. Bei dieser Methode werden von Frey-Filamente mit zunehmender Kraft auf die Haut von Mäusen aufgebracht, bis eine Entzugsreaktion beobachtet wird. Die Kraft, die die Kopfrückzugsreaktion auslöst, wird als Kopfrückzugsschwelle aufgezeichnet. Diese Technik wird häufig zur Beurteilung mechanischer Allodynie verwendet, da sie auf eine periphere Nozizeptorsensibilisierung hinweist, die mit orofazialen Schmerzen einhergeht8,10,11.

Obwohl frühere Studien diese Methoden zur Messung des Schmerzverhaltens verwendet haben, hat keine detaillierte Protokolle für die direkte Implementierung bereitgestellt oder diese Methoden kombiniert, um Kiefergelenkschmerzen zu bewerten, die durch intraartikuläre Injektion von CFA induziert werden12,13,14,15. Daher werden diese Methoden entwickelt und validiert, um ihre Sensitivität und Reproduzierbarkeit bei der Messung der Schwere und des Fortschreitens von Schmerzen zu demonstrieren. Diese beiden komplementären Ansätze bieten eine Kreuzvalidierung für die Bewertung des Schmerzverhaltens. Wichtig ist, dass die Schmerzverhaltensergebnisse dieser Techniken mit den histologischen und pathologischen Merkmalen bei schmerzhaften TMJOA-Mäusen korrelieren können14,16. Darüber hinaus liefert die Messung der Bisskraft wertvolle Daten zur Bewertung der Kieferfunktion, während der von-Frey-Test die mechanische Nozizeption misst8. Daher können diese Protokolle angewendet werden, um das Schmerzverhalten bei verschiedenen orofazialen Schmerzzuständen zu beurteilen, einschließlich odontogener Schmerzen, Kiefergelenkschmerzen, Muskelschmerzen und neuropathischer Schmerzen.

Protokoll

Alle Tierverfahren wurden vom University of Southern California Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigt. In dieser Studie wurden acht Wochen alte weibliche C57BL/6-Mäuse mit einem Körpergewicht zwischen 19 und 20 g verwendet. Die Mäuse wurden in Standardkäfigen unter Umgebungsbedingungen mit regulierter Luftfeuchtigkeit und 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklen untergebracht. Die verwendeten Reagenzien und Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Intraartikuläre CFA-Injektion zur Induktion von TMJOA

  1. Betäuben Sie die Mäuse mit Isofluran mit 3 % Isofluran zur Induktion und 1 % -2 % zur Erhaltungstherapie (gemäß institutionell genehmigten Protokollen). Verwenden Sie während des gesamten Eingriffs einen Nasenkonus, um die Narkose aufrechtzuerhalten. Führen Sie eine Zehenkneifung durch, um eine ausreichende Anästhesietiefe zu überprüfen.
  2. Überwachen Sie die Atmung der Mäuse genau, um den korrekten Atemstatus sicherzustellen und gleichzeitig die Exposition gegenüber der Anästhesie zu minimieren. Tragen Sie Augengel auf, um die Augen während des Eingriffs zu schützen.
    HINWEIS: Die Mäuse konnten keine Analgesie für postoperative Schmerzen erhalten, um präventive analgetische Wirkungen auf die Entwicklung von orofazialen Schmerzen und die Messung des Schmerzverhaltens zu vermeiden.
  3. Bereiten Sie eine sterile Insulinspritze oder eine 31-g-Nadel für die Injektion von Complete Freund's Adjuvans (CFA) 5 mg/ml in das Kiefergelenk vor, indem Sie die Nadel mit einer Schleuse aus sterilem Polyethylenschlauch abdecken, so dass nur 2 mm der Nadelspitze hervorstehen, um ein zu tiefes Einführen zu verhindern.
  4. Entfernen Sie die Haare und desinfizieren Sie den präaurikulären Bereich mit Povidon-Jod und 70% Alkohol nach der Narkose.
  5. Identifizieren Sie den Jochbogen, indem Sie ihn abtasten, um die Injektionsstelle des Kiefergelenks zu lokalisieren.
    HINWEIS: Am hinteren Ende des Jochbogens befindet sich etwa 2 mm vor dem Gehörgang ein eingedrückter Bereich. Die Injektionsstelle des Kiefergelenks befindet sich um diesen Bereich herum und sollte nicht über die imaginäre Linie hinausgehen, die von der Höhe des Auges zum Gehörgang gezogen wird (Abbildung 1A,B).
  6. Führen Sie die Nadel in die Injektionsstelle ein, die sich unter dem hinteren Ende des Jochbogens befindet. Die Spitze der Nadel sollte den Knochen in einer Tiefe von 2 mm berühren (Abbildung 1A,E).
  7. Injizieren Sie langsam 10 μl CFA in die Kiefergelenkkapsel und warten Sie mindestens 5 s, bevor Sie die Nadel allmählich zurückziehen. Injizieren Sie die gleiche Menge PBS in das Kiefergelenk bei den Kontrollmäusen nach dem gleichen Verfahren.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 1.4-1.8 und injizieren Sie CFA in das gegenüberliegende Kiefergelenk. Beobachten Sie die Mäuse auf dem Wärmekissen, bis sie sich vollständig erholt haben.
    HINWEIS: CFA ist eine Wasser-in-Öl-Emulsion, die relativ viskos ist, daher sollten die CFA-Injektion und das Herausziehen der Nadel langsam erfolgen, um ein Austreten von CFA während der Injektion zu vermeiden. Um die Präzision der Injektion zu gewährleisten, üben Sie die Injektion durch Verabreichung von 5 μl schnellem grünem Farbstoff, gefolgt von einem Präparieren des Kaumuskels, um die Injektionsgenauigkeit zu überprüfen (Abbildung 1D,E). Nach der Injektion diffundiert der schnelle grüne Farbstoff schnell, so dass die verwendete Menge reduziert werden muss. Diese Reduzierung verbessert nicht nur die Einspritzgenauigkeit, sondern verhindert auch eine unerwünschte Diffusion in benachbarte Bereiche. Die Menge und Konzentration von CFA, die zur Induktion von TMJOA bei Mäusen verabreicht wurde, wurden auf der Grundlage des in früheren Studien festgelegten Protokolls bestimmt16,17.

2. Messung der Bisskraft

  1. Akklimatisieren Sie die Mäuse an die Testumgebung, indem Sie das Röhrchen, das so konzipiert ist, dass sie vor dem Test mindestens 1 Stunde lang im Verhaltensraum im Mauskäfig fixiert werden.
  2. Notieren Sie die Basismessung der Bisskraft, bevor Sie beginnen, eine Entzündung auszulösen. Trainieren Sie die Mäuse vor der CFA- oder PBS-Injektion 3 Tage lang in der Testumgebung. Notieren Sie die Durchschnittswerte als Basiswerte für das Training.
  3. Schalten Sie die kompatible Software ein, um die Bisskraft mit einem Bisskraftaufnehmer zu messen, der mit dem Programm auf dem Computer verbunden ist (Abbildung 2A,B).
    1. Öffnen Sie das NBIT RSD-V2.6.3-Programm, um den Oszillographen anzuzeigen (Abbildung 2C).
    2. Wählen Sie die richtigen Kommunikationsoptionen wie folgt aus: Beaufsichtigter Modus: UDP (Abbildung 2E). Wählen Sie die entsprechende lokale IP aus und suchen Sie nach Geräte-IP und -Port, indem Sie auf Suchen klicken. Die Ziel-IP und der Zielport werden angezeigt, klicken Sie dann auf Öffnen.
    3. Stellen Sie die Y-Achse ein, indem Sie auf 10 im Bereich Y klicken. Klicken Sie dann auf Set (Abbildung 2F) . Klicken Sie auf Akquise.
    4. Wählen Sie nur Kanal 1 (Ch1) für das blaue Diagramm aus, und schalten Sie andere Kanäle aus, die nicht mit dem Gerät verbunden sind (Abbildung 2D).
    5. Klicken Sie auf Play, um die Aufzeichnung der Bisskraft zu starten (Abbildung 2F).
      HINWEIS: Bevor Sie auf "Wiedergabe" klicken, um die Aufnahme zu starten, sollte sich die Maus bereits in der Spritze befinden und bereit sein, die Bisskraft aufzuzeichnen, um eine genaue Aufnahmezeit zu erhalten.
  4. Legen Sie die Maus in ein 50-ml-Kunststoffröhrchen, das so modifiziert wurde, dass es die Maus locker festhält. Eine breite Öffnung an einer Seite ist speziell dafür konzipiert, dass sich der Kopf der Maus bequem bewegen kann.
  5. Bewegen Sie die Bissplatte in Richtung Maul.
    HINWEIS: Die Mäuse beginnen automatisch zu beißen, sobald die Bissplatte ihren Mund berührt. Es kann jedoch etwa 30 s dauern, bis die Mäuse im ersten Training zu beißen beginnen. Nach dem Training sollten die Mäuse innerhalb von 10 s zu beißen beginnen. Wenn die Mäuse nicht innerhalb von 10 s nach dem dritten Trainingstag zu beißen beginnen, werden sie vom Versuch ausgeschlossen. Daher ist es wichtig, die Mäuse so zu trainieren, dass sie sich mit der Testumgebung vertraut machen.
  6. Zeichnen Sie das freiwillige Beißen 2 Minuten pro Sitzung auf. Klicken Sie dann auf Pause, um die Aufnahme zu stoppen, und klicken Sie auf Speichern (Abbildung 2E). Die Ergebnisse der Bisskrafterfassung werden automatisch in eine Excel-Datei exportiert (Zusatzdatei 1).
    HINWEIS: In der Excel-Datei (Ergänzungsdatei 1) stellen die Daten in der linken Spalte die Zeit bei der Aufzeichnung dar. Die zweite Spalte von links ist die Amplitude der Bisskraft zu jedem Zeitpunkt.
  7. Ordnen Sie die Daten in der zweiten Spalte der Excel-Datei vom Maximum zum Minimum. Wählen Sie die oberen fünf der Bisskraftamplitude für die weitere Analyse aus.
    HINWEIS: Die oberen fünf Amplituden sollten zu unterschiedlichen Zeitpunkten liegen, z. B. alle 20 s oder 1000 der Aufnahmezeit, um zu verhindern, dass die Daten aus demselben Beißereignis ausgewählt werden.
  8. Notieren Sie den Wert von Ch1 (Abbildung 2D) aus dem Programm und subtrahieren oder addieren Sie zu den oberen fünf Werten der Bisskraftamplitude, um die relativen Werte der Bisskraft aus diesem Assay zu erhalten. Nehmen Sie dann einen Durchschnitt dieser fünf Werte, um die durchschnittliche relative Bisskraft für eine Maus zu erhalten.
  9. Wiederholen Sie die Schritte 2.3.5-2.8, um die Bisskraft für die nächste Maus aufzuzeichnen.
    HINWEIS: Um die Beißkraft beim Fortschreiten der Kiefergelenkschmerzen zu beurteilen, werden die Werte der relativen Bisskraft während des Grundlagentrainings aufgezeichnet und zu verschiedenen Zeitpunkten (z. B. Tag 1, 3., 5., 7. und Tag 12) nach der CFA-Injektion gemessen.

3. Messung der Kopfentnahmeschwelle

  1. Stellen Sie einen Drahtgitterkäfig in den Mäusekäfig und gewöhnen Sie die Mäuse vor den Testverfahren mindestens 1 h lang in einem Verhaltensraum.
  2. Trainieren Sie die Mäuse in der Testumgebung und zeichnen Sie die Ausgangsschwelle für die Kopfentnahme 3 Tage vor der CFA- oder PBS-Injektion auf.
  3. Schalten Sie die elektronische von-Frey-Testmaschine ein, um die Kopfentnahmeschwelle zu messen (Abbildung 3A,B).
    1. Drücken Sie MAX und stellen Sie dann die Einheit auf 500 g ein, was eine willkürliche Einheit ist, die von der Maschine eingestellt wird.
    2. Stellen Sie Null ein, um die Aufnahme zu starten. Der Wert der Kraft auf dem Bildschirm sollte bei Null liegen (Abbildung 3C,D).
  4. Setzen Sie die Mäuse in den Drahtgitterkäfig (Abbildung 3B). Tragen Sie das von-Frey-Filament senkrecht auf den Kiefergelenksbereich auf.
    HINWEIS: Der Prüfbereich befindet sich auf Höhe der Verbindung zwischen den Augen und dem Gehörgang, ca. 2 mm vor dem Gehörgang. Die Kopfrückzugsschwelle ist definiert als die minimale Kraft aus dem von-Frey-Filament, die einen Rückzugsreflex auslösen kann.
  5. Notieren Sie als ersten Test den Wert der vom Filament ausgeübten Kraft oder die Reizintensität (g), die die Reaktionen auslöst (Abbildung 3E).
  6. Stellen Sie den Wert der Kraft auf dem Bildschirm auf Null und warten Sie 10 s, während sich die Maus noch im Käfig befindet.
  7. Beginnen Sie erneut mit dem Auftragen des Filaments und notieren Sie den Wert.
  8. Wiederholen Sie die Messung (Schritte 3.5-3.7) und zeichnen Sie mindestens fünf Tests für jede Maus im Abstand von 10 s auf.
  9. Nehmen Sie einen Durchschnitt dieser fünf Werte. Der Durchschnittswert wird als Schwellenwert für die Kopfentnahme von einer Maus betrachtet.
    HINWEIS: Die Von-Frey-Filamentmessung wird 5 Mal für eine Maus durchgeführt. Wenn es eine robuste Abweichung gibt, kann die Messung bis zu 8 Mal wiederholt werden, ohne dass es zu nennenswerten Verletzungen kommt. Zuerst kann entweder die Bisskraft oder der von-Frey-Test starten. Es gibt keinen signifikanten Unterschied in Bezug darauf, welcher Test zuerst startet, basierend auf unseren Erfahrungen. Es sollte jedoch während des gesamten Experiments konsistent sein. Die Intervallzeit zwischen Bisskraft und von Frey beträgt mindestens 30 min. Nach dem ersten Assay wurden die Mäuse wieder in den Käfig gesetzt. Lassen Sie sie 30 Minuten ruhen und beginnen Sie mit dem zweiten Assay.

Ergebnisse

Schmerzen bei entzündlich induzierter TMG-OA werden durch Injektion von CFA in das TMG ausgelöst. Da die linken und rechten TMG während der Kieferbewegung koordiniert sein müssen, wird CFA in beide Gelenke injiziert, um den TMG-Schmerz zu bewerten. Die Sham-Gruppe erhält als Kontrolle Injektionen von PBS. Mittelwert ± SEM und der Student's t-test werden zur statistischen Analyse der Unterschiede im Schmerzverhalten zwischen den CFA- und Sham-Gruppen verwendet.

Messungen der Bisskraft und der Kopfzurückzugschwelle werden verwendet, um zu untersuchen, ob Mäuse Schmerzen im Kiefergelenk (TMJ) verspüren. Mäuse, die mit CFA behandelt wurden, wiesen am ersten Tag nach der CFA-Injektion signifikante Abnahmen sowohl der Bisskraft als auch der Kopfzurückzugschwellen im Vergleich zu ihren Ausgangswerten auf, wobei allmähliche Zunahmen zu späteren Zeitpunkten beobachtet wurden. Im Gegensatz dazu zeigte die Kontrollgruppe, die mit PBS injiziert wurde, keine signifikanten Veränderungen der Bisskraft oder der Reaktionen auf die von-Frey-Faden-Tests im Vergleich zu den Ausgangswerten aus dem Baseline-Training (Abbildung 4A-D). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Mäuse, die CFA-Injektionen erhielten, Schmerzen im Kiefergelenk mit mechanischer Allodynie und eingeschränkter kaufunktioneller Leistungsfähigkeit erlebten.

Schemazeichnungen zur Ratten-Schädel-Dissektion; Jochbogen, Musculus masseter, Gehörgang; anatomische Studie.
Abbildung 1: Intraartikuläre Injektion am Kiefergelenk (TMJ) im Mausmodell. (A) Die Maus wurde mittels Isofluran über eine Nasenmaske anästhesiert. Die gelbe Linie zeigt die gedachte Linie vom Augenniveau zum Gehörgang. (B) Anatomische Orientierungspunkte für die Injektion. Die schwarze gestrichelte Linie markiert den Jochbogen, der durch die Haut ertastet werden kann. Die Eindringstelle für die Injektion ist mit einer roten Markierung gekennzeichnet. (C) Der Kondylenkopf des Kiefergelenks (TMJ) wird sichtbar, nachdem der Musculus masseter entfernt wurde. (D,E) Schnellgrüne Farbe wurde injiziert, um den Kondylenkopf des Kiefergelenks (TMJ) sichtbar zu machen. Maßstabsbalken: 1 mm. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Aufbau der Spektroskopie mit Computer-Schnittstelle, Signaldatengrafik und Analyseoptionen für Emissionsstudien.
Abbildung 2: Aufzeichnung der Bisskraftmessung. (A,B) Bisskraftmessgerät und der Computer zur Aufzeichnung der Bisskraft. (C) Die Amplitude der Bisskraftaufzeichnung während der Bisskraftmessung. (D-F) Parameter im Programm zur Aufzeichnung der Bisskraft. (D'-F') Vergrößerungen der jeweiligen Parameterabschnitte. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Aufbau zur Schmerzmessung; Von-Frey-Faden, digitale Kraftmessanzeige; statische Gleichgewichtsanalyse.
Abbildung 3: Elektronisches Von-Frey-Analgesiometer. (A,B) Von-Frey-Faden-Instrumente. (C) Der Bildschirm, der nach dem Einschalten des Geräts erscheint. (D) Stellen Sie das Gerät auf Null, um die Aufzeichnung zu beginnen. (E) Die Kraftmenge, die von Von-Frey ausgeübt wird, um eine Kopfzurückziehreaktion auszulösen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Bisskraft-, Rückzugs-Schwellenwert-Analysegraphen nach CFA-, PBS-Injektion; vergleichende Zeitpunktergebnisse.
Abbildung 4: Bewertung des Schmerzverhaltens bei CFA-induzierter entzündlicher TMJOA im Vergleich zur PBS-Kontrollgruppe. (A,B) Messung der Bisskraft und prozentuale Veränderung der Bisskraftwerte im Vergleich zum Ausgangswert. (C,D) Messung der Kopfrückzugs-Schwelle mittels von-Frey-Faden-Test und prozentuale Veränderung der Kopfrückzugs-Schwelle im Vergleich zum Ausgangswert. Die Werte stellen den Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dar, Student’s t-Test. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. n = 6 Mäuse für die PBS-Gruppe, n = 8 Mäuse für die CFA-Gruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Zusatzdatei 1: Messung und Analyse der Bisskraft. Spalte A gibt den Zeitpunkt jedes Bissereignisses an, während Spalte B die Amplitude oder den Wert der Bisskraft aufzeichnet. Diese Tabelle zeigt Daten, die nach dem maximalen absoluten Wert der Bisskraft geordnet sind. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Diskussion

Eine entzündungsinduzierte TMJOA bei Mäusen dient als Tiermodell zur Untersuchung von Schmerzmechanismen bei TMJOA, da die intraartikuläre CFA-Injektion Schmerzen und Entzündungen hervorrufen kann, die zu Synovitis, Knochenschwund und Knorpelumbau führen. Diese Zustände ähneln bis zu einem gewissen Grad der beim Menschen beobachteten Pathologie und tragen zu den Hauptmerkmalen von TMJOA bei, wie z. B. Gelenkschmerzen und Entzündungen bei Patienten13,18. Schmerzhafte Symptome im Zusammenhang mit TMJOA sind der Hauptgrund für Patienten, medizinische Hilfe in Anspruch zu nehmen. Die Möglichkeit, das Vorhandensein und die Schwere von Schmerzen in Tiermodellen zu erkennen, bietet die Möglichkeit, die Pathogenese von Schmerzen und potenzielle neue Behandlungen zu untersuchen. In diesem Bericht wurde die Methode zur Beurteilung des Kiefergelenkschmerzverhaltens durch Messungen der Bisskraft und der Kopfrückzugsschwelle beschrieben. Das Kiefergelenk ist eine der Schlüsselstrukturen, die an allen Kieferbewegungen beteiligt sind, einschließlich des Öffnens und Schließens des Mundes, des Beißens und des Kauens. Darüber hinaus sind die dominierenden klinischen Manifestationen der CMD Schmerzen, die mit Kauen oder Kauen verbunden sind. CMD-Patienten mit Kiefergelenkschmerzen haben im Vergleich zu gesunden Personen typischerweise eine verringerte Beißkraft 9,19. In Übereinstimmung mit klinischen Studien kann die intraartikuläre Injektion von CFA in Mausmodellen zu einer signifikanten Abnahme der Bisskraft führen, die als gleichwertig mit Symptomen im Zusammenhang mit Kiefergelenkschmerzen und -funktionsstörungen beim Menschen angesehen werden könnte11.

Die klinische Diagnose von Kiefergelenkschmerzen umfasst das Abtasten des Kiefergelenks und die Aufzeichnung der Schwere der Schmerzen auf der Grundlage des Patientenberichts. Dieses Verfahren ähnelt dem von-Frey-Filamenttest, bei dem die geringste Schwellenkraft gemessen wird, die zum Kopfrückzugsverhalten führt. Der Kopfrückzug zeigt eine Schmerzreaktion und einen Hyperalgesiezustand der orofazialen Regionan 20. Eine verringerte Kopfrückzugsschwelle kann bei Patienten mit Kiefergelenkschmerzen auf Gelenkempfindlichkeit und eine niedrigere Druckschmerzschwelle hinweisen 18,19,21. Folglich ist der von-Frey-Filamenttest nützlich, um die Druckschmerzschwelle für CMD zu beurteilen. Im CFA-induzierten TMJOA-Mausmodell wurde die Messung der Bisskraft und der Kopfrückzugsschwelle als zuverlässige Methode zur Bewertung des Schmerzverhaltens validiert22.

Die meisten Verhaltensergebnisse sind etwas subjektiv. Wie bei vielen anderen Verhaltensassays ist die Variation bei der Messung von orofazialen Schmerzen immer ein Problem. Um das Ziel einer zuverlässigen, reproduzierbaren und sensitiven Messung von Kiefergelenkschmerzen zu erreichen, ist es wichtig, die Grenzen und möglichen Lösungen bei der Versuchsplanung, Durchführung und Ergebnisinterpretation zu beachten. Ein Nachteil ist, dass eine verminderte Beißkraft durch eine Kiefergelenksdysfunktion verursacht werden kann, die bei Gelenkschmerzen nicht notwendig ist. Zum Beispiel spielen Muskeln eine entscheidende Rolle bei der Bewegung des Kiefergelenks und beim Beißen. Eine verminderte Beißkraft könnte eher auf Muskelfunktionsstörungen als auf Gelenkschmerzen zurückzuführen sein. Röntgenologische und histologische Befunde können jedoch verwendet werden, um CFA-induzierte Kiefergelenkschmerzen von Muskelschmerzen zu unterscheiden. Kiefergelenkschmerzen durch CFA-Injektion führen in der Folge zu Knorpel- und Knochenverlust, während CFA-induzierte Muskelschmerzen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Knochenschwund verursachen16.

Zu beachten ist, dass in dieser Studie die elektronische von Frey-Messung der Kopfrückzugsschwelle auf einer kontinuierlichen Skala verwendet wurde, wodurch die Anzahl der Krafteinwirkungen minimiert und somit Verletzungen der Gesichtshaut im Versuchsbereich23 verhindert werden können. Es wurde berichtet, dass es bemerkenswerte Unterschiede bei den Entnahmeschwellen gibt, die aus manuellen und elektronischen von Frey gewonnen wurden. Typischerweise ist die mit elektronischem von Frey gemessene Entnahmeschwelle tendenziell höher als die mit manuellem von Frey 8,10. Die Kunststoffspitze unserer elektronischen von Frey ist nicht scharf, um Verletzungen der Gesichtshaut zu vermeiden, was zu anderen Werten als bei manuellen von Frey Filamenten führen könnte. Darüber hinaus ist die "g"-Einheit im elektronischen von-Frey-Test keine tatsächliche Kraft, sondern eine willkürliche Einheit, die von der Maschine eingestellt wird. Um die Hautschmerzen zu minimieren, wurden zusätzlich die Haare von der Injektionsstelle entfernt, bevor mit dem Grundlagentraining begonnen wurde. Dieser Ansatz sollte die Störfaktoren Hautschmerzen und -empfindlichkeit reduzieren und eine mögliche Infektionskontamination verhindern. In der Zwischenzeit wurde PBS auch in der Scheingruppe nach dem gleichen Verfahren injiziert, um die verwirrenden Effekte von Hautschmerzen maximal auszuschließen und sicherzustellen, dass die Messung von Gelenkschmerzen erfolgt. Obwohl die intraartikuläre Injektion von CFA spezifisch für den Kiefergelenkbereich ist, ist die CFA-induzierte Gewebeentzündung wahrscheinlich nicht auf das Gelenk selbst beschränkt, was möglicherweise zu einer gewissen Schmerzreaktion beiträgt, einschließlich einer verringerten Beißkraft und einer verringerten Kopfrückzugsschwelle. Insgesamt erkennen wir an, dass wir die sekundäre Wirkung von Haut- oder Muskelschmerzen aufgrund von Kiefergelenksentzündungen, die zum Gesamtergebnis beitragen könnten, nicht vollständig ausschließen können.

Die Werte der Bisskraft und der Kopfrückzugsschwelle, die von jedem Gerät erhalten werden, können unterschiedlich sein, da sie unterschiedliche Einheiten, Parameter und Protokolle haben, die speziell für einzelne Assays eingerichtet sind. Obwohl in dieser Studie weibliche Mäuse verwendet wurden, können auch männliche Mäuse verwendet werden, um schmerzhafte Kiefergelenke zu untersuchen. Es gibt jedoch einen Sexualdimorphismus in den basalen nozizeptiven Schwellen von Nagetieren. Männer und Frauen zeigten unterschiedliche Schmerzerfahrungen, die durch unterschiedliche physiologische und verhaltensbezogene Reaktionen auf schmerzhafte Reize gekennzeichnet sind 24,25,26. Darüber hinaus neigen männliche Mäuse dazu, eine höhere Kopfrückzugsschwelle und Beißkraft zu haben als weibliche. Auch das Alter und das Körpergewicht beeinflussen die Bisskraftwerte 11,16,27. Eine frühere Studie berichtete, dass es in den ersten zwei Wochen der Beobachtung eine positive Korrelation zwischen der Bisskraft und dem Körpergewicht gab11. Die Bisskraftwerte für weibliche C57BL/6-Mäuse im Alter von 8 Wochen lagen zu Studienbeginn in dieser Studie zwischen 4,5 und 5,5 N (Abbildung 4A). Nach der CFA-Injektion stimmt die Verringerung der Beißkraft auf 2-3 N in der Frühphase mit den früheren Studien überein, in denen die Induktion von TMJOA mit der Entzündungssubstanz MIA6 durchgeführt wurde. Die Verwendung der prozentualen Änderung der Bisskraft kann jedoch als Mittel dienen, um die Konsistenz der Ergebnisse mit anderen früheren Studien zu validieren, da jedes Labor unterschiedliche Instrumente und Protokolle haben kann, was zu unterschiedlichen Werten führt27,28.

Um die Variation bei der Messung des Schmerzverhaltens zu reduzieren, besteht der entscheidende Schritt darin, die Konsistenz beim Training der Mäuse zu Studienbeginn zu validieren und sicherzustellen. Variationen können sich aus Unterschieden in Geschlecht, Körpergewicht und Alter ergeben, die sich alle auf die Messung der Bisskraft und der Kopfrückzugsschwelle auswirken können. Zum Beispiel wiegen 8 Wochen alte weibliche Mäuse typischerweise etwa 19-20 g; Die relativen Bisskraftwerte liegen in der Regel im Bereich von 4,5 bis 5,5 N, basierend auf Daten aus dem Baseline-Training. Daher sollten Mäuse mit durchschnittlichen Beißkraftwerten außerhalb der Baseline-Trainingsbereiche aus dem Experiment ausgeschlossen werden. In ähnlicher Weise liegt die Kopfentzugsschwelle während des Grundtrainings zwischen 22 und 35 g. Mäuse mit einer Kopfentnahmeschwelle außerhalb dieses Bereichs sollten vom Versuch ausgeschlossen werden. Insgesamt ist es wichtig, vor den formalen Verhaltenstests den Maßstab für die Beißkraft und die Kopfrückzugsschwelle während des Tiertrainings festzulegen.

Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass es keine konkurrierenden finanziellen Interessen gibt, die die Objektivität dieser Studien beeinträchtigen könnten.

Danksagungen

Wir danken den Kollegen aus dem Chen-Labor für die anregenden Diskussionen. Wir danken Thach-Vu Ho für die Unterstützung bei der Erstellung von Mausbildern. Diese Studie wurde durch einen Zuschuss R01DE033511 (J.C.) des National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) unterstützt.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Bisskraft-Aufnehmer Nanjing Shen-yuan-sheng Intelligent Technology CoNBIT-YFM-1-1000– 100 N, ein Bisskraftaufnehmer, der mit dem Programm NB IT RSD-V2.6.3 (NST2000 Datensammler) von Nanjing Shen-yuan-sheng Intelligent Technology Co., PR. China 
Abschließen des Freund's Adjuvans (CFA)Chondrex Inc7023CFA 5mg/mL
IsofluoranFluorisoMWI501017
NBIT RSD-V2.6.3 ProgrammNanjing Shen-yuan-sheng Intelligent Technology Co
Polyethylenetube Scientific Commodities IncNC0923369PE Tubing 0,38 x 1,09 mm 100 Ft
Von Frey AnalgesiometerBiosebBIO-EVF4Elektro von Frey

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