Articolo metodologico

Valutazione delle soglie sensoriali nei cani mediante test sensoriali quantitativi meccanici e termici caldi

DOI:

10.3791/62841

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26 ottobre 2021

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1Comparative Behavioral Research, Department of Clinical Sciences, College of Veterinary Medicine, North Carolina State University, 2Translational Research in Pain (TRiP) Program, Department of Clinical Sciences, College of Veterinary Medicine, North Carolina State University, 3Small Animal Orthopedic Surgery, Department of Clinical Sciences, College of Veterinary Medicine, North Carolina State University, 4Comparative Pain Research and Education Center, College of Veterinary Medicine, North Carolina State University, 5Thurston Arthritis Center, UNC School of Medicine, University of North Carolina - Chapel Hill, 6Center for Translational Pain Research, Department of Anesthesiology, Duke University

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro descrive un protocollo standard per i test sensoriali quantitativi meccanici e termici caldi per valutare il sistema somatosensoriale nei cani. Le soglie sensoriali vengono misurate utilizzando un anestesiometro elettronico di von Frey, un algometro a pressione e un termodo a contatto caldo.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il test sensoriale quantitativo (QST) viene utilizzato per valutare la funzione del sistema somatosensoriale nei cani valutando la risposta agli stimoli meccanici e termici applicati. Il QST viene utilizzato per determinare le soglie sensoriali dei cani normali e valutare le alterazioni nei percorsi sensoriali periferici e centrali causate da vari stati patologici, tra cui osteoartrite, lesioni del midollo spinale e rottura del legamento crociato cranico. Le soglie sensoriali meccaniche sono misurate da anestesiometri elettronici von Frey e algometri a pressione. Sono determinati come la forza con cui il cane mostra una risposta che indica la percezione dello stimolo cosciente. Le soglie sensoriali termiche calde sono la latenza per rispondere a uno stimolo termico fisso o rampato applicato da un termodo a contatto.

Seguire un protocollo coerente per eseguire QST e prestare attenzione ai dettagli dell'ambiente di test, della procedura e dei singoli soggetti di studio è fondamentale per ottenere risultati QST accurati per i cani. I protocolli per la raccolta standardizzata dei dati QST nei cani non sono stati descritti in dettaglio. Il QST deve essere eseguito in un ambiente silenzioso e privo di distrazioni che sia confortevole per il cane, l'operatore QST e il conduttore. Garantire che il cane sia calmo, rilassato e posizionato correttamente per ogni misurazione aiuta a produrre risposte affidabili e coerenti agli stimoli e rende il processo di test più gestibile. L'operatore e il conduttore QST dovrebbero avere familiarità e familiarità con la gestione dei cani e interpretare le risposte comportamentali dei cani a stimoli potenzialmente dolorosi per determinare l'endpoint del test, ridurre lo stress e mantenere la sicurezza durante il processo di test.

Introduzione

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I test sensoriali quantitativi (QST) valutano le risposte suscitate da stimoli applicati esternamente; Viene utilizzato per valutare la funzione del sistema somatosensoriale nell'uomo e negli animali1. Gli stimoli meccanici sotto forma di pressione puntata o pressione profonda vengono applicati come stimolo rampato. La soglia sensoriale è determinata come la forza che evoca una risposta psicofisica1. Gli stimoli termici caldi o freddi possono essere utilizzati come stimolo rampato o come stimolo a intensità fissa. La soglia sensoriale è determinata come la temperatura alla quale c'è una risposta o la latenza per rispondere allo stimolo. Le soglie sensoriali della pressione puntata vengono misurate utilizzando anestesisti elettronici von Frey o filamenti per capelli di von Frey, la pressione profonda viene misurata utilizzando algometri di pressione portatili e le soglie sensoriali termiche vengono determinate utilizzando una varietà di sistemi di termodi a contatto.

QST fornisce informazioni sul funzionamento delle vie sensoriali periferiche e centrali e può essere utilizzato per valutare le alterazioni in queste vie sensoriali (algoplasticità) in vari processi patologici, in particolare quelli che causano dolore cronico1. I corpuscoli di Meissner rilevano la pressione puntata e la sensazione viene trasmessa dalle fibre afferenti Aβ a livelli non nocivi e dalle fibre afferenti Aδ quando lo stimolo è di intensità nociva 1,2. La pressione profonda viene rilevata dai corpuscoli di Pacinian e trasmessa dalle fibre afferenti C, il calore nocivo viene rilevato dai corpuscoli di Ruffini e trasmesso dalle fibre afferenti Aδ e C, e il freddo nocivo viene rilevato dai corpuscoli di Krause e trasmesso dalle fibre afferenti C 1,2. Il QST può essere utilizzato per rilevare sia l'inibizione (diminuzione della sensibilità, ipoestesia) che la facilitazione (aumento della sensibilità, iperestesia) di questi recettori e percorsi. Nei cani, il QST è stato utilizzato per valutare le alterazioni delle soglie sensoriali secondarie a lesione acuta del midollo spinale 3,4,5, malformazione simile a Chiari e siringomielia6, rottura del legamento crociato cranico 5,7 e osteoartrite (OA)8,9,10. Inoltre, alcuni studi hanno utilizzato QST per valutare l'alleviamento del dolore fornito da alcuni analgesici 6,11,12,13 e procedure chirurgiche 14. Questi studi hanno fornito importanti informazioni sui meccanismi della sensazione di dolore nei cani, come l'evidenza di sensibilizzazione periferica e centrale dopo l'intervento chirurgico e malattie che causano stati di dolore cronico come la rottura del legamento crociato cranico e l'OA. Queste informazioni possono aiutare a migliorare l'individuazione e il trattamento del dolore nei cani.

Studi di convalida del QST meccanico e termico caldo nei cani hanno dimostrato una buona fattibilità, ripetibilità e affidabilità dei risultati QST nel tempo in cani normali e cani con dolore cronico da OA 8,9,15,16. Tuttavia, diversi studi hanno riscontrato scarsa ripetibilità e affidabilità del freddo termico e occasionalmente di von Frey QST 1,15,17. Questi studi hanno utilizzato attrezzature e metodologie diverse, ma hanno fornito prove che il QST termico meccanico e caldo è un metodo accurato e semi-quantitativo per misurare le soglie sensoriali nei cani. Tuttavia, l'attenzione ai dettagli precisi, compresa l'impostazione delle misurazioni, è fondamentale per ottimizzare il QST nei cani, rendendo necessario un protocollo standardizzato per QST. Sanchis-Mora et al. hanno dettagliato un protocollo di esame della soglia sensoriale (STEP) per QST meccanico e termico caldo e freddo, ma hanno incontrato difficoltà con i cani che non rispondevano al QST termico freddo o al filamento di von Frey con la più alta forza di grammo utilizzato nello studio17. Il seguente protocollo fornisce un metodo standard per QST meccanico e termico caldo nei cani; Questo protocollo può valutare le soglie sensoriali in cani normali o cani con vari processi patologici che interessano il sistema somatosensoriale. Lo sviluppo di protocolli standardizzati può consentire di confrontare i risultati tra studi e meta-analisi dei dati per migliorare l'utilità del QST in medicina veterinaria.

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Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutte le procedure sono state approvate dall'Institutional Animal Care and Use Committee della North Carolina State University.

1. Allestimento della sala e acclimatazione del soggetto di studio

  1. Esegui QST in uno spazio dedicato dove c'è ampio spazio per un operatore, un conduttore e un cane QST di qualsiasi taglia per muoversi comodamente. Riduci al minimo le potenziali distrazioni uditive e visive e utilizza una macchina del rumore bianco per bloccare il suono ambientale.
  2. Posiziona un grande tappetino da yoga o un'imbottitura simile sul pavimento per assicurarti che i cani siano a proprio agio nella reclinazione laterale durante il test.
  3. Consentire al cane almeno 10 minuti di esplorare liberamente e acclimatarsi alla stanza e mettersi a proprio agio con l'operatore e il conduttore QST. Offri acqua fresca ad libitum nella stanza e premi occasionali per il cibo.
  4. Randomizza il sito di test (lato sinistro o destro) con un lancio di moneta. Ritagliare una sezione di pelo di circa 2 x 4 cm centrata attorno allo spazio tra la superficie dorsale del terzo e quarto metatarso a metà strada tra l'articolazione tarsometatarsale e l'articolazione metatarso-falangea. Ritagliare una sezione di pelo di circa 1 x 2 cm sull'antebrachio laterale appena prossimale all'articolazione antebrachiocarpa sopra l'ulna.

2. Anestesiometro elettronico von Frey

  1. Configurazione dello strumento
    1. Applicare delicatamente una punta rigida von Frey da 0,9 mm sulla cella di carico e assicurarsi che la cella di carico sia saldamente avvitata nel manipolo. Collegare il cavo dal manipolo al dispositivo di registrazione attraverso il canale M0 (Figura 1A,B).
    2. Accendere il dispositivo di registrazione e premere il pulsante MAX in modo che il dispositivo registri e visualizzi la forza massima raggiunta quando il cane risponde allo stimolo applicato (Figura 1C).
    3. Azzerare lo strumento premendo il pulsante CLR .
  2. Raccolta dei dati
    1. Posizionare il cane in posizione sdraiata laterale per misurare le soglie.
      NOTA: I cani sono posti in posizione sdraiata laterale destra per misurare le soglie sugli arti sinistri o posizionati nella reclinazione laterale sinistra per misurare le soglie sugli arti destri. Se il cane non si sdraia volontariamente in posizione sdraiata laterale quando ricevono segnali verbali, l'operatore QST e il conduttore possono posare manualmente il cane in posizione sdraiata laterale.
    2. Applicare una moderata moderata contenzione secondo necessità per mantenere il cane in posizione sdraiata laterale e relativamente immobile.
      Nota : il gestore esegue questo passaggio.
    3. Applicare lo stimolo una volta che il cane è calmo e rilassato e l'arto sottoposto a test è in estensione almeno al 70%. Fornire un supporto manuale delicato all'arto sottoposto a test per mantenere l'arto lontano dal pavimento e fornire un supporto stabile per applicare forza contro senza impedire al cane di ritirare l'arto.
      Nota : l'operatore QST esegue questo passaggio.
    4. Applicare la punta di von Frey perpendicolarmente alla pelle dell'area da testare. Se il cane mostra movimenti riflessi (ad esempio, contrazioni della zampa o ritiro dell'arto prima che venga applicata la forza) dalla sensazione della punta di von Frey sulla pelle, lasciare che il cane rilassi nuovamente l'arto prima di riapplicare la punta di von Frey. Effettuare una misurazione quando la pelle non provoca movimenti riflessi applicando la punta di von Frey.
    5. Applicare una forza costantemente crescente con la punta di von Frey (~ 20 g / sec) fino a quando il cane ritira l'arto, vocalizza, si gira per guardare lo stimolo o mostra altri movimenti o risposte comportamentali che indicano la percezione cosciente dello stimolo. Rimuovere lo stimolo quando il cane ritira l'arto o viene raggiunta la forza massima.
      NOTA: Non superare i 1.000 g di forza.
    6. Registrare la forza massima applicata visualizzata sul dispositivo di registrazione.
      NOTA: Se viene raggiunto il cut-off di sicurezza di 1.000 g di forza, 1.000 g viene registrato come soglia sensoriale e si nota che non vi è stata alcuna risposta prima del cut-off di sicurezza.
    7. Ripetere le misurazioni per un totale di cinque prove, consentendo 1 minuto tra ogni misurazione (intervallo tra le prove). Zero dello strumento tra un passaggio e l'altro premendo il pulsante CLR .
      1. Lasciare che il cane rimanga in posizione sdraiata laterale durante gli intervalli tra le prove se rimane relativamente calmo e rilassato con nessun o minimo ritmo. Altrimenti, consenti al cane di sedersi, stare in piedi o muoversi nella stanza QST per mantenere il suo comfort. Rimettere il cane in posizione sdraiata laterale prima della successiva misurazione.
    8. Registrare un punteggio di fattibilità compreso tra 0 e 5 per indicare la facilità con cui sono stati raccolti i dati.
      NOTA: I punteggi di fattibilità sono i seguenti: 0 = nessun problema, 1 = difficoltà lieve, 2 = difficoltà moderata, 3 = difficoltà significativa, 4 = estremamente difficile, 5 = impossibile. La rubrica utilizzata per l'assegnazione dei punteggi di fattibilità è fornita nella Tabella 1.
    9. Dare al cane una pausa di 5 minuti prima di iniziare le misurazioni con l'algometro di pressione smussato sondato.

3. Algometro di pressione smussato sondato

  1. Configurazione dello strumento
    1. Assicurarsi che la piccola sonda smussata sia avvitata saldamente nel dispositivo (Figura 2A).
    2. Accendere il dispositivo di registrazione e premere il pulsante MAX per continuare quando richiesto sullo schermo. Premere il tasto UNIT finché l'unità non viene visualizzata come grammi (g) nella parte superiore dello schermo (Figura 2B).
    3. Azzerare lo strumento premendo il tasto ZERO .
  2. Raccolta dei dati
    1. Posizionare il cane in posizione sdraiata laterale per misurare le soglie.
      NOTA: I cani sono posti in posizione sdraiata laterale destra per misurare le soglie sugli arti sinistri o posizionati nella reclinazione laterale sinistra per misurare le soglie sugli arti destri. Se il cane non si sdraia volontariamente in posizione sdraiata laterale quando ricevono segnali verbali, l'operatore QST e il conduttore possono posare manualmente il cane in posizione sdraiata laterale.
    2. Applicare una moderata moderata contenzione secondo necessità per mantenere il cane in posizione sdraiata laterale e relativamente immobile.
      Nota : il gestore esegue questo passaggio.
    3. Applicare lo stimolo una volta che il cane è calmo e rilassato e l'arto sottoposto a test è a circa il 70% di estensione. Fornire un delicato supporto manuale all'arto sottoposto a test per mantenere l'arto lontano dal pavimento e fornire un supporto stabile per applicare forza contro, senza impedire al cane di ritirare l'arto.
      Nota : l'operatore QST esegue questo passaggio.
    4. Applicare la sonda smussata perpendicolarmente alla pelle dell'area da testare (Figura 2C). Se il cane mostra movimenti riflessi (ad esempio, contrazioni della zampa o ritiro dell'arto prima che venga applicata la forza) dalla sensazione della sonda smussata sulla pelle, consentire al cane di rilassare nuovamente l'arto prima di riapplicare la sonda contundente. Effettuare una misurazione quando l'applicazione della sonda smussata sulla pelle non causa movimenti riflessi.
    5. Applicare una forza costante crescente con la sonda (~ 20 g / s) fino a quando il cane ritira l'arto, vocalizza, si gira per guardare lo stimolo o mostra altri movimenti o risposte comportamentali che indicano la percezione cosciente dello stimolo. Rimuovere lo stimolo quando il cane ritira l'arto o viene raggiunta la forza massima.
      NOTA: Non superare i 2.500 g di forza.
    6. Registrare la forza massima applicata visualizzata sul dispositivo di registrazione.
      NOTA: Se viene raggiunto il limite di sicurezza di 2.500 g di forza, 2.500 g vengono registrati come soglia sensoriale e si nota che non vi è stata alcuna risposta prima del cut-off di sicurezza.
    7. Ripetere le misurazioni per un totale di cinque prove, consentendo 1 minuto tra ciascuna misura (intervallo intertriale). Azzerare lo strumento tra un passo e l'altro premendo il pulsante ZERO .
      1. Lasciare che il cane rimanga in posizione sdraiata laterale durante l'intervallo tra le prove se rimane relativamente calmo e rilassato senza o con un minimo ritegno. Altrimenti, consenti al cane di sedersi, stare in piedi o muoversi nella stanza QST per mantenere il suo comfort. Rimettere il cane in posizione sdraiata laterale prima della successiva misurazione.
    8. Registrare un punteggio di fattibilità compreso tra 0 e 5 per indicare la facilità con cui sono stati raccolti i dati.
      NOTA: I punteggi di fattibilità sono i seguenti: 0 = nessun problema, 1 = difficoltà lieve, 2 = difficoltà moderata, 3 = difficoltà significativa, 4 = estremamente difficile, 5 = impossibile.
    9. Dare al cane una pausa di 5 minuti prima di iniziare le misurazioni con la sonda termica calda.

4. Sonda termica calda

  1. Configurazione dello strumento
    1. Collegare l'analizzatore termosensoriale al computer tramite il cavo USB e assicurarsi che il termodo 16 x 16 mm sia collegato all'analizzatore. Accendere l'analizzatore.
    2. Aprire il software dell'analizzatore termosensoriale sul computer e selezionare l'analizzatore TSA II dal menu di avvio. Fare clic su OK sull'avviso popup per l'autotest dell'analizzatore. Assicurarsi che il termodo non sia collegato al soggetto dello studio durante l'autotest.
    3. Nella scheda TEST (angolo in alto a destra), sotto il prompt Seleziona paziente (lato sinistro dello schermo), selezionare il paziente appropriato facendo doppio clic sul nome nell'elenco.
      1. Per creare un nuovo paziente, fare clic sulla scheda PAZIENTI a destra della scheda TEST . Fare clic sull'icona Nuovo paziente nell'angolo in basso a sinistra e inserire i dettagli del paziente (reparto, nome e cognome del paziente , ID, sesso e data di nascita).
    4. Nel prompt Seleziona programma nella scheda TEST , selezionare il programma appropriato facendo doppio clic sul programma nell'elenco.
      1. Per creare un nuovo programma, fare clic sulla scheda PROGRAMMI a destra della scheda PAZIENTI . Fare clic sull'icona Nuovo programma nell'angolo in basso a sinistra e compilare i dettagli del programma .
        NOTA: per questo protocollo, i dettagli del programma sono riportati nella tabella 2. Non è necessario selezionare un sito del corpo nel prompt Seleziona sito corpo nella scheda TEST .
    5. Una volta selezionato il paziente e il programma appropriati, fare clic sul prompt Vai al test nella scheda TEST . Fare clic sul pulsante Pre-Test nell'angolo in basso a sinistra per calibrare l'analizzatore in base al programma specificato.
    6. Una volta completato il Pre-Test, il pulsante Pre-Test viene sostituito dal pulsante Start e viene visualizzata la finestra di test: Premere il pulsante Start per avviare il test (Figura 3A).
    7. Srotolare il cavo del termodo e assicurarsi che il termodo sia facilmente accessibile.
  2. Raccolta dei dati
    1. Posizionare il cane in posizione sdraiata laterale per misurare la latenza termica.
      NOTA: I cani sono posti in posizione sdraiata laterale destra per misurare le soglie sugli arti sinistri o posizionati nella reclinazione laterale sinistra per misurare le soglie sugli arti destri. Se il cane non si sdraia volontariamente in posizione sdraiata laterale quando ricevono segnali verbali, l'operatore QST e il conduttore possono posare manualmente il cane in posizione sdraiata laterale.
    2. Applicare una moderata moderata contenzione secondo necessità per mantenere il cane in posizione sdraiata laterale e relativamente immobile.
      Nota : il gestore esegue questo passaggio.
    3. Applicare lo stimolo una volta che il cane è calmo e rilassato e l'arto sottoposto a test è in estensione di circa il 70%. Fornire un delicato supporto manuale all'arto sottoposto a test per tenerlo lontano dal pavimento senza impedire al cane di ritirare l'arto. Inoltre, tenere e azionare un cronometro con la mano che sostiene l'arto.
      Nota : l'operatore QST esegue questo passaggio.
    4. Applicare il termodo sulla pelle dell'area sottoposta a test (Figura 3B). Se il cane mostra movimenti riflessi (ad esempio, contrazioni della zampa o ritiro dell'arto prima che venga applicato il calore) dalla sensazione del termodo sulla pelle, consentire al cane di rilassare nuovamente l'arto prima di riapplicare il termodo. Effettuare una misurazione quando l'applicazione del termodo sulla pelle non provoca movimenti riflessi.
    5. Fare clic sul pulsante Start nell'angolo inferiore sinistro della scheda TEST per avviare il test.
      NOTA: L'operatore QST segnala al gestore di avviare il test (ad esempio, annuendo con la testa) e l'operatore QST avvia contemporaneamente il cronometro.
    6. Rimuovere il termodo quando il cane ritira l'arto, vocalizza, si gira per guardare lo stimolo, o esibisce altri movimenti o risposte comportamentali che indicano la percezione cosciente dello stimolo o quando viene raggiunta la latenza massima fermando contemporaneamente il cronometro.
      Nota : l'operatore QST esegue questo passaggio. Non superare i 20 s di applicazione del termodo o i 49 °C della temperatura massima del termodo.
    7. Registrare la latenza al prelievo. Se viene raggiunto il cut-off di sicurezza di 20 s di applicazione del termodo, registrare 20 s come latenza sensoriale e notare che non vi è stata alcuna risposta prima del cut-off di sicurezza.
    8. Ripetere le misurazioni per un totale di cinque prove, consentendo 1 minuto tra ciascuna misura (intervallo intertriale). Fare clic sul pulsante Termina test , quindi sul pulsante Pre-Test tra ogni misurazione per interrompere il riscaldamento del termodo e ricalibrare il termodo per preparare l'applicazione successiva.
      Nota : il gestore esegue questo passaggio.
      1. Lasciare che il cane rimanga in posizione sdraiata laterale durante l'intervallo tra le prove se rimane relativamente calmo e rilassato senza o con un minimo ritegno. Altrimenti, consenti al cane di sedersi, stare in piedi o muoversi nella stanza QST per mantenere il suo comfort. Rimettere il cane in posizione sdraiata laterale prima della successiva misurazione.
    9. Registrare un punteggio di fattibilità compreso tra 0 e 5 per indicare la facilità con cui sono stati raccolti i dati.
      NOTA: I punteggi di fattibilità sono i seguenti: 0 = nessun problema, 1 = difficoltà lieve, 2 = difficoltà moderata, 3 = difficoltà significativa, 4 = estremamente difficile, 5 = impossibile.

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Risultati

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Il QST meccanico e termico è stato eseguito per rilevare soglie sensoriali sia nei cani di ricerca che in quelli di proprietà del cliente in varie condizioni cliniche, inclusi cani normali e sani, cani con condizioni cronicamente dolorose come OA, cani con lesioni acute del midollo spinale e per valutare il dolore post-operatorio e l'efficacia degli analgesici. Sebbene ci sia un crescente corpo di lavoro sul QST nei cani, non è stato stabilito alcun intervallo normale di valori per qualsiasi modalità di test. Tuttavia, d...

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Discussione

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È fondamentale per l'acquisizione di dati accurati - che riflettano le soglie sensoriali del cane - che il cane sia il più calmo, rilassato e posizionato adeguatamente possibile per ogni misurazione. Uno studio precedente ha osservato che l'agitazione da contenzione o distrazione da fattori all'interno o all'esterno dell'ambiente di test ha influenzato le risposte dei cani agli stimoli QST16. Se il cane diventa agitato da sdraiata o contenzione o è distratto, al cane dovrebbe essere dato il tempo ...

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Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori desiderano ringraziare Andrea Thomson, Jon Hash, Hope Woods e Autumn Anthony per aver gestito i cani per QST, Masataka Enomoto per il suo aiuto nello screening dei cani e Sam Chiu per i suoi contributi alla creazione del protocollo per il QST termico caldo.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Anestesimetro elettronico von FreyIITC Life Science Inc.Articolo # 23931Realizzato su misura con una cella di carico con forza massima di 1000 g
Software della stazione principale Medoc(fornito con TSA-II)
SMALGO: SMall Animal ALGOmeterBiosebModello VETALGO
TSA-II Analizzatore neurosensorialeMedocDC 00072 TSA-IINon più prodotto - il nuovo modello è TSA-2 con le stesse sonde e la stessa funzione

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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