Een voorbijgaande broeiwond (65 °C ± 0,5 °C, 3 s) van één achterpoot verlaagt de drempel (g) tot von Frey filamentstimulatie van de ipsilaterale zijde en verandert het looppatroon. Bovendien veroorzaakt brandwonden depressie-achtig gedrag in de gedwongen zwemtest.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Brandwonden-geïnduceerde pijn en depressie-achtig gedrag bij muizen
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Broeiwater is de meest voorkomende oorzaak van brandwonden bij zowel oudere als jonge populaties. Het is een van de grootste klinische uitdagingen vanwege de hoge mortaliteit en gevolgen in lage- en middeninkomenslanden. Brandwonden veroorzaken vaak intense spontane pijn en aanhoudende allodynie, evenals levensbedreigende problemen. Wat nog belangrijker is, overmatige pijn gaat vaak gepaard met depressie, wat de kwaliteit van leven aanzienlijk kan verminderen. Dit artikel laat zien hoe een diermodel te ontwikkelen voor de studie van brandwonden-geïnduceerde pijn en depressie-achtig gedrag. Na anesthesie werd brandwonden veroorzaakt door één achterpoot van de muis gedurende 3 s in heet water (65 °C ± 0,5 °C) te dompelen. De von Frey-test en geautomatiseerde loopanalyse werden om de 2 dagen na brandwonden uitgevoerd. Daarnaast werd depressie-achtig gedrag onderzocht met behulp van de geforceerde zwemtest en werd de rota-staaftest uitgevoerd om de abnormale motorische functie na brandwonden te differentiëren. Het belangrijkste doel van deze studie is het beschrijven van de ontwikkeling van een diermodel voor de studie van door brandwonden veroorzaakte pijn en depressie-achtig gedrag bij muizen.
Inleiding
Weefselschade, zoals brandwonden en trauma, wordt over het algemeen geassocieerd met het gelijktijdig optreden van acute pijn. Brandwonden en traumagerelateerde symptomen zijn naar schatting 1.80.000 sterfgevallen per jaar worden veroorzaakt door brandwonden - de overgrote meerderheid komt voor in lage- en middeninkomenslanden van verschillende soorten brandwonden1. Volgens een wereldwijd rapport komen brandwonden vaak voor bij kinderen en zijn ze goed voor ongeveer 40% -60% van de gehospitaliseerde patiënten 2,3. Deze specifieke verwondingen zijn nog ernstiger omdat ze in het dagelijks leven kunnen voorkomen, zoals kokend of zwemwater 4,5. Hoewel acute pijn in de meeste gevallen spontaan kan worden opgelost na herstel van weefselbeschadiging, kan het mogelijk zijn om chronisch te worden als gevolg van abnormale veranderingen in het zenuwstelsel 6,7.
Onlangs is gesuggereerd dat acute pijn een depressieve stemming kan veroorzaken en chronische pijn kan angst en depressie veroorzaken 8,9,10,11. Het naast elkaar bestaan van pijn en depressie maakt het moeilijker om de patiënt te behandelen. Depressie heeft ook de neiging om de pijngevoeligheid te verhogen, wat waarschijnlijk intensere depressie en pijn zal veroorzaken12. Complicaties van pijn en depressie worden getoond in diermodellen van perifere ontsteking 13,14,15,16. De gedetailleerde mechanismen die ten grondslag liggen aan door pijn geïnduceerde depressie zijn tot nu toe niet goed bekend17. Het is dus noodzakelijk om effectievere behandelingen voor brandwonden te ontwikkelen om de bijwerkingen en symptomen te verlichten.
De huidige studie was dus ontworpen om een diermodel te ontwikkelen om door brandwonden veroorzaakte acute pijn en depressie-achtig gedrag bij muizen te bestuderen. Hiervoor werden brandwondengerelateerde abnormale tactiele gevoeligheid, veranderd looppatroon en depressie-achtig gedrag gemeten. Bovendien probeert deze studie het model te valideren met behulp van NSAID's.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle experimentele protocollen werden beoordeeld en goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee aan de Chungnam National University in Zuid-Korea en vervolgens uitgevoerd op basis van de ethische richtlijnen van de International Association for the Study of Pain18.
1. Inductie van broeiend brandwondenletsel op de achterpoot
- Huisvest de mannelijke ICR-muizen met een gewicht van 20-25 g in een lichte en temperatuurgecontroleerde kamer (12/12 uur licht-donkercyclus, 22,5 ° C ± 2,5 ° C) met een vochtigheid van 40% -60%.
OPMERKING: Zowel mannelijke als vrouwelijke muizen kunnen voor dit protocol worden gebruikt. - Geef het dier vrije toegang tot voedsel en water en acclimatiseer gedurende ten minste 1 week voordat het experiment wordt gestart.
OPMERKING: Alle dieren werden in groepshuisvesting geplaatst om variabelen zoals isolatiestress uit te sluiten. - Wijs de muizen willekeurig toe aan de experimentele of controlegroep en voer blinde experimenten uit met diernummers als codes.
- Verdoof de muis op de dag van brandwondeninductie door intraperitoneale (i.p.) injectie van 300 μL alfaxalone in een dosis van 100 mg / kg. Draag een chirurgische japon, handschoenen en masker tijdens het uitvoeren van de brandwondeninductie.
- Na het diep verdoven van de muis, desinfecteer je rond de rechterachterpoot met 70% ethanol.
OPMERKING: Controleer het gebrek aan respons op knijpstimulatie toegepast op de achterste tenen of staart om de toestand van diepe anesthesie te bevestigen. - Breng een oogheelkundige zalf aan op de ogen om te voorkomen dat het hoornvlies droogt na inductie van anesthesie.
- Dompel de rechterachterpoot van de diep verdoofde muis onder in heet water bij 65 °C ± 0,5 °C gedurende 3 s. Maak een markering op de enkel van elke muis voordat je de achterpoot onderdompelt in heet water om de consistentie in het verbrande gebied te behouden.
- Breng na inductie van brandwonden de muizen in een schone thuiskooi en plaats ze op een verwarmingskussen totdat de dieren herstellen van de anesthesie.
OPMERKING: Het pijnstillende middel, paracetamol (200 mg / kg), werd intraperitoneaal eenmaal daags toegediend gedurende 7 dagen vanaf de dag van brandwonden (alleen Burn + Acetaminophen-groep). De Burn-groep werd behandeld met zoutoplossing als voertuigcontrole. Het experiment werd uitgevoerd volgens de methode beschreven in een eerdere studie4.
2. Meting van mechanische allodynie
- Breng de muizen naar de gedragstestruimte en laat ze minstens 30 minuten voorafgaand aan de test acclimatiseren. Draag een operatiejas, handschoenen en masker tijdens het uitvoeren van de test.
- Plaats de muizen in een vierkante doos (diameter: 13 cm, hoogte: 12 cm) op een metalen gaasvloer (maaswijdte: 0,7 cm x 0,7 cm) en laat ze minstens 30 minuten acclimatiseren.
- Beoordeel de mechanische drempel van de achterpoot met behulp van de oplopende stimulusmethode19,20.
- Prik voorzichtig in een reeks von Frey-filamenten met intervallen van 5-8 s om de achterste plantaire te stimuleren. Verkrijg de basiswaarden op de dag vóór de brandinductie.
OPMERKING: De 0,16-1,2 g von Frey-filamenten werden bij de test gebruikt om de pootonttrekkingsdrempel bij alle dieren te meten. De pootonttrekkingsresponstest werd gestart met de laagste buigkracht van von Frey-filament (0,16 g in dit protocol). Als er geen reactie was, werd een filament met de volgende buigkracht toegepast. - Voer vijf proeven uit om mechanische drempels voor elke ipsilaterale (gewonde) achterpoot te evalueren.
OPMERKING: De buigkracht van von Frey filament die meer dan drie keer de respons van de vijf proeven bij elk dier produceert, werd uitgedrukt als pootonttrekkingsdrempel (PWT, g). Mechanische drempels werden een dag voor en op 1, 3, 5 en 7 dagen na brandwonden gemeten. Het analgetische effect werd 1 uur na toediening van de paracetamol bij het dier beoordeeld.
3. Geautomatiseerde loopanalyse
- Acclimatiseer de muizen eenmaal daags in het loopanalysesysteem gedurende 10-15 minuten vanaf 5 dagen vóór de brandwond. Draag een chirurgische japon, handschoenen en masker tijdens het uitvoeren van loopanalyses.
- Breng de muizen op de dag van de test naar de gedragstestruimte en acclimatiseer ze gedurende ten minste 30 minuten vóór de test.
OPMERKING: Voer acclimatisatie- en loopanalysetests uit in een donkere omgeving. Stel de voorwaarden van het programmamenu als volgt in.- Nadat u het programma hebt uitgevoerd, klikt u op het menu Nieuw experiment maken om de map aan te wijzen waarin de gegevens moeten worden opgeslagen.
- Stel na de aanwijzing de maximale looptijd in op 5 s en de maximaal toegestane snelheidsvariaties op 50%.
- Selecteer een geregistreerde camera en stel de loopbruglengte in op 30 cm op het tabblad Instellingen van het programma.
- Selecteer op het tabblad Verwerven van het programmamenu de optie Acquisitie openen.
- Klik op basis van de statusberichten op de knop Achtergrond uitlijnen om een achtergrondafbeelding van een lege loopbrug te verkrijgen.
- Klik op de knop Acquisitie starten en plaats de muis bij de ingang van de links-rechts doorkruisbare loopbrug. De opname wordt automatisch gestart na de vrije beweging van de muis.
OPMERKING: Als de gang van het dier met succes is geregistreerd en alle voetstappen zijn gedetecteerd, wordt deze gemarkeerd als Compliant Run met een groen pictogram. Als de software geen voetstappen detecteert, wordt een rood pictogram weergegeven, in welk geval het wordt aanbevolen om de opname opnieuw uit te voeren. De auteurs raden aan om ten minste vijf succesvolle compatibele runs te verzamelen en te analyseren die met vergelijkbare hardloopsnelheden worden uitgevoerd. - Selecteer op het tabblad Acquire van het programmamenu de optie Runs classificeren.
OPMERKING: Nadat u de gegevens hebt geselecteerd die zijn verkregen uit de succesvolle nalevingsrun hierboven, gaat u naar het video-analysescherm waar de looppatronen van de muizen werden vastgelegd. - Selecteer de te analyseren run en klik op de knop Auto Classify ( Auto Classify ).
- Na het uitvoeren van automatische classificatie, verwijdert u neus, genitale herkenning en de verkeerde erkenning van poten aan ongewenste gegevens in elke run en analyseert u vervolgens de gegevens.
OPMERKING: Alle statistische parameters worden automatisch geanalyseerd en opgeslagen in het programma en ruwe gegevenswaarden zijn te vinden in het analysemenu van de experimentator. Automatische loopanalyse werd uitgevoerd voor en op 1, 3, 5 en 7 dagen na brandwonden. De evaluatie werd uitgevoerd 30 min na toediening van paracetamol in de Burn + Acetaminophen-groep en 30 min na zoutoplossingbehandeling in de Burn-groep. Dit experiment werd uitgevoerd volgens de methode beschreven in de vorige studies 4,21,22.
4. Meting van depressie-achtig gedrag
OPMERKING: Op wanhoop gebaseerd gedrag, immobiliteitstijd in het water werd gemeten door de gedwongen zwemtest.
- Breng de muizen naar de gedragstestruimte en acclimatiseer ze gedurende ten minste 30 minuten voor de test. Draag een chirurgische japon, handschoenen en masker tijdens het uitvoeren van de gedwongen zwemtest.
- Plaats de muis gedurende 15 minuten in een doorzichtige cilinder van plexiglas (10 cm x 25 cm) met 15 cm water (25 °C ± 0,5 °C).
- Plaats de muis na 24 uur in de cilinder van dezelfde omstandigheden en meet de immobiliteitstijd.
OPMERKING: Immobiliteitstijd werd gemeten gedurende 5 minuten testtijd en de tijd dat muizen stopten met klimmen of zwemmen en gewoon zweefden om hun hoofd boven het wateroppervlak te houden, werd geregistreerd. De gedwongen zwemtest werd uitgevoerd op dag 7 na de brandwond. De evaluatie werd uitgevoerd 1 uur na toediening van paracetamol in de Burn + Acetaminophen-groep en 1 uur na zoutoplossingbehandeling in de Burn-groep. Het experiment werd uitgevoerd volgens de methode beschreven in eerdere studies23,24.
5. Meting van de normale motorische functie
OPMERKING: De rota-rod-test werd uitgevoerd om de abnormale motorische functie na brandwonden te onderscheiden.
- Breng de muizen naar de gedragstestruimte en acclimatiseer ze gedurende ten minste 30 minuten voor de test. Draag een chirurgische japon, handschoenen en masker tijdens het uitvoeren van de gedwongen zwemtest.
- Plaats de dieren op een rollend cilindrisch platform (5,7 cm breed; 3 cm diameter) dat 16 cm boven de onderkant van het apparaat hangt.
- Laat elk dier eenmaal per dag trainen op een rota-staaf gedurende ten minste 5 dagen voorafgaand aan de inductie van brandwonden.
- Voer de rota-staaftest elke 20 minuten uit gedurende 2 uur na toediening van het geneesmiddel. Stel de cut-off tijd in op 2 min.
- Meet de tijdsduur dat de muis op een roterende staaf draait met de constante snelheid van 15 omwentelingen per minuut zonder te vallen.
OPMERKING: De rota-rod test werd uitgevoerd 7 dagen na de inductie van brandwonden. De evaluatie werd uitgevoerd onmiddellijk na toediening van paracetamol in de Burn + Acetaminophen-groep en na zoutoplossingbehandeling in de Burn-groep. Alfaxalone werd gebruikt als een positieve controle voor experimenteel behandelde geneesmiddelen in deze test. Tijdens de rotarod-test wordt de duur gemeten van de tijd dat de muis op de roterende staaf loopt zonder te vallen. Het experiment werd uitgevoerd volgens de methode beschreven in eerdere studies22,25.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Om dierenleed te minimaliseren en het aantal dieren dat wordt gebruikt volgens de drie R's (vervanging, vermindering en verfijning) richtlijnen te verminderen, is deze studie ontworpen met het minimale aantal dieren voor het verzamelen van belangrijke gegevens die zijn vastgesteld door middel van een voorlopig experiment. In deze studie werden gedragsexperimenten twee keer als volgt onafhankelijk uitgevoerd. De loopanalyse, mechanische allodynie en depressie-achtige gedragstests werden uitgevoerd met Control (n = 5), Bur...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De broeibrand is een soort thermische verbranding die wordt veroorzaakt door verwarmde vloeistoffen. Er is gesuggereerd dat eerste- of tweedegraads brandwonden in de meeste gevallen voorkomen, maar langdurig contact met warmtebronnen kan derdegraads brandwonden veroorzaken26. In de huidige studie werd brandwondenletsel geïnduceerd door de rechterachterpoot van muizen bloot te stellen aan heet water bij 65 °C gedurende 3 s 4,26. Weefselbesc...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit onderzoek werd ondersteund door de Chungnam National University en de National Research Foundation of Korea (NRF) subsidie gefinancierd door de regering van Korea (NRF-2019R1A6A3A01093963 en NRF-2021R1F1A1062509).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1 mL spuit | BD | 307809 | |
| 1.5 mL buis | Axygen | MCT-150-C | |
| 50 mL buis | SPL | 50050 | |
| Acetaminophen BioXtra, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | A7085-100G | Deze pijnstiller wordt gebruikt als een positieve controle. |
| Alfaxan multidose (Alfaxalone) | JUROX Pty.Limited | In dit experiment werd dit materiaal gebruikt voor dierlijke anesthesie en werd het gebruikt als een positieve controle voor experimenteel behandelde geneesmiddelen in de rota-rod test. | |
| CatWalk geautomatiseerd ganganalysesysteem | Noldus | CatWalk XT | Ganganalyse bij vrij lopende knaagdieren wordt gebruikt om de veranderingen in ledemaatbeweging en positionering te bestuderen in modellen met sensorische-motorische disfunctie |
| OPTISHIELD (Cyclosporine oogzalf) | Ashish Life Science | Dit materiaal werd gebruikt voor een zalf om hoornvliesdroging na inductie van anesthesie te voorkomen. | |
| Plexiglas cilinder | SCITECH KOREA | op maat gemaakte producten | Gebruikt in de forced swimming test |
| Rota-rod systeem | SCITECH KOREA | Accelerating rota rod | Gebruikt bij het meten van normale motorische functie |
| von Frey filamenten | North Coast Medical | NC12775 | Gebruikt bij het meten van mechanische allodynie |
| Waterbad | CHANGSHIN SCIENCE | C-WBE | Gebruikt bij het induceren van brandwonden |
Referenties
- Peck, M. D. Epidemiology of burns throughout the World. Part II: intentional burns in adults. Burns. 38 (5), 630-637 (2012).
- Tracy, L. M., Cleland, H. Pain assessment following burn injury in Australia and New Zealand: Variation in practice and its association on in-hospital outcomes. Australasian Emergency Care. 24 (1), 73-79 (2021).
- Montgomery, R. K. Pain management in burn injury. Critical Care Nursing Clinics of North America. 16 (1), 39-49 (2004).
- Kang, D. W., Choi, J. G. Bee venom reduces burn-induced pain via the suppression of peripheral and central substance P expression in mice. Journal of Veterinary Science. 22 (1), 9(2021).
- Abdi, S., Zhou, Y. Management of pain after burn injury. Current Opinion in Anaesthesiology. 15 (5), 563-567 (2002).
- Ullrich, P. M., Askay, S. W. Pain, depression, and physical functioning following burn injury. Rehabilitation Psychology. 54 (2), 211-216 (2009).
- Patwa, S., Benson, C. A. Spinal cord motor neuron plasticity accompanies second-degree burn injury and chronic pain. Physiological Reports. 7 (23), 14288(2019).
- Michaelides, A., Zis, P. Depression, anxiety and acute pain: links and management challenges. Postgraduate Medicine. 131 (7), 438-444 (2019).
- Doan, L., Manders, T., Wang, J. Neuroplasticity underlying the comorbidity of pain and depression. Neural Plasticity. 2015, 504691(2015).
- Vachon-Presseau, E., Centeno, M. V. The emotional brain as a predictor and amplifier of chronic pain. Journal of Dental Research. 95 (6), 605-612 (2016).
- Apkarian, A. V., Baliki, M. N. Predicting transition to chronic pain. Current Opinion in Neurology. 26 (4), 360-367 (2013).
- Yin, W., Mei, L. A Central amygdala-ventrolateral periaqueductal gray matter pathway for pain in a mouse model of depression-like behavior. Anesthesiology. 132 (5), 1175-1196 (2020).
- Deng, Y. T., Zhao, M. G., Xu, T. J. Gentiopicroside abrogates lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior in mice through tryptophan-degrading pathway. Metabolic Brain Disease. 33 (5), 1413-1420 (2018).
- Zhang, G. F., Wang, J. Acute single dose of ketamine relieves mechanical allodynia and consequent depression-like behaviors in a rat model. Neuroscience Letters. 631, 7-12 (2016).
- Edwards, R. R., Smith, M. T. Symptoms of depression and anxiety as unique predictors of pain-related outcomes following burn injury. Annals of Behavioral Medicine. 34 (3), 313-322 (2007).
- Pincus, T., Vlaeyen, J. W. Cognitive-behavioral therapy and psychosocial factors in low back pain: directions for the future. Spine. 27 (5), 133-138 (2002).
- Laumet, G., Edralin, J. D. CD3(+) T cells are critical for the resolution of comorbid inflammatory pain and depression-like behavior. Neurobiology of Pain. 7, 100043(2020).
- Zimmermann, M. Ethical guidelines for investigations of experimental pain in conscious animals. Pain. 16 (2), 109-110 (1983).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284(2017).
- Scholz, J., Broom, D. C. Blocking caspase activity prevents transsynaptic neuronal apoptosis and the loss of inhibition in lamina II of the dorsal horn after peripheral nerve injury. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 25 (32), 7317-7323 (2005).
- Kang, D. W., Choi, J. G. Automated gait analysis in mice with chronic constriction injury. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e56402(2017).
- Kang, D. W., Moon, J. Y. Antinociceptive profile of levo-tetrahydropalmatine in acute and chronic pain mice models: Role of spinal sigma-1 receptor. Scientific Reports. 6, 37850(2016).
- Huang, W., Chen, Z. Piperine potentiates the antidepressant-like effect of trans-resveratrol: involvement of monoaminergic system. Metabolic Brain Disease. 28 (4), 585-595 (2013).
- Can, A., Dao, D. T. The mouse forced swim test. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (59), e3638(2012).
- Choi, J. G., Kang, S. Y. Antinociceptive effect of Cyperi rhizoma and Corydalis tuber extracts on neuropathic pain in rats. Korean Journal of Physiology & Pharmacology. 16 (6), 387-392 (2012).
- Mosby's. Mosby's Dictionary of Medicine, Nursing & Health Professions - Seventh edition, Nursing Standard. 20 (22), RCN Publishing Company Ltd. 36(2006).
- Vandeputte, C., Taymans, J. M. Automated quantitative gait analysis in animal models of movement disorders. BMC Neuroscience. 11, 92(2010).
- Isvoranu, G., Manole, E. Gait analysis using animal models of peripheral nerve and spinal cord injuries. Biomedicines. 9 (8), 1050(2021).
- Yankelevitch-Yahav, R., Franko, M. The forced swim test as a model of depressive-like behavior. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (97), e52587(2015).
- Yan, H. C., Cao, X. Behavioral animal models of depression. Neuroscience Bulletin. 26 (4), 327-337 (2010).
- Papp, M., Willner, P. An animal model of anhedonia: attenuation of sucrose consumption and place preference conditioning by chronic unpredictable mild stress. Psychopharmacology. 104 (2), 255-259 (1991).
- Seminowicz, D. A., Laferriere, A. L. MRI structural brain changes associated with sensory and emotional function in a rat model of long-term neuropathic pain. Neuroimage. 47 (3), 1007-1014 (2009).
- Yalcin, I., Barthas, F. Emotional consequences of neuropathic pain: insight from preclinical studies. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 47, 154-164 (2014).
- Choi, J. W., Kang, S. Y. Analgesic effect of electroacupuncture on paclitaxel-induced neuropathic pain via spinal opioidergic and adrenergic mechanisms in mice. American Journal of Chinese Medicine. 43 (1), 57-70 (2015).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
