Artykuł metodologiczny

Wykorzystanie instrumentalnego urządzenia do oceny bólu ustno-twarzowego (OPAD) do pomiaru zmian w zachowaniu nocyceptywnym

24.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/50336

⸱

10 czerwca 2013

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University of Florida College of Dentistry, 2Department of Neuroscience, McKnight Brain Institute, University of Florida College of Medicine , 3Stoelting Co., 4Department of Orthodontics, University of Florida

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy przyjazny dla użytkownika, wysokowydajny system operacyjny do oceny zachowań bólowych u obudzonych, przytomnych gryzoni. Urządzenie do oceny bólu ustno-twarzowego (OPAD) może oceniać ból za pomocą paradygmatu nagrody/konfliktu, zapewniając w ten sposób bardziej humanitarny sposób testowania. Protokół ten dostarczy bardziej istotnych klinicznie i translacyjnych danych od gryzoni.

Streszczenie

Prezentujemy system operacyjny do wykrywania bólu u obudzonych, przytomnych gryzoni. Urządzenie do oceny bólu ustno-twarzowego (OPAD) ocenia zachowania bólowe w bardziej istotny klinicznie sposób, nie polegając na odruchowych pomiarach nocycepcji. Gryzonie na czczo, bezwłose (lub ogolone) na czczo umieszcza się w komorze z pleksiglasu, która ma dwie termody oparte na Peltierze, które można zaprogramować na dowolną temperaturę w zakresie od 7 °C do 60 °C. Gryzoń jest szkolony w nawiązywaniu z nimi kontaktu, aby uzyskać dostęp do butelki z nagrodą. Podczas sesji automatycznie rejestrowanych i zapisywanych jest szereg behawioralnych skutków bólu. Miary te obejmują liczbę aktywacji butelki z nagrodą (liźnięcia) i bodźców kontaktu z twarzą (kontakty twarzowe), ale można również utworzyć niestandardowe miary, takie jak stosunek lizania do twarzy (całkowita liczba liźnięć na sesję/całkowita liczba kontaktów). Temperaturę bodźca można ustawić na pojedynczą temperaturę lub wiele temperatur w ciągu sesji. OPAD to wysokoprzepustowy, łatwy w użyciu test instrumentalny, który doprowadzi do lepszego przełożenia badań nad bólem w przyszłości, ponieważ obejmuje dane wejściowe kory mózgowej, zamiast polegać na testach nocyceptywnych opartych na odruchu rdzeniowym.

Wprowadzenie

Przewlekły, niekontrolowany ból pozostaje poważnym problemem zdrowia publicznego, a nowatorskie terapie przeciwbólowe często nie przekładają się z ławki na łóżko. Ten brak sukcesu jest częściowo spowodowany stosowaniem nieefektywnych testów behawioralnych w odruchowych pomiarach bólu, które niekoniecznie lub w pełni modelują stan bólu u ludzi 1,2, a w szczególności brakiem wiarygodnego, wysokoprzepustowego, dostępnego na rynku testu oceny bólu in vivo zarówno dla szczurów, jak i myszy. Przedstawiamy tutaj wysokowydajną, łatwą w użyciu wersję naszego instrumentalnego testu nocycepcji opartego na oprogramowaniu. Ten nowy system opiera się na naszym poprzednim operacyjnym teście bólu ustno-twarzowego, który okazał się czuły na wykrywanie różnych modalności bólu, w tym ciepła, zimna i mechanicznego 3,4,5. Na podstawie tych pomiarów zbadano wiele różnych dziedzin, w tym leki przeciwbólowe 6,3,4,5,7, stany bólowe, takie jak zapalenie, hiperalgezja i allodynia 3,8, neuralgia nerwu trójdzielnego 9 oraz obwodowa modulacja nocyceptywna za pośrednictwem kanałów TRP z kapsaicyną, żywicyferatoksyną, mentolem i icyliną 8,10,5,11. Efekty psychologiczne, takie jak indukowana lękiem modulacja bólu12 i efekt placebo13, zostały również wykazane za pomocą testów instrumentalnych ustno-twarzowych, co sugeruje, że może to być odpowiednie do pomiaru pełnego doświadczenia bólu, a nie tylko nocycepcji.

Urządzenie do oceny bólu ustno-twarzowego (OPAD) wykorzystuje test nagrody/konfliktu, który pozwala gryzoniu wybrać między otrzymaniem wzmacniającej nagrody a ucieczką przed bodźcem awersyjnym, kontrolując w ten sposób ilość bólu, który odczuwa podczas sesji 14,15. Gryzonie są najpierw szkolone, aby wciskać twarze w termody o kontrolowanej temperaturze, aby uzyskać dostęp do butelki z jedzeniem zawierającej płynną nagrodę. Po treningu temperatura bodźca może zostać podgrzana lub schłodzona, a różnice w reagowaniu mogą wskazywać na poziom nocycepcji lub analgezji, który zwierzę postrzega. OPAD jest również zdolny do szybkich zmian temperatury, co pozwala na testowanie podstawowe i ocenę bólu w wysokich i niskich temperaturach w ciągu jednej sesji testowej. Poniżej przedstawiamy prosty protokół, który podkreśla zdolność OPAD do wykrywania zmian w bólu spowodowanych ciepłem, zimnem i agonistą TRPV1 kapsaicyną 16. Kapsaicyna jest stosowana poniżej jako środek uczulający termicznie, ponieważ ma kilka zalet w tym teście, ponieważ nie uszkadza tkanek i wykazano wcześniej, że wywołuje allodynię twarzy i hiperalgezję u gryzoni 8. Pokażemy, w jaki sposób oprogramowanie OPAD może szybko pozyskiwać, analizować, tworzyć wykresy i wykonywać analizy statystyczne na danych behawioralnych gryzoni.

Protokół

Tutaj użycie OPAD (Stoelting Co., Wood Dale, IL) jest opisane w ogólnych terminach dla przykładowego eksperymentu z użyciem kapsaicyny. Operator ma jednak swobodę programowania licznych eksperymentów z wieloma opcjami i modelami bólu. Na przykład podawanie leków przeciwbólowych zmniejsza środki nocyceptywne 6,3,4,5,7, a inne modele bólu, takie jak przewlekłe zwężenie, urazy i stan zapalny, zwiększają zachowania nocyceptywne 3,9. Modele te można łatwo dostosować do następującego protokołu.

Do wszystkich eksperymentów użyto samców szczurów Sprague-Dawley (250-300 g, Charles River, Raleigh, NC). Byli oni trzymani parami w pomieszczeniach o temperaturze 22 °C i wilgotności 31% z normalnymi 12-godzinnymi cyklami światła/ciemności (włączone światła od 6 rano do 18 wieczorem) i mieli swobodny dostęp do jedzenia i wody, z wyjątkiem czasu postu. Sesje behawioralne były wykonywane w fazie światła. Placówki te posiadały akredytację AAALAC, a wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez University of Florida IACUC.

1.Trening i sesje bazowe

  1. Gryzonie poszczące jedzenie w noc poprzedzającą każdą sesję OPAD (np. 15 +/- 1 godzina w tym eksperymencie).
  2. Gryzonie należy najpierw wyszkolić, aż do momentu zaobserwowania konsekwentnego zachowania w temperaturach nieawersyjnych (np. 33-37 °C). Ogólnie rzecz biorąc, około sześciu sesji (trzy razy w tygodniu przez dwa tygodnie) wystarczy, aby wyszkolić myszy lub szczury do lizania odpowiednio około 600-1,000 lub 2,000 razy na sesję.

2. Przygotowanie do testu wstępnego i leczenie kapsaicyną

  1. Bezwłose gryzonie są najlepsze do wszystkich procedur operacyjnych, jeśli nie jest to możliwe, gryzonie muszą mieć usunięty zarost (tylko włosy na policzku, a nie wibrysy/wąsy), ponieważ ma to wpływ na nawigację gryzonia) 1-2 dni przed badaniem w celu dokładnego zarejestrowania zachowania.
  2. Włosy policzkowe działają jak izolator temperatury i sprawiają, że ciepło i zimno są mniej nocyceptywne. Aby usunąć włosy, znieczulij szczury, dodaj maść do oczu, ogol włosy na policzkach maszynką do strzyżenia, nałóż krem do depilacji, odczekaj 2-4 minuty, a następnie umyj wodą. Patrz Neubert et al. 3, aby zapoznać się z pełną metodologią.
  3. W dniu badania należy znieczulić zwierzę (np. 1-2,5% inhalacji izofluranu) i umieścić maść weterynaryjną na obu oczach, aby zapobiec ich wysuszeniu i zapobiec przedostawaniu się do oka wszelkich miejscowych leków leczniczych.
  4. Krem z kapsaicyną (0,1%) nakładać obustronnie na odsłonięte policzki za pomocą sterylnego wacika. Odczekaj 5 min. Krem zetrzeć gazikami nasączonymi ciepłą wodą (o temperaturze około 40 °C). Wytrzyj policzki wacikiem nasączonym alkoholem i ustaw minutnik na 30 minut.
  5. Daj gryzoniowi wystarczająco dużo czasu na dojście do siebie po znieczuleniu przed powrotem do klatki. Poczekaj, aż będzie w stanie podnieść głowę w pozycji mostkowej, aby zapobiec aspiracji ściółki w klatce.

3. Programowanie systemu OPAD dla protokołów i eksperymentów

  1. Kluczową innowacją systemu OPAD do testów behawioralnych jest oprogramowanie OroFacial, system oparty na ANY-maze (Stoelting Co., Wood Dale, IL), który pozwala użytkownikowi programować i tworzyć nowe eksperymenty.
  2. Ogólny przykład zaprogramowania prostego eksperymentu znajduje się poniżej, ale dostępnych jest o wiele więcej opcji protokołów zwiększania temperatury i modeli bólu innych niż kapsaicyna.
  3. Eksperymenty można projektować i zapisywać w dowolnym momencie. Włącz OPAD-y i otwórz oprogramowanie. Włącz biały szum, aby kontrolować hałas otoczenia. W sekcji "Plik" wybierz Nowy eksperyment. Pod nagłówkiem "Protokół" nazwij protokół i wybierz, czy chcesz być zaślepiony.
  4. W sekcji "Klatki OPAD" wybierz "Nowa klatka OPAD", a następnie "Dodaj wszystkie połączone klatki OPAD". W sekcji "Wyjścia" wybierz "Regulatory temperatury", a następnie "Element termiczny". Dostosuj temperaturę początkową (na przykład neutralną 33-37 °C).
  5. W razie potrzeby dostosuj temperatury narastania w sekcji "Cykl temperaturowy OPAD". Aby zmienić temperaturę z neutralnej na gorącą na zimną, dokonaj tutaj regulacji.
  6. Dla "1", "Ustaw temperaturę na (°C)" = 45, "Czas trwania rampy" = 30 sekund i "Pozostań na wartości przez" = 3 min. Dla "2", 33, 30 s i 3 min. Dla "3", 7, 60 s i 3 min. Dla "4", 33, 60 s i 3 min. Zaznacz pole "Po upływie następującego czasu:" i wybierz 3 min.
  7. W sekcji "Pola" dodaj dodatkowe notatki dotyczące tematów. Na przykład utwórz obszar dla identyfikacji zwierzęcia, wybierając "Nowe pole" i zmień nazwę na "Identyfikator zwierzęcia". Następnie wybierz "Zwierzęta", "Tekst" i "Użyj tego pola jako identyfikatora zwierzęcia".
  8. W sekcji "Etap" OPAD automatycznie ustawi "Pierwszy etap". Ustaw czas trwania okresu testowego i nazwij etap, jeśli to konieczne. W przypadku tej sesji rampingu ustaw to na 18 minut.
  9. Uwaga na temat etapów: w przypadku większości eksperymentów sesje behawioralne nie powinny trwać dłużej niż 10-20 minut. Następnie gryzonie są nasycone. W przypadku eksperymentów trwających kilka dni można dodawać dodatkowe etapy dla każdego dnia, aby uprościć analizę danych.
  10. W sekcji "Obliczenia" wybierz "Nowe obliczenia" i nazwij je "L/F" dla stosunku lizania do twarzy. W sekcji oznaczonej "Wprowadź obliczenia w obszarze poniżej" dostosuj, aby powiedzieć "Lick : liczba aktywacji / Kontakt : liczba aktywacji".
  11. Aby utworzyć przedziały czasowe dla prostszej analizy danych, wybierz "Analiza" i "Nowy okres czasu". Nazwij jeden "33 °C" i zaznacz pole "Ten okres jest taki sam na wszystkich etapach" Dla "Zaczyna się o:" wpisz 0, a dla "Kończy się o:" wpisz 3 min.
  12. Powtórz powyższy krok dla każdego okresu. Nazwa: "Rampa 33-45 °C." Zaczyna się za: 3 min. Kończy się za: 3,5 min. "45 °C", 3,5 min, 6,5 min. "Rampa 45-33 °C", 6,5 min, 7 min. "33 °C", 7 min, 10 min. "Rampa 33-7 °C", 10 min, 11 min. "7 °C", 11 min, 14 min. "Rampa 7-33 °C", 14 min, 15 min. "33 °C", 15 min, 18 min.
  13. Zapisz i nazwij protokół. Uwaga: zapisane protokoły można ponownie wykorzystać w nowych eksperymentach.

4. Przeprowadzanie testu

  1. Przygotuj mieszankę nagród o temperaturze pokojowej i umieść w butelkach OPAD. Dobrze sprawdza się stosunek wody do słodzonego mleka skondensowanego 2:1, chociaż można również stosować roztwory sacharozy lub sacharyny.
  2. Umieść tackę na płyny, klatkę z pleksiglasu i metalową kratkę podłogową na maszynie OPAD. Przymocuj przewody do klatki.
  3. Umieść butelkę z nagrodą na stojaku i wyreguluj tak, aby gryzoń mógł dosięgnąć dziobka. Początkowo butelkę można umieścić z powrotem w klatce, a następnie wyjąć, aby uzyskać lepszy kontakt z twarzą.
  4. Załaduj eksperyment do oprogramowania OPAD. Dodać liczbę zwierząt, które mają zostać poddane badaniu. Pod nagłówkiem "Eksperyment" dodaj "Tytuł", a następnie dodaj grupy leczenia (kapsaicyna i kontrola). Dodaj liczbę zwierząt w każdej grupie.
  5. W podtytule "Testy" wybierz "Leczenie i dane na zwierzętach". Dodać literę zabiegu (A, B, C itd.) oraz identyfikator zwierzęcia. Pudełka powinny teraz mieć wyznaczony identyfikator zwierzęcia na swoich ekranach.
  6. Naciśnij przycisk na skrzynce OPAD. To dostosuje termody do odpowiedniej temperatury. Gdy światło zmieni kolor na pomarańczowy, umieść gryzonia w środku i ponownie naciśnij przycisk. W tym eksperymencie szczury zostaną rozpoczęte 30 minut po wytarciu kremu z kapsaicyną.
  7. Zaświeci się zielone światło. Dostosuj odległość, w jakiej butelka znajduje się od pudełka, aby szczur musiał zetknąć się z termodami w okolicy policzkowej, a nie wibrysowej, aby móc lizać. Właściwa regulacja spowoduje, że nad zarysowanym pomarańczowym polem na kontakty pojawi się solidne czerwone pole do lizania.
  8. Właściwe umieszczenie butelki z nagrodą ma kluczowe znaczenie dla testu. Jeśli butelka jest zbyt blisko, szczur albo będzie lizał bez kontaktu, albo dotknie nosem butelki z nagrodą, tak że wiele liźnięć pojawi się jako tylko jedno (oznaczone obrysowanym czerwonym polem dla lizawek zamiast solidnego pudełka).
  9. Po zakończeniu sesji testowej OPAD zaalarmuje eksperymentatora sygnałem dźwiękowym. Wróć gryzonia do klatki. Jeśli później ma zostać przetestowany inny gryzoń, na pudełku pojawi się jego identyfikator zwierzęcia. W razie potrzeby powtarzaj kroki 4.5-4.7, aż eksperyment zostanie zakończony.

5. Analizowanie, tworzenie wykresów i analiza statystyczna danych za pomocą oprogramowania OPAD

  1. Pod nagłówkiem "Wyniki" wybierz, czy chcesz zobaczyć raport tekstowy, wykres czy raport analizy statystycznej.
  2. W polu "Ustawienia raportu wykresu" wybierz zmienną, którą chcesz zbadać. Na przykład w sekcji "Wyniki obliczeń" zaznacz pole "L/F".
  3. Określ "Na osi x" jako "Okres czasu" i "Pokaż różne serie dla" jako "Leczenie". Wybierz opcję "Wyświetl raport". W tym momencie można zapisać, wydrukować, skopiować lub wysłać raport pocztą e-mail. W razie potrzeby niektóre punkty danych mogą zostać wykluczone w polu poniżej kroku grupowania.
  4. Pod nagłówkiem "Dane" znajduje się regulowana lista surowych danych z eksperymentu w formie arkusza kalkulacyjnego, jeśli zajdzie taka potrzeba. Uwaga: wszystkie dane są teraz zapisane i można nimi manipulować i analizować w późniejszym czasie.

6. Sprzątanie

  1. Wyłącz maszynę i odłącz okablowanie klatki. Umyj i zdezynfekuj ruszt, pudełko, butelkę i tackę na płyny. Elementy te można myć ręcznie lub w zmywarce.

Wyniki

Typowe wyniki zachowania jednego gryzonia na OPAD przedstawiono na Rysunkach 1A-D. Liczba liznięć jest wysoka dla każdego segmentu sesji w neutralnej temperaturze 33 °C, ale niska dla temperatur awersyjnych (45 °C i 7 °C), co zilustrowano na Rysunku 1A. Jak pokazuje Rysunek 1B, w temperaturze 33 °C występują długie serie kontaktów, co jest typowe dla temperatur bodźców nienocyceptywnych. Czas trwania kontaktów maleje, a ich liczba zwiększa się w okresach, gdy temperatury są bolesne. Rysunek 1C przedstawia schemat protokołu rampowego, który zaprogramowano w OPAD dla wszystkich sesji testowych. Rysunek 1D obrazuje całkowitą ilość spożytej nagrody w gramach w czasie. Podobnie jak w przypadku liczby liznięć, zwierzęta preferują temperatury neutralne nad bolesnymi. Stosunek liczby liznięć do kontaktów twarzą (L/F) dla sesji bazowej został obliczony przez OPAD i przedstawiony na Rysunku 1E. Stosunek ten jest znacznie wyższy podczas trzech niebolesnych sesji w 33 °C (20-46 liznięć na kontakt twarzą) niż podczas bolesnych sesji w 45 °C (3 liznięcia na kontakt twarzą) i 7 °C (1 liznięcie na kontakt twarzą). Jednoczynnikowa analiza wariancji z powtarzanymi pomiarami (Repeated Measures One-Way ANOVA) wykazała istotny wpływ temperatury na stosunek L/F (F(4,52)=6.2182, p<0.001). Testy Bonferroniego były istotne przy porównaniu 33 °C vs. 7 °C (p<0.05), 45 °C vs. 33 °C (2) (p<0.01) oraz 33 °C (2) vs. 7 °C (p<0.01). N=16 dla wszystkich temperatur. Na Rysunku 1F gryzonie leczone kapsaicyną (N=8) nie różniły się istotnie od szczurów naiwnych (N=8) przy żadnej z neutralnych temperatur 33 °C. Gryzonie leczone kapsaicyną miały istotnie niższy stosunek L/F w temperaturze 45 °C (test t, t(13)=2.9350, p=0.012). Grupa z kapsaicyną miała wyższe wartości L/F przy 7 °C, lecz nie było to istotne statystycznie.

Wykres zachowań lizania/kontaktu; zmiana temperatury; waga napoju; wykresy słupkowe porównujące grupy badawcze.
Rysunek 1. Pomiar nocycepcji za pomocą OPAD. Zależność zachowania pojedynczego gryzonia na OPAD przedstawiono na wykresach dla A) liczby liznięć, B) kontaktów, C) temperatury termody podczas sesji oraz D) ilości pobranej nagrody w gramach. E) Stosunek lizania do kontaktu z twarzą (lick/face ratio) jest wysoki podczas trzech bezbolesnych sesji w 33 °C i jest istotnie niższy podczas bolesnych sesji w 45 °C i 7 °C (jednoczynnikowa ANOVA z powtarzanymi pomiarami, F(4,52)=6.2182, p<0.001, test Bonferroniego 33 °C vs. 7 °C (p<0.05, #), 45 °C vs. 33 °C (2) (p<0.01, **), oraz 33 °C (2) vs. 7 °C (p<0.01, ##). F) Gryzonie traktowane kapsaicyną wykazały istotnie niższy stosunek L/F w 45 °C (test t, t(13)=2.9350, p=0.012, *), natomiast nie odnotowano tego efektu w temperaturach neutralnych. N=16 dla 1E oraz N=8 dla grupy z kapsaicyną i N=8 dla grupy naiwnej dla 1F. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony rysunek.

Dyskusja

System OPAD to łatwy w użyciu, wysokoprzepustowy test zdolny do wykrywania zmian w odczuwaniu bólu u gryzoni. Wysoka przepustowość tego systemu oznacza, że wiele zwierząt może być testowanych w ciągu jednego dnia przez jedną osobę. Dzieje się tak dzięki systemowi oprogramowania OPAD, który umożliwia jednoczesne uruchomienie do 16 skrzynek na jednym komputerze. Oznacza to, że po początkowym czasie konfiguracji można wykonać około 48 przebiegów operacji (po 18 minut na przebieg) w ciągu godziny, a nawet więcej, jeśli czas sesji jest ustawiony na krótszy czas na etap. Pozwala to na testowanie bólu u setek zwierząt dziennie. Taka ilość testów nie byłaby praktyczna w przypadku większości tradycyjnych testów bólu.

Zgodnie z naszą wcześniejszą pracą, zachowanie gryzoni zmienia się w bolesnych warunkach. W okresach nieszkodliwych gryzonie zazwyczaj mają długie napady picia, podczas których utrzymują kontakt z termodami. W awersyjnych warunkach 45 °C lub 7 °C gryzonie mają znacznie krótsze napady, ponieważ nie są w stanie utrzymać kontaktu przez długi czas. Dlatego stosunek lizania do twarzy (liczba liźnięć podzielona przez liczbę kontaktów z twarzą podczas sesji) zmienia się wraz z bólem. Kapsaicyna zwiększała wrażliwość na ból cieplny, o czym świadczy niższy stosunek L/F u leczonych i nieleczonych gryzoni w temperaturze 45 °C. Leki przeciwbólowe mogą przywrócić ten stosunek lizania do twarzy do poziomu podobnego do stanów niebolesnych 3. Chociaż stany bólowe, które łatwo powstają na skórze (takie jak stosowanie kremu z kapsaicyną) są najprostszymi metodami wykrywania bólu w tym teście, modele zwierzęce bardziej klinicznie istotnego głębokiego bólu tkanki nerwowej, takiego jak neuralgia nerwu trójdzielnego, mogą również zmieniać zachowanie w testach instrumentalnych ustno-twarzowych 9. Podsumowując, dane te potwierdzają dowody na to, że OPAD jest wrażliwy na zmiany w bólu cieplnym i zimnym, progach bólu i szkodliwych środkach chemicznych, takich jak kapsaicyna, a także na zdolność testowego testu bólu ustno-twarzowego do wykrywania wielu innych stanów bólu i analgezji 6,3,8,17,10,5,12,18,11,9.

System pomiaru bólu OPAD jest bardziej istotną klinicznie, znaczącą i humanitarną metodą wykrywania bólu niż pomiary oparte na odruchach. Te tradycyjne miary nocycepcji, takie jak wycofanie łapy za pomocą włókien von Freya19 i test machania ogonem20 , są stosowane od ponad wieku, ale mierzą one tylko reakcję na bodziec wywołany przez eksperymentatora. Zwierzę ma niewielką kontrolę, a "nocycepcja" jest zlokalizowana głównie w rdzeniu kręgowym. Dla ludzi subiektywne doświadczenie bólu jest również ważne, ponieważ ludzie są po prostu proszeni o zgłoszenie swojego subiektywnego poziomu bólu. Zdolność zwierząt do samodzielnego zgłaszania bólu w procedurach opartych na instrumentach byłaby przełomem w podstawowych badaniach nad bólem 1. Dzięki OPAD zwierzęta mają wybór, czy zareagować podczas bolesnego bodźca, czy nie. Jeśli jest to zbyt bolesne, zwierzęta po prostu zmniejszają swoje próby dotarcia do nagrody, a tym samym ograniczają narażenie na ból. Jest to znacznie bardziej humanitarny i mniej stresujący test w porównaniu z wieloma środkami opartymi na odruchu, w których zwierzęta często mają ograniczony ruch i nie mają kontroli nad ilością bolesnych bodźców, na które są narażone. Potrzeba ucieczki od bólu jest wrodzonym popędem u wszystkich zwierząt, a OPAD włącza to zachowanie, zamiast je kompensować, jak inne testy nocyceptywne. Odejście od odruchowych pomiarów bólu na rzecz zadań instrumentalnych staje się coraz bardziej powszechne w tej dziedzinie. Inne grupy stosowały miary nieoparte na odruchach, takie jak badanie czasu trwania posiłku 21,22,23 i paradygmatów ucieczki bólu cieplnego 24 (Aby zapoznać się z przeglądem innych miar bólu, sugerujemy nasze pierwsze odniesienie 1). OPAD jest w stanie połączyć ich elementy w jednolitą miarę, stosunek lizania do twarzy, który bada przyjmowanie pokarmu i potrzebę ucieczki przed bolesnymi bodźcami. Kolejną korzyścią jest to, że test ten jest w stanie mierzyć ból przez długi czas (1-2 miesiące) bez utraty czułości 7,9. Ze względu na swoje zalety w porównaniu z testami opartymi na odruchach, ten mniej stresujący i bardziej humanitarny test jest dobrze przystosowany do pomiaru długoterminowych zmian w zachowaniu nocyceptywnym u gryzoni.

Instrumentalne środki przeciwbólowe często dają różne wyniki w porównaniu ze środkami opartymi na odruchu pod względem działania dawki opioidów i progów bólu. Podczas gdy wysokie dawki opioidów są zwykle stosowane do środków opartych na odruchu 25 , kilka badań wskazuje, że niższe dawki są potrzebne do odpowiedzi w testach operacyjnych 26,27,28. Wysokie dawki leków mogą również zakłócać działanie środków, ale są one wykrywalne w przypadku OPAD 6. Inne badania wykazały również, że progi ucieczki przed bolesnym bodźcem są różne dla miar instrumentalnych i odruchowych 29,2,30 , co sugeruje dużą różnicę między percepcją bólu przez zwierzęta a szybkością ich odruchów rdzeniowych. Zaletą OPAD jest to, że gryzoń może wybrać, czy chce wykonać zadanie, czy nie, co pozwala gryzoniowi na wyrażenie zachowania ucieczki lub unikania. To złożone zachowanie wymaga korowego podejmowania decyzji w celu kontrolowania ilości nocycepcji, którą gryzoń odczuwa 14,29,15,30. Podczas gdy zachowania ucieczki i unikania mogą zakłócać działania oparte na odruchach, te zachowania bólowe są integralnym składnikiem OPAD. Różnice w progach bólu i niższych dawkach opioidów potrzebnych do testów operacyjnych sugerują wyższą wrażliwość na ból i analgezję niż tradycyjne pomiary oparte na odruchu.

Chociaż OPAD może mierzyć ból bardziej bezpośrednio niż tradycyjne testy, kilka warunków eksperymentalnych i leków może mieć niekorzystny wpływ na ten test i musi być kontrolowane. Zmiany w motywacji apetytywnej mogą zmienić zachowanie w tym teście. Może to być odzwierciedlone w różnicy w samej nagrodzie 31 lub w motywacji do nagrody 6. Należy zadbać o to, aby motywacja zwierzęcia do nagrody była stała, ponieważ wiele leków może zakłócać motywację. Na przykład wysokie dawki morfiny i innych opioidów mogą powodować hiperfagię słodkich, tłustych substancji 32 , które zmienią odpowiedź w teście operacyjnym ustno-twarzowym 6. Chociaż sugeruje to, że ten oparty na instrumentach paradygmat nagrody-konfliktu ma szersze implikacje do użytku, w tym w dziedzinach lęku i uzależnienia (tj. zmiana aspektów nagradzania w obecności danego bolesnego bodźca), ważne jest, aby kontrolować zmiany apetytywne podczas sesji testowania bólu. Te zmiany w motywacji nie pojawiają się przy tych klinicznie istotnych niższych dawkach, ale efekty przeciwbólowe pozostają nienaruszone 3. Jednym ze sposobów kontrolowania tego możliwego zakłócenia jest upewnienie się, że podawana dawka leku nie zwiększa zachowania w neutralnej (33-37 °C) temperaturze. Testowanie leku w porównaniu z grupą niefarmakologiczną w neutralnej temperaturze powinno być pierwszym krokiem przed dodaniem składnika przeciwbólowego. Ponadto, biorąc pod uwagę, że w ramach sesji testowej przy użyciu OPAD możliwych jest kilka sesji bazowych, problemy te można wykryć i kontrolować w ramach jednej sesji behawioralnej. Ponieważ harmonogram postu może zmienić motywację do tego testu, ważne jest, aby zachować jego spójność. Zazwyczaj pościmy w nocy, ale możliwe są inne harmonogramy. Na przykład, eksperymentowaliśmy wcześniej z codziennym krótkim postem trwającym 6 godzin (niepublikowane wyniki). Pozwala to na testowanie codziennie zamiast co drugi dzień. Również szczury bez postu również dobrze zareagowały na test 9. Niezależnie od stosowanych technik postu, ważne jest przede wszystkim, aby zachować spójność podczas testów, aby kontrolować czynniki motywacyjne.

Podsumowując, OPAD jest łatwym w użyciu testem instrumentalnym, który mierzy ból na poziomie znacznie bardziej zbliżonym do stanu ludzkiego niż tradycyjne testy bólu. Kluczową cechą tego systemu jest integracja parametrów i protokołów eksperymentalnych, akwizycji danych oraz pomiarów analizy/wyników za pomocą systemu sterowanego programowo. Zapewni to bogactwo opcji i parametrów kontrolowanych przez użytkownika do zbierania i analizowania wielu miar wyników w sposób wysokoprzepustowy. Kontrastuje to z powszechnie stosowanymi systemami testowania bólu (np. machanie ogonem, filamenty von Freya), które nie są ani sterowane programowo, ani nie mają wysokiej przepustowości. System oparty na oprogramowaniu zapewnia znaczący postęp w projektowaniu badań behawioralnych oraz w sposobie gromadzenia i analizowania danych, a wzrost wykorzystania tego testu pozwoli w przyszłości na bardziej kliniczne przełożenie podstawowych badań nad bólem. Oczekuje się, że system ten będzie miał znaczący wpływ na postęp w przyszłych badaniach związanych z bólem, ponieważ te instrumentalne badania behawioralne mogą zapewnić niezbędne ogniwo do zrozumienia wpływu struktur wyższego rzędu na ogólne zachowanie bólu.

Oświadczenia

Richard Mills i Chris Lloyd są pracownikami firmy Stoelting Co.

Produkcja i bezpłatny dostęp do tego artykułu jest sponsorowany przez Stoelting Co.

Podziękowania

National Institute on Drug Abuse, grant NIH 5R44DA026220-03

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Słodzone mleko zagęszczoneBorden5272910108
Capzasin-HP 0,1%Chattem, Inc.0032648-02
Alkohol izopropylowyCVS5042826245
IzofluranPiramal Healthcare66794-013-25
Weterynaryjna maść okulistycznaDechra17033-211-38
Krem do depilacjiChurch and Dwight Co., IncNRLBB-22339-04
System OPADfigure-materials-1 Stoelting67500
Dodatkowe klatki OPADfigure-materials-2 Stoelting67501
Cylinder wysypowyCole-ParmerEW-34512-11
Ręczniki papieroweJAKIKOLWIEKJAKIKOLWIEK
Aplikatory z bawełnianą końcówkąFisher23-400-101
Parownik Fluotec 4Ohmeda39711
Maszynka do strzyżeniaOster78005-010

Bibliografia

  1. Mogil, J. S. Animal models of pain: progress and challenges. Nat. Rev. Neurosci. 10, 283-294 (2009).
  2. Vierck, C. J., Hansson, P. T., Yezierski, R. P. Clinical and pre-clinical pain assessment: are we measuring the same thing. Pain. , 135-137 (2008).
  3. Neubert, J. K., Widmer, C. G., Malphurs, W., Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Use of a novel thermal operant behavioral assay for characterization of orofacial pain sensitivity. Pain. 116, 386-395 (2005).
  4. Nolan, T. A., Hester, J., Bokrand-Donatelli, Y., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Adaptation of a novel operant orofacial testing system to characterize both mechanical and thermal pain. Behav. Brain Res. 217, 477-480 (2011).
  5. Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of cold sensitivity and thermal preference using an operant orofacial assay. Mol. Pain. 2, 37(2006).
  6. Anderson, E. M., Valle-Pinero, A. Y., Suckow, S. K., Nolan, T. A., Neubert, J. K., Caudle, R. M. Morphine and MK-801 administration leads to alternative N-methyl-d-aspartate receptor 1 splicing and associated changes in reward seeking behavior and nociception on an operant orofacial assay. Neuroscience. 214, 14-27 (2012).
  7. Anderson, E. M., Neubert, J. K., Caudle, R. M. Long-term changes in reward-seeking following morphine withdrawal are associated with altered N-methyl-d-aspartate receptor 1 splice variants in the amygdala. Neuroscience. 223, 45-55 (2012).
  8. Neubert, J. K., Rossi, H. L., Malphurs, W., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Differentiation between capsaicin-induced allodynia and hyperalgesia using a thermal operant assay. Behav. Brain Res. 170, 308-315 (2006).
  9. Rossi, H. L., Jenkins, A. C., Kaufman, J., Bhattacharyya, I., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of bilateral trigeminal constriction injury using an operant facial pain assay. Neuroscience. 224, 294-306 (2012).
  10. Neubert, J. K., King, C., Malphurs, W., Wong, F., Weaver, J. P., Jenkins, A. C., Rossi, H. L., Caudle, R. M. Characterization of mouse orofacial pain and the effects of lesioning TRPV1-expressing neurons on operant behavior. Mol. Pain. 4, 43(2008).
  11. Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Yezierski, R. P., Neubert, J. K. Dose-dependent effects of icilin on thermal preference in the hindpaw and face of rats. J. Pain. 10, 646-653 (2009).
  12. Rossi, H. L., Neubert, J. K. Effects of environmental enrichment on thermal sensitivity in an operant orofacial pain assay. Behav. Brain Res. 187, 478-482 (2008).
  13. Nolan, T. A., Price, D. D., Caudle, R. M., Murphy, N. P., Neubert, J. K. Placebo-induced analgesia in an operant pain model in rats. Pain. , (2012).
  14. Dubner, R., Beitel, R. E., Brown, F. J. A behavioral animal model for the study of pain mechanisms in primates. Pain: New Perspectives in Therapy and Research. Weisenberg, M., Tursky, B. , Plenum Press. 155-170 (1976).
  15. Vierck, C. J., Hamilton, D. M., Thornby, J. I. Pain reactivity of monkeys after lesions to the dorsal and lateral columns of the spinal cord. Exp. Brain Res. 13, 140-158 (1971).
  16. Caterina, M. J., Schumacher, M. A., Tominaga, M., Rosen, T. A., Levine, J. D., Julius, D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature. 389, 816-824 (1997).
  17. Neubert, J. K., Rossi, H. L., Pogar, J., Jenkins, A. C., Caudle, R. M. Effects of mu- and kappa-2 opioid receptor agonists on pain and rearing behaviors. Behav. Brain Funct. 3, 49(2007).
  18. Rossi, H. L., Neubert, J. K. Effects of hot and cold stimulus combinations on the thermal preference of rats. Behav. Brain Res. 203, 240-246 (2009).
  19. von Frey, M. Untersuchungen über die Sinnesfunctionen der menschlichen Haut. Abh. Sachs. Ges. Wiss. 23, 175-266 Forthcoming.
  20. D'Amour, F. E., Smith, D. L. A method for determining loss of pain sensation. J. Pharmacol. Exp. Ther. 75, 74-79 (1941).
  21. Kerins, C. A., Carlson, D. S., Hinton, R. J., Hutchins, B., Grogan, D. M., Marr, K., Kramer, P. R., Spears, R. D., Bellinger, L. L. Specificity of meal pattern analysis as an animal model of determining temporomandibular joint inflammation/pain. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 34, 425-431 (2005).
  22. Kramer, P. R., He, J., Puri, J., Bellinger, L. L. A non-invasive model for measuring nociception after tooth pulp exposure. J. Dent. Res. 91, 883-887 (2012).
  23. Thut, P. D., Hermanstyne, T. O., Flake, N. M., Gold, M. S. An operant conditioning model to assess changes in feeding behavior associated with temporomandibular joint inflammation in the rat. J. Orofac. Pain. 21, 7-18 (2007).
  24. Vierck, C. J., Acosta-Rua, A. J., Johnson, R. D. Bilateral chronic constriction of the sciatic nerve: a model of long-term cold hyperalgesia. J. Pain. 6, 507-517 (2005).
  25. Trujillo, K. A., Akil, H. Inhibition of morphine tolerance and dependence by the NMDA receptor antagonist MK-801. Science. 251, 85-87 (1991).
  26. King, C. D., Devine, D. P., Vierck, C. J., Mauderli, A., Yezierski, R. P. Opioid modulation of reflex versus operant responses following stress in the rat. Neuroscience. 147, 174-182 (2007).
  27. Morgan, D., Carter, C. S., DuPree, J. P., Yezierski, R. P., Vierck, C. J. Evaluation of prescription opioids using operant-based pain measures in rats. Exp. Clin. Psychopharmacol. 16, 367-375 (2008).
  28. Vincler, M., Maixner, W., Vierck, C. J., Light, A. R. Effects of systemic morphine on escape latency and a hindlimb reflex response in the rat. J. Pain. 2, 83-90 (2001).
  29. Mauderli, A. P., Acosta-Rua, A., Vierck, C. J. An operant assay of thermal pain in conscious, unrestrained rats. J. Neurosci. Methods. 97, 19-29 (2000).
  30. Vierck, C. J., Kline, R., Wiley, R. G. Comparison of operant escape and innate reflex responses to nociceptive skin temperatures produced by heat and cold stimulation of rats. Behav. Neurosci. 118, 627-635 (2004).
  31. Nolan, T. A., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Effect of caloric and non-caloric sweet reward solutions on thermal facial operant conditioning. Behav. Brain Res. 216, 723-725 (2011).
  32. Taha, S. A., Katsuura, Y., Noorvash, D., Seroussi, A., Fields, H. L. Convergent, not serial, striatal and pallidal circuits regulate opioid-induced food intake. Neuroscience. 161, 718-733 (2009).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Pomiar zachowań nocyceptywnychOcena bólu u gryzoniTermody PeltieraWspółczynnik lizania pyskaZabieg kapsaicynąPrzygotowanie bezwłosych gryzoniProtokół rampingowania temperaturyWysokoprzepustowe testowanie bóluOperacyjne badanie konfliktu nagrody
Wykorzystanie instrumentalnego urządzenia do oceny bólu ustno-twarzowego (OPAD) do pomiaru zmian w zachowaniu nocyceptywnym
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.