Aby zbadać wpływ stresu na funkcje fizjologiczne, neurobiologiczne i behawioralne w modelach gryzoni, należy zastosować warunki, które wywołują stres u gryzoni. Wśród tych rozważań znajdują się warunki, które wywołują reakcje stresowe u pacjenta. Unieruchomienie jest zwalidowaną procedurą wywoływania reakcji fizjologicznych i behawioralnych u gryzoni, odpowiadających efektom stresu u ludzi. Stosując metodologię podobną do tego protokołu, powściągliwość została wykorzystana do oceny szeregu reakcji molekularnych, komórkowych, endokrynologicznych i fizjologicznych związanych z modelami zaburzeń psychicznych, w tym lęku, depresji, bólu i zaburzeń związanych z używaniem substancji 1,19. W tym przypadku dane z jednego opublikowanego badania są przedstawione jako przykład powściągliwości u gryzoni, ale skutki powściągliwości wykraczają poza ten konkretny przykład i obejmują szeroki zakres zależnych środków. Powściągliwość może być wybrana do stosowania jako stresor, ponieważ jest łatwa do wykonania u myszy i szczurów, niedroga do ustanowienia i może przystosować się do wywoływania różnych poziomów reakcji na stres w zależności od zastosowanych parametrów.
W porównaniu z innymi podejściami wywołującymi stres, powściągliwość ma pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania badania 4,23. Warto zauważyć, że stres związany z powściągliwością nie zawsze wywołuje zmiany w zachowaniu obserwowane w przypadku innych stresorów fizycznych, takich jak przerywany wstrząs stopy24. Niespójności te mogą wynikać z zalet unieruchomienia, że może ono wystąpić w różnych środowiskach, podczas gdy wstrząsy nożne są bardziej ograniczone do komory testowej wyposażonej w podłogi z siatką przeciwwstrząsową. Konteksty stresowe mają ogromny wpływ na wynikające z nich efekty11. Dodatkowo, zamknięcie w tradycyjnej rurce lub urządzeniu krępującym jest wadą, ponieważ ogranicza dostęp do osoby podczas krępowania. Opracowano nowsze urządzenia krępujące, np. "REcording Signal TRansients ACCessible IN a Tube (RESTRAINT)", aby przezwyciężyć to ograniczenie i umożliwić wiązanie w celu zbierania danych neurobiologicznych podczas sesji krępowania 8,9,20. Inne podejście do rozwiązania tej przeszkody wykorzystuje stres unieruchamiający jako technikę podobną do unieruchomienia - często unieruchomienie i unieruchomienie są używane jako synonimy, ale z istotnymi różnicami25. Stres związany z unieruchomieniem polega na przymocowaniu rąk, nóg i głowy zwierzęcia do powierzchni, podczas gdy krępowanie polega na umieszczeniu wewnątrz urządzenia ograniczającego. W związku z tym stres unieruchamiający ogranicza ruch, zapewniając jednocześnie dostęp do pacjenta w celu pobrania krwi, płynu mózgowo-rdzeniowego, reakcji źrenic lub innych efektów fizjologicznych, które mogą być interesujące dla badań nad stresem. Dodatkowe czynniki stresogenne, które zostały wykorzystane do wywołania stresu u gryzoni, obejmują stres związany z zimnem środowiskowym, podawanie środków farmakologicznych, takich jak kortykosteron lub johimbina, etologicznie istotne doświadczenia porażki społecznej lub narażenia na zapach drapieżnika oraz stres multimodalny, taki jak przewlekły nieprzewidywalny stres (CUS). Te alternatywne metody naprężeń są wybierane do użytku ze względu na ich zalety w modelowaniu określonych aspektów stresu. Na przykład, pomimo tego, że unieruchomienie jest aspektem modeli CUS u myszy i szczurów26, efekty CUS mogą różnić się od tych wywołanych przez równoważną ekspozycję na przewlekły stres związany z powściągliwością 27,28. Przewidywalność powtarzających się ograniczeń zmniejsza reakcję na przyszłe epizody powściągliwości, co ogranicza skuteczność homotypowego stresu powściągliwości. Alternatywnie, CUS i inne heterotypowe modele stresu obracają stresory lub konteksty, aby zminimalizować habituację11,18. Te nieprzewidywalne modele stresu mogą lepiej modelować aspekty ludzkich schorzeń psychicznych, aby w pełni uchwycić utratę kontroli i oczekiwania. Inną wadą powściągliwości, z którą inne metody stresu lepiej sobie radzą, jest społeczny wpływ na podatność na stres i buforowanie stresu 29,30,31. Gryzonie i ludzie są zwierzętami społecznymi o współgatunkowych relacjach i hierarchiach. Chociaż stres związany z powściągliwością nie obejmuje socjalizacji, stresory psychospołeczne, takie jak stres porażki społecznej, stanowią etologicznie istotny stresor dla gryzoni 32,33,34.
W przypadku stosowania stresu powściągliwości intensywność i powtarzalność podawania jest parametrem, którym można manipulować5. Aby wytworzyć bardziej wytrzymałe naprężenie unieruchamiające, projekt badania może wymagać dłuższego czasu w urządzeniu przytrzymującym. Tak krótkie, jak 5 minut lub tak długie, jak 12 godzin są możliwymi parametrami odpowiednio dla ostrych lub przedłużonych sesji krępowania,35,36. Po ustaleniu długości ekspozycji na ograniczenie, powtarzanie się stresora może być również czynnikiem wywołującym różne poziomy stresu35,37. Należy zauważyć, że powtarzający się stres związany z ograniczeniem niekoniecznie oznacza wzrost obserwowanych efektów. Często powtarzający się stres związany z ograniczeniami przyzwyczaja lub w inny sposób zmniejsza reakcje na stres18. W przedstawionych tutaj danych zaobserwowaliśmy habituację z reakcją kortykosteronu na powtarzający się stres związany z powściągliwością, podczas gdy jednocześnie zmierzyliśmy różnice w stymulowanym uwalnianiu noradrenaliny tylko w grupie narażonej na powtarzający się stres. W związku z tym skutki powtarzającego się unieruchamiania muszą być dokładnie zbadane przed określeniem skutków przyzwyczajenia35.
Dodatkowo należy wziąć pod uwagę konsekwencje warunków przetrzymywania stosowanych w badaniach z wykorzystaniem naprężeń unieruchamiających. Interakcja ze zestresowanymi współplemieńcami wpływa na reakcje stresowe u gryzoni 30,38,39. Tak więc, aby utrzymać spójne odpowiedzi w grupach eksperymentalnych, badani powinni być albo trzymani indywidualnie, albo w grupie, w której wszyscy współpracownicy klatki doświadczają tego samego stanu stresu37. Krytyczną wadą tego podejścia do izolacji społecznej wszystkich podmiotów jest to, że izolacja społeczna jest również stresorem40,41. Jednak niezależnie od warunków mieszkaniowych, narażenie na stres powinno odbywać się w izolacji, jeśli to możliwe, aby zapobiec społecznemu buforowaniu stresu wpływającemu na pomiary wyników30. Wraz z tymi warunkami w pomieszczeniach mieszkalnych należy wziąć pod uwagę czas narażenia na stres w odniesieniu do środowiskowych cykli świetlnych14,15. Jak zauważają niektórebadania37, poziomy kortykosteroidów są zgodne z rytmem okołodobowym, więc podawanie stresorów w różnych momentach cyklu świetlnego może powodować niespójne skutki. W związku z tym niezbędne jest ustalenie i utrzymanie jednolitego czasu rozpoczęcia stosowania środków ograniczających. Na przykład jedna z prac badających wpływ stresu związanego z wysiłkiem fizycznym na okołodobową kontrolę kortykosteronu pokazuje, że u myszy kontrolnych kortykosteron osiąga szczyt pod koniec cyklu świetlnego, ale u myszy zestresowanych kortykosteron pozostaje podwyższony bez stabilnego szczytu13. W świetle tych ustaleń zaleca się stresowanie gryzoni na wczesnym etapie cyklu świetlnego, aby uzyskać największe efekty.
Poza parametrami warunków krępowania, w badaniach z użyciem stresorów związanych z unieruchomieniem ważne były również cechy zwierzęcia poddanego próbie. Na przykład liczne badania wykazały różnice płci przy użyciu stresu powściągliwości 12,35,37,42,43,44. Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw tych różnic jest warte zbadania i może prowadzić do lepszych wyników sprawiedliwego leczenia, gdy ludzie doświadczają stresu. Być może kobiety i mężczyźni inaczej doświadczają i przetwarzają stresory, co prowadzi do wzrostu lęku i depresji u kobiet44. Na przykład stres związany z powściągliwością zmniejsza wydajność uczenia się u mężczyzn, ale zwiększa wydajność uczenia się u kobiet45. Historycznie rzecz biorąc, badania nad stresem powściągliwości u gryzoni ograniczały swoje obiekty do samców, ale idąc naprzód, powinniśmy zaprojektować eksperymenty tak, aby obejmowały obie płcie. Inną cechą przedmiotu, którą należy wziąć pod uwagę podczas projektowania eksperymentów z użyciem stresorów ograniczających (i innych) u gatunków myszy lub szczurów, jest szczep 46,47,48,49,50,51. Efekty odkształceń zaobserwowano w wielu paradygmatach, przy czym niektóre szczepy wykazywały zaostrzone reakcje na stres związany z ograniczeniem. Wreszcie, wiek podmiotu powinien być brany pod uwagę przy stosowaniu stresu związanego z powściągliwością. Od prenatalnej ekspozycji na stres poprzez krępowanie ciężarnej matki po powściągliwość w starzejących się populacjach, stres związany z ograniczeniami można dostosować do dowolnego punktu czasowego. Różnice w reakcji na stres wykazano w ciągu całego życia 45,52,53,54,55,56. Oprócz wymagania różnych urządzeń krępujących, aby dostosować się do zmian wielkości ciała w miarę starzenia się, podczas stosowania stresorów ograniczających należy wziąć pod uwagę doświadczenia stresu związane z wiekiem.
Wybór odpowiedniego pomiaru wyniku, niezależnie od tego, czy jest to zadanie behawioralne opisane w 3.2, czy zmienna neurobiologiczna opisana w 3.3, wymaga rozważenia. Po pierwsze, wykazano, że ostra, łagodna ekspozycja na stres poprawia wydajność w niektórych zadaniach związanych z uczeniem się, ale intensywna lub przewlekła ekspozycja na stres pogarsza wydajnośćw zadaniach związanych z uczeniem się i pamięcią. Uważa się, że te zmiany w wydajności poznawczej są regulowane przez rozregulowanie obwodów między korą przedczołową, ciałem migdałowatym i hipokampem. Jednak wpływ stresu związanego z powściągliwością na elastyczność poznawczą jest bardziej mieszany, a niespójne wyniki utrudniają jasny obraz tego, jak różne parametry powściągliwości wpływają na uczenie się odwrócone lub zmianę zestawu58. Jeśli chodzi o behawioralne skutki narkotyków, wykazano, że stres związany z powściągliwością, podobnie jak inne stresory, zwiększa zachowania związane z zaburzeniami związanymi z używaniem substancji wwielu klasach narkotyków. Efekty te są jednak nieco selektywne, ponieważ nie zgłasza się, że stres związany z powściągliwością napędza poszukiwanie narkotyków w modelach nawrotu warunkowania instrumentalnego, ale zwiększa asocjacyjne uczenie się efektów narkotyków mierzone za pomocą zadań warunkowej preferencji miejsca, w tym przywrócenia60. Uważa się, że ta rozbieżność występuje, ponieważ urządzenia przytrzymujące tworzą odrębny kontekst niż komory kondycjonujące instrumentalnie, podczas gdy stres związany z uderzeniem stopy może wystąpić w środowisku operacyjnym. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, połączenie ekspozycji na stres ze wskazówkami, które mogą być prezentowane podczas sesji samodzielnego podawania przez aktorów, wykazało wywołany stresem wzrost przyjmowania narkotyków i poszukiwania narkotyków61. Wpływ chronicznej powściągliwości na zachowania związane z narkotykami jest słabiej scharakteryzowany. Biorąc pod uwagę modele zaburzeń afektywnych, takich jak lęk i depresja, zarówno u ludzi, jak i na modelach zwierzęcych, narażenie na stres zwiększa wskaźniki lęku. U gryzoni ocena lęku związana ze stresem związanym z powściągliwością obejmuje reakcje thigmotaxis w aparacie otwartego pola, mierzone poprzez śledzenie reakcji lokomotorycznej zwierzęcia wzdłuż ścian na arenie w porównaniu do środka. Zwierzęta wykazujące zachowania podobne do lęku po unieruchomieniu będą spędzać więcej czasu w pobliżu boków i będą miały mniej przejść środkowych. Innym podejściem do pomiaru lęku jest podwyższony labirynt plus. W tym zadaniu wykorzystuje się aparat w kształcie krzyża umieszczony około 3 stóp nad podłogą. Dwa ramiona aparatu obejmują bariery ścienne; Dwa ramiona mają otwarte boki. Zwierzęta wykazujące zachowania podobne do lęku będą spędzać więcej czasu w zamkniętych ramionach niż w otwartych ramionach 62,63. Zachowania podobne do depresji są oceniane za pomocą zadania wymuszonego pływania, w którym gryzonie są umieszczane w cylindrze z wodą i mierzone pod kątem reakcji zmagających się w porównaniuz reakcjami unoszącymi się na wodzie. To, czy zaprzestanie walki o ucieczkę rzeczywiście reprezentuje zachowanie podobne do depresji, zostało poddane w wątpliwość, jednak zadanie to okazało się użyteczne jako badanie przesiewowe dla leków przeciwdepresyjnych. Zachowania podobne do depresji można również ocenić poprzez wywołane stresem zmniejszenie preferencji sacharozy66. Te zmiany w spożyciu słodkich płynów są traktowane jako ocena aspektów anhedonii w depresji klinicznej.
Podsumowując, powściągliwość u myszy i szczurów jest zwalidowaną procedurą wywoływania reakcji na stres i lęk w badaniach nad fizjologią, genetyką, immunologią i neurobiologią. W porównaniu z innymi podejściami wywołującymi stres, powściągliwość jest niedroga, łatwa do wykonania, przydatna do modelowania aspektów zaburzeń u ludzi, w tym lęku, depresji, zaburzeń związanych z używaniem substancji i zespołu stresu pourazowego, i może być dostosowywana do szerokiego zakresu parametrów. Z tych powodów stres związany z unieruchomieniem nadal jest użyteczną metodą określania wpływu stresu na gryzonie.