Walidacja powtarzalnej stymulacji mechanicznej
Reprezentatywna konfiguracja urządzenia oraz walidacja wyjściowych drgań przedstawione na Rysunku 1 zostały przygotowane na potrzeby niniejszego artykułu, natomiast ilościowe zakresy referencyjne dla parametrów drgań pochodzących z akupunktury manualnej zostały podsumowane na podstawie wcześniejszych badań walidacyjnych.
Urządzenie MAI zostało zwalidowane poprzez porównanie efektu mechanicznego generowanego podczas ręcznej manipulacji igłą akupunktury z efektem generowanym przez stymulację sterowaną urządzeniem (Rysunek 1). Ręczna manipulacja igłą akupunktury wywoła gwałtowne i nieregularne piki przyspieszenia na końcówce igły, wykazując znaczną zmienność w zależności od operatora13. W pierwotnym badaniu walidacyjnym wartości przyspieszenia mieściły się w zakresie od 0,1 m/s2 do 2,9 m/s2, przy średniej wartości wynoszącej około 1,3 m/s2, a podczas ręcznej manipulacji igłą wykryto dominujące częstotliwości drgań w zakresie około 70–90 Hz (Rysunek 1A,B)3,13.
Na podstawie tych pomiarów skonfigurowano MAI tak, aby dostarczał powtarzalną stymulację wibracyjną o częstotliwości 85 Hz i przyspieszeniu 1,3 m/s2. W tych warunkach urządzenie generowało stabilne i ciągłe przebiegi przyspieszenia podczas stymulacji, co wykazało, że wibracje igły przypominające ruchy manualne mogą zostać przekształcone w mierzalny i powtarzalny bodziec mechaniczny (Rycina 1D,E).
Obserwacja ta stanowi bezpośrednią mechaniczną walidację wyjścia urządzenia, a nie interpretację behawioralną lub mechanistyczną. Wyniki te potwierdzają zdolność platformy MAI do standaryzacji mechanicznej stymulacji akupunkturowej przy jednoczesnym zachowaniu charakterystyk wibracji porównywalnych z tymi uzyskiwanymi podczas manualnej manipulacji akupunkturowej.
Walidacja behawioralna w modelu aktywności lokomocyjnej indukowanej kokainą
Dane behawioralne przedstawione na Rysunku 2 są reprezentatywnymi danymi walidacyjnymi z wcześniejszych badań MAI z wykorzystaniem szczurego modelu aktywności lokomotorycznej indukowanej kokainą, chyba że w legendzie do rysunku wskazano inaczej.
Skuteczność biologiczną protokołu oceniono z wykorzystaniem modelu aktywności lokomocyjnej indukowanej kokainą (Rysunek 2). Podanie kokainy znacząco zwiększyło aktywność lokomocyjną, podczas gdy stymulacja MAI w HT7 istotnie osłabiła hiperlokomocję wywołaną kokainą4,5,7,8,13. Eksperymenty te przeprowadzano zazwyczaj na 6–8 szczurach w grupie, a istotność statystyczną określano za pomocą porównań opartych na analizie ANOVA, zgodnie z raportami w oryginalnych badaniach. Efekt hamujący był zależny od czasu trwania stymulacji i był najsilniejszy po 20 s stymulacji przy 85 Hz i 1,3 m/s2 (Rysunek 2A–C).
Eksperymenty optymalizacji parametrów stymulacji dodatkowo wykazały, że efekt hamujący zależał od intensywności stymulacji oraz lokalizacji punktu akupunkturowego. Stymulacja mechaniczna zastosowana w punkcie HT7 znacząco zredukowała odpowiedzi lokomotoryczne indukowane kokainą, podczas gdy stymulacja pobliskiego punktu kontrolnego LI5 w identycznych warunkach nie zahamowała aktywności lokomotorycznej4,13. Zatem bezpośrednia obserwacja behawioralna wykazała, że stymulacja HT7 zredukowała aktywność lokomotoryczną indukowaną kokainą, podczas gdy stymulacja LI5 nie wywoła takiego samego efektu hamującego przy tych samych warunkach stymulacji (Rysunek 2D,E). Wyniki te wskazują, że efekt behawioralny był specyficzny dla punktu akupunkturowego, a nie stanowił niespecyficznej konsekwencji unieruchomienia lub stymulacji nadgarstka.
Wcześniejsze dowody walidacyjne dla dróg obwodowych i ośrodkowych zaangażowanych w stymulację MAI
Wyniki w tej sekcji zostały podsumowane na podstawie wcześniejszych badań nad walidacją mechanistyczną. Eksperymenty walidacyjne w obrębie układu obwodowego i centralnego dodatkowo potwierdziły swoistość protokołu MAI (Rysunek 3). Hamujący efekt stymulacji punktu HT7 został znacząco zredukowany przez podanie miejscowego środka znieczulającego oraz zniesiony przezcięcie nerwu łokciowego, co wskazuje, że dla wystąpienia efektów behawioralnych stymulacji mechanicznej akupunktury niezbędna jest nienaruszona obwodowa sygnalizacja aferentna nerwu łokciowego3,13. W przeciwieństwie do tego, przezcięcie nerwu promieniowego lub pośrodkowego nie zniosło hamującego efektu stymulacji HT7, co potwierdza anatomiczną swoistość drogi aferentnej nerwu łokciowego. Eksperymenty te przeprowadzono z wykorzystaniem liczebności grup opisanych w oryginalnych badaniach, zazwyczaj od 6 do 8 szczurów na grupę, chyba że zaznaczono inaczej.
Reprezentatywne zapisy wykazały, że stymulacja MAI preferencyjnie aktywowała duże mielinizowane drogi włókien A związane z mechanoreceptorami, w tym ciałka Paciniego i Meissnera, podczas gdy stosunkowo słabsze odpowiedzi zaobserwowano w nocyceptywnych drogach włókien C/Aδ5,13. Stwierdzenie to odnosi się do bezpośrednich obserwacji elektrofizjologicznych odpowiedzi aferentnych. Interpretacja, że odpowiedzi te odzwierciedlają sygnalizację związaną z mechanoreceptorami, jest przedstawiona jako wnioskowanie na poziomie drogi na podstawie wcześniejszych badań walidacyjnych. Ponadto mechaniczna stymulacja nerwu łokciowego aktywowała drogę słupów tylnych i jądra klinowego, a przerwanie tej drogi zapobiegło efektowi hamującemu w odpowiedziach lokomocyjnych indukowanych kokainą3. Kolejne badania wykazały dalszy udział bocznego podwzgórza, drogi kory przedczołowej przyśrodkowej – bocznej obrębu habenuli, jądra przymiędziowego grzbietowego oraz mezolimbicznego układu dopaminergicznego w zapośredniczonym przez MAI tłumieniu behawioralnych odpowiedzi związanych z kokainą (Rysunek 4)3,4,7,8,13,15. Badania nad tymi centralnymi drogami obejmowały podejścia polegające na przerwaniu lub hamowaniu dróg, takie jak ablacja elektrolityczna, chemiczna ablacja indukowana kwasem ibotenowym oraz optogenne hamowanie za pomocą halorodopsyny, aby sprawdzić, czy obwody te są wymagane dla efektów behawioralnych stymulacji HT7. Ponieważ eksperymenty te obejmują wyspecjalizowane manipulacje na poziomie obwodów, zostały one tutaj podsumowane jako wcześniejsze dowody walidacyjne, a nie przedstawione jako krok po kroku opisane procedury eksperymentalne.
Łącznie te reprezentatywne wyniki wykazują, że stymulacja oparta na MAI zapewnia powtarzalny i mierzalny protokół akupunktury mechanicznej, który jest w stanie aktywować określone obwodowe drogi mechanoreceptorowe oraz modulować powiązane z nagrodą obwody neuronalne i reakcje behawioralne.

Rycina 1Opracowanie i walidacja mechanicznego instrumentu do akupunktury (MAI). (A) Schematyczna ilustracja przedstawiająca zmienność manualnej manipulacji akupunkturowej w zależności od operatora. (B) Reprezentatywne przebiegi przyspieszenia zarejestrowane podczas manualnej manipulacji akupunkturowej. (C) Wpływ manualnej akupunktury punktu HT7 wykonanej przez czterech różnych operatorów na indukowaną kokainą aktywność lokomotoryczną, ilustrujący zmienność międzyoperatorową w behawioralnych efektach manualnej stymulacji. (D) Adnotowany obraz zmontowanego MAI przedstawiający igłę, zacisk typu krokodylk, silnik wibracyjny oraz gumowy korek służący do standaryzacji 3-mm głębokości wprowadzenia. (E) Reprezentatywny przebieg przyspieszenia generowany przez MAI przy 85 Hz i 1,3 m/s2, wykazując stabilną i powtarzalną stymulację mechaniczną. (F) Reprezentatywne zdjęcia przedstawiające anatomiczne położenie punktów HT7 i LI5 w przedniej łapie szczura. Czerwone kropki wskazują lokalizacje punktów akupunkturowych wykorzystanych do wprowadzenia igieł. Punkt HT7 zidentyfikowano w poprzecznej zmarszczce nadgarstka w pobliżu ścięgna mięśnia zginacza nadgarstka łokciowego, natomiast punkt LI5 zidentyfikowano po stronie promieniowej grzbietowej części nadgarstka, pomiędzy ścięgnami mięśnia prostownika kciuka długiego i krótkiego, co zapewniło powtarzalne punkty orientacyjne dla lokalizacji punktów akupunkturowych. Rysunek został zaadaptowany za zgodą Kim et al.13. Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rysunek 2Optymalizacja parametrów stymulacji mechanicznej w modelu aktywności lokomocyjnej wywołanej kokainą. (A–C) Wpływ czasu trwania stymulacji, natężenia stymulacji oraz głębokości wprowadzenia igły na aktywność lokomotoryczną indukowaną kokainą. (AStymulację HT7-MAI zastosowano przez 0, 10, 20 lub 40 s przy częstotliwości 85 Hz i prędkości 1,3 m/s2. (BStymulację HT7-MAI stosowano przez 20 s przy różnych intensywnościach przyspieszenia.CStymulację HT7-MAI stosowano na różnych głębokościach wprowadzenia igły.D) Reprezentatywne ścieżki ruchu podczas testowania aktywności lokomocyjnej po podaniu soli fizjologicznej, kokainy, kokainy wraz ze stymulacją HT7 lub kokainy wraz ze stymulacją LI5. (E) Mechaniczna stymulacja akupunkturowa w punkcie HT7, ale nie LI5, z częstotliwością 85 Hz i prędkością 1,3 m/s2 przez 20 s, co znacząco osłabiło indukowany kokainą wzrost aktywności lokomotorycznej. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. *p < 0,05 w porównaniu z grupą kontrolną traktowaną kokainą. Rycina została opracowana na podstawie danych Kim i wsp. za zgodą autorów.13. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3Walidacja obwodowych włókien aferentnych i mechanoreceptorów w kontekście efektów akupunktury indukowanych przez MAI. (A) Schematyczny rysunek sygnalizacji obwodowo-centralnej indukowanej mechaniczną akupunkturą. Stymulacja wibracyjna w punkcie HT7 aktywuje mechanoreceptory, w tym ciałka Meissnera i Paciniego, w tkankach skórnych i podskórnych. Sygnały te są przesyłane za pośrednictwem grubych, zmielinizowanych włókien doprowadzających typu A nerwu łokciowego do segmentów rdzeniowych C8–T1, a następnie wpływają na mezolimbiczny system dopaminergiczny. (B) Wpływ wstrzyknięcia środka znieczulającego miejscowo na hamujący efekt stymulacji HT7-MAI. Wstrzyknięcie bupiwakainy wokół HT7 zmniejszyło hamujący wpływ stymulacji HT7 na aktywność lokomotoryczną wywołaną kokainą, co wskazuje na udział obwodowych sygnałów aferentnych. (C–H) Somatyczne odpowiedzi aferentne włókien związanych z ciałkami Paciniego oraz włókien związanych z ciałkami Meissnera podczas stymulacji MAI w punkcie HT7. (I–N) Odpowiedzi włókien A i włókien C podczas stymulacji MAI w punkcie HT7. Stymulacja MAI silnie aktywowała aferentne włókna A i wywoła słabsze odpowiedzi włókien C. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. *p < 0,05 względem wartości bazowej lub grupy kontrolnej traktowanej kokainą, w zależności od przypadku. Rycina została opracowana na podstawie danych z pracy Kim i wsp. za zgodą autorów.13. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4Proponowana obwodowo-centralna ścieżka neuronalna leżąca u podstaw modulacji odpowiedzi indukowanych kokainą oraz mezolimbicznego systemu dopaminergicznego za pośrednictwem MAIStymulacja MAI skóry aktywuje obwodowe nerwy sensoryczne i przekazuje sygnały somatosensoryczne poprzez wznoszące drogi rdzeniowe. Impulsy te są przekazywane do obwodów mózgowych obejmujących mPFC, LHb, RMTg, VTA oraz NAc. Aktywacja szlaku mPFC–LHb–RMTg może nasilać hamowanie GABA-ergiczne neuronów dopaminergicznych VTA, co prowadzi do zmniejszenia uwalniania dopaminy w NAc i tłumienia wywołanej kokainą aktywacji psychomotorycznej. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.