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Behavior

Essensdauer als Maß für orofstägliche nozizeptive Reaktionen bei Nagetieren

Published: January 10, 2014 doi: 10.3791/50745
Automatic Translation
1, 1
1Department of Biomedical Sciences, Texas A&M University Baylor College of Dentistry

Summary

Eine Verlängerung der Essensdauer stellt ein orofofaziales nozizeptives Verhalten bei Nagetieren dar, das dem Wachverhalten von Menschen mit orofazialen Schmerzen ähnelt. Essen ist ein Verhalten, das keine Ausbildung oder Tiermanipulation erfordert, kortikale Partizipation erfordert und nicht mit anderen experimentell induzierten Verhaltensweisen konkurriert, was diesen Test von alternativen Reflex- oder Operantmessungen unterscheidet.

Abstract

Eine Verlängerung der Essensdauer kann verwendet werden, um eine Zunahme der orofazialen mechanischen Hyperalgesie mit Ähnlichkeiten mit dem Schutzverhalten von Menschen mit orofazialen Schmerzen zu messen. Um die Dauer der Mahlzeit zu messen, werden hemmungslose Ratten kontinuierlich in schallgedämpften, computergestützten Fütterungsmodulen tage- bis wochenlang gehalten, um das Fütterungsverhalten aufzuzeichnen. Diese schalldämpfenden Kammern sind mit Chow-Pelletspendern ausgestattet. Der Spender hat einen Pellettrog mit einem Photostrahl an der Unterseite des Trogs platziert und wenn ein Nagetier entfernt ein Pellet aus dem Feeder-Trog dieser Strahl ist nicht mehr blockiert, signalisiert dem Computer, ein weiteres Pellet fallen zu lassen. Der Computer zeichnet das Datum und die Uhrzeit auf, zu der die Pellets aus dem Trog entnommen wurden, und aus diesen Daten kann der Experimentator die Mahlparameter berechnen. Bei der Berechnung der Essensparameter wurde eine Mahlzeit auf der Grundlage früherer Arbeiten definiert und auf 10 min festgelegt (d. h. wenn das Tier 10 min nicht isst, was das Ende der Mahlzeit des Tieres wäre), auch die Mindestmehlgröße wurde auf 3 Pellets festgelegt. Die Essensdauer, die Essensnummer, die Nahrungsaufnahme, die Mahlzeitengröße und das Intervall zwischen den Mahlzeiten können dann von der Software für jeden Zeitraum berechnet werden, den der Bediener wünscht. Von den Fütterungsparametern, die berechnet werden können, ist die Dauer der Mahlzeit nachweislich ein kontinuierlicher nichtinvasiver biologischer Marker für orofaziale Nociception bei männlichen Ratten und Mäusen und weiblichen Ratten. Die Messung der Mahlzeitdauer ist quantitativ, erfordert keine Schulung oder Tiermanipulation, erfordert kortikale Beteiligung und konkurriert nicht mit anderen experimentell induzierten Verhaltensweisen. Diese Faktoren unterscheiden diesen Assay von anderen Operant- oder Reflexmethoden zur Aufnahme orofzialer Nozijetion.

Introduction

Tiermodelle wurden verwendet, um Schmerzen und Nozieption im Zusammenhang mit orofazialen Schäden und oder Entzündungen1,2zu untersuchen, aber das Fehlen geeigneter Tiermodelle führt zu einem unvollständigen Verständnis der Mechanismen. Obwohl aktuelle Modelle uns helfen, verschiedene Mechanismen zu verstehen, die mit akuten und chronischen orofazialen Schmerzen verbunden sind, gibt es Stärken und Schwächen dieser Tiermodelle.

Viele Modelle messen verhaltensbezogene nozizeptive Reaktionen für kurze Dauern. Gesichtspflege ist eine bekannte Verhaltensreaktion nach Verengung der Gesichtsnerven3. Andere Studien maßen Gesichtsreiben mit der ipsilateralen Vordere oder Hindpaw, sowie Zucken des Kopfes nach der Verabreichung von Formalin Injektionen in das temporomandibuläre Gelenk (TMJ) oder Lippe4-7. Head Withdrawal Latencies ist ein weiteres Modell zur Messung des nozizeptiven Verhaltens, bei dem ein modifiziertes Schwanzflick-Analgesie-Messgerät verwendet wird, um die nozizeptive Reaktion(d. h. Kopfentzug) nach dem Auftragen von Hitze auf das rasierte Vibrissae-Pad einer Ratte8zu quantifizieren. Digastric und Masseter Muskelaktivität wurde auch als korrelierender Schmerz nach Glutamat-Injektionen in die TMJ9aufgezeichnet. Eine andere Studie hat Veränderungen der Schlafparameter gemessen, um nozizeptive Reaktionen bei männlichen und weiblichen Ratten mit einem entzündeten TMJ zu bewerten, zu diesen Parametern gehörten Schlaflatenz, Schnellaugenbewegung (REM), Prozentsatz des Nicht-REM-Schlafs und Prozentsatz des REM-Schlafs10. Die meisten Tiermodelle, die verhaltensauffällige Reaktionen messen, nutzen einen kurzen Zeitrahmen, d.h. Minuten bis Stunden pro Tag11-14. Darüber hinaus finden die meisten Tiermodelle Tests während der Lichtphase und bei einem nachtdrehenden Tier, wie eine Ratte, kann dies Stress verursachen, die die nozizeptiven Ergebnisse15-18verwirren können. Die oben genannten Assays messen die nozizeptive Reaktion bei unterschiedlichen orofazialen Erkrankungen, jedoch für kurze Dauer und können daher nur zur Untersuchung akuter Erkrankungen verwendet werden. Ein alternativer Assay hat Gesichtsausdruck als Maß für die Nozieption von mäßiger Dauer verwendet, aber diese Methode kann subjektiv sein19.

Zur Beurteilung der anhaltenden oder chronischen orofazialen Nozidose haben einige die Anwendung eines von Frey-Filaments auf der Hautoberfläche verwendet, um die mechanische Empfindlichkeit von Tieren zu beurteilen, die einer Nervenverengung oder TMJ-Entzündung ausgesetzt sind3,20. Liverman et al. 2009 gemessen Entzugsreaktionen mit abgestuften Monofilamenten nach CFA-Injektionen in den Masseermuskel von Ratten 21,22. Yamazaki et al. 2008 injizierten das TMJ mit CFA und dann über 14 Tage quantifizierte nozizeptive Verhaltensweisen zu mechanischen oder Wärme- oder Kältestimulation über die TMJ-Region angewendet. Leider beinhalten diese nozizeptiven Verhaltenstests Tierzurückhaltung, die Stresshormone, Lernen oder alternative Verhaltensweisen produzieren, die die gemessenen Ergebnisse stören können.

Modelle zur Messung der Nociception in Zähnen nutzen den Kieferöffnungsreflex, aber diese Methode kann unzuverlässig sein23 oder ungenau24. Elektromyografische Aktivität wurde verwendet, um Zahnnociception25zu messen, aber diese Methode erfordert in der Regel, dass das Tier bewusstlos sein, obwohl in einer Studie Zahnnociception wurde in frei bewegenden Ratten untersucht26. Im Jahr 2008 untersuchte Khan die Beziehung zwischen Zahnnociception und Kaufunktion mit einem empfindlichen Dehnungsmessstreifen27, aber dieses Bissdauermodell erfordert, dass das Tier von der normalen Aktivität 28eingeschränkt wird. Bisskraft ist ein zuverlässiges Maß für Zahnschmerzen beim Menschen, aber weil Ratten Training und/oder Zurückhaltung benötigen, um Bisskraft zu messen, wird eine Stressquelle eingeführt, die Befunde mit fragwürdiger physiologischer Bedeutung erzeugen kann29-31

Einige Einschränkungen der Zurückhaltung und Stress können durch die Verwendung eines operant Design, um nociceptive Verhaltensweisen zu bewerten überwunden werden. Ein Operantmodell verwendet die Vermeidung einer unangenehmen Temperatur, um orofaziale Nozidivierung32-35zu bewerten und zu charakterisieren. Dieses Belohnungskonfliktmodell basiert auf einer Belohnung von gesüßter Milch, um das Nagetier dazu zu bringen, sein Gesicht freiwillig gegen eine erhitzte oder gekühlte Wärmesonde34,36zu positionieren. Der Test erfordert jedoch Tiertraining, aber eine Stärke des Tests ist, dass die Daten automatisiert gesammelt werden.

Ein weiteres Tiermodell verwendete nociception-induzierte nagende Dysfunktion als Index der orofazialen Noziektion37. Das Nagetier ist jedoch auf eine Röhre beschränkt und seine einzige Flucht besteht darin, durch einen Dübel zu nagen, um auszusteigen. Ein Vorteil dieses Modells ist, dass es die Kieferfunktion nach akuten oder chronischen Kieferverletzungen bei Mäusen misst. Das Nagetier ist jedoch eingeengt, was ein verwirrendes alternatives Konkurrenzverhalten hinzufügt, d.h. Flucht, das stressig wäre und somit die Nociception-Assay-Ergebnisse beeinflussen könnte.

Die Essensdauer wurde verwendet, um die Nozieption bei Tieren mitTMJ-Arthritis 38-41, Zahnfleischexposition42und Muskelschäden43zu messen. Ein Nagetier, das eine orofaziale Nozieption erlebte, aßen langsamer, nachdem das Tier eine Mahlzeit initiiert hatte. Patienten mit TMJ-Schmerzen brauchen auch länger, um ihre Nahrung zu kauen und die Zykluslänge verkürzt sich, wenn TMJ-Schmerzen44-46vermindert werden. Die Verlängerung der Essensdauer bei TMJ-Schmerzen wird voraussichtlich ein "Schutzverhalten" sein, operativ definiert als nozizeptives Verhalten47.

Die Essensdauer misst die TMJ-Nozieption mit einer nichtinvasiven Methode für bis zu 19 Tage bei männlichen und weiblichen Ratten und 6 Tagen (längste getestete Dauer) bei männlichen Mäusen und könnte als biologischer Marker der Nozieption38-41beschrieben werden. Zur Unterstützung, dass die Essensdauer nozizeptive Reaktionen misst, kann die Nozizeption durch pharmakologische Intervention enden, wodurch die Dauer des Essens wieder normal38,40,41ist. Dies wurde auch bestätigt, wenn nozizeptive Neuronen mit Capsaicin zerstört wurden; nach Nervenzerstörung wurde die Dauer des Tiermehls nach Injektion von CFA in das TMJ 40 nicht erhöht.

Im Folgenden finden Sie das Protokoll zum Abrufen und Analysieren von Essensdauerdaten.

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Protocol

In diesem Modell erhielten die Ratten oder Mäuse Nahrung und Wasser ad libitum. Das Texas A&M University Baylor College of Dentistry Institutional Animal Care and Use Committee genehmigte alle experimentellen Protokolle. Die folgenden spezifischen Einstellungen sind kursiv dargestellt und werden speziell für das TMJ-Arthritis-Modell der Ratte verwendet. Mäuse können auch in diesem Modell verwendet werden und alternative Zahnschmerzen und myogene orofaziale Schmerzen Tiermodelle können auch verwendet werden42,43.

1. Softwareeinstellungen

  1. Laden Sie die Animal Monitor-Software für die Feeder-Einheiten auf den Computer.
  2. Die Animals Monitor Software wird nun geöffnet, indem Sie auf das Symbol klicken und unter der Dateimenüauswahl die Pulldown-Option "Konfiguration" wählen.
  3. Deaktivieren Sie im Fenster "Tiermonitorkonfiguration" das Kontrollkästchen "Pellet Delivered Input" (Abbildung 1A).
    Hinweis: Dieses Kontrollkästchen wird in der Regel werksseitig aktiviert. Deaktivieren Sie diese Option. Sobald der Prüfer diese Option abwählt, werden die Ergebnisse durch Entfernen eines Pellets aus dem Trog und nicht beim Abgeben eines Pellets aufgezeichnet.
    Hinweis: Wenn das Kontrollkästchen "Automatische Dateibenennung" aktiviert ist, benennt die Software automatisch die Dateien (Abbildung 1A). Dieses Kontrollkästchen wird in der Regel standardmäßig werkseitig aktiviert.
  4. Stellen Sie die Timer-Leuchten so ein, dass sie um 06:00 Uhr (6:00 Uhr) einschalten und um 20:00 Uhr ausgeschaltet werden.
    Hinweis: Die Hardware für die Feeder-Einheiten wurde so modifiziert, dass die Leuchten in den Boxen nicht von der Software gesteuert werden, sondern mit einem isolierten 24-Stunden-Timer verdrahtet werden. Somit war das auf der Konfigurationssoftware angegebene "House Light" in diesen Beispielen nicht funktionsfähig.
  5. Wählen Sie das Menü "Abzieh"-Menü bearbeiten aus, und wählen Sie Experimentieren aus. Ein Fenster mit dem Titel "Box 01 -" erscheint (Abbildung 1B).
  6. Geben Sie den Dateinamen ein, unter dem die Daten in diesem Fenster gespeichert werden.
    Hinweis: Wenn kein Dateiname eingegeben wird, werden die Datendateien automatisch von der Software benannt. Details des Experiments können in diesem Fenster hinzugefügt und mit den Datendateien gespeichert werden. Die Informationen im Fenster können auch gespeichert und für nachfolgende Experimente verwendet werden.
  7. Geben Sie eine Zahl ein, die größer als die Gesamtzeit des Experiments ist, in das Eingabefeld "Experimentlength (Tage):".
    Hinweis: Dadurch wird sichergestellt, dass die Software die Daten speichert, bis das Experiment abgeschlossen ist, ein Fehler kann sein, diesen Wert zu kurz zu setzen, was die Software daran hindert, die Daten aufzuzeichnen, obwohl sich die Tiere noch in den Fütterungsmodulen befinden.
  8. Geben Sie 24 in das Eingabefeld "Anzahl der Stunden an einem Tag" ein.
    Hinweis: Die Länge kann an die Spezifikationen des Experimentators angepasst werden.
  9. Geben Sie 10 in das Feld "Mahlzeitperiodenendkriterien (min):" ein.
    Hinweis: Für Ratten wurde eine Mahlzeit nach einem 10-min-Ende-Der-Mahlzeit-Kriterium auf der Grundlage früherer Studien48 definiert(d. h. eine Mahlzeit wurde vor und nach einer 10-min-Periode ohne Pellets in Klammern gesetzt) und die Mindestmehlgröße wurde auf drei Pellets pro Mahlzeit in dieser Softwareverpackung festgelegt.
  10. Geben Sie 45 in das Feld mit dem Titel "Pellet Size (mg)"ein. Wenn eine Person Mäuse verwenden wollte Eingabe 20 in diesem Fenster.
  11. Für Ratten fügen 45 mg Nagetier Chow Pellets auf die Feeder Spender Trichter.
    Hinweis: Für Mäuse fügen Sie 20 mg Nagetier Chow Pellets in den Chow-Hopper.
  12. Geben Sie im Abschnitt "Phase" des Fensters "Experiment" den Begriff Tag in das Feld "Name" und in das Feld "A der Stunden" ein, geben Sie den Typ 24 (Abbildung 1B )ein.
    Hinweis: Unterhalb des Abschnitts "Phase" befinden sich zwei große offene Felder. Das erste große offene Feld wird durch den Text aufgefüllt, der in den vorherigen Feldern "Phase" und "Name" eingegeben wurde.
  13. Das nächste große offene Feld hat die Kopfzeile "Tagesphase" in das Feld "Name" das Wort Licht und geben Sie in das Feld mit dem Titel "Prozent" die Zahl 60 ein.
    Hinweis: Dieser eingegebene Text füllt das große Feld unten aus.
  14. Geben Sie als Nächstes in das Feld "Name" das Wort Dunkel ein und geben Sie in das Feld "Prozent" die Zahl 40 ein. Hinweis: Bei diesen Einträgen werden 60% des Tages der Lichtphase und 40% der dunklen Phase zugeschrieben. Wenn die Software die Essensmuster berechnet, werden diese Informationen verwendet. Diese Einstellungen typisch für Radfahren weibliche Tiere, die auf einem 14:10 Licht/ Dunkel-Zyklus gehalten werden.
  15. Wählen Sie die Schaltfläche "Alle Boxen so einstellen". Speichern Sie diese Informationen, und klicken Sie dann auf OK.
  16. Der Bildschirm "StartBoxen" erscheint, wählen Sie die zu aktivierenden Feeder aus und klicken Sie auf OK (Abbildung 1C).
  17. Als nächstes werden die Tiermonitor-Laufzeitfenster mit den Mahlmusterdaten angezeigt (Abbildung 1D).
    Hinweis: Überwachen und zeichnen Sie die "A" der Pellets Dispensed" aus diesem Fenster auf, um den aktuellen Zustand der Ratte zu bestimmen. Eine gesunde männliche Ratte mit einem Gewicht von etwa 300 g isst in der Regel zwischen 300-800 45 mg Pellets pro Tag.
  18. Dateien werden täglich generiert und automatisch gespeichert, die eine haben. CSV-Erweiterung. Öffnen Sie diese Dateien, um Daten zum Essensmuster wie Nahrungsaufnahme, Essensnummer, Essensdauer, Mahlzeitengröße oder Zwischenmahlzeitintervall abzurufen. Die Intervalle für diese Essensmuster können für den ganzen Tag oder für eine Phase des Tages wie die Dunkle und Helle Phase berechnet werden. Wie oben erwähnt, sind die Einstellungen für einen 14:10 Licht/Dunkel-Zyklus. Die Rohdaten, wann jedes Pellet aus dem Trog entfernt wurde, werden auch als Rohwert erfasst. CSV-Datei.
    Hinweis: In älteren Versionen der Software wird eine Mindestmehlgröße von 3 Pellets nicht in den Berechnungen zur Generierung der verwendet. CSV-Datei.  Darüber hinaus müssen Sie 10 minuten von den Werten in der Spalte Durchschnittliche Mahlzeit dauer des subtrahieren, um die durchschnittliche Mahlzeitdauer mit der älteren Software zu erhalten. CSV-Datei.
    Wenn die Software in Betrieb ist, kann der Bediener manuell die Menüoption "Datei abziehen" auswählen und täglich "Rohdaten speichern" auswählen. Dadurch werden die Rohdaten für einen Zeitraum von 24 Stunden und nicht für das gesamte Experiment gespeichert. Diese Rohdaten können nach Ermessen des Nutzers durch alternative Software verarbeitet werden.
    Hinweis: In den gezeigten Ergebnissen haben wir alternative Software verwendet, um eine Mindestmahlzeit größe von 3 Pellets enthalten.

2. Essen Serdauer Assay

  1. Platzieren Sie einzelne Ratten in den schallgedämpften Kammern, die mit photobeam computeraktivierten Pelletzubringern ausgestattet sind.
    Hinweis: In diesen Fütterungseinheiten befinden sich abgestufte Wasserflaschen und Abfallpfannen, in denen ein Blatt dickes saugfähiges Papier platziert wird. Im Feeder-Spender-Hopper können 45 mg Nagetier-Chow-Pellets für Ratten oder 20 mg Nagetier-Chow-Pellets für Mäuse hinzugefügt werden. Chow-Pellets werden in einen V-förmigen Futtertrog abgegeben und an der Unterseite dieses Tals befindet sich ein Photobeam. Ein Pellet, das in den Trog abgegeben wird, wird durch Brechen dieses Photobeams erkannt. Sobald eine Ratte dieses Pellet aus dem Feeder durch den Photobeam entfernt, wird der Photobeam wiederhergestellt und dies signalisiert dem Computer, ein weiteres Pellet fallen zu lassen. Die Wiederherstellung des Photobeams löst auch den Computer aus, um Datum und Uhrzeit aufzuzeichnen, und hält eine laufende Zählung der abgegebenen Pellets. Diese Zählung der Pellets wird dann analysiert, um die Nahrungsaufnahme, die Essenszahl, die Essensdauer, die Mahlzeitengröße oder das Intervall zwischen den Mahlzeiten während eines beliebigen Tagesteils mit der Software Med Assoc. Inc. zu bestimmen. Wieder die rohe . CSV-Datendatei kann von externer Software39,40,49-51analysiert werden.
  2. Erfassen Sie die Gesamtzahl der gegessenen Pellets, die Menge des verbrauchten Wassers und das Gewicht der Tiere, um die allgemeine Gesundheit der Ratten während der Experimente zu erkennen.
  3. Wasserflaschen spülen und täglich mit frischem Wasser füllen und bei Bedarf dem Feeder-Hopper mit Chow füllen.
  4. Entsorgen Sie die Abfallwanne und das dicke saugfähige Papier täglich unter dem Käfig und blasen Sie den Staub täglich mit Hochdruckluft aus dem sich bewegenden Teil des Feeders.
    Hinweis: Persönliche Schutzausrüstung(z. B. Kleider, Handschuhe, Masken und Masken) ist erforderlich.
  5. Entfernen Sie Böden, Abfallwannen und Wasserflaschen, nachdem das Experiment abgeschlossen ist, und waschen Sie diese Komponenten. Entfernen Sie auch die Fütterungselektronik von Hand oder in einer Spülmaschine aus der Kadienwäsche.

3. Induktion von TMJ-Arthritis

  1. Legen Sie die Tiere mindestens 4 Tage vor dem Experimentieren in die Futterstellen.
    Hinweis: Diese Daten werden als Vortage gemeldet, um ein Basisfütterungsverhalten zu erhalten. Dann werden die Tiere zur Behandlung aus dem Futter entfernt. Eine Art der Behandlung war, ein arthritisches TMJ zu induzieren. Für dieses Modell werden Ratten um 08:00 Uhr(d.h. Beginn der Lichtphase) mit vollständigem Freund-Adjuvans (CFA) injiziert, nachdem die Ratten mit Isofluran (5% Durchfluss) bezähntet wurden.
  2. Injizieren Sie 250 mg CFA in 50 L bilateral in den periartikulären Raum jedes TMJ.
    Anmerkung: Im Beispiel (Abbildung 2) wurden 250 mg CFA in 50 L in jedes TMJ injiziert, aber Dosen von bis zu 10 mg in Volumen von nur 15 l sind über kürzere Zeiträumewirksam 52.
  3. Injektion Kontrollratten TMJ mit 50 L von 0,9% Saline. Hinweis: Alle Tiere waren innerhalb von 5 min oder weniger nach Derinduktion der Anästhesie mobil. Für den Fall, dass eine kleinere Dosis CFA in einem geringeren Volumen gegeben wird, würden die Kontrollratten das gleiche Volumen an Saline erhalten.

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Representative Results

Die Essensdauer ist ein Verhaltenskorrelat von orofazialen Schmerzen und Messungen der Mahlzeitendauer wurden bei Tieren mit TMJ-Arthritis (Abbildung 2) und Karies angewendet (Abbildung 3). In einem Experiment hatten Ratten TMJ-Arthritis nach Verabreichung einer hohen 250 mg-Dosis von CFA und diese Behandlung induzierte eine signifikante Erhöhung der Essensdauer für 19 Tage(Abbildung 2). Eine niedrigere Dosis von CFA (10 mg), die in jedes TMJ-Gelenk injiziert wurde, führte zu einer geringeren Erhöhung der Essensdauer für nur 2-3 Tage52, was auf eine Dosisreaktion für die CFA-Verabreichung unter Verwendung dieses Essensdauer-Assays hindeutet. Die Essensdauer misst die nozizeptiven Reaktionen in der orofazialen Region, erkennte jedoch keine Reaktion von Arthritis im Knie (Abbildung 2).

In einem zweiten Experiment hat die Dauer der Mahlzeit auch nozizeptive Reaktionen bei Ratten mit Zellstoffexposition festgestellt (Abbildung 3). Zellstoff-Exposition führte zu Karies und war ein Modell für Zahnschmerzen beim Menschen42. Andere Fütterungsmuster, wie Nahrungsaufnahme, Essenszahl und Essensgröße, ändern sich nicht so stark oder für einen so langen Zeitraum wie die Dauer der Mahlzeit, was darauf hindeutet, dass diese anderen Essensmuster nicht so empfindlich ein Maß für die nozizeptive Reaktion sind wie die Essensdauer39. Da die Dauer der Mahlzeiten deutlich zunimmt, gibt es typischerweise nicht signifikante Trends bei der Anzahl und Größe der Mahlzeiten, die dazu führen, dass die Nahrungsaufnahme nahezu normal ist, so dass das Körpergewicht des behandelten Tieres dem des Schein- oder Kontrolltieres entspricht.

Aus den Daten in Abbildung 1 und den vorherigen Mittelwert- und Standardabweichungsdaten38-42 zur Berechnung eines signifikanten Unterschieds zwischen Behandlungsgruppen von mindestens 2 min mit einer Leistung von 80 % (mit ANOVA) würde etwa 9 Tiere/Behandlungsgruppe erforderlich sein.

Figure 1
Abbildung 1. Screenshots der Animal Monitor Software. Panel 1A ist das Fenster Tiermonitorkonfiguration. Panel 1B ist das Fenster, das angezeigt wird, wenn das Menü "Abziehabziehtaste" ausgewählt und Experiment in diesem Menü ausgewählt wird. Panel 1C ist das Fenster, das die selektive Aktivierung bestimmter Feedereinheiten ermöglicht. Panel 1D ist das nächste Fenster, das angezeigt wird und den Titel Animal Monitor trägt. Dieses Fenster zeigt die Echtzeitberechnung der Mahlparameter für die aktiven Feedereinheiten. Klicken Sie hier, um ein größeres Bild anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2. Die Essensdauer wurde bei männlichen Ratten mit arthritischen temporomanibulären Gelenken (TMJ) für 19 Tage signifikant verlängert. Für die Kontrollgruppe Sprague Dawley erhielten Ratten eine Injektion von 50 L Saline in jeden TMJ (SALINE/TMJ, n = 13). In der Versuchsgruppe wurden 250 g vollständiger Freund-Adjuvans (CFA) in das TMJ (CFA/TMJ, n = 14) oder Knie (KNEE/CFA, n = 7) injiziert. Die Daten zur Essensdauer wurden für einen Tag vor der Injektion (0) und für die Tage 1-21 (1, 2, 3 usw.)nach TMJ oder Knieinjektion berechnet. Jedes Gelenk wurde nach dem Verhaltenstest durch Sezieren untersucht, um die Injektionsstelle zu verifizieren. Die Werte werden als Mittel ± SEM angegeben. In diesen Studien wurde eine zweiwegige ANOVA mit wiederholten Messgrößen mit unabhängiger Variablenbehandlung (Saline und CFA) und Zeit und der abhängigen variablen Mahldauer verwendet. Ein signifikanter Haupteffekt wurde bei der CFA-Behandlung beobachtet, F(2, 31)=4.7, p<0.05. Die Daten wurden mit Duncans Post-hoc-Test weiter analysiert. Für a = p<0.05 wurde ein Vergleich zwischen der SALINE/TMJ-Gruppe und der CFA/TMJ-Gruppe durchgeführt. Für b = p<0.05 wurde ein Vergleich zwischen der CFA/TMJ-Gruppe und der CFA/KNEE-Gruppe durchgeführt.

Figure 3
Abbildung 3. Sechs Kiefer-Molaren männlicher Spraque Dawley Ratten wurden ausgesetzt und die Essensdauer wurde 6 Tage nach der Operation gemessen. Kontrollratten hatten keine Zellstoff-Expositionsoperation, sondern eine Anästhesie. Zweiseitiger ANOVA mit wiederholten Messgrößen unter Verwendung der unabhängigen Variablen Der Behandlung (Kontrolle, Exposition) und Zeit und der abhängigen variablen Mahlzeitdauer wurde verwendet, um die Daten zur Essensdauer zu analysieren. Ein signifikanter Haupteffekt wurde bei der Zellstoffexposition beobachtet, F(1, 12)=66, P<0.001. Die Daten wurden mit Duncans Post-hoc-Test weiter analysiert. Beim Vergleich der Kontrolle mit der Ratte, deren Molaren exponiert wurden * = p<0,05, ** = p<0,01. Bedeutet ± SEM. Fünf Ratten befanden sich in jeder Behandlungsgruppe.

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Discussion

TMJ-Patienten mit orofazialen Schmerzen berichten von erhöhten Schmerzen mit erhöhter Kauzeit, so dass der Kauzyklus verlängert, je länger das Individuum45,53-56kaut. Unser Verhaltenstest ermöglicht ähnliche Tests an Ratten und Mäusen bei der Messung der Essensdauer39. Eine kürzlich unveröffentlichte Studie legte nahe, dass von Frey Filamenttests eine höhere Empfindlichkeit als Messungen der Mahlzeitdauer hatten, was eine signifikante Veränderung über einen längeren Zeitraum zeigte, aber von Frey Filamenttests können eine Reflexreaktionskomponente haben, während die Messungen der Mahlzeitdauer eine Verarbeitung nach Regionen des zentralen Nervensystems erfordern. So könnte die Empfindlichkeit bei von Frey-Filamenttests größer sein, aber die Reaktion könnte zum Teil einen Reflex widerspiegeln. Obwohl, Behandlung mit Medikamenten, die zentrale Effekte haben, ändern die Filament-Testergebnisse, die darauf hindeuten, dass der Test einige Aspekte der zentralen Schmerzbehandlung widerspiegelt57.

Im Essensdauer-Assay sollte die Gesamtzahl der abgegebenen Pellets täglich überwacht werden. Eine männliche Ratte wird in der Regel 400-800 der 45 mg Pellets aufnehmen und eine weibliche Ratte wird 300-600 Pellets einnehmen. Für den Fall, dass der tägliche Pelletwert unter diesen typischen Werten liegt, sollte der Experimentator die Feedereinheiten überprüfen, wenn der Pelletspender beim Entfernen eines Pellets aus dem Trog 5 Pellets fallen lässt; Der Pelletsensor in der Nähe des Pelletbehälters (nicht im Trog) kann staubig sein und eine Reinigung erfordern. Obwohl der Spender 5 Pellets fallen lässt, zeigt der Computer an, dass nur ein Pellet fallen gelassen wurde (was die geringe Anzahl ergibt). Wenn sich also fünf oder ein Pellet im Trog befindet, zeichnet der Computer nur ein Ereignis auf. Nach der Reinigung des Sensors sollte beim Entfernen eines Pellets aus dem Feedertrog ein einzelnes Pellet abgegeben werden. Alternativ kann man den Sensor austauschen. Wenn der tägliche Pelletwert höher als diese typischen Werte ist, können die Sensoren am Zuführtrog staubig sein und eine Reinigung erfordern. Reinigen Sie die Sensoren und überprüfen Sie am nächsten Tag, ob die Anzahl der abgegebenen Pellets innerhalb des typischen Bereichs lag.

Die Essensdauer ist ein Verhaltenstest, der durch Artenunterschiede beeinflusst werden kann. In einer früheren Studie mit Mäusen mit TMJ-Arthritis39 gab es Stämme von Mäusen, die die Pellets horten würden. Die Mäuse würden die Pellets aus dem Futtertrog nehmen und die Pellets in der Ecke des Käfigs in die Abfallwanne fallen lassen, anstatt das Pellet zu essen. Aufgrund des Hortverhaltens spiegelten die Messungen des Mahlmusters nicht die Geschwindigkeit wider, mit der die Maus aß, und nicht das Niveau der mechanischen Hyperalgesie der Mäuse mit TMJ-Arthritis. Eine Methode zur Fehlerbehebung bei diesem Hortverhalten bestand darin, die Mäuse in der Vorbehandlungsphase zu untersuchen. Aus früheren Studien würden etwa 40-70% der Mäuse mehr als 5% der gesamten pellets horten. Dies führte zu erheblichen Veränderungen in den Daten des Mahlmusters. Um das Hortproblem zu beseitigen, wurden Mäuse vorgewählt, so dass sie weniger als 5% ihrer Pellets horteten. Experimente wurden mit den vorgewählten Tieren durchgeführt und das Hortverhalten wurde während des gesamten Experiments überwacht. Tiere, die während eines beliebigen Punktes des Experiments mehr als 5 % ihrer gesamten Nahrungsaufnahme horteten, wurden aus den Ergebnissen ausgeschlossen. Zwei Probleme mit diesem Vorauswahlverfahren waren eines, es braucht Zeit, um genügend Mäuse vorzusieben, um die Anzahl der Tiere zu erhalten, um das Experiment abzuschließen, und zweitens erfordert der Prozess das Screening vieler Tiere, von denen ein Großteil nicht für Experimente verwendet wird, was zu Überkosten führt.

Abschließend ist die Mahlzeitdauer eine quantitative Maßnahme, die für den Experimentator nicht subjektiv ist. Wie operante Methoden essen ist ein Verhalten, das kortikale Partizipation erfordert, aber Essen ist anders als viele Reflexmessungen, wie Kratzen, von Frey Haare, oder Hitze. Bei der Messung der Essensdauer muss das Tier nicht vor dem Testen trainiert oder immobilisiert oder behandelt werden, was Spannungen und wechselhaftes Verhalten verschlimmern kann. Die Messung der Essensdauer ist kontinuierlich, so dass Tests in der dunklen sowie hellen Phase stattfinden, im Gegensatz zu Tests in der Hellen Phase, wenn das Nagetier normalerweise schläft. Mahlzeitendauermessungen können tagelang im Gegensatz zu anderen Methoden durchgeführt werden, bei denen der Test in bestimmten Zeitintervallen kurz durchgeführt wird. Diese Vorteile machen die Messung der Mahlzeitdauer zu einem leistungsstarken Werkzeug zur Untersuchung der Mechanismen der Nozieption im Kopfbereich.

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Disclosures

Es gibt nichts zu verraten.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Animal Monitor software Med Assoc. Inc SOF-710 East Fairfield, VT
Dustless Precision Pellets, Rodent, Grain-Based  Bio-Serv F0165 45 mg pellets, 50,000/box
Dustless Precision Pellets, Rodent, Grain-Based  Bio-Serv FO163 20 mg pellets
Complete Freund's Adjuvant Chondrex, Inc. 7001 No loger provides the 5 mg/ml concentration.  Can use CFA from other sources as long as the investigator consistently uses this source

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References

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Verhalten Problem 83 Schmerz Ratte Nozieption myofazial orofazial Zahn temporomandibuläres Gelenk (TMJ)
Essensdauer als Maß für orofstägliche nozizeptive Reaktionen bei Nagetieren
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Kramer, P. R., Bellinger, L. L. Meal Duration as a Measure of Orofacial Nociceptive Responses in Rodents. J. Vis. Exp. (83), e50745, doi:10.3791/50745 (2014).

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