Summary
冷間圧器テストは、ストレスと認知、感情、行動の関係を調べる幅広い研究で使用される古典的なストレス誘導タスクです。この記事では、従来のコールドプレッサーテストに代わる実用的で汎用性の高い代替手段であるコールドプレッサーアームラップを紹介します。
Abstract
最近、ストレスと認知、感情、行動の関係に関する研究が大幅に増加しています。これらの進歩は、中毒1 に対するストレスの影響の性質から、意思決定における変化に伴う神経変化におけるストレスの役割に至るまで、重要な疑問に関する洞察を生み出した。しかし、現場で検討されているトピックが進化するにつれて、関連する方法論も必要です。この記事では、古典的な応力誘導技術、コールドプレッサーテスト(CPT)に実用的かつ効果的な代替手段が提示されている:コールドプレッサーアームラップ(CPAW)。CPTは通常、参加者の支配的な手を氷冷水中に4時間浸漬することを含む。この技術は、交感神経-アドレナリン性髄質(SAM)軸(およびカテコールアミンの放出; 例えばアドレナリンおよびノルアドレナリンの放出)および関連するグルココルチコイド(例えば、コルチゾール)放出と視床下部下垂体副腎(HPA)軸の軽度から中等度の活性化の強い活性化に関連している。CPTは幅広い研究で使用されてきましたが、一部の研究環境では適用するのが現実的ではありません。例えば、磁気共鳴画像(MRI)が敏感で高価な機器を損傷したり、MRI信号の取得を妨害したりする可能性を、以前ではなく、水中で使用します。CPAWは、従来のCPTに代わる実用的かつ効果的な代替物であり、安価で容易に取得できる部品の汎用性の高いリストで構成され、CPAWは実際の水ではなくCPTと同様の温度に冷却されたMRI安全ゲルパックを使用します。重要なことに、CPAWはCPTに匹敵するSAMおよびHPA活性化のレベルに関連しており、さまざまな研究コンテキストで容易に適用することができる。この手法を使用する際は、特定の安全プロトコルを維持することが重要ですが、計画されている場合は簡単に実装できます。CPAWの作成と使用について議論する。
Introduction
ストレス暴露は、視床下部下垂体副腎(HPA)および交感副腎(SAM)軸5の2つのストレス応答性生物学的システムの活性化に関連する。ストレスが生物の恒保性バランスを乱すのに十分な強度である場合、SAMは自律神経系(ANS)の交感神経枝での活動の増加を迅速に引き起こす。これはカテコールアミンの放出に関連しています (例えば. アドレナリンとノルアドレナリン;CA)副腎髄質および交感神経末端から。これらの興奮性化学物質の増加したレベルは、古典的な「戦いまたは飛行」応答を特徴づける心拍数と血圧の上昇に関連しています6.副交感ANSのその後の活性化は最終的にこの興奮を阻害するが、脳幹構造と交付される上昇CAニューロンは、視床下部および最終的なグルココルチコイド(ヒトにおけるコルチゾール)副腎皮質からの放出を介して遅いHPA活性化に寄与する。ストレスモダリティとストレス応答自体の具体的なダイナミクスとの関係を理解することは、様々な心理的プロセス(例えば記憶、学習、意思決定)のストレスと神経相関の関係に関する研究が進むにつれて重要である。
実験室研究で使用するために、複数の応力誘導タスクが開発されています。一般的に、これらは全身的(すなわち恒食状態のバランスに対する直接的な脅威に対する反射的応答を表す)またはプロセス/心因性(すなわち、ストレス応答の関与前に前脳処理および評価を必要とする)として分類することができる8。特に、SAMとHPAの活性化の差分パターンに関連するこれら2つの異なるストレスモダリティ運賃。冷間圧器試験(CPT)は、一定期間氷水(典型的には0〜5°Cの間)に個人の支配的な手の浸漬を伴う全身的ストレスを誘発する一般的かつ十分に検証された手段である4,9,10。CPTは、メモリ11-13、学習14、および意思決定15-17に対するストレスの影響を調べる幅広い研究に使用されています。ストレス誘導の手段としてCPTを用いた研究は、しかし、コルチゾール反応性の点で混合結果をもたらした。全体的に軽度から中等度のコルチゾールの増加は、ポストCPT13,18,19が観察されているが、SAM活性化は堅牢で信頼性の高い4,20である。対照的に、トリーア社会ストレスタスク(TSST)21,22のようなプロセス的な実験室ストレス源は、参加者が5分のスピーチを与え、その間に5分の暗算を行い、その後、5分の暗算を行い、ビデオ撮影されながら、コルチゾール23の2〜3倍の増加に関連している。
SAMとHPAの活性化を最大限に引き出すために、一部の研究者は、TSSTに存在するものと同様の社会的評価成分とCPTを組み合わせるアプローチをとっています。例えば、社会的に評価された冷間圧器テスト(SECPT)の参加者は、ビデオテーピングされ、実験者24によって見られながら、従来のCPTを実行するように求められる。同様に、マーストリヒト急性ストレステストは、TSST25のパブリックスピーキングおよび暗算コンポーネントとSECPTを統合します。これらのアプローチはストレス研究における重要な前進を表していますが、SAMとHPA活性化が行動、認知、感情の神経相関に及ぼす特定の、そして潜在的に解離可能な影響を調べることは依然として重要です。残念ながら、水を含むCPTは、MRI自体に入る前に完了しない限り、磁気共鳴画像法(MRI)を含む研究で実行することはしばしば実用的ではありません。例えば、流出した水は、敏感で高価なMRI機器(例えばヘッドコイル)に対する脅威となり、その高い陽子密度26によるMRI信号を妨害する可能性がある。したがって、CPTを含む研究が神経イメージングの使用に向けて拡大するにつれて、従来のCPT手順への変更が必要である。そのために、コールドプレッサーアームラップ(CPAW)の代替案が提案されています。
CPAWは、氷冷水に手を浸すのではなく、従来のCPTと同様の温度に冷却されたMRIセーフゲルパックで構成されたアームラップを含みます。さらに、CPAWは、一般的なコンポーネントの単純なコレクションからその組成に汎用性があります。CPAWの使用には、液体水よりもはるかに低い温度まで冷却される可能性があるため、追加の安全上の懸念が存在することに注意することが重要です。しかし、これらは研究者側の最小限の努力で説明することができます。CPAWの適切なストレージと使用は、安全プロトコルに特別な注意を払って実証されます。
Protocol
1. CPAW作成
注: CPAW は、コンポーネントと構造に汎用性があります。このプロトコルは作成者が採用したアプローチを表しますが、別の方法が可能です。
- 2~3個のベルクロ(それぞれ約4 x 1)をゴムセメントを使用して2つのゲルパック(6 x 12サイズ)に貼り付け、等間隔にします。24時間乾燥します。
- 厚い生地の部分を約12インチx16インチのサイズで、縦半分に折りたたんで取得します。ゲルパックの例6 x 12は、折り畳まれた生地の内側半分に沿って縦方向に走ります。
- 各ベルクロピースの相補面(ステップ1.1から)を布地の内側に貼り付け、ゲルパック上のベルクロの配置に合わせるように間隔をあけます。ゴムセメントまたは針および糸が使用されてもよい。これにより、ゲルパックを簡単に取り外して洗浄し、保管のために再び取り付けできます。
- ベルクロの2つの大きな部分を得る(約2 x 10インチ)。分ける。一方の側を元のサイズの約4分の1にカットし(残りを捨て)、もう一方の側を元の2 x 10のサイズに保ちます。
- ベルクロの小片を、布地の外側の外側の部分の前面と背面に同じ側に貼り付けます。最後に、ベルクロの長い部分を、布の反対側の外側の部分の類似の位置に貼り付けます。これが完了したら、前腕と手の周りに布を包み、ベルクロストラップを使用して所定の位置に固定することが可能でなければなりません。
2. CPAWの使用と安全上の注意
- CPAWを使用する研究の参加者に、同意中およびCPAW投与前に、いつでも自由に手続きを撤回して終了することを通知する。3つの個別の引き出しステートメントをお勧めします。さらに、参加者が苦しんだ場合に手順を終了する準備をしてください。
- 教育テキストの例: "この研究では、冷たいゲルパックで作られたアームラップを一定期間、腕に置くストレス手順に参加するようお願いすることがあります。ラップはストレスを感じるように設計されているため、非常に不快になります。アームラップが現在あなたの腕の上にあるかどうかにかかわらず、何らかの理由でいつでも手順と実験を終了することがあなたの権利であることを理解することが重要です。MRIで一度これを行うには、口頭で私に言うことができます、あなたは激しくあなたの足を蹴るかもしれない、または必要に応じて、あなたは私たちがあなたに与える緊急スクイーズボールを使用することができます。分かりますか。あなたは続ける気がありますか?".その後、MRIスキャンの前に参加者にさらに2回思い出させるとお勧めします。
- CPAWを注意深く監視された温度で冷凍庫に保管してください。冷凍庫を特定の温度(例えば0~5°C)に設定できず、0°C未満の場合は、CPAWが保管場所から取り出した後、安全な温度(0°C以上)まで温める時間を確保してください。それ以外の場合は、参加者が冷熱火傷を経験する可能性があります。
- CPAWを採用する前に、ゲルパックと参加者の皮膚との間の直接接触を避けるために、プラスチックシートの層でゲルパックをカバーしてください。安全な温度を確保するために、その長さに沿って2〜3の場所で赤外線温度計を使用して、各ゲルパック(プラスチックシートで覆われている)の表面温度を測定します。温度が低すぎる場合は、追加の時間を経過させ、再度測定してください。
- 希望の温度に達したら、参加者の前腕の周りにCPAWを包み、前述のベルクロストラップで所定の位置に貼り付けます。CPAW は、所望の期間 (2 分が推奨) の場所に残します。参加者の要求に応じて、またはその時間が経過した後に、すぐに削除します。
Representative Results
CPAWは、参加者が機能的MRIスキャン27を受けた間、神経報酬処理に対する急性ストレスの影響を調べる以前に発表された研究で使用されてきた。参加者32名(女性16名、男性16名、平均年齢=23.41歳、SD年=4.07歳)は、被験者間で無作為にCPAWまたはストレスコントロール群(室温でタオルで構成されるアームラップ)に無作為に割り当てられた。ベースライン唾液コルチゾールサンプルは、プロトコルの開始時に取得され、その後2分間のCPAW(またはストレス制御なし)アプリケーションが行われ、その後10分間の行動タスクが行われた。最初の行動タスクの後、このパターンが繰り返されました - 2番目の唾液サンプルが取得され、続いて2分間のCPAW(またはストレスコントロールなし)、2番目の10分の行動タスクが続きます。第2の行動タスクの後に3番目の唾液サンプルが取得された。実験後のアンケートでは、アームラップがどのように感じさせるか(良いから悪い)、7ポイントのLikertスケールでの経験がどれほどストレス(高いから低い)であったかを含む、知覚されたストレスの主観的な評価を報告するように求められました。
ストレス集団なしと比較して、CPAWを経験した参加者は、アームラップが有意にストレスを感じていると報告し、t(30)=3.46、p<0.01、d=1.22、および有意に悪い感じとして、t(30)=4.42、p<0.001、d= 1.56。 3人の参加者は唾液性コルチゾール分析から除外され、1人はサンプルの破損、2人は実験中にサンプルを採取できないことが原因である。したがって、32人の参加者のうち29人に対して最終的なコルチゾール分析を行った(13ストレスコントロールなし、16 CPAW)。増加に関する曲線下面積(AUCI)は、両群の台形法を用いて計算した(nmol/Lでの実験群による各試料の平均唾液コルチゾールについては表1を参照)。ストレス制御なしとCPAW群AUC Iとの間の片テール独立t検定は、CPAW群に対する唾液コルチゾールの有意な増加を示し、t(27)=1.78、p<0.05、d=0.69(図1参照)。 参加者が1つのボクセル(すなわち3mm)を超える頭部運動を示したのは2人だけだったが、どちらもストレス集団に含めなかった。参加者はCPAW暴露のために研究から撤退しなかった。追加データセットの予備分析は、SAM活性化(すなわち皮膚伝導性)29の観点からCPAWの有効性に対する収束的なサポートを提供する。参加者28名(女性14名、男性14名、平均年齢=21.18歳、SD年=2.97歳)は、ストレスコントロールアームラップなし(上記)を2分間(上記)、続いて15分間の行動作業を行った。この後、彼らは2分間CPAWを実行し、続いて2番目の15分の行動タスク(すべての被験者内)を行った。皮膚コンダクタンスレベル(SCL)は、BIOPACモジュールを用いて各アームラップ露光(ストレスコントロールなしCPAW)の間に測定し、AcqKnowledgeソフトウェアを使用して分析した。各2分アームラップの平均SCL波形を計算し(マイクロシーメンス、μs)、平方根変換30を使用して正規化した。ペアのt検定は、ストレス制御なし、t(27)=5.49、p<.001、d=.65を上回るCPAW暴露の間に有意に上昇したSCLを示した(図2を参照)。
表 1.ベースラインでのnmol/L、タスク実行1後、タスク後にCPAWおよびストレスコントロール群なしの2を実行した後の平均唾液コルチゾールレベル(平均±SEM)。ポルチェリらから適応許可付き27。ここをクリックすると、より大きな画像を表示できます。
図 1.CPAWおよびストレスコントロール群を有さないために増加する(AUCI)に関して曲線下の唾液コルチゾール領域。陰性AUCI値は、唾液コルチゾールの正味減少を示し、「減少の指標」28として保持した。ポルチェリらから適応許可付き27。ここをクリックすると、より大きな画像を表示できます。
図 2.平方根変換は、CPAW中の皮膚コンダクタンスレベル(マイクロシーメンス;μs)またはストレスコントロールアームラップなしを意味します。ここをクリックすると、より大きな画像を表示できます。
Discussion
この記事では、従来のコールドプレッサーテストの代替が実証されました - コールドプレッサーアームラップ。CPAWは、CPTに匹敵する精神生理学的および神経内分泌ストレス応答を産生する手順であるが、具体的には、HPAのSAM(すなわち交感神経ANS)活性化および軽度から中等度の増加(すなわちコルチゾール)活性の強い増加が観察された。CPAWは、一般的に見られるコンポーネントの範囲から作成することができ、従来の(水ベースの)CPTに代わる実行可能な代替手段として機能します。
前述のように、CPAWはCPTに関連するものを超える追加の安全対策を必要とします。排他的基準(主にCPTによって共有される)には、風邪性蕁異動、レイノー病、動脈瘤、妊娠、心血管疾患の既往歴、糖尿病、慢性リウマチ性疾患、および未治療の血圧異常が含まれる必要があります。CPAWは液体水より低い安全でない温度まで冷却できる可能性があることを考えると、塗布前の厳密な温度測定は参加者の怪我のリスクを避けるために重要です。装置は参加者の腕に物理的に留められているので、彼らが彼らの要求でいつでもプロシージャを終了することができることをいくつかの点で明らかにすることが重要です。さらに、実験者は、参加者が苦しんだ場合に手順を終了する準備をしなければならない。したがって、この手順では、研究者が複数の面で警戒する必要があります。
CPAW の使用にはいくつかの制限があります。例えば、MRI研究の文脈では、参加者の腕にCPAWを留めるので短孔MRIが長孔MRIでは不可能である可能性があるため、短孔MRIが必要である可能性がある。とはいえ、足や脚での使用にCPAWを適応させることは実現可能であり、長いボアのセットアップと互換性があります。CPAW温度を高精度の温度に滴定することも困難である。研究は、2°Cの偏差が許容時間と疼痛評価の変動に関連していることを示しています31.これを避けるために、特定の温度に冷却することができる冷凍庫の使用をお勧めします。さらに、デバイスが連続して複数回使用される場合(所望の温度を超えて暖められるのを避けるために)2番目のCPAWを利用できるようにすることをお勧めします。代表的な結果では、CPAWの使用は頭部運動の増加と関連していなかったが、研究者はfMRI設定の頭部の動きに特別な注意を払うべきである- 特にCPAWがfMRIスキャン中に(以前ではなく)適用されている場合。主観的ストレス評価、HPA、およびSAM活性化は、CPAWが従来のCPTに匹敵する効果的なストレッサーであることを示唆しているが、将来の研究では、HPAおよびSAM活性の範囲と、従来のCPTによって誘発される活性と他の生理学的指数(心拍数および血圧)を慎重に比較することに焦点を当てるべきである。
Disclosures
著者らは利益相反を宣言しない。
Acknowledgments
マウリシオ・R・デルガド、ステファニー・R・ポッツ、ウィリアム・Tに感謝します。 マッカディ代表データの取得は、国立薬物乱用研究所からMRDへの資金提供によって支えられた(R01DA027764)
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 Cryo-Max Cold Packs (6 in x 12 in) | Modular Thermal Technologies | n/a | This is an example gelpac – others of a similar size would serve as well. |
| Infrared Thermometer | Fisher Scientific | 02-401-1 | |
| Biopac MP150 Data Acquisition System | Biopac Systems, Inc. | MP150 | |
| Biopac GSR EDA Galvanic Skin Response Amplifier | Biopac Systems, Inc. | GSR100C | |
| 2 Biopac Unshielded Leads | Biopac Systems, Inc. | LEAD110A | |
| 2 Biopac disposable Electrodermal Electrodes | Biopac Systems, Inc. | EL507 | |
| Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit | Salimetrics, LLC. | I-3002 | If assaying will not be conducted in-house, only collection supplies below are needed. |
| Salimetrics Oral Swab | Salimetrics, LLC. | 5001.02 | |
| Swab Storage Tube | Salimetrics, LLC. | 5001.05 |
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