Summary
Il test del pressor freddo è un classico compito di induzione dello stress utilizzato in una vasta gamma di ricerche che esaminano la relazione tra stress e cognizione, emozione e comportamento. In questo articolo viene presentata un'alternativa pratica e versatile al tradizionale test pressor freddo: l'involucro a braccio pressor freddo.
Abstract
Recentemente la ricerca sulla relazione tra stress e cognizione, emozione e comportamento è notevolmente aumentata. Questi progressi hanno dato spunti su questioni importanti che vanno dalla natura dell'influenza dello stress sulladipendenza 1 al ruolo dello stress nei cambiamenti neurali associati alle alterazioni nel processo decisionale2,3. Tuttavia, con l'evolversi degli argomenti esaminati dal settore, anche le metodologie in questione devono evolversi. In questo articolo viene presentata un'alternativa pratica ed efficace a una classica tecnica di induzione dello stress, il test del pressor freddo (CPT): l'involucro a braccio pressor freddo (CPAW). CPT prevede tipicamente l'immersione della mano dominante di un partecipante in acqua ghiacciata per un periodo di tempo4. La tecnica è associata alla robusta attivazione dell'asse simpato-adrenomodononale (SAM) (e al rilascio di catecolamine; ad esempio adrenalina e noradrenalina) e all'attivazione da lieve a moderata dell'asse ipotalamo-ipofisi-surrenale (HPA) con rilascio associato di glucocorticoide(ad esempio cortisolo). Mentre il CPT è stato utilizzato in una vasta gamma di studi, può essere poco pratico da applicare in alcuni ambienti di ricerca. Ad esempio, l'uso dell'acqua durante, piuttosto che prima, la risonanza magnetica (MRI) ha il potenziale per danneggiare apparecchiature sensibili e costose o interferire con l'acquisizione del segnale MRI. Il CPAW è un'alternativa pratica ed efficace al CPT tradizionale. Composto da un elenco versatile di componenti economici e facilmente acquisiti, CPAW utilizza gelpac sicuri per la risonanza prima della trofina raffreddati a una temperatura simile a CPT piuttosto che acqua effettiva. È importante sottolineare che il CPAW è associato a livelli di attivazione DI SAM e HPA paragonabili a CPT e può essere facilmente applicato in una varietà di contesti di ricerca. Sebbene sia importante mantenere protocolli di sicurezza specifici quando si utilizza la tecnica, questi sono facili da implementare se pianificati. Si discuterà della creazione e dell'uso del CPAW.
Introduction
L'esposizione allo stress è associata all'attivazione di due sistemi biologici stress-responsive: gli assi ipotalamo-ipofisi-surrenale (HPA) e simpato-adrenomedullare (SAM)5. Quando lo stress è di intensità sufficiente a interrompere l'equilibrio omeostatico di un organismo, il SAM innesca rapidamente una maggiore attività nel ramo simpatico del sistema nervoso autonomo (ANS). Ciò è associato al rilascio di catecolamine(ad esempio adrenalina e noradrenalina; CA) dal midollo surrenale e dai terminali nervosi simpatici. L'aumento dei livelli di queste sostanze chimiche eccitatorie è associato ad elevazioni della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna che caratterizzano la classica risposta "fight-or-flight"6. Sebbene la successiva attivazione dell'ANS parasimpatico alla fine inibisca questa eccitazione, i neuroni CA ascendenti che si interfacciano con le strutture del tronco encefalico contribuiscono a rallentare l'attivazione dell'HPA attraverso l'ipotalamoe l'eventuale rilascio di glucocorticoide (cioè cortisolo nell'uomo) dalla corteccia surrenale7. Comprendere la relazione tra la modalità di stress e le dinamiche specifiche della risposta allo stress stesso sarà fondamentale man mano che la ricerca sulla relazione tra stress e i correlatineurali di vari processi psicologici (ad esempio memoria, apprendimento e processo decisionale) avanza.
Sono state sviluppate molteplici attività di induzione dello stress da utilizzare nella ricerca di laboratorio. In generale, questi possono essere classificati come sistemici (cioè rappresentano una risposta riflessiva a una minaccia direttaall'equilibrioomeostatico) o processivi/psicogenici (cioè richiedono l'elaborazione e la valutazione del proebrain prima dell'assunzione della risposta allo stress)8. In particolare, queste due distinte modalità di stress Si mentono associate a modelli differenziali di attivazione SAM e HPA. Il test del pressoro freddo (CPT) è un mezzo comune e ben convalidato per indurre stress sistemico che comporta l'immersione della mano dominante di un individuo nell'acqua ghiacciata (tipicamente tra 0-5 °C) per un periododi tempo 4,9,10. CPT è stato utilizzato in una vasta gamma di ricerche che esaminano l'influenza dello stresssulla memoria 11-13,sull'apprendimento 14e sul processo decisionale 15-17. Gli studi che utilizzano il CPT come mezzo di induzione dello stress hanno tuttavia prodotto risultati contrastanti in termini di reattività del cortisolo. Nel complesso sono stati osservati aumenti del cortisolo da lieve a moderato dopo il CPT13,18,19, anche se l'attivazione del MAS èrobusta e affidabile 4,20. Al contrario, gli stressanti di laboratorio processatori come il Trier Social Stress Task (TSST)21,22, durante il quale i partecipanti danno un discorso di 5 minuti seguito da 5 minuti di aritmetica mentale durante l'analisi e / o videoregistrato, sono stati associati a aumenti da due a tre volte del cortisolo23.
Per massimizzare sia l'attivazione del SAM che dell'HPA, alcuni ricercatori hanno adottato l'approccio di combinare CPT con componenti valutativi sociali simili a quelli presenti nella TSST. Ad esempio, nel test secpt (Cold Pressor Test) valutato socialmente viene chiesto di eseguire un CPT tradizionale durante la registrazione video e l'analisi da parte di unosperimentatore 24. Allo stesso modo, lo stress test acuto di Maastricht integra secpt con componenti aritmetiche pubbliche e mentali del TSST25. Sebbene questi approcci rappresentino un significativo passo avanti nella ricerca sullo stress, rimane importante esaminare l'influenza specifica, e potenzialmente dissociabile, dell'attivazione di SAM e HPA sui correlati neurali di comportamento, cognizione ed emozione. Sfortunatamente il CPT, che coinvolge l'acqua, è spesso poco pratico da eseguire in studi che coinvolgono la risonanza magnetica (MRI) a meno che non sia completato prima dell'ingresso nella risonanza magnetica stessa. Ad esempio, l'acqua fuoriuscita può essere una minaccia per apparecchiature di risonanza magneticasensibili e costose (ad esempio la bobina della testa) e può interferire con il segnale MRI a causa della sua alta densità diprotoni 26. Pertanto, poiché la ricerca che coinvolge il CPT si espande verso l'uso in contesti di neuroimaging sono necessarie modifiche alla procedura CPT tradizionale. A tal fine, viene proposta un'alternativa: l'involucro del braccio pressor freddo (CPAW).
Piuttosto che immersione a mano in acqua ghiacciata, il CPAW prevede un involucro per braccio composto da gelpac sicuri per la risonanza RM raffreddati a una temperatura simile al CPT tradizionale. Può essere attaccato all'avambraccio e alla mano di un partecipante ed è facilmente rimosso su loro richiesta. Inoltre, CPAW è versatile nella sua composizione da una semplice collezione di componenti comuni. È importante notare che esistono ulteriori problemi di sicurezza nell'uso del CPAW, in quanto può potenzialmente essere raffreddato a una temperatura molto inferiore rispetto all'acqua liquida. Detto questo, questi possono essere contabili ati con il minimo sforzo da parte del ricercatore. Il corretto stoccaggio e l'utilizzo del CPAW saranno dimostrati con particolare attenzione ai protocolli di sicurezza.
Protocol
1. Creazione CPAW
Nota: il CPAW è versatile nei suoi componenti e nella sua costruzione. Sebbene questo protocollo rappresenti l'approccio adottato dall'autore, sono possibili approcci alternativi.
- Apporre da due a tre pezzi di Velcro (ciascuno circa 4 in x 1 in) a ciascuno dei due gelpac (6 in x 12 di dimensioni) usando cemento di gomma, ugualmente distanziato. Lasciare asciugare 24 ore su 24.
- Ottenere un pezzo di tessuto spesso circa 12 x 16 di dimensioni, piegare a metà longitudinalmente. L'esempio 6 in x 12 in gelpacs correrà longitudinalmente lungo ogni metà interna del tessuto piegato.
- Apporre il lato complementare di ogni pezzo Velcro (dal passo 1.1) ai lati interni del tessuto, distanziato in modo che corrispondano al posizionamento del Velcro sui gelpac. Possono essere utilizzati cemento o ago e filo di gomma. Ciò consentirà di rimuovere facilmente i gelpac per la pulizia e riattaccarlo per la conservazione.
- Ottenere due pezzi più grandi di Velcro (circa 2 in x 10 in). separare. Tagliare un lato a circa un quarto delle sue dimensioni originali (e scartare il resto) mantenendo l'altro al 2 in x 10 originale.
- Apporre il piccolo pezzo di Velcro sulla parte anteriore e posteriore della porzione esterna del tessuto sullo stesso lato. Infine, apporre la parte più lunga del Velcro alle posizioni analoghe sulla parte esterna del lato opposto del tessuto. Una volta completato questo, dovrebbe essere possibile avvolgere il tessuto intorno all'avambraccio e alla mano e fissarlo in posizione utilizzando le cinghie Velcro' .
2. Precauzioni di utilizzo e sicurezza CPAW
- Informare i partecipanti agli studi che utilizzano CPAW più volte, durante il consenso e prima dell'amministrazione CPAW, che sono liberi di ritirare e terminare la procedura in qualsiasi momento. Si raccomandano tre istruzioni di prelievo discrete. Inoltre, preparati a terminare la procedura se il partecipante diventa in difficoltà.
- Esempio di testo didattico: "In questo studio, potremmo chiederti di partecipare a una procedura di stress che prevede di posizionare un involucro del braccio fatto di gelpac freddi sul braccio per un periodo di tempo. L'involucro è progettato per essere stressante e sarà quindi altamente scomodo. È importante che tu capisca che è tuo diritto terminare la procedura e sperimentare in qualsiasi momento per qualsiasi motivo, indipendentemente dal fatto che l'involucro del braccio sia attualmente sul braccio o meno. Per farlo una volta nella risonanza prima di me, puoi dirmi verbalmente, puoi calciare il piede vigorosamente, o se necessario puoi usare la palla di emergenza che ti daremo. Capisci? Sei disposto a continuare?". Successivamente, si consiglia di ricordare al partecipante altre due volte prima della risonanza con l'affermazione , "Ricorda, rimuoveremo l'involucro del braccio e porremo fine all'esperimento su tua richiesta in qualsiasi momento".
- Conservare cpaw in un congelatore con una temperatura attentamente monitorata. Se il congelatore non può essere impostato a una temperaturaspecifica (ad esempio tra 0-5 °C) ed è inferiore a 0 °C, lasciare che il CPAW si caldi a una temperatura sicura (non meno di 0 °C) dopo averlo rimosso dallo stoccaggio. In caso contrario, esiste il potenziale per un partecipante di sperimentare un'ustione a freddo.
- Prima di utilizzare CPAW, coprire i gelpac con uno strato di lamiere di plastica per evitare il contatto diretto tra i gelpac e la pelle del partecipante. Misurare la temperatura superficiale di ogni gelpac (coperto dalla lamiera di plastica) utilizzando un termometro a infrarossi in due o tre posizioni lungo la sua lunghezza per garantire una temperatura sicura. Se la temperatura è troppo bassa, lasciare più tempo per passare e misurare di nuovo.
- Quando viene raggiunta la temperatura desiderata, avvolgere CPAW intorno all'avambraccio dei partecipanti e apporre a mano in posizione con le suddette cinghie Velcro sopra. Lasciare CPAW in posizione per il periodo di tempo desiderato (si consiglia 2 min). Rimuoverlo immediatamente su richiesta del partecipante o trascorso tale tempo.
Representative Results
CPAW è stato utilizzato in uno studio pubblicato in precedenza che esamina l'influenza dello stress acuto sull'elaborazione della ricompensa neurale mentre i partecipanti sono stati sottoposti a scansione funzionale dellarisonanza magnetica 27. Trentadue partecipanti (16 femmine, 16 maschi; età media = 23,41 anni, anni SD = 4,07) sono stati assegnati casualmente tra i soggetti a un CPAW o a nessun gruppo di controllo dello stress (un involucro per braccio composto da asciugamani a temperatura ambiente). Un campione di cortisolo salivare di base è stato acquisito all'inizio del protocollo seguito dall'applicazione CPAW (o nessun controllo dello stress) per 2 minuti, dopo di che è stato eseguito un compito comportamentale di 10 minuti. Dopo il primo compito comportamentale, questo modello si è ripetuto : è stato acquisito un secondo campione di saliva, seguito da CPAW (o nessun controllo dello stress) per 2 minuti e un secondo compito comportamentale di 10 minuti. Un terzo campione di saliva è stato acquisito dopo il secondo compito comportamentale. In un questionario post-sperimentale, ai partecipanti è stato chiesto di segnalare valutazioni soggettive dello stress percepito, incluso come l'involucro del braccio li ha fatti sentire (da buono a cattivo) e quanto l'esperienza fosse stressante (da alta a bassa) su una scala Likert a 7 punti.
Rispetto al gruppo no stress, i partecipanti che hanno sperimentato CPAW hanno riferito che l'involucro del braccio si sentiva significativamente più stressante, t(30) = 3,46, p< 0,01, d = 1,22 e come sensazione significativamente peggiore, t(30) = 4,42, p< 0,001, d = 1,56. Tre partecipanti sono stati esclusi dall'analisi del cortisolo salivare, uno a causa di campioni danneggiati e due a causa dell'incapacità di raccogliere campioni durante l'esperimento. Pertanto, sono state condotte analisi finali del cortisolo su 29 dei 32 partecipanti (13 senza controllo dello stress, 16 CPAW). L'area sotto la curva rispetto all'aumento (AUCI)è stata calcolata utilizzando il metodo trapezoidale per entrambi i gruppi (cfr. tabella 1 per il cortisolo salivare medio di ciascun campione per gruppo sperimentale in nmol/L)28. Una prova t indipendente a una coda tra il gruppo AUC I senza stress e il gruppo CPAWI ha indicato un aumento significativo del cortisolo salivare per il gruppo CPAW, t(27) = 1,78, p< 0,05, d = 0,69 (cfr. figura 1). Solo due partecipanti hanno mostrato un movimento della testa superiore a un voxel(cioè3 mm), ma entrambi erano nel gruppo senza stress. Nessun partecipante si è ritirato dallo studio a causa dell'esposizione alla CPAW. L'analisi preliminare di un set di dati aggiuntivo fornisce un supporto convergente per l'efficacia del CPAW in termini di attivazione del MAS(cioè conduttanza cutanea)29. Ventotto partecipanti (14 femmine, 14 maschi; età media = 21,18 anni, anni SD = 2,97) hanno eseguito un involucro del braccio senza stress (come sopra) per 2 minuti seguito da un compito comportamentale di 15 minuti. Successivamente hanno eseguito il CPAW per 2 minuti, seguito da un secondo compito comportamentale di 15 minuti (tutti all'interno dei soggetti). I livelli di conduttanza cutanea (SCL) sono stati misurati durante ciascuna delle esposizioni all'involucro del braccio (nessun controllo dello stress rispetto a CPAW) utilizzando un modulo BIOPAC e analizzati utilizzando il software AcqKnowledge. La forma d'onda SCL media di ogni involucro del braccio di 2 minuti è stata calcolata (in microsiemen, μs) e normalizzata utilizzando una trasformazione a radicequadrata 30. Una prova t accoppiata ha indicato un SCL significativamente elevato durante l'esposizione alla CPAW al di sopra del controllo senza stress, t(27) = 5,49, p<.001, d = .65 (vedi figura 2).
La tabella 1. Livelli di cortisolo salivare medio in nmol/L alla linea di base, dopo l'esecuzione dell'attività 1 e dopo l'esecuzione dell'attività 2 per CPAW e nessun gruppo di controllo dello stress (± SEM). Adattato da Porcelli et al. 27 con permesso. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.
Figura 1. Area del cortisolo salivare sotto la curva rispetto all'aumento (AUCI)per cpaw e nessun gruppo di controllo dello stress. I valori negatividell'AUC I, che indicano una diminuzione netta del cortisolo salivare, sono stati mantenuti come "indice didiminuzione" 28. Adattato da Porcelli et al. 27 con permesso. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.
Figura 2. I livelli di conduttanza della pelle trasformati a radice quadrata (in microsiemens; μs) durante il CPAW o nessun involucro del braccio di controllo dello stress. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.
Discussion
In questo articolo è stata dimostrata un'alternativa al tradizionale test del pressor freddo: l'involucro del braccio pressor freddo. Il CPAW è una procedura che produce risposte psicofisiosioiche e neuroendocrine allo stress paragonabili al CPT. In particolare,sono stati osservati forti aumenti dell'attivazionedel SAM (cioè ANS simpatico) e aumenti da lievi a moderatidell'attività dell'HPA(cioè del cortisolo). Cpaw può essere creato da una serie di componenti comunemente trovati, e serve come valida alternativa al CPT tradizionale (a base d'acqua). Un ulteriore vantaggio del CPAW è che può essere facilmente utilizzato in contesti di ricerca in cui potrebbe essere impraticabile, anche impossibile, utilizzare il CPT(ad esempio la risonanza assoluta).
Come accennato in precedenza, cpaw richiede ulteriori precauzioni di sicurezza oltre a quelle associate al CPT. I criteri di esclusione (ampiamente condivisi dal CPT) dovrebbero includere: orticaria fredda, malattia di Reynaud, aneurisma, gravidanza, storia di malattie cardiovascolari, diabete, malattia reumatologica cronica e anomalie della pressione sanguigna non trattate. Dato che il CPAW può potenzialmente essere raffreddato a temperature non sicure al di sotto di quelle dell'acqua liquida, una misurazione rigorosa della temperatura prima dell'applicazione è fondamentale per evitare il rischio di lesioni dei partecipanti. Poiché l'apparecchio è fisicamente fissato al braccio del partecipante, è essenziale chiarire in diversi punti che possono terminare la procedura in qualsiasi momento su loro richiesta. Inoltre, lo sperimentatore deve essere pronto a terminare la procedura se il partecipante diventa in difficoltà. Pertanto, la procedura richiede che il ricercatore sia vigile su più fronti.
Esistono diverse limitazioni nell'uso del CPAW. Ad esempio, nel contesto degli studi di mento 1000, può essere necessaria una risonanza prima di breve durata in quanto il fissaggio del CPAW a un braccio dei partecipanti potrebbe non essere possibile in una risonanza tura a foro lungo. Detto questo, adattare CPAW per l'uso su un piede o una gamba è fattibile e sarebbe compatibile con una configurazione a lungo foro. Anche la titolazione della temperatura CPAW a una temperatura altamente precisa è difficile. La ricerca indica che deviazioni anche di 2 °C sono associate a variazioni nel tempo di tolleranza e nelle valutazioni del dolore31. Per evitare questo, si consiglia l'uso di un congelatore che può essere raffreddato a una temperatura specifica. Inoltre, si consiglia di avere un secondo CPAW disponibile se il dispositivo verrà utilizzato più volte in stretta successione (per evitare che venga riscaldato oltre la temperatura desiderata). Sebbene nei risultati rappresentativi l'uso del CPAW non sia stato associato ad aumenti del movimento della testa, i ricercatori dovrebbero prestare particolare attenzione al movimento della testa nell'impostazione fMRI , specialmente se il CPAW viene applicato durante (piuttosto che prima) la scansione fMRI. Mentre le valutazioni soggettive dello stress, l'attivazione di HPA e SAM suggeriscono che cpaw è uno stressante efficace paragonabile al CPT tradizionale, la ricerca futura dovrebbe concentrarsi su un attentoconfronto dell'entità dell'attività hpa e SAM con quella evocata dal CPT tradizionale e di altri indici fisiologici (ad esempio frequenza cardiaca e pressione sanguigna).
Disclosures
Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
Acknowledgments
Grazie a Mauricio R. Delgado, Stephanie R. Potts e William T. McCuddy. L'acquisizione dei dati rappresentativi è stata supportata dal finanziamento da parte dell'Istituto nazionale per l'abuso di droghe alla MRD (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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