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Behavior

Avaliação da Sensibilidade Mecânica das Costas no Rato para Investigação Mecanicista da Dor Lombar Crônica

Published: August 30, 2022 doi: 10.3791/63667

Summary

Para desenvolver novas intervenções terapêuticas para a prevenção e manejo da dor nas costas, modelos animais são necessários para examinar os mecanismos e a eficácia dessas terapias a partir de uma perspectiva translacional. O presente protocolo descreve o teste BMS, um método padronizado para avaliar a sensibilidade mecânica de retorno no rato.

Abstract

A dor lombar é a principal causa de incapacidade em todo o mundo, com dramáticas consequências pessoais, econômicas e sociais. Para desenvolver novas terapêuticas, são necessários modelos animais para examinar os mecanismos e a eficácia de novas terapias a partir de uma perspectiva translacional. Vários modelos de roedores de dor nas costas são utilizados nas investigações atuais. Surpreendentemente, no entanto, nenhum teste comportamental padronizado foi validado para avaliar a sensibilidade mecânica em modelos de dor nas costas. Isso é fundamental para confirmar que animais com suposta dor nas costas apresentam hipersensibilidade local a estímulos nociceptivos e para monitorar a sensibilidade durante intervenções destinadas a aliviar a dor nas costas. O objetivo deste estudo é estabelecer um teste simples e acessível para avaliar a sensibilidade mecânica no dorso de ratos. Uma gaiola de teste foi fabricada especificamente para este método; comprimento x largura x altura: 50 x 20 x 7 cm, com uma malha de aço inoxidável na parte superior. Esta gaiola de teste permite a aplicação de estímulos mecânicos nas costas. Para realizar o teste, a parte de trás do animal é raspada na região de interesse, e a área de teste é marcada para repetir o teste em dias diferentes, conforme necessário. O limiar mecânico é determinado com filamentos de Von Frey aplicados aos músculos paraespinhais, utilizando o método up-down descrito anteriormente. As respostas positivas incluem (1) espasmos musculares, (2) arqueamento (extensão das costas), (3) rotação do pescoço (4) coçar ou lamber as costas e (5) escapar. Este teste comportamental (teste de Sensibilidade Mecânica das Costas (BMS)) é útil para pesquisas mecanicistas com modelos de roedores de dor nas costas para o desenvolvimento de intervenções terapêuticas para a prevenção e manejo da dor nas costas.

Introduction

A lombalgia (lombalgia) é a principal causa de incapacidade em todo o mundo, o que tem dramáticas consequências pessoais, econômicas e sociais 1,2,3,4. Todos os anos, aproximadamente 37% da população é afetada pela lombalgia5. A lombalgia geralmente se resolve dentro de algumas semanas, mas se repete em 24%-33% dos indivíduos, tornando-se crônica em 5%-10% dos casos2. Para compreender os mecanismos e impactos da lombalgia, bem como os efeitos de diferentes intervenções terapêuticas, vários modelos animais de lombalgia têm sido utilizados, mimetizando condições clínicas ou alguns componentes da lombalgia6. Esses modelos de camundongos e ratos podem ser classificados em uma ou mais das seguintes categorias: (1) lombalgia discogênica7,8,, (2) lombalgia radicular 8,9,10,11, (3) osteoartrite articular facetária 12 e (4) lombalgia induzida por músculo 13,14 . Como a dor não pode ser medida diretamente em espécies não humanas, inúmeros testes têm sido desenvolvidos para quantificar comportamentos semelhantes à dor nesses modelos8. Esses testes avaliam comportamentos evocados por um estímulo nocivo (força mecânica 15,16,17, estimulação térmica 18,19,20,21,22,23,24,25) ou produzidos espontaneamente 26,27,28,29.

Os métodos que utilizam estímulos mecânicos incluem o teste de Von Frey 15,16 e o teste de Randall-Selitto17. Os métodos que utilizam estímulos térmicos incluem o teste de movimento da cauda18, o teste de placa quente19, o teste de Hargreaves20 e o teste de sonda térmica21. Os métodos que utilizam estímulos frios incluem o teste de placa fria22, o teste de evaporação de acetona23 e o ensaio plantar frio24. Os métodos para comportamentos espontâneos incluem as escalas de careta26, escavação 27, levantamento de peso e análise de marcha 28, bem como uma análise comportamental automatizada29. Apesar desses inúmeros testes disponíveis, nenhum deles é projetado especificamente para modelos de dor nas costas.

O objetivo deste estudo é estabelecer um teste simples e acessível para avaliar a sensibilidade mecânica no dorso de ratos. A técnica baseia-se, em grande parte, no teste de Von Frey aplicado à superfície plantar da pata traseira15,16. O princípio básico do teste de Von Frey é usar uma série de monofilamentos para a região de interesse, fornecendo forças pré-determinadas constantes. Uma resposta é considerada positiva se o rato apresentar um comportamento nocifensivo. O limiar mecânico pode então ser calculado com base nos filamentos que evocaram respostas. No presente estudo, um método simples e acessível, adaptado do teste de Von Frey, é fornecido para determinar a sensibilidade mecânica no dorso de ratos.

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Protocol

O protocolo experimental foi aprovado pelo comitê de cuidados com animais da Université du Québec à Trois-Rivières e está em conformidade com as Diretrizes do Conselho Canadense de Cuidados com os Animais e as Diretrizes do Comitê de Pesquisa e Questões Éticas da Associação Internacional para o Estudo da Dor (IASP). O presente estudo utilizou seis ratos Wistar machos (peso corporal: 320-450 g; idade: 18-22 semanas). Os animais foram obtidos de uma fonte comercial (ver Tabela de Materiais). Os dados desses ratos são da amostra maior de um estudo anterior30.

1. Preparação experimental

  1. Hospede os animais em uma sala com temperatura controlada em instalações padrão para animais com acesso a comida e água ad libitum e um ciclo claro-escuro de 14 h-10 h. Certifique-se de que todos os animais estão em boa saúde no dia dos experimentos.
  2. Gere o modelo animal de dor crônica nas costas seguindo os passos abaixo.
    1. Para induzir dor lombar crônica, realizar uma injeção intramuscular de Adjuvante de Freund Completo (CFA) nos músculos das costas, seguindo os relatos anteriores 14,30,31.
    2. Anestesiar o animal utilizando isoflurano (4% para indução e 2%-2,5% para manutenção).
    3. Usando uma agulha de 27 G, injete 150 μL de uma emulsão de CFA com água em óleo pronta para uso (ver Tabela de Materiais) nos músculos paraespinhais unilateral ou bilateralmente, dependendo das necessidades do protocolo.
    4. Mantenha a agulha de injeção no lugar por pelo menos 3 minutos após a conclusão da injeção. Para os animais do grupo controle, use os mesmos procedimentos30, mas injete uma solução de solução salina fisiológica estéril (150 μL, 0,9%) em vez de CFA.
  3. Fabrice a gaiola de teste.
    1. Faça uma gaiola de teste para dois animais que compreende uma câmara para cada animal.
      NOTA: Para o presente estudo, cada câmara possui as seguintes dimensões: comprimento x largura x altura: 50 x 20 x 7 cm (ver Tabela de Materiais).
    2. Monte as duas câmaras contíguas em quatro pernas de plexiglass de 33 cm de comprimento. Use plexiglass transparente para as paredes das câmaras, mas use plexiglass preto para separar as câmaras para evitar que os animais se vejam.
    3. Use malha de aço inoxidável feita de fio de 1 mm com uma distância entre fios de 8 mm para fazer o chão e o teto da gaiola de teste (Figura 1).

2. Teste de sensibilidade mecânica traseira (BMS)

  1. Familiarize o animal com a gaiola de teste 30 min/dia por 5-7 dias consecutivos antes do primeiro teste. Repita o teste conforme necessário.
  2. Anestesiar os animais utilizando isoflurano a 2%31 (ver Tabela de Materiais).
  3. Em posição prona sob anestesia com isoflurano, raspe os pelos traseiros da área de interesse (dos níveis vertebrais T6 a L6) usando um aparador de pelos de animais (ver Tabela de Materiais). Para medidas repetidas, raspe o cabelo das costas a cada 3 dias em um dia sem avaliação comportamental para garantir que os estímulos sejam sempre aplicados diretamente na pele. Desenhe uma marca preta na pele com um marcador permanente para garantir que os filamentos são sempre aplicados na mesma área ao repetir o teste em dias diferentes.
  4. No dia do teste, coloque os animais na gaiola de teste por 15-30 minutos antes do teste até que o animal esteja calmo.
  5. Durante o ensaio, aplicar os filamentos de Von Frey (0,07, 0,16, 0,4, 0,6, 1, 2, 4, 6, 10, 15 e 26 g) perpendicularmente ao dorso, começando sempre com o filamento de 2 g e utilizando o método de cima para baixo15 (ver Tabela de Materiais). Aproxime-se das costas do animal lentamente com o filamento por trás do animal.
    1. Aplique o filamento somente quando o animal estiver acordado, de pé sobre suas quatro patas e sem se mover. Aplicar o filamento por 2 s bilateralmente na área de interesse, a 10 mm do processo espinhoso (Figura 2), a cada 15-30 s.
      NOTA: Uma resposta é considerada positiva se o animal apresentar um ou mais dos seguintes comportamentos durante ou imediatamente após a aplicação do filamento: (1) espasmos musculares, (2) arqueamento (extensão das costas), (3) rotação do pescoço para olhar para as costas, (4) coçar ou lamber as costas e (5) escapar.
  6. Como descrito anteriormente15, se não for observada resposta com a aplicação de um filamento, aplique o próximo filamento com uma força maior na série. Se uma resposta for observada, use o próximo filamento com uma força menor na série. Continue este procedimento até que quatro leituras sejam obtidas após a primeira mudança comportamental (resposta após uma série de "sem resposta" ou sem resposta após uma série de "resposta").
  7. Uma vez concluída a coleta de dados, calcule-se o valor que representa 50% do limiar mecânico, conforme descrito por Chaplan et al.15, utilizando esta fórmula:
    Limiar de 50% (g) = 10(Xf+kδ)/10 000
    NOTA: Nesta fórmula, "Xf" é a marca de punho do último filamento de von Frey que foi usado. "k" é o valor tabular baseado no padrão de resposta do animal15, e "δ" é a média dos incrementos de Handle Mark entre filamentos de Von Frey. Dependendo do desenho experimental e das necessidades experimentais, apenas um lado da coluna vertebral pode ser avaliado para relatar um limiar, ou dois lados podem ser avaliados, e os limiares são relatados separadamente ou como uma média. Consulte a Tabela Suplementar 1 para o modelo de cálculo32.

3. Valorização dos animais

  1. Após a conclusão da injeção intramuscular, interrompa a anestesia e coloque o animal sozinho em uma gaiola de alojamento padrão para recuperação.
  2. Durante o período de recuperação, examine o comportamento do animal e não o deixe desacompanhado.
  3. Confirme que o animal se recupera da anestesia e se move normalmente dentro de 5 minutos. Em seguida, devolva o animal à sua gaiola de alojamento habitual com os outros animais.
    NOTA: Ao final do experimento, o animal é perfundido através do coração com uma solução de formalina a 10%, sob anestesia profunda com isoflurano (5%). Os músculos das costas na área injetada são então extraídos para histologia e confirmação de alterações inflamatórias.

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Representative Results

O método foi utilizado em estudo anterior, no qual foram apresentados dados completos e estatísticas para comparar a sensibilidade mecânica entre CFA e ratos controle30. Dados individuais representativos (média dos limiares esquerdo e direito) de seis ratos incluídos no estudo anterior são apresentados na Figura 3 e na Tabela 1. No início do estudo, a sensibilidade mecânica foi semelhante entre os grupos. A injeção intramuscular de CFA nos músculos lombares causou um aumento acentuado na sensibilidade mecânica (diminuição do limiar) de 7 dias para 28 dias após a injeção de CFA. Em contraste, os ratos controle (CTL) não apresentaram essa alteração. Como mostra a Figura 3, observou-se variabilidade dentro e entre os animais, como esperado com esse tipo de avaliação comportamental. No entanto, ratos CFA hipersensíveis mostraram diminuição da variabilidade. Com base no estudo anterior 30, 16 animais (8 CFA e 8 CTL) são suficientes para detectar um efeito significativo entre os grupos ao longo do tempo (η2p =0,38) por 5 pontos de tempo.

Neste estudo, a presença de alterações inflamatórias crônicas nos músculos injetados com AFC foi confirmada pelo exame histológico (Figura 4)30. Além disso, observou-se hipersensibilidade mecânica na pata traseira com teste padrão de Von Frey, além do dorso (Figura 5)30. Em estudos prévios com o mesmo modelo de dor nas costas, mostramos aumento do comportamento espontâneo da dor e alterações neuroinflamatórias e neurofisiológicas14,31. De fato, os comportamentos de lamber foram aumentados na AFC em comparação com ratos controle durante o teste de formol, e as respostas de unidade única à estimulação nociva do nervo ciático foram alteradas na amígdala direita31. Além disso, a expressão da proteína NF-kB foi aumentada na medula espinhal da AFC em comparação com ratos controle14. Juntos, os resultados desses estudos validam esse modelo de dor lombar crônica, e o presente estudo demonstra visualmente como confirmar a presença de hipersensibilidade mecânica na parte de trás desse modelo de rato.

Figure 1
Figura 1: Gaiola de teste de Sensibilidade Mecânica Traseira (BMS). (A) Desenho esquemático da gaiola de teste. B) Gaiola de ensaio personalizada composta por duas câmaras, uma para cada animal. (C) Vista lateral da gaiola de ensaio com um rato numa das câmaras. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Avaliação da sensibilidade mecânica das costas. O experimentador se aproxima do animal por trás e aplica o filamento de Von Frey na área de interesse, 10 mm lateralmente do processo espinhoso. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Exemplos individuais de sensibilidade mecânica traseira. Sensibilidade mecânica reversa em ratos CFA e controle (CTL), no início do estudo e 7, 14, 21 e 28 dias após a injeção intramuscular de CFA ou solução salina, respectivamente. Os dados individuais são mostrados por círculos preenchidos em cinza (CTL) e preto (CFA). Barras horizontais indicam as médias. As barras de erro denotam o erro padrão da média. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Confirmação histológica da inflamação muscular crônica. Exemplos individuais de músculos das costas de ratos CFA e controles30. (A) Músculo das costas saudável de um rato controle 14 dias após a injeção intramuscular de solução salina. (B-C) Os músculos das costas de dois ratos tratados com CFA mostraram inflamação crônica 14 dias após a injeção intramuscular de CFA, com uma clara infiltração leucocitária. A coloração hematoxilina-eosina foi utilizada para coloração dos cortes musculares. Barra de escala = 250 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Hipersensibilidade mecânica em ratos CFA30. Curso temporal da sensibilidade mecânica ao longo de 4 semanas, após a injeção de CFA (n = 8) ou solução salina (n = 8) nos músculos das costas (nível L5-L6). (A-B) Sensibilidade mecânica sob as patas traseiras esquerda e direita. Os limiares mecânicos reduziram significativamente na AFC em comparação com ratos controle (P < 0,01) ao longo do tempo. Esse efeito não foi significativamente diferente entre as patas traseiras esquerda e direita (P = 0,7). Para ambas as patas traseiras combinadas, o teste de Tukey HSD revelou limiares mecânicos mais baixos na AFC em comparação com ratos controle, de 1 semana a 4 semanas após a injeção (todos os P's < 0,03). Cursos de tempo para patas traseiras separadas são mostrados apenas para fins de ilustração (interação não significativa, consulte os resultados para obter detalhes). (C-D) Sensibilidade mecânica nas costas. Os limiares mecânicos reduziram significativamente na AFC em comparação com ratos controle (P < 0,001) ao longo do tempo. Esse efeito não foi significativamente diferente entre os locais de avaliação esquerdo e direito (P = 0,3). Para os locais de avaliação esquerdo e direito combinados, o teste de Tukey HSD revelou um limiar mecânico mais baixo na AFC em comparação com ratos controle, de 1 semana a 4 semanas após a injeção (todos os P's < 0,05). Cursos de tempo para patas traseiras separadas são mostrados apenas para fins de ilustração (interação não significativa, consulte os resultados para obter detalhes). No painel (D), os dados individuais de um rato CFA não são mostrados na linha de base (9,6 g) para fins de ilustração. As áreas sombreadas representam a avaliação da linha de base. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Rato Grupo Referência Dia 7 Dia 14 Dia 21 Dia 28
1 2.34 0.29 0.12 0.29 0.29
2 CFA 1 0.48 0.05 0.48 0.08
3 1.26 0.05 0.05 0.05 0.19
DP ± médio 1,53 ± 0,58 0,27 ± 0,18 0,07 ± 0,03 0,27 ± 0,18 0,19 ± 0,09
4 1.59 2.61 0.64 3.26 2.45
5 CTL 1.15 0.63 3.41 2.3 1.29
6 0.43 1.26 0.77 0.32 2.09
DP ± médio 1,06 ± 0,48 1,50 ± 0,83 1,61 ± 1,28 1,96 ± 1,22 1,94 ± 0,48

Tabela 1: Exemplos individuais de sensibilidade mecânica das costas em CFA e ratos controle.

Quadro complementar 1: Determinação do limiar mecânico. Esta tabela de modelo é usada para calcular o limite mecânico. Nota-se o padrão de respostas (X/O), e os valores necessários para o cálculo são inseridos apenas para Xf e k, correspondendo à Marcação de Alça do último filamento que foi utilizado para o teste e ao k-valor associado ao padrão de resposta, neste caso, XX seguido de OOXXO. Clique aqui para baixar este arquivo.

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Discussion

Etapas críticas
O teste BMS é um método simples para avaliar a sensibilidade mecânica no dorso de ratos, seja em um ponto de tempo ou repetidamente ao longo de dias ou semanas, quando se espera que ocorram mudanças (modelos de dor) ou após intervenção farmacológica ou não farmacológica. Questões críticas do método incluem a gaiola de teste, cujas dimensões devem garantir que o rato esteja confortável, mas não se mova demais. As costas do animal devem permanecer acessíveis através do teto de malha para estimulação mecânica reprodutível. Para limitar a variabilidade na avaliação do limiar, a área das costas sob investigação deve ser raspada para que os estímulos mecânicos sejam aplicados diretamente na pele. Além disso, a pele precisa ser marcada para que estímulos mecânicos sejam aplicados na mesma área. Por fim, o experimentador deve aproximar o filamento da pele por trás do animal para evitar ser visto pelo animal.

Em comparação com o teste de Von Frey utilizado para avaliar a sensibilidade mecânica na pata traseira15,16, a força mecânica necessária para produzir uma resposta positiva no teste BMS é menor. Os filamentos utilizados para o ensaio devem ser cuidadosamente seleccionados. O uso dos seguintes filamentos deve cobrir a maioria das necessidades experimentais (0,07, 0,16, 0,4, 0,6, 1, 2, 4, 6, 10, 15 e 26 g) e evitar enfrentar um efeito de teto ou piso. Neste caso, o filamento de 2 g é utilizado para a primeira aplicação. Isso pode ser adaptado às necessidades experimentais, desde que o cálculo seja ajustado de acordo.

Modificações e solução de problemas
Durante um experimento piloto, a área ideal para o teste foi determinada. Devido à forma do corpo do rato, a região toracolombar é a área mais acessível na gaiola de teste. Se não houver razão para que o teste seja realizado em outras regiões da coluna vertebral, esta é a área de escolha para a aplicação de estímulos mecânicos. A área lombar também é facilmente acessível. Ao decidir qual área ensaiar, deve-se ter em mente que o filamento deve ser aplicado perpendicularmente à superfície e dobrar adequadamente para fornecer a força calibrada pré-determinada.

Limitações
O experimentador deve ser treinado para observar os comportamentos associados ao teste. As cinco respostas positivas incluem espasmos musculares, arqueamento, rotação do pescoço para olhar para as costas, lamber ou coçar as costas e escapar30. Embora a maioria dessas respostas seja facilmente observável, a contração muscular às vezes é sutil para estímulos de uma força inferior. Além disso, o rato pode se mover espontaneamente na gaiola, de modo que isso não deve ser confundido com fuga, o que ocorre especificamente quando o filamento é aplicado. Para evitar confundir ambos os comportamentos, o experimentador deve esperar que o animal fique calmo por pelo menos alguns segundos.

Importância e aplicações potenciais
Vários modelos de dor lombar em roedores são utilizados em investigações atuais8. Surpreendentemente, no entanto, nenhum teste comportamental padronizado foi validado para avaliar a sensibilidade mecânica em modelos de dor nas costas. Isso é fundamental para confirmar que animais com suposta dor nas costas apresentam hipersensibilidade local a estímulos nociceptivos e para monitorar a sensibilidade durante intervenções destinadas a aliviar a dor nas costas. O teste BMS apresentado aqui fornece uma solução simples e acessível para esses fins. Embora tenha sido desenvolvido para ratos30, pode ser adaptado a outros animais de laboratório no futuro.

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Disclosures

Os autores declaram que não há interesses ou relacionamentos concorrentes que possam levar a quaisquer conflitos de interesse.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado por uma bolsa da Fondation Chiropratique du Québec e do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (MP: grant #06659). A contribuição de Hong Kong foi apoiada pela Université du Québec à Trois-Rivières (programa PAIR). A contribuição da BP foi apoiada pelo Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) e pela Fondation Chiropratique du Québec. A contribuição da TP foi apoiada pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá. A contribuição de NE e EK foi apoiada pela Fondation Chiropratique du Québec. A contribuição do MP foi apoiada pelo FRQS.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aerrane (isoflurane, USP) - Veterinary Use Only Baxter NDC 10019-773-60 Inhalation Anaesthetic ; DIN 02225875, for inducing anasthesia
Complete Freund Adjuvant (CFA) Fisher Scientific #77140 Water-in-oil emulsion of Complete Freund Adjuvant (CFA) with killed cells of Mycobacterium butyricum.
Male Wistar Rats Charles River Laboratories body weight: 320–450 g; age: 18-22 weeks.
Penlon Sigma Delta Vaporizer Penlon 990-VI5K-SVEEK Penlon Sigma Delta Vaporizer used for anasthesia
Sharpie Permanent Marker Sharpie BC23636 Permanent Marker, Fine Point, Black
Test cage Custom-made Width: 20 cm;  Length: 50 cm; Height from the bottom to the top: 40 cm; Height from the bottom mesh to the top of the cage: 7 cm; Wall thickness: 5 mm; Mesh: 1 mm wire with an 8 mm inter-wire distance   
Von Frey Filaments Aesthesio, Precise Tactile Sensory Evaluator 514000-20C Filaments from 0.07 g to 26 g
Wahl Professional Animal, ARCO Cordless Pet Clipper, Trimmer Grooming  Wahl Kit #8786-1201 Animal hair trimmer, for shaving purposes, zero blade 

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Comportamento Edição 186
Avaliação da Sensibilidade Mecânica das Costas no Rato para Investigação Mecanicista da Dor Lombar Crônica
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Khosravi, H., Eskandari, N.,More

Khosravi, H., Eskandari, N., Provencher, B., Paquette, T., Leblond, H., Khalilzadeh, E., Piché, M. Back Mechanical Sensitivity Assessment in the Rat for Mechanistic Investigation of Chronic Back Pain. J. Vis. Exp. (186), e63667, doi:10.3791/63667 (2022).

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