הערכת רגישות מכנית של הגב בחולדה לחקירה מכניסטית של כאבי גב כרוניים
Summary
כדי לפתח התערבויות טיפוליות חדשניות למניעה וניהול של כאבי גב, נדרשים מודלים של בעלי חיים לבחון את המנגנונים והיעילות של טיפולים אלה מנקודת מבט תרגומית. הפרוטוקול הנוכחי מתאר את בדיקת BMS, שיטה סטנדרטית להערכת רגישות מכנית אחורית בחולדה.
Abstract
כאבי גב תחתון הם הגורם המוביל לנכות ברחבי העולם, עם השלכות אישיות, כלכליות וחברתיות דרמטיות. כדי לפתח טיפולים חדשניים, יש צורך במודלים של בעלי חיים כדי לבחון את המנגנונים והיעילות של טיפולים חדשניים מנקודת מבט תרגומית. מספר מודלים של מכרסמים של כאבי גב משמשים בחקירות הנוכחיות. עם זאת, באופן מפתיע, לא אומת מבחן התנהגותי סטנדרטי להערכת רגישות מכנית במודלים של כאבי גב. זה קריטי כדי לאשר כי בעלי חיים עם כאבי גב משוערים מציגים רגישות יתר מקומית לגירויים nociceptive וכדי לפקח על רגישות במהלך התערבויות שנועדו להקל על כאבי גב. מטרת המחקר היא להניח מבחן פשוט ונגיש להערכת רגישות מכנית בגבן של חולדות. כלוב בדיקה יוצר במיוחד עבור שיטה זו; אורך X רוחב X גובה: 50 * 20 * 7 ס”מ, בעל רשת נירוסטה בחלק העליון. כלוב בדיקה זה מאפשר הפעלת גירויים מכניים לגב. כדי לבצע את הבדיקה, גבו של בעל החיים מגולח באזור העניין, ואזור הבדיקה מסומן לחזור על הבדיקה בימים שונים, לפי הצורך. הסף המכני נקבע באמצעות חוטי פון פריי המופעלים על השרירים הפארא-ספינליים, תוך שימוש בשיטת מעלה-מטה שתוארה קודם לכן. התגובות החיוביות כוללות (1) עוויתות שרירים, (2) קשתות (הארכת הגב), (3) סיבוב הצוואר (4) גירוד או ליקוק הגב, ו-(5) בריחה. מבחן התנהגותי זה (מבחן רגישות מכנית לגב (BMS) שימושי למחקר מכניסטי עם מודלים של מכרסמים של כאבי גב לפיתוח התערבויות טיפוליות למניעה וניהול של כאבי גב.
Introduction
כאבי גב תחתון (LBP) הם הגורם המוביל לנכות ברחבי העולם, שיש לו השלכות אישיות, כלכליות וחברתיות דרמטיות 1,2,3,4. מדי שנה, כ -37% מהאוכלוסייה מושפעת LBP5. LBP בדרך כלל חולף תוך מספר שבועות אך חוזר אצל 24%-33% מהאנשים, והופך כרוני ב 5%-10% מהמקרים2. כדי להבין את המנגנונים וההשפעות של LBP, כמו גם את ההשפעות של התערבויות טיפוליות שונות, נעשה שימוש במספר מודלים של LBP בבעלי חיים, המחקים מצבים קליניים או רכיבים מסוימים של LBP6. ניתן לסווג מודלים אלה של עכברים וחולדות באחת או יותר מהקטגוריות הבאות: (1) LBP דיסקוגני7,8,, (2) LBP רדיקולרי 8,9,10,11, (3) דלקת מפרקים ניוונית של מפרק הפאצט 12, ו-(4) LBP המושרה על ידי שרירים13,14 . מאחר שלא ניתן למדוד את הכאב ישירות במינים שאינם אנושיים, פותחו בדיקות רבות לכימות התנהגויות דמויות כאב במודלים אלה8. בדיקות אלה מעריכות התנהגויות המתעוררות על ידי גירוי מזיק (כוח מכני 15,16,17, גירוי תרמי 18,19,20,21,22,23,24,25) או מיוצרות באופן ספונטני 26,27,28,29.
השיטות המשתמשות בגירויים מכניים כוללות את מבחן פון פריי 15,16 ואת מבחן רנדל-סליטו17. שיטות המשתמשות בגירויי חום כוללות את מבחן פליק הזנב18, מבחן פלטה חמה19, מבחן Hargreaves20 ומבחן בדיקה תרמית21. שיטות המשתמשות בגירויים קרים כוללות את מבחן הצלחת הקרה22, מבחן אידוי אצטון23 ובדיקת פלנטר קר24. שיטות להתנהגויות ספונטניות כוללות את סולמות האחיזה 26, המחילה27, נשיאת משקל וניתוח הליכה 28, כמו גם ניתוח התנהגותי אוטומטי29. למרות הבדיקות הרבות הזמינות, אף אחת מהן אינה מיועדת במיוחד למודלים של כאבי גב.
מטרת המחקר היא להניח מבחן פשוט ונגיש להערכת רגישות מכנית בגבן של חולדות. הטכניקה מבוססת במידה רבה על מבחן פון פריי המיושם על פני השטח הפלנטריים של הכף האחורית15,16. העיקרון הבסיסי של מבחן פון פריי הוא להשתמש בסדרה של מונופילמנטים לאזור העניין, תוך העברת כוחות קבועים שנקבעו מראש. תגובה נחשבת חיובית אם החולדה מראה התנהגות nocifensive. לאחר מכן ניתן לחשב את הסף המכני בהתבסס על החוטים שעוררו תגובות. במחקר הנוכחי ניתנת שיטה פשוטה ונגישה שאומצה ממבחן פון פריי לקביעת רגישות מכנית בגבן של חולדות.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים
בדיקת BMS היא שיטה פשוטה להערכת רגישות מכנית בחלק האחורי של חולדות, בנקודת זמן אחת או שוב ושוב במשך ימים או שבועות, כאשר צפויים להתרחש שינויים (מודלי כאב) או לאחר התערבות פרמקולוגית או לא תרופתית. נושאים קריטיים של השיטה כוללים את כלוב הבדיקה, שמידותיו חייבות להבטיח ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מקרן Chiropratique du Québec ומועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה (MP: grant #06659). תרומתה של HK נתמכה על ידי אוניברסיטת קוויבק א טרואה-ריבייר (תוכנית PAIR). תרומתה של BP נתמכה על ידי Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) וקרן Chiropratique du Québec. תרומתו של TP נתמכה על ידי מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה. תרומתם של NE ו- EK נתמכה על ידי Fondation Chiropratique du Québec. תרומתו של חבר הפרלמנט נתמכה על ידי FRQS.
Materials
| 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 |
References
- Hartvigsen, J., et al. What low back pain is and why we need to pay attention. Lancet. 391 (10137), 2356-2367 (2018).
- Manchikanti, L., Singh, V., Falco, F. J., Benyamin, R. M., Hirsch, J. A. Epidemiology of low back pain in adults. Neuromodulation. 17, 3-10 (2014).
- Urits, I., et al. Low back pain, a comprehensive review: Pathophysiology, diagnosis, and treatment. Current Pain and Headache Reports. 23 (3), 23 (2019).
- James, S. L., et al. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. 392 (10159), 1789-1858 (2018).
- Hoy, D., et al. A systematic review of the global prevalence of low back pain. Arthritis & Rheumatology. 64 (6), 2028-2037 (2012).
- Shi, C., et al. Animal models for studying the etiology and treatment of low back pain. Journal of Orthopaedic Research. 36 (5), 1305-1312 (2018).
- Olmarker, K. Puncture of a lumbar intervertebral disc induces changes in spontaneous pain behavior: An experimental study in rats. Spine. 33 (8), 850-855 (2008).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- Kawakami, M., et al. Pathomechanism of pain-related behavior produced by allografts of intervertebral disc in the rat. Spine. 21 (18), 2101-2107 (1996).
- Hu, S. -. J., Xing, J. -. L. An experimental model for chronic compression of dorsal root ganglion produced by intervertebral foramen stenosis in the rat. Pain. 77 (1), 15-23 (1998).
- Xie, W. R., et al. Robust increase of cutaneous sensitivity, cytokine production and sympathetic sprouting in rats with localized inflammatory irritation of the spinal ganglia. 神经科学. 142 (3), 809-822 (2006).
- Arthritis and Rheumatism. Characterization of a new animal model for evaluation and treatment of back pain due to lumbar facet joint osteoarthritis. Arthritis and Rheumatism. 63 (10), 2966-2973 (2011).
- Kobayashi, Y., Sekiguchi, M., Konno, S. -. I., Kikuchi, S. -. I. Increased intramuscular pressure in lumbar paraspinal muscles and low back pain: Model development and expression of substance P in the dorsal root ganglion. Spine. 35 (15), 1423-1428 (2010).
- Touj, S., et al. Sympathetic regulation and anterior cingulate cortex volume are altered in a rat model of chronic back pain. 神经科学. 352, 9-18 (2017).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Deuis, J. R., et al. Analgesic effects of clinically used compounds in novel mouse models of polyneuropathy induced by oxaliplatin and cisplatin. Neuro-Oncology. 16 (10), 1324-1332 (2014).
- Randall, L. O., Selitto, J. J. A method for measurement of analgesic activity on inflamed tissue. Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Therapie. 111 (4), 409-419 (1957).
- D’Amour, F. E., Smith, D. L. A method for determining loss of pain sensation. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 72 (1), 74-79 (1941).
- Woolfe, G. The evaluation of the analgesic actions of pethidine hydrochlodide (Demerol). Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 80 (3), 300-307 (1944).
- Hargreaves, K., Dubner, R., Brown, F., Flores, C., Joris, J. A new and sensitive method for measuring thermal nociception in cutaneous hyperalgesia. Pain. 32 (1), 77-88 (1988).
- Deuis, J. R., Vetter, I. The thermal probe test: A novel behavioral assay to quantify thermal paw withdrawal thresholds in mice. Temperature. 3 (2), 199-207 (2016).
- Allchorne, A. J., Broom, D. C., Woolf, C. J. Detection of cold pain, cold allodynia and cold hyperalgesia in freely behaving rats. Molecular Pain. 1, 36 (2005).
- Carlton, S. M., Lekan, H. A., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral manifestations of an experimental model for peripheral neuropathy produced by spinal nerve ligation in the primate. Pain. 56 (2), 155-166 (1994).
- Brenner, D. S., Golden, J. P., Gereau, R. W. I. V. A novel behavioral assay for measuring cold sensation in mice. PLoS One. 7 (6), 39765 (2012).
- Moqrich, A., et al. Impaired thermosensation in mice lacking TRPV3, a heat and camphor sensor in the skin. Science. 307 (5714), 1468-1472 (2005).
- Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
- Deacon, R. M. J. Burrowing in rodents: a sensitive method for detecting behavioral dysfunction. Nature Protocols. 1 (1), 118-121 (2006).
- Griffioen, M. A., et al. Evaluation of dynamic weight bearing for measuring nonevoked inflammatory hyperalgesia in mice. Nursing Research. 64 (2), 81-87 (2015).
- Brodkin, J., et al. Validation and implementation of a novel high-throughput behavioral phenotyping instrument for mice. Journal of Neuroscience Methods. 224, 48-57 (2014).
- Paquette, T., Eskandari, N., Leblond, H., Piché, M. Spinal neurovascular coupling is preserved despite time dependent alterations of spinal cord blood flow responses in a rat model of chronic back pain: implications for functional spinal cord imaging. Pain. , (2022).
- Tokunaga, R., et al. Attenuation of widespread hypersensitivity to noxious mechanical stimuli by inhibition of GABAergic neurons of the right amygdala in a rat model of chronic back pain. European Journal of Pain. 26 (4), 911-928 (2022).
- Dixon, W. J. Efficient analysis of experimental observations. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 20, 441-462 (1980).
