Summary

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

Published: August 30, 2022
doi:

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.

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 …

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 m…

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…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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

  1. Hartvigsen, J., et al. What low back pain is and why we need to pay attention. Lancet. 391 (10137), 2356-2367 (2018).
  2. 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).
  3. Urits, I., et al. Low back pain, a comprehensive review: Pathophysiology, diagnosis, and treatment. Current Pain and Headache Reports. 23 (3), 23 (2019).
  4. 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).
  5. Hoy, D., et al. A systematic review of the global prevalence of low back pain. Arthritis & Rheumatology. 64 (6), 2028-2037 (2012).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
  9. Kawakami, M., et al. Pathomechanism of pain-related behavior produced by allografts of intervertebral disc in the rat. Spine. 21 (18), 2101-2107 (1996).
  10. 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).
  11. 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. Neurosciences. 142 (3), 809-822 (2006).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Touj, S., et al. Sympathetic regulation and anterior cingulate cortex volume are altered in a rat model of chronic back pain. Neurosciences. 352, 9-18 (2017).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Woolfe, G. The evaluation of the analgesic actions of pethidine hydrochlodide (Demerol). Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 80 (3), 300-307 (1944).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Moqrich, A., et al. Impaired thermosensation in mice lacking TRPV3, a heat and camphor sensor in the skin. Science. 307 (5714), 1468-1472 (2005).
  26. Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
  27. Deacon, R. M. J. Burrowing in rodents: a sensitive method for detecting behavioral dysfunction. Nature Protocols. 1 (1), 118-121 (2006).
  28. Griffioen, M. A., et al. Evaluation of dynamic weight bearing for measuring nonevoked inflammatory hyperalgesia in mice. Nursing Research. 64 (2), 81-87 (2015).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Dixon, W. J. Efficient analysis of experimental observations. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 20, 441-462 (1980).

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Citer Cet Article
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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