تقييم الحساسية الميكانيكية للظهر في الفئران للتحقيق الميكانيكي لآلام الظهر المزمنة
Summary
لتطوير تدخلات علاجية جديدة للوقاية من آلام الظهر وإدارتها ، هناك حاجة إلى نماذج حيوانية لفحص آليات وفعالية هذه العلاجات من منظور متعدي. يصف هذا البروتوكول اختبار BMS ، وهي طريقة موحدة لتقييم الحساسية الميكانيكية للظهر في الفئران.
Abstract
آلام أسفل الظهر هي السبب الرئيسي للإعاقة في جميع أنحاء العالم ، مع عواقب شخصية واقتصادية واجتماعية دراماتيكية. لتطوير علاجات جديدة ، هناك حاجة إلى نماذج حيوانية لدراسة آليات وفعالية العلاجات الجديدة من منظور متعدي. يتم استخدام العديد من نماذج القوارض من آلام الظهر في التحقيقات الحالية. ومع ذلك ، من المثير للدهشة أنه لم يتم التحقق من صحة أي اختبار سلوكي موحد لتقييم الحساسية الميكانيكية في نماذج آلام الظهر. هذا أمر بالغ الأهمية لتأكيد أن الحيوانات التي تعاني من آلام الظهر المفترضة تقدم فرط الحساسية المحلية لمحفزات مسبب للألم ، ولمراقبة الحساسية أثناء التدخلات المصممة لتخفيف آلام الظهر. الهدف من هذه الدراسة هو وضع اختبار بسيط ويمكن الوصول إليه لتقييم الحساسية الميكانيكية في الجزء الخلفي من الفئران. تم تصنيع قفص اختبار خصيصا لهذه الطريقة. الطول × العرض × الارتفاع: 50 × 20 × 7 سم ، مع وجود شبكة من الفولاذ المقاوم للصدأ في الأعلى. يسمح قفص الاختبار هذا بتطبيق المحفزات الميكانيكية على الظهر. لإجراء الاختبار ، يتم حلق الجزء الخلفي من الحيوان في المنطقة محل الاهتمام ، ويتم وضع علامة على منطقة الاختبار لتكرار الاختبار في أيام مختلفة ، حسب الحاجة. يتم تحديد العتبة الميكانيكية باستخدام خيوط Von Frey المطبقة على العضلات المجاورة للعمود الفقري ، باستخدام طريقة أعلى لأسفل الموضحة سابقا. تشمل الاستجابات الإيجابية (1) ارتعاش العضلات ، (2) التقوس (تمديد الظهر) ، (3) دوران الرقبة (4) خدش أو لعق الظهر ، و (5) الهروب. هذا الاختبار السلوكي (اختبار الحساسية الميكانيكية للظهر (BMS)) مفيد للبحث الميكانيكي مع نماذج القوارض لآلام الظهر لتطوير التدخلات العلاجية للوقاية من آلام الظهر وإدارتها.
Introduction
آلام أسفل الظهر (LBP) هي السبب الرئيسي للإعاقة في جميع أنحاء العالم ، والتي لها عواقب شخصية واقتصادية واجتماعية دراماتيكية1،2،3،4. كل عام ، يتأثر حوالي 37٪ من السكان ب5 ليرة لبنانية. عادة ما يتم حل LBP في غضون أسابيع قليلة ولكنه يتكرر في 24٪ -33٪ من الأفراد ، ويصبح مزمنا في 5٪ -10٪ من الحالات2. لفهم آليات وتأثيرات LBP وكذلك آثار التدخلات العلاجية المختلفة ، تم استخدام العديد من النماذج الحيوانية من LBP ، تحاكي الحالات السريرية أو بعض مكونات LBP6. يمكن تصنيف نماذج الفئران والجرذان هذه في واحدة أو أكثر من الفئات التالية: (1) الليرة اللبنانية القرصية 7،8،، (2) الليرة اللبنانيةالجذرية 8،9،10،11، (3) هشاشة العظام في مفصل الوجه 12، و (4)الليرة اللبنانية13،14 التي تسببها العضلات . نظرا لأنه لا يمكن قياس الألم مباشرة في الأنواع غير البشرية ، فقد تم تطوير العديد من الاختبارات لتحديد السلوكيات الشبيهة بالألم في هذه النماذج8. تقيم هذه الاختبارات السلوكيات التي يثيرها حافز ضار (القوة الميكانيكية 15،16،17 ، التحفيز الحراري 18،19،20،21،22،23،24،25) أو تنتج تلقائيا 26،27،28،29.
تشمل الطرق التي تستخدم المحفزات الميكانيكية اختبار Von Frey 15,16 واختبار Randall-Selitto17. تشمل الطرق التي تستخدم المحفزات الحرارية اختبار نفض الغبار عن الذيل18 ، واختبار الصفيحة الساخنة19 ، واختبار هارجريفز20 ، واختبار المسبار الحراري21. تشمل الطرق التي تستخدم المنبهات الباردة اختبار اللوحة الباردة22 ، واختبار تبخر الأسيتون 23 ، والفحص الأخمصي البارد24. تشمل طرق السلوكيات العفوية مقاييس التجهم 26 ، والحفر27 ، وتحليل حمل الوزن والمشي 28 ، بالإضافة إلى التحليل السلوكي الآلي29. على الرغم من هذه الاختبارات العديدة المتاحة ، لم يتم تصميم أي منها خصيصا لنماذج آلام الظهر.
الهدف من هذه الدراسة هو وضع اختبار بسيط ويمكن الوصول إليه لتقييم الحساسية الميكانيكية في الجزء الخلفي من الفئران. تعتمد هذه التقنية إلى حد كبير على اختبار Von Frey المطبق على السطح الأخمصي للمخلب الخلفي15,16. المبدأ الأساسي لاختبار Von Frey هو استخدام سلسلة من الشعيرات الأحادية إلى المنطقة ذات الاهتمام ، مما يوفر قوى ثابتة محددة مسبقا. تعتبر الاستجابة إيجابية إذا أظهر الجرذ سلوكا مسببا. يمكن بعد ذلك حساب العتبة الميكانيكية بناء على الخيوط التي أثارت استجابات. في هذه الدراسة ، يتم توفير طريقة بسيطة ويمكن الوصول إليها مقتبسة من اختبار Von Frey لتحديد الحساسية الميكانيكية في الجزء الخلفي من الفئران.
Protocol
Representative Results
Discussion
خطوات حاسمة
اختبار BMS هو طريقة بسيطة لتقييم الحساسية الميكانيكية في الجزء الخلفي من الفئران ، إما في نقطة زمنية واحدة أو بشكل متكرر على مدار أيام أو أسابيع ، عندما يتوقع حدوث تغييرات (نماذج الألم) أو بعد التدخل الدوائي أو غير الدوائي. تشمل المشكلات الحرجة لهذه الطريقة قفص الاختب?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل بمنحة من مؤسسة Chiropratique du Québec ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا (MP: grant #06659). تم دعم مساهمة هونج كونج من قبل جامعة كيبيك à Trois-Rivières (برنامج PAIR). تم دعم مساهمة BP من قبل صندوق أبحاث كيبيك في الصحة (FRQS) ومؤسسة Chiropratique du Québec. تم دعم مساهمة TP من قبل مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا. تم دعم مساهمة NE و EK من قبل مؤسسة Chiropratique du Québec. تم دعم مساهمة MP من قبل 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. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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).
