تقييم فرط الحساسية الميكانيكية الناجمة عن إصابة الأعصاب في الفئران باستخدام فحص الألم الفموي الوجهي
Summary
يصف هذا البروتوكول تقييم فرط الحساسية الميكانيكية في نموذج الفئران لألم الفم والوجه العصبي باستخدام جهاز تقييم الألم الفموي الوجهي القائم على الفعال.
Abstract
الألم له مكونات حسية وعاطفية. على عكس مقايسات الألم التقليدية القائمة على الانعكاس ، يمكن أن تؤدي فحوصات الألم الفعالة إلى نتائج أكثر صلة سريريا من خلال معالجة الجوانب المعرفية والتحفيزية للألم في القوارض. تقدم هذه الورقة بروتوكولا لتقييم فرط الحساسية الميكانيكية بعد إصابة الانقباض المزمن للأعصاب تحت الحجاجية (CCI-ION) في الفئران باستخدام نظام الألم الفموي الوجهي. قبل جراحة CCI-ION ، تم تدريب الفئران على جهاز تقييم آلام الفم والوجه (OPAD) لشرب الحليب المكثف المحلى أثناء ملامسة الوجه للقضبان المعدنية المسننة وأنبوب اللعقة.
في هذا الفحص ، يمكن للفئران الاختيار بين تلقي الحليب كمعزز إيجابي أو الهروب من التحفيز الميكانيكي المكروه الذي ينتج عن صف عمودي من المسامير الصغيرة على شكل هرم على كل جانب من فتحة الوصول إلى المكافأة. بعد 2 أسابيع من التدريب في OPAD وقبل جراحة CCI-ION ، تم تسجيل بيانات الحساسية الميكانيكية الأساسية لمدة 5 أيام لكل فأر خلال جلسة اختبار مدتها 10 دقائق. أثناء الجلسة ، يسجل نظام التشغيل تلقائيا عدد عمليات تنشيط زجاجة المكافأة (اللعق) وجهات اتصال الوجه ، ومدة الاتصال ، والكمون إلى اللعق الأول ، من بين تدابير أخرى.
بعد قياسات خط الأساس ، خضعت الفئران إما لجراحة CCI-ION أو جراحة وهمية. في هذا البروتوكول ، تم قياس فرط الحساسية الميكانيكية عن طريق قياس عدد اللعقات ، والكمون إلى اللعق الأول ، وعدد جهات الاتصال ، ونسبة اللعقات إلى ملامسات الوجه (L / F). أظهرت البيانات أن CCI-ION أدى إلى انخفاض كبير في عدد اللعقات ونسبة L / F وزيادة في زمن الوصول إلى اللعق الأول ، مما يشير إلى فرط الحساسية الميكانيكية. تدعم هذه البيانات استخدام فحوصات الألم القائمة على الفعالية لتقييم حساسية الألم الميكانيكية في أبحاث الألم قبل السريرية.
Introduction
يؤثر الألم المزمن على ملايين الأمريكيين سنويا1. لسوء الحظ ، يصعب علاج الألم المزمن ، حيث أن العلاجات الحالية غير فعالة نسبيا في تخفيف الألم المزمن وغالبا ما يكون لها آثار جانبية غير مرغوب فيها مع الاستخدام طويل الأمد2،3،4. تعتمد فحوصات الألم قبل السريرية التقليدية ، مثل مقايسة فون فراي ، على النتائج الانعكاسية أو الاستجابات المحفزة للألم5. في حين تم استخدام مقايسة فون فراي لعقود لقياس الألم الخيفي الميكانيكي ، إلا أنها عرضة لعدة عوامل مربكة ، لا سيما تحيز المجرب6. يعد استخدام اختبار فون فراي لتقييم ألم الفم والوجه مشكلة أيضا بسبب درجة ضبط النفس اللازمة لتأمين رأس الحيوان لاختبار منطقة الوجه بنجاح ، مما قد ينتج عنه آثار إجهاد غير مرغوب فيها ، مثل تعزيز الألم أو ، على العكس من ذلك ، تسكين الألم الناجم عن الإجهاد.
السلوكيات المحفزة للألم هي أيضا عرضة للنتائج الإيجابية الكاذبة7 ولا تأخذ في الاعتبار المكون العاطفي للألم ، والذي يعد جزءا لا يتجزأ من تجربة الألم البشري8. لذلك ، هناك اهتمام متزايد باستخدام نماذج الألم الفعالة التي تقيم سلوكيات الاكتئاب المكتئب التي تشمل كلا من المكونات الحسية والعاطفية للألم لتحسين المحتوى والصلاحية التنبؤية في الاختبارات قبل السريرية. يعتمد اختبار تقييم الألم الفموي الوجهي الفعال الموصوف هنا على نموذج صراع المكافأة9،10،11. في هذا الفحص ، يمكن للقوارض الاختيار بين تلقي معزز إيجابي وإخضاع نفسه لمحفز مسبب للألم أو التخلي عن المكافأة وتجنب التحفيز المسبب للألم ، وبالتالي التحكم في مقدار الألم الذي يعاني منه. على عكس مقايسات الألم التقليدية ، فإن الفحص القائم على الفعالية مستقل عن المجرب وليس عرضة للنتائج الإيجابية الكاذبة بسبب التأثيرات المهدئة غير المرغوب فيها.
يتم نقل الأحاسيس الضارة من الرأس والوجه بواسطة فروع العيون والفك العلوي والفك السفلي للعصب الثلاثي التوائم. إصابة أو التهاب العصب الثلاثي التوائم يزيد من حساسية الخلايا العصبية الحسية للمنبهات الحرارية أو الميكانيكية12،13،14،15. توفر فحوصات الألم الفموي الوجهي القائمة على التشغيل قياسا آليا لألم الفم والوجه الحراري أو الميكانيكي الذي ينتقل عن طريق العصب الثلاثي التوائم في القوارض11،12،16،17،18. يعد التحفيز باستخدام المنبهات غير الضارة والضارة تمييزا مهما بين اختبار الألم الخيفي الحراري والميكانيكي وفرط التألم في منطقة الفم والوجه باستخدام OPAD ، حيث قد يمثل مظاهر لآليات أساسية مختلفة.
في الفحص الحراري الفموي الوجهي ، تضغط الحيوانات على وجهها ضد الحرارة الملساء للوصول إلى المكافأة. يمكن ضبط الترموسيدات على درجات حرارة باردة ودافئة وساخنة مختلفة ، مما يسمح بتقييم السلوك في ظل ظروف محايدة أو مسبب للألم. في الفحص الميكانيكي الفموي الوجهي ، تضغط الحيوانات على وجهها ضد القضبان المسننة أثناء الاختبار الفعال ؛ نظرا لأن هذه المسامير تسبب مستوى معينا من عدم الراحة ، فقد تشرب القوارض أقل عندما تلمس وجوهها المسامير مقابل الأسطح الملساء للثيرمدات. وبالتالي ، يمكن للمقايسة الميكانيكية الفموية الوجهية الفعالة تقييم تأثير درجات متفاوتة من التحفيز الميكانيكي المسبب للألم. لقد أثبتنا سابقا أن OPAD هي طريقة مفيدة وموثوقةلتقييم 9 الحرارية الحادة ، وكذلك الميكانيكية الحادة19 ، nociception وفرط التألم.
تشير هذه الورقة إلى استخدام نسخة مطورة حديثا من OPAD لتقييم الإحساس بالألم الميكانيكي وفرط الحساسية. بالإضافة إلى ذلك ، عن طريق التحقق من الصحة ، نظهر قدرة CCI-ION على إحداث اعتلال عصبي مزمن ينتج عنه استجابة يمكن التنبؤ بها في OPAD. كما تم تفصيل كيفية استخدام OPAD والبرامج المرتبطة به للحصول بسرعة على البيانات السلوكية للقوارض وتحليلها.
Protocol
Representative Results
Discussion
الألم الناجم عن التحفيز الميكانيكي غير الضار للوجه والغشاء المخاطي داخل الفم هو سمة بارزة لحالات آلام الفم والوجه ، بما في ذلك ألم العصب الثلاثي التوائم واضطرابات المفصل الصدغي الفكي24,25. على الرغم من أن ألم الاعتلال العصبي الثلاثي التوائم موصوف جيدا سريريا ، إلا أن تقييم سلوكيات مسبب للألم العصبي في القوارض يمثل تحديا. فحوصات الألم التي تقيس السلوكيات الانعكاسية هي الطرق الأكثر استخداما في أبحاث الألم قبل السريرية. ومع ذلك ، فإن اختبار الإجهاد المرتبط بالجهاز ، وعدم القدرة على تقييم الحالة العاطفية ، وتحيز المجرب يثير مخاوف بشأن فائدة وصحة المقايسات الانعكاسية26.
تقدم هذه الدراسة تقييم الحساسية الميكانيكية في منطقة الفم والوجه للفئران ، مما يدل على حساسيتها ل CCI-ION باستخدام اختبار الألم القائم على الفعالية. يمكن أيضا استخدام نفس النظام الفعال لاختبار الحساسية الميكانيكية للفئران. تجدر الإشارة إلى أن سلالات الفئران والجرذان يمكن أن تظهر تباينا في استجابتها ل CCI-ION ، وبالتالي ، يمكن أن تختلف مستويات فرط الحساسية الميكانيكية. بناء على تجربتنا ، عادة ما تتطور فئران Sprague-Dawley إلى فرط حساسية ميكانيكي مستقر بعد 2 أسابيع من CCI-ION ، وتبدأ في التعافي بعد 4 أسابيع من CCI-ION ، وبعد 6 أسابيع من CCI-ION ، نرى الشفاء من الجراحة.
في هذا البروتوكول ، تم قياس فرط الحساسية الميكانيكية عن طريق قياس عدد اللعقات وجهات الاتصال ، L / F ، والكمون إلى اللعق الأول. أظهرت البيانات أن CCI-ION أدى إلى انخفاض في L / F وعدد استجابات اللعق وزيادة في زمن الوصول إلى استجابة اللعق الأولى ، مما يشير إلى أن الحيوانات كانت غير راغبة في الضغط على وجوهها ضد القضبان المسننة بسبب زيادة حساسية آلام الفم والوجه.
OPAD هو اختبار صراع المكافأة حيث يجب على الحيوانات تحمل محفزات مسبب للألم للوصول إلى مكافأة مستساغة. يمكن أن يتأثر سلوك اللعق في الفحص بالسلوك الفاتح للشهية. بالإضافة إلى ذلك ، في هذه الدراسة ، استخدمنا الفئران التي لديها شعر الوجه. بناء على الخبرة السابقة في فحوصات الألم الفعالة ، بين القوارض ، تعتبر السلالات الخالية من الشعر أفضل للكشف عن ملامسات الوجه16 ؛ ومع ذلك ، في وقت النشر ، لم تعد سلالات الفئران الخالية من الشعر متاحة تجاريا. يمكن اعتبار هذا قيدا على الدراسة. نظرا لأننا استخدمنا أيضا إناث فئران Sprague-Dawley فقط ، فيجب توقع الاختلافات المرتبطة بالجنس والإجهاد في استجابات الألم.
هناك أيضا بعض الخطوات الحاسمة لضمان النتائج المثلى مع الفحص. يجب أن تظهر بيانات اللعق والاتصال الدقيقة ككتل حمراء وبيضاء صلبة في البرنامج المشار إليه ، على التوالي (انظر الشكل 3). المسافة بين المسامير وزجاجة الحليب أمر بالغ الأهمية لنجاح التجربة. إذا كان طرف زجاجة الحليب بعيدا جدا ، فلن يتصل الحيوان بالمسامير ، ولن يقوم البرنامج بتسجيل جهات الاتصال أو أرقام اللعق بشكل صحيح. على العكس من ذلك ، إذا كانت زجاجة الحليب بعيدة جدا ، تسجيل جهات الاتصال ، لكن الحيوان لن يتمكن من الوصول إلى الحليب. أثناء جلسات التدريب ، قد تظهر بيانات اللعق ككتل بيضاء صلبة ، حيث أن طرف زجاجة الحليب بعيد جدا للأمام. يتغير إلى كتل صلبة حمراء بمجرد دفع زجاجة الحليب للخلف. لسبب ما ، إذا بدأت بيانات اللعق في الظهور ككتل بيضاء من المسافة التي لوحظت ، فقد يساعد دفع الزجاجة قليلا وتحريك حامل الحليب لأسفل / لأعلى قليلا.
يمكن أيضا اعتبار عدة نقاط بمثابة قيود على نظام الألم الفموي الوجهي الموصوف هنا. تدريب القوارض ضروري ويستغرق أسابيع. قبل كل جلسة اختبار ، يكون تقييد الطعام ضروريا في الفئران ولكن ليس في الفئران. لقد ثبت أن الفئران غير الصائمة لديها أعداد لعق منخفضة وغير متسقة مقارنة بالفئران الصائمة27. نظرا لأن نظام OPAD هو نموذج صراع المكافأة ، فقد يتأثر بالسلوك الفاتح للشهية للحيوانات أو بدواء يؤثر على الشهية. يعد وجود أجهزة متعددة مفيدا أيضا لتقليل الوقت الإجمالي لاختبار الحيوانات ، مما قد يزيد من التكاليف. ومع ذلك ، لا تزال فحوصات الألم الفموية الوجهية مفيدة على المقايسات التقليدية القائمة على المنعكس ، لأنها تسمح باختبار متعددة في نفس الوقت وتحد من تفاعل الحيوانات مع المجربين.
التكييف الفعال أثناء حالات الألم يعدل سلوك الإنسان والحيوان وفقا لعواقبها28. لذلك ، يعد استخدام نموذج صراع المكافأة مفيدا لتقييم حالات الألم لأنه يسمح للحيوانات بأداء استجابات فعالة. هذا أكثر أهمية من الناحية السريرية لأن خصائص السلوكيات الفعالة تنطوي على النية والدافع ، وعادة ما تكون المعالجة القشرية29. عندما تقترب الحيوانات طواعية من زجاجة المكافأة ويمكنها الانسحاب بحرية من القضبان المسننة في أي وقت ، فإن هذا يدمج المراكز العليا للدماغ ويسمح بتقييم الحالات العاطفية التحفيزية المتعلقة بالألم10. وبالتالي ، توفر فحوصات الألم الفعالة بيانات فائقة عند تقييم الألم والمسكنات في الجسم الحي. كما أنها تساعد على فهم عمليات مسبب للألم في نظام مثلث التوائم ، وبالتالي المساهمة في تقدم مجال آلام الفم والوجه.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم تمويل هذه الدراسة من قبل مؤسسة أبحاث آلام الوجه.
Materials
| ANY-maze Video Tracking Software | Stoelting | 60000 | |
| Bottle cleaning brushes | ANY | ANY | Different size brushes for bottles and tubes |
| Chromic gut suture size 5-0 | Ethicon | 687-G | |
| Dish soap | ANY | ANY | Liquid |
| Dish sponge | ANY | ANY | |
| GraphPad Prism version 9.3.1 | GraphPad Software, San Diego, CA | ||
| Hotplate magnetic stirrer | Benchmark Scientific | H4000-HS | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-8440 | Pivetal |
| Isopropyl alcohol | Fisher Scientific | 60-001-56 | |
| Ophthalmic ointment | Dechra | Puralube Vet Ointment, petrolatum ophthalmic ointment | |
| Operant Pain Assessment Device (OPAD) System | Stoelting | 67500 | |
| Oxygen tank | Medical | ||
| Paper towel | ANY | ANY | |
| Plastic food wrap | ANY | ANY | |
| Polygon stir bars | Fisher Scientific | 14-512-124 | |
| Reusable glass Berzelius beakers (1 L) | Fisher Scientific | FB1021000 | |
| Scalpel blade #15 | FST | 10015-00 | |
| Small animal anesthesia system | VetFlo | VetFlo-1205S | |
| Spoon | ANY | ANY | |
| Sprague-Dawley rats, female | Charles River Laboratories, USA | ||
| Stereo boom microscope | Omano | OM2300S-GX4 | |
| Sweetened condensed milk | Borden | Eagle Brand | |
| Tissue adhesive | 3M Vetbond | 1469SB | |
| Water circulating heating pad and pump | Gaymar | Model TP-500 |
References
- Dahlhamer, J., et al. Prevalence of chronic pain and high-impact chronic pain among adults – United States, 2016. Morbidity and Mortality Weekly Report. 67 (36), 1001-1006 (2018).
- Ab del Shaheed, C., Maher, C. G., Williams, K. A., Day, R., McLachlan, A. J. Efficacy, tolerability, and dose-dependent effects of opioid analgesics for low back pain: A systematic review and meta-analysis. JAMA Internal Medicine. 176 (7), 958-968 (2016).
- Chou, R., et al. The effectiveness and risks of long-term opioid therapy for chronic pain: A systematic review for a National Institutes of Health Pathways to Prevention Workshop. Annals of Internal Medicine. 162 (4), 276-286 (2015).
- Vowles, K. E., et al. Rates of opioid misuse, abuse, and addiction in chronic pain: A systematic review and data synthesis. Pain. 156 (4), 569-576 (2015).
- Barrot, M. Tests and models of nociception and pain in rodents. Neuroscience. 211, 39-50 (2012).
- Bove, G. Mechanical sensory threshold testing using nylon monofilaments: The pain field’s "tin standard". Pain. 124 (1-2), 13-17 (2006).
- Negus, S. S. Core outcome measures in preclinical assessment of candidate analgesics. Pharmacological Reviews. 71 (2), 225-266 (2019).
- Vierck, C. J., Hansson, P. T., Yezierski, R. P. Clinical and pre-clinical pain assessment: Are we measuring the same thing. Pain. 135 (1-2), 7-10 (2008).
- Anderson, E. M., et al. Use of the Operant Orofacial Pain Assessment Device (OPAD) to measure changes in nociceptive behavior. Journal of Visualized Experiments. (76), e50336 (2013).
- Murphy, N. P., Mills, R. H., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Operant assays for assessing pain in preclinical rodent models: Highlights from an orofacial assay. Current Topics in Behavioral Neurosciences. 20, 121-145 (2014).
- Neubert, J. K., et al. Use of a novel thermal operant behavioral assay for characterization of orofacial pain sensitivity. Pain. 116 (3), 386-395 (2005).
- Neubert, J. K., Rossi, H. L., Malphurs, W., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Differentiation between capsaicin-induced allodynia and hyperalgesia using a thermal operant assay. Behavioural Brain Research. 170 (2), 308-315 (2006).
- Kumada, A., et al. Intradermal injection of Botulinum toxin type A alleviates infraorbital nerve constriction-induced thermal hyperalgesia in an operant assay. Journal of Oral Rehabilitation. 39 (1), 63-72 (2012).
- Ma, F., Zhang, L., Lyons, D., Westlund, K. N. Orofacial neuropathic pain mouse model induced by Trigeminal Inflammatory Compression (TIC) of the infraorbital nerve. Molecular Brain. 5, 44 (2012).
- Deseure, K., Hans, G. H. Chronic constriction injury of the rat’s infraorbital nerve (IoN-CCI) to study trigeminal neuropathic pain. Journal of Visualized Experiments. (103), e53167 (2015).
- Rohrs, E. L., et al. A novel operant-based behavioral assay of mechanical allodynia in the orofacial region of rats. Journal of Neuroscience Methods. 248, 1-6 (2015).
- Cha, M., Kohan, K. J., Zuo, X., Ling, J. X., Gu, J. G. Assessment of chronic trigeminal neuropathic pain by the orofacial operant test in rats. Behavioural Brain Research. 234 (1), 82-90 (2012).
- Zuo, X., Ling, J. X., Xu, G. Y., Gu, J. G. Operant behavioral responses to orofacial cold stimuli in rats with chronic constrictive trigeminal nerve injury: Effects of menthol and capsazepine. Molecular Pain. 9, 28 (2013).
- Nolan, T. A., Hester, J., Bokrand-Donatelli, Y., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Adaptation of a novel operant orofacial testing system to characterize both mechanical and thermal pain. Behavioural Brain Research. 217 (2), 477-480 (2011).
- Rossi, H. L., et al. Characterization of bilateral trigeminal constriction injury using an operant facial pain assay. Neuroscience. 224, 294-306 (2012).
- Ramirez, H. E., et al. Assessment of an orofacial operant pain assay as a preclinical tool for evaluating analgesic efficacy in rodents. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (4), 426-432 (2015).
- Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of cold sensitivity and thermal preference using an operant orofacial assay. Molecular Pain. 2, 37 (2006).
- Sapio, M. R., et al. Pain control through selective chemo-axotomy of centrally projecting TRPV1+ sensory neurons. Journal of Clinical Investigation. 128 (4), 1657-1670 (2018).
- Lambru, G., Zakrzewska, J., Matharu, M. Trigeminal neuralgia: A practical guide. Practical Neurology. 21 (5), 392-402 (2021).
- Doshi, T. L., Nixdorf, D. R., Campbell, C. M., Raja, S. N. Biomarkers in temporomandibular disorder and trigeminal neuralgia: A conceptual framework for understanding chronic pain. Canadian Journal of Pain. 4 (1), 1-18 (2020).
- Sadler, K. E., Mogil, J. S., Stucky, C. L. Innovations and advances in modelling and measuring pain in animals. Nature Reviews Neuroscience. 23 (2), 70-85 (2022).
- Neubert, J. K., et al. Characterization of mouse orofacial pain and the effects of lesioning TRPV1-expressing neurons on operant behavior. Molecular Pain. 4, 43 (2008).
- Vlaeyen, J. W. S. Learning to predict and control harmful events: Chronic pain and conditioning. Pain. 156, 86-93 (2015).
- Vierck, C. J., Campbell, J. C., et al. Animal studies of pain: Lessons for drug development. Emerging Strategies for the Treatment of Neuropathic Pain. , 475-495 (2006).
