Summary

משך הארוחה כמדד לתגובות הנוצ'ית האורופציאליות במכרסמים

Published: January 10, 2014
doi:

Summary

הארכה במשך הארוחה מייצגת התנהגות nociceptive orofacial מכרסמים דומים להתנהגות השמירה של בני אדם עם כאב orofacial. אכילה היא התנהגות שאינה דורשת הכשרה או מניפולציה בבעלי חיים, דורשת השתתפות קליפת המוח, ואינה מתחרה בהתנהגויות אחרות המושרות באופן ניסיוני, ומבדילה את ההסתעפות הזו מרפלקס חלופי או ממדידות אופרנטיות.

Abstract

הארכה משך הארוחה ניתן להשתמש כדי למדוד עלייה hyperalgesia מכני orofacial שיש דמיון להתנהגות השמירה של בני אדם עם כאב orofacial. כדי למדוד את משך הארוחה חולדות ללא מעצורים נשמרים ברציפות בצליל מוחלש, מודולי האכלה ממוחשבת במשך ימים עד שבועות כדי להקליט התנהגות האכלה. תאים מוחלשים אלה מצוידים במתקן גלולות צ’או. המתקן יש שוקת גלולה עם photobeam ממוקם בתחתית השוקת וכאשר מכרסם מסיר גלולה מן השוקת מאכיל קרן זו כבר לא חסומה, איתות המחשב להפיל גלולה אחרת. המחשב מתעד את התאריך והשעה שבהם הכדורים נלקחו מהשוקת ומנתונים אלה הנסיין יכול לחשב את הפרמטרים ארוחה. בעת חישוב הפרמטרים ארוחה ארוחה הוגדרה על סמך עבודה קודמת נקבע על 10 דקות (במילים אחרות, כאשר החיה לא אוכלת במשך 10 דקות זה יהיה סוף הארוחה של החיה) גם גודל הארוחה המינימלי נקבע על 3 כדורי. משך הארוחה, מספר הארוחה, צריכת המזון, גודל הארוחה ומרווח הארוחות הבין-ארוחה ניתנים לאחר מכן להיות מחושבים על ידי התוכנה לכל תקופת זמן שהמפעיל רוצה. של הפרמטרים האכלה שניתן לחשב משך הארוחה הוכח להיות סמן ביולוגי פולשני מתמשך של nociception orofacial בחולדות זכר עכברים וחולדות נקבה. מדידות משך הארוחה הן כמותיות, אינן דורשות הכשרה או מניפולציה בבעלי חיים, דורשות השתתפות קליפת המוח ואינן מתחרות בהתנהגויות אחרות הנגרמות על ידי ניסויים. גורמים אלה מבדילים בדיקה זו משיטות אופרנטיות או רפלקס אחרות להקלטת nociception orofacial.

Introduction

מודלים של בעלי חיים שימשו לחקר כאב ו nociception הקשורים נזק orofacial ודלקת1,2, אבל חוסר מודלים בעלי חיים מתאימים תוצאות הבנה חלקית של המנגנונים. למרות המודלים הנוכחיים לעזור לנו להבין מנגנונים שונים המעורבים בכאב אורופגאלי חריף וכרוני, יש חוזקות וחולשות אלה מודלים בעלי חיים.

מודלים רבים מודדים תגובות התנהגותיות nociceptive עבור משכי זמן קצרים. טיפוח פנים היא תגובה התנהגותית ידועה בעקבות התכווצות של עצביהפנים 3. מחקרים אחרים מדדו שפשוף פנים עם חזית ipsilateral או hindpaw, כמו גם, נרתע של הראש לאחר מתן זריקות פורמלין לתוך מפרק temporomandibular (TMJ) או שפה4-7. איחורים נסיגת ראש הוא מודל נוסף למדידת התנהגות nociceptive שבו מד משכך כאבים תנועה זנב שונה משמש כדי לכמת את התגובה nociceptive(כלומר נסיגת ראש) לאחר החלת חום על כרית vibrissae מגולח של חולדה8. פעילות שרירים דיגסטרית ומסה נרשמה גם כמתאם של כאב לאחר זריקות גלוטמט לתוך TMJ9. מחקר אחר מדד שינויים בפרמטרים שינה כדי להעריך תגובות nociceptive בחולדות זכר ונקבה עם TMJ מודלק, פרמטרים אלה כללו השהיה בשינה, תנועה מהירה העין (REM), אחוז השינה שאינם REM, ואחוז השינה REM10. רוב המודלים החייתיים המודדים תגובות התנהגותיות nociceptive לנצל מסגרת זמן קצרה, כלומר דקות עד שעות ביום11-14. בנוסף, רוב המודלים של בעלי חיים בדיקות מתרחשת במהלך שלב האור בחיה לילית, כמו חולדה, זה יכול לגרום ללחץ אשר יכול לבלבל את התוצאות nociceptive15-18. מבחנים לעיל למדוד תגובה nociceptive בתנאים שונים orofacial אבל למשך זמן קצר ולכן ניתן להשתמש רק כדי ללמוד הפרעות חריפות. מבחנים חלופיים השתמשו בהבעת פנים כמדד של nociception של משך מתון, אבל מתודולוגיה זו יכולה להיות סובייקטיבית19.

כדי להעריך nociception orofacial מתמשך או כרוני חלקם השתמשו ביישום של חוט פון פריי על פני השטח של העור כדי להעריך רגישות מכנית של בעלי חיים נתון התכווצות עצבים או דלקת TMJ3,20. Liverman et al. 2009 נמדדו תגובות נסיגה באמצעות monofilaments מדורגים בעקבות זריקות CFA לתוך שריר המעסה של חולדות 21,22. Yamazaki et al. 2008 הזריק TMJ עם CFA ולאחר מכן מעל 14 ימים כימת התנהגויות nociceptive מכני או חום או גירוי קר להחיל על אזור TMJ. למרבה הצער, מבחנים התנהגותיים nociceptive אלה כרוכים איפוק בעלי חיים, אשר מייצרים הורמוני לחץ, למידה או התנהגויות חלופיות שעלולות להפריע לתוצאות הנמדדות.

מודלים למדידת nociception בשיניים לנצל את רפלקס פתיחת הלסת אבל שיטה זו יכולה להיות לאאמינה 23 או imprecise24. פעילות אלקטרומיוגרפית שימשה למדידת nociception השן25, אבל שיטה זו בדרך כלל דורשת כי החיה להיות מחוסר הכרה, אם כי במחקר אחד nociception השן נחקרה בחולדות נע בחופשיות26. בשנת 2008, חאן חקר את הקשר בין nociception שיניים ותפקוד מעסה באמצעות מד זן רגיש27 אבל מודל זה משך לנשוך דורש ריסון החיה מפעילות נורמלית 28. כוח נשיכה הוא מדד אמין של כאבי שיניים בבני אדם, אך מכיוון שחולדות דורשות אימון ו/או איפוק כדי למדוד כוח נשיכה, מוצג מקור ללחץ שיכול לייצר ממצאים בעלי משמעות פיזיולוגית מפוקפקת29-31

כמה מגבלות של איפוק ומתח ניתן להתגבר על ידי שימוש בעיצוב אופרנטי כדי להעריך התנהגויות nociceptive. מודל אופרנטי אחד משתמש בהימנעות של טמפרטורה לא נוחה כדי להעריך ולאפיין nociception orofacial32-35. מודל זה של סתירת תגמול מבוסס על פרס של חלב ממותק כדי לגרום למכרסם למקם את פניו בהתנדבות מול בדיקה תרמית מחוממת או מקוררת34,36. עם זאת, הבדיקה דורשת אימון בעלי חיים, אבל כוח של הבדיקה הוא הנתונים נאספים באופן אוטומטי.

עדיין מודל אחר של בעלי חיים השתמש בתפקוד לכרסום הנגרמת על ידי nociception כמדד של nociception orofacial37. עם זאת, המכרסם מוגבל לצינור והבריחה היחידה שלו היא לכרסם דרך דאון כדי לצאת. היתרון של מודל זה הוא שהוא מודד את תפקוד הלסת לאחר פגיעה חריפה או כרונית בלסת בעכברים. עם זאת, המכרסם מוגבל, אשר מוסיף התנהגות מתחרה חלופית מבלבלת, כלומר בריחה, אשר יהיה מלחיץ ובכך יכול להשפיע על תוצאות הבדיקה nociception.

משך הארוחה שימש למדידת nociception בבעלי חיים עם דלקת פרקים TMJ38-41, חשיפה עיסת השן42, ונזק לשרירים43. מכרסם שחווה nociception orofacial אכל לאט יותר לאחר החיה יזמה ארוחה. חולים חווים כאב TMJ גם לקחת יותר זמן ללעוס את האוכל שלהם ואת אורך המחזור מתקצר כאשר כאב TMJ הוא פחתה44-46. הארכת משך הארוחה כאשר כאבים TMJ קיים צפוי להיות “התנהגות שמירה”, מוגדר מבצעית כהתנהגות nociceptive47.

משך הארוחה מודד nociception TMJ באמצעות שיטה פולשנית עד 19 ימים בחולדות זכר ונקבה ו 6 ימים (התקופה הארוכה ביותר נבדק) בעכברים זכרים וניתן לתאר כסמן ביולוגי של nociception38-41. בתמיכה כי משך הארוחה מודד תגובות nociceptive, nociception יכול להיות מופחת על ידי התערבות תרופתית גורם משך הארוחה של החיה לחזור נורמלי38,40,41. זה אושר גם כאשר נוירונים nociceptive נהרסו באמצעות קפסאיצין; לאחר הרס העצבים משך הארוחה של בעלי החיים לא הוגדל לאחר הזרקת CFA לתוך TMJ 40.

להלן הפרוטוקול כיצד להשיג ולנתח סטטיסטית נתוני משך הארוחה.

Protocol

במודל זה החולדות או העכברים קיבלו מזון ומים מודעה libitum. טקסס A&M אוניברסיטת ביילור המכללה לרפואת שיניים מוסדית טיפול בבעלי חיים ושימוש הוועדה אישרה את כל הפרוטוקולים הניסיוניים. מתחת להגדרות ספציפיות מוצגים בכתב נטוי מנוצלים במיוחד עבור מודל דלקת פרקים TMJ חולדה. עכברים יכולים לשמש גם ?…

Representative Results

משך הארוחה הוא קורלציה התנהגותית של כאב אורופדי ומדידות משך הארוחה הוחלו על בעלי חיים עם דלקת פרקים TMJ (איור 2) ועששת (איור 3). בניסוי אחד, חולדות סבלו מדלקת פרקים TMJ לאחר מתן מינון גבוה של 250 מ”ג של CFA וטיפול זה גרם לעלייה משמעותית במשך הארוחה במשך 19 ימים (איור 2). מינון…

Discussion

חולי TMJ עם כאב orofacial דו”ח כאב מוגבר עם זמן לעיסה מוגבר, כך, מחזור הלעיסה מאריך ככל שהאדם כבר לועס45,53-56. הבדיקה ההתנהגותית שלנו מאפשרת בדיקות דומות בחולדות ועכברים בעת מדידת משך הארוחה39. מחקר שפורסם לאחרונה הציע כי בדיקות חוטים פון פריי היה רגישות רבה יותר מאשר מדידות משך הארוחה, מ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

Animal Monitor software Med Assoc. Inc SOF-710 East Fairfield, VT
Dustless Precision Pellets, Rodent, Grain-Based  Bio-Serv F0165 45 mg pellets, 50,000/box
Dustless Precision Pellets, Rodent, Grain-Based  Bio-Serv FO163 20 mg pellets
Complete Freund's Adjuvant Chondrex, Inc. 7001 No loger provides the 5 mg/ml concentration.  Can use CFA from other sources as long as the investigator consistently uses this source

References

  1. Khan, A., Hargreaves, K. M. Animal models of orofacial pain. Methods Mol. Biol. 617, 93-104 (2010).
  2. Fried, K., Sessle, B. J., Devor, M. The paradox of pain from tooth pulp: low-threshold #34;algoneurons#34;. Pain. 152, 2685-2689 (2011).
  3. Vos, B. P., Strassman, A. M., Maciewicz, R. J. Behavioral evidence of trigeminal neuropathic pain following chronic constriction injury to the rat’s infraorbital nerve. J. Neurosci. 14, 2708-2723 (1994).
  4. Roveroni, R. C., Parada, C. A., Cecilia, M., Veiga, F. A., Tambeli, C. H. Development of a behavioral model of TMJ pain in rats: the TMJ formalin test. Pain. 94, 185-191 (2001).
  5. Botelho, A. P., Gameiro, G. H., Tuma, C. E., Marcondes, F. K., deArruda Veiga, M. C. The effects of acute restraint stress on nociceptive responses evoked by the injection of formalin into the temporomandibular joint of female rats. Stress. 13, 269-275 (2010).
  6. Fischer, L., Arthuri, M. T., Torres-Chavez, K. E., Tambeli, C. H. Contribution of endogenous opioids to gonadal hormones-induced temporomandibular joint antinociception. Behav. Neurosci. 123, 1129-1140 (2009).
  7. Multon, S., et al. Lack of estrogen increases pain in the trigeminal formalin model: a behavioural and immunocytochemical study of transgenic ArKO mice. Pain. 114, 257-265 (2005).
  8. Nag, S., Mokha, S. S. Testosterone is essential for alpha(2)-adrenoceptor-induced antinociception in the trigeminal region of the male rat. Neurosci. Lett. 467, 48-52 (2009).
  9. Cairns, B. E., Sim, Y., Bereiter, D. A., Sessle, B. J., Hu, J. W. Influence of sex on reflex jaw muscle activity evoked from the rat temporomandibular joint. Brain Res. 957, 338-344 (2002).
  10. Schutz, T. C., Andersen, M. L., Silva, A., Tufik, S. Distinct gender-related sleep pattern in an acute model of TMJ pain. J. Dent. Res. 88, 471-476 (2009).
  11. Chattipakorn, S. C., Sigurdsson, A., Light, A. R., Narhi, M., Maixner, W. Trigeminal c-Fos expression and behavioral responses to pulpal inflammation in ferrets. Pain. 99, 61-69 (2002).
  12. Roveroni, R. C., Parada, C. A., Cecilia, M., Veiga, F. A., Tambeli, C. H. Development of a behavioral model of TMJ pain in rats: the TMJ formalin test. Pain. 94, 185-191 (2001).
  13. Chidiac, J. J., et al. Nociceptive behaviour induced by dental application of irritants to rat incisors: a new model for tooth inflammatory pain. Eur. J. Pain. 6, 55-67 (2002).
  14. Chudler, E. H., Byers, M. R. Behavioural responses following tooth injury in rats. Arch. Oral Biol. 50, 333-340 (2005).
  15. Suarez-Roca, H., Quintero, L., Arcaya, J. L., Maixner, W., Rao, S. G. Stress-induced muscle and cutaneous hyperalgesia: differential effect of milnacipran. Physiol. Behav. 88, 82-87 (2006).
  16. Quintero, L., et al. Repeated swim stress increases pain-induced expression of c-Fos in the rat lumbar cord. Brain Res. 965, 259-268 (2003).
  17. Bodnar, R. J., Kordower, J. H., Wallace, M. M., Tamir, H. Stress and morphine analgesia: alterations following p-chlorophenylalanine. Pharmacol. Biochem. Behav. 14, 645-651 (1981).
  18. Von, K. M., Dworkin, S. F., Le, R. L., Kruger, A. An epidemiologic comparison of pain complaints. Pain. 32, 173-183 (1988).
  19. Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nat. Methods. 7, 447-449 (2010).
  20. Yamazaki, Y., Ren, K., Shimada, M., Iwata, K. Modulation of paratrigeminal nociceptive neurons following temporomandibular joint inflammation in rats. Exp. Neurol. 214, 209-218 (2008).
  21. Liverman, C. S., Brown, J. W., Sandhir, R., McCarson, K. E., Berman, N. E. Role of the oestrogen receptors GPR30 and ERalpha in peripheral sensitization: relevance to trigeminal pain disorders in women. Cephalalgia. 29, 729-741 (2009).
  22. Liverman, C. S., et al. Oestrogen increases nociception through ERK activation in the trigeminal ganglion: evidence for a peripheral mechanism of allodynia. Cephalalgia. 29, 520-531 (2009).
  23. Mason, P., Strassman, A., Maciewicz, R. Is the jaw-opening reflex a valid model of pain. Brain Res. 357, 137-146 (1985).
  24. Rajaona, J., Dallel, R., Woda, A. Is electrical stimulation of the rat incisor an appropriate experimental nociceptive stimulus. Exp. Neurol. 93, 291-299 (1986).
  25. Sunakawa, M., Chiang, C. Y., Sessle, B. J., Hu, J. W. Jaw electromyographic activity induced by the application of algesic chemicals to the rat tooth pulp. Pain. 80, 493-501 (1999).
  26. Boucher, Y., Pollin, B., Azerad, J. Microinfusions of excitatory amino acid antagonists into the trigeminal sensory complex antagonize the jaw opening reflex in freely moving rats. Brain Res. 614, 155-163 (1993).
  27. Khan, J., et al. Bite force and pattern measurements for dental pain assessment in the rat. Neurosci. Lett. 447, 175-178 (2008).
  28. Foong, F. W., Satoh, M., Takagi, H. A newly devised reliable method for evaluating analgesic potencies of drugs on trigeminal pain. J. Pharmacol. Methods. 7, 271-278 (1982).
  29. Khan, A. A., et al. Measurement of mechanical allodynia and local anesthetic efficacy in patients with irreversible pulpitis and acute periradicular periodontitis. J. Endod. 33, 796-799 (2007).
  30. Khan, A. A., et al. The development of a diagnostic instrument for the measurement of mechanical allodynia. J. Endod. 33, 663-666 (2007).
  31. Khan, J., et al. Bite force and pattern measurements for dental pain assessment in the rat. Neurosci. Lett. 447, 175-178 (2008).
  32. Neubert, J. K., et al. Use of a novel thermal operant behavioral assay for characterization of orofacial pain sensitivity. Pain. 116, 386-395 (2005).
  33. Neubert, J. K., et al. Differentiation between capsaicin-induced allodynia and hyperalgesia using a thermal operant assay. Behav. Brain Res. 170, 308-315 (2006).
  34. Neubert, J. K., et al. Characterization of mouse orofacial pain and the effects of lesioning TRPV1-expressing neurons on operant behavior. Mol. Pain. 4, 43 (2008).
  35. Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of cold sensitivity and thermal preference using an operant orofacial assay. Mol. Pain. 2 (37), (2006).
  36. 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. Behav. Brain. Res. , (2010).
  37. Dolan, J. C., Lam, D. K., Achdjian, S. H., Schmidt, B. L. The dolognawmeter: a novel instrument and assay to quantify nociception in rodent models of orofacial pain. J. Neurosci. Methods. 187, 207-215 (2010).
  38. Kerins, C., Carlson, D., McIntosh, J., Bellinger, L. A role for cyclooxygenase II inhibitors in modulating temporomandibular joint inflammation from a meal pattern analysis perspective. J. Oral Maxillofac. Surg. 62, 989-995 (2004).
  39. Kramer, P. R., Kerins, C. A., Schneiderman, E., Bellinger, L. L. Measuring persistent temporomandibular joint nociception in rats and two mice strains. Physiol. Behav. 99, 669-678 (2010).
  40. Bellinger, L. L., et al. Capsaicin sensitive neurons role in the inflamed TMJ acute nociceptive response of female and male rats. Physiol. Behav. 90, 782-789 (2007).
  41. Kerins, C. A., Spears, R., Bellinger, L. L., Hutchins, B. The prospective use of COX-2 inhibitors for the treatment of temporomandibular joint inflammatory disorders. Int. J. Immunopathol. Pharmacol. 16, 1-9 (2003).
  42. Kramer, P. R., He, J., Puri, J., Bellinger, L. L. A Non-invasive Model for Measuring Nociception after Tooth Pulp Exposure. J. Dent. Res. 91, 883-887 (2012).
  43. Kramer, P. R., Bellinger, L. L. Reduced GABA receptor alpha6 expression in the trigeminal ganglion enhanced myofascial nociceptive response. Neuroscience. 245C, 1-11 (2013).
  44. Hansdottir, R., Bakke, M. Joint tenderness, jaw opening, chewing velocity, and bite force in patients with temporomandibular joint pain and matched healthy control subjects. J. Orofac. Pain. 18, 108-113 (2004).
  45. Bakke, M., Hansdottir, R. Mandibular function in patients with temporomandibular joint pain: a 3-year follow-up. Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod. 106, 227-234 (2008).
  46. Pereira, L. J., Steenks, M. H., de, W. A., Speksnijder, C. M., van Der, B. A. Masticatory function in subacute TMD patients before and after treatment. J. Oral Rehabil. 36, 391-402 (2009).
  47. Sternberg, W. F., Wachterman, M. W., Fillingim, R. B. Ch. 7 Sex, Gender and Pain. Progress in pain research and management. 17, 71-88 (2000).
  48. Castonguay, T. W., Kaiser, L. L., Stern, J. S. Meal pattern analysis: artifacts, assumptions and implications. Brain Res. Bull. 17, 439-443 (1986).
  49. Kerins, C. A., et al. Specificity of meal pattern analysis as an animal model of dermining temporomandibular joint inflammation/pain. Int. J. Oral Maxiollofac. Surg. 34, 425-431 (2005).
  50. Guan, G., Kerins, C. C., Bellinger, L. L., Kramer, P. R. Estrogenic effect on swelling and monocytic receptor expression in an arthritic temporomandibular joint model. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 97, 241-250 (2005).
  51. Kramer, P. R., Bellinger, L. L. The effects of cycling levels of 17β-estradiol and progesterone on the magnitude of temporomandibular joint-induced nociception. Endocrinology. 150, 3680-3689 (2009).
  52. Kerins, C. A., Carlson, D. S., McIntosh, J. E., Bellinger, L. L. Meal pattern changes associated with temporomandibular joint inflammation/pain in rats; analgesic effects. Pharmacol. Biochem. Behav. 75, 181-189 (2003).
  53. Gavish, A., et al. Experimental chewing in myofascial pain patients. J. Orofac. Pain. 16, 22-28 (2002).
  54. Karibe, H., Goddard, G., Gear, R. W. Sex differences in masticatory muscle pain after chewing. J. Dent. Res. 82, 112-116 (2003).
  55. Stegenga, B., de Bont, L. G., Boering, G. Temporomandibular joint pain assessment. J. Orofac. Pain. 7, 23-37 (1993).
  56. Dao, T. T., Lund, J. P., Lavigne, G. J. Pain responses to experimental chewing in myofascial pain patients. J. Dent. Res. 73, 1163-1167 (1994).
  57. Guo, W., et al. Long lasting pain hypersensitivity following ligation of the tendon of the masseter muscle in rats: a model of myogenic orofacial. 6, 40 (2010).

Play Video

Cite This Article
Kramer, P. R., Bellinger, L. L. Meal Duration as a Measure of Orofacial Nociceptive Responses in Rodents. J. Vis. Exp. (83), e50745, doi:10.3791/50745 (2014).

View Video