Summary

Продолжительность еды как мера огорасовых ноцицептивных реакций у грызунов

Published: January 10, 2014
doi:

Summary

Удлинение продолжительности приема пищи представляет собой орафасное ноцицептивное поведение у грызунов, похожее на охранное поведение человека с огофасной болью. Питание это поведение, которое не требует подготовки или манипуляции с животными, требует корковой участия, и не конкурирует с другими экспериментально индуцированных поведения, отличая этот анализ от альтернативных рефлексов или оперных измерений.

Abstract

Удлинение продолжительности приема пищи может быть использовано для измерения увеличения ораофациальной механической гипералгезии, имеющих сходство с охранным поведением людей с огофасной болью. Для измерения продолжительности еды безудержные крысы постоянно хранятся в звуке затухается, компьютеризированные модули кормления в течение нескольких дней до нескольких недель, чтобы записать поведение кормления. Эти звукоуязвимые камеры оснащены дозаторами гранул чау. Диспенсер имеет гранулы корыта с фотолучем размещены в нижней части корыта и, когда грызун удаляет гранулы из кормушки корыта этот луч больше не блокируется, сигнализируя компьютеру отказаться от другой гранулы. Компьютер записывает дату и время, когда гранулы были взяты из корыта и из этих данных экспериментатор может рассчитать параметры еды. При расчете параметров еды еда определялась на основе предыдущей работы и устанавливали на уровне 10 минут (другими словами, когда животное не ест в течение 10 минут, что было бы концом еды животного), также минимальный размер еды был установлен на уровне 3 гранул. Продолжительность приема пищи, количество еды, прием пищи, размер еды и интервал между приемами пищи могут быть рассчитаны программным обеспечением на любой период времени, который пожелает оператор. Из параметров кормления, которые могут быть рассчитаны продолжительность еды было показано, что непрерывный неинвазивный биологический маркер ораофасциального ноцицепции у самцов крыс и мышей и самок крыс. Измерения продолжительности еды количественны, не требуют никакой подготовки или манипуляций с животными, требуют участия в корке и не конкурируют с другими экспериментально индуцированными поведениями. Эти факторы отличают этот анализ от других оперных или рефлекторных методов для записи огофациального ноцицепции.

Introduction

Модели животных были использованы для изучения боли и ноцицепции, связанные с огофаснымповреждением и или воспалением 1,2, но отсутствие соответствующих моделей животных приводит к неполному пониманию механизмов. Хотя современные модели помогают нам понять различные механизмы, участвующие в острой и хронической орафациальной боли, есть сильные и слабые стороны этих моделей животных.

Многие модели измеряют поведенческие ноцицептивные реакции в течение коротких периодов времени. Уход за лицом является известным поведенческим ответом после сужения лицевыхнервов 3. Другие исследования измеряли лицевой трения с ипсилатеральной передней или задней лапы, а также, вздрогнув головы после введения формалин инъекций в висомандибулярный сустав (TMJ) илигубы 4-7. Голова вывода latencies является еще одной моделью для измерения ноцицептивного поведения, где модифицированный хвост Флик анальгезия метр используется для количественного ноцицептивного ответа(т.е. вывод головы)после применения тепла для бритой вибрации площадку крысы 8 . Дигастрическая и массажная мышечная активность также была зарегистрирована как коррелят боли после инъекций глутамата в TMJ9. Другое исследование измерило изменения параметров сна для оценки ноцицептивных реакций у мужчин и женщин крыс с воспалением TMJ, эти параметры включали задержку сна, быстрое движение глаз (REM), процент не-REM сна, и процент rem сна10. Большинство животных моделей, которые измеряют поведенческие ноцицептивные ответы использовать короткие сроки, т.е. минут до часовв день 11-14. Кроме того, большинство животных моделей тестирования происходит во время фазы света и в ночном животном, как крыса, это может вызвать стресс, который может запутать ноцицептивныерезультаты 15-18. Вышеуказанные анализы измеряют ноцицептивную реакцию в различных огофациальных условиях, но в течение короткой продолжительности и, следовательно, могут быть использованы только для изучения острых расстройств. Альтернативный анализ использовал выражение лица в качестве меры ноцицепции умеренной продолжительности, но эта методология может быть субъективной19.

Для оценки стойких или хронических окофациальных ноцицепции некоторые использовали применение нити фон Фрея на поверхности кожи для оценки механической чувствительности животных, подвергаемых сужению нерва иливоспалению TMJ 3,20. Liverman et al. 2009 измеряется ответы на вывод с помощью градуированных монофиламентов после инъекций CFA в массажную мышцу крыс 21,22. Yamazaki et al. 2008 вводили TMJ с CFA, а затем в течение 14 дней количественно ноцицептивного поведения к механической или тепловой или холодной стимуляции применяется в регионе TMJ. К сожалению, эти ноцицептивные поведенческие анализы включают сдержанность животных, которые производят гормоны стресса, обучение или альтернативное поведение, которое может помешать измеренным результатам.

Модели для измерения ноцицепции в зубах использовать рефлекс открытия челюсти, но этот метод может бытьненадежным 23 или неточным24. Электромиографическая активность была использована для измерения ноцицепциизубов 25, но этот метод обычно требует, чтобы животное было без сознания, хотя в одном исследовании ноцицепция зуба была исследована в свободно движущихсякрыс 26. В 2008 году Хан изучал взаимосвязь между зубной ноцицепции и мастикаторной функции с помощью чувствительногонапряжения калибровочных 27, но эта модель продолжительности укуса требует сдерживания животного от нормальной активности 28. Сила укуса является надежной мерой зубной боли у людей, но потому, что крысы требуют подготовки и / или сдержанность для измерения укуса силы источник стресса вводится, который может производить выводы с сомнительной физиологическойзначимости 29-31

Некоторые ограничения сдержанности и стресса могут быть преодолены с помощью оперного дизайна для оценки ноцицептивного поведения. Одна оперная модель использует избегание неудобной температуры для оценки и характеристики орафациального ноцицепции32-35. Эта модель вознаграждения-конфликта основана на вознаграждении подслащенного молока, чтобы побудить грызуна позиционировать свое лицо добровольно против нагретого или охлажденноготеплового зонда 34,36. Тем не менее, тест требует подготовки животных, но сила анализа данных собирается в автоматическом режиме.

Еще одна модель животных использовали ноцицепции индуцированной грызть дисфункции в качестве индекса орафациального ноцицепции37. Тем не менее, грызун ограничивается трубкой, и его единственным выходом является грызть через дюбель, чтобы выйти. Преимущество этой модели заключается в том, что она измеряет функцию челюсти после острой или хронической травмы челюсти у мышей. Тем не менее, грызун ограничен, что добавляет смешанные альтернативные конкурирующие поведения, т.е. бежать, который будет стресс и, таким образом, может повлиять на результаты анализа ноцицепции.

Длительность еды была использована для измерения ноцицепции у животных с TMJартрит 38-41, воздействиепульпы зуба 42, и повреждениемышц 43. Грызун, который испытал орафациальное ноцицепция, ел медленнее после того, как животное инициировало прием пищи. Пациенты испытывают боль TMJ также занять больше времени, чтобы жевать пищу и длина цикла сокращается, когда TMJ больуменьшается 44-46. Удлинение продолжительности приема пищи, когда TMJ боль присутствует, как ожидается, будет “охранное поведение”, оперативно определяется как ноцицептивное поведение47.

Продолжительность еды измеряет TMJ nociception используя неинвазивный метод на up to 19 дней в мыжя и женских крысах и 6 днях (самый длинний период испытанный) в мышах мышей и смог быть описан как биологический маркер nociception38-41. В поддержку того, что продолжительность еды меры ноцицептивных ответов, ноцицепция может быть уменьшена путем фармакологического вмешательства вызывает продолжительность еды животного,чтобы вернуться к нормальной 38,40,41. Это было также подтверждено, когда ноцицептивные нейроны были уничтожены с помощью капсаицина; после разрушения нерва продолжительность еды животных не была увеличена после инъекции CFA в TMJ 40.

Ниже приведен протокол о том, как получить и статистически проанализировать данные о продолжительности приема пищи.

Protocol

В этой модели крысы или мыши были даны продукты питания и воды ad libitum. Техасский университет АЗМ Бейлор колледж стоматологии институционального ухода за животными и использования комитета одобрил все экспериментальные протоколы. Ниже конкретные настройки показаны в материалисти…

Representative Results

Продолжительность еды является поведенческой коррелирует орафациальной боли и измерения продолжительности еды были применены к животным с TMJ артрита (Рисунок 2) и кариеса (Рисунок 3). В одном эксперименте, крысы TMJ артрит после введения высокой дозы 250 мг CFA и это лечени?…

Discussion

TMJ пациентов с ораофасовой боли доклад повышенной боли с увеличением времени жевания, так что, жевательный цикл удлиняетдольше человек был жевательный 45,53-56. Наш поведенческий анализ позволяет проводить аналогичные испытания на крысах и мышах при измерении продолжительностие…

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