De koude perstest is een klassieke stressinductietaak die wordt gebruikt in een breed scala aan onderzoeken naar de relatie tussen stress en cognitie, emotie en gedrag. In dit artikel wordt een praktisch en veelzijdig alternatief voor de traditionele koudeperstest gepresenteerd: de koude persarmfolie.
Recent onderzoek naar de relatie tussen stress en cognitie, emotie en gedrag is sterk toegenomen. Deze vooruitgang heeft inzicht opgeleverd in belangrijke vragen, variërend van de aard van de invloed van stress opverslaving 1 tot de rol van stress bij neurale veranderingen in verband met veranderingen in de besluitvorming2,3. Naarmate de onderwerpen die door het veld worden onderzocht zich echter ontwikkelen, moeten ook de betrokken methodologieën zich ontwikkelen. In dit artikel wordt een praktisch en effectief alternatief voor een klassieke stressinductietechniek, de cold pressor test (CPT), gepresenteerd: de cold pressor arm wrap (CPAW). CPT omvat meestal het onderdompelen van de dominante hand van een deelnemer in ijskoud water gedurende een periode van4. De techniek wordt geassocieerd met robuuste activering van de sympatho-adrenomedullary (SAM) as (en afgifte van catecholamines; bijv. adrenaline en noradrenaline) en milde tot matige activering van de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as met bijbehorende glucocorticoïde(bijv. cortisol) afgifte. Hoewel CPT in een breed scala aan studies is gebruikt, kan het onpraktisch zijn om toe te passen in sommige onderzoeksomgevingen. Bijvoorbeeld het gebruik van water tijdens, in plaats van voorafgaand aan, magnetische resonantie beeldvorming (MRI) heeft het potentieel om gevoelige en dure apparatuur te beschadigen of te interfereren met het verkrijgen van MRI-signaal. Het CPAW is een praktisch en effectief alternatief voor de traditionele CPT. Het cpaw bestaat uit een veelzijdige lijst van goedkope en gemakkelijk te verkrijgen componenten en maakt gebruik van MRI-veilige gelpacs die zijn gekoeld tot een temperatuur die vergelijkbaar is met CPT in plaats van echt water. Belangrijk is dat CPAW wordt geassocieerd met niveaus van SAM- en HPA-activering vergelijkbaar met CPT en kan gemakkelijk worden toegepast in verschillende onderzoekscontexten. Hoewel het belangrijk is om specifieke veiligheidsprotocollen te handhaven bij het gebruik van de techniek, zijn deze eenvoudig te implementeren als ze gepland zijn. Oprichting en gebruik van het CPAW komen aan bod.
Blootstelling aan stress wordt geassocieerd met activering van twee stressgevoelige biologische systemen: de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) en sympatho-adrenomedullary (SAM) assen5. Wanneer stress voldoende intens is om de homeostatische balans van een organisme te verstoren, activeert SAM snel verhoogde activiteit in de sympathische tak van het autonome zenuwstelsel (ANS). Dit wordt geassocieerd met de afgifte van catecholamines(bijv. adrenaline en noradrenaline; CA) van de bijniermedulla en sympathische zenuwterminals. Verhoogde niveaus van deze excitatory chemicaliën worden geassocieerd met verhogingen in hartslag en bloeddruk die de klassieke “fight-or-flight” respons kenmerken6. Hoewel de daaropvolgende activering van de parasympathische ANS deze excitatie uiteindelijk zal remmen, dragen oplopende CA-neuronen die interfacing met hersenstamstructuren bijdragen aan langzamere HPA-activering via de hypothalamus en uiteindelijk glucocorticoïde(d.w.z. cortisol bij mensen) vrij uit de bijnierschors7. Het begrijpen van de relatie tussen stressmodaliteit en de specifieke dynamiek van de stressrespons zelf zal van cruciaal belang zijn als onderzoek naar de relatie tussen stress en de neurale correlaten van verschillende psychologische processen(bijv. geheugen, leren en besluitvorming) vooruitgang boekt.
Er zijn meerdere stressinductietaken ontwikkeld voor gebruik in laboratoriumonderzoek. Over het algemeen kunnen deze worden geclassificeerd als systemisch (d.w.z.een reflexieve reactie op een directe bedreiging voor het homeostatische evenwicht) of processief/psychogeen (d.w.z. waarvoor voorhersenenverwerking en beoordeling vereist is voordat de stressrespons wordt gebruikt)8. Met name deze twee verschillende stressmodaliteiten Tarief geassocieerd met differentiële patronen van SAM- en HPA-activering. De koudeperstest (CPT) is een veelgebruikt en goed gevalideerd middel om systemische stress op te wekken waarbij de dominante hand van een persoon gedurende een periode van4,9,10in ijswater (meestal tussen 0-5 °C ) wordt ondergedompeld . CPT is gebruikt in een breed scala van onderzoek naar de invloed van stress op het geheugen11-13, leren14, en besluitvorming15-17. Studies die CPT gebruiken als een middel voor stressinductie hebben echter gemengde resultaten opgeleverd in termen van cortisolreactiviteit. Over het geheel genomen zijn milde tot matige cortisolverhogingen waargenomen na CPT13,18,19, hoewel SAM-activering robuust en betrouwbaar is4,20. Daarentegen zijn processieve laboratoriumstressoren zoals de Trier Social Stress Task (TSST)21,22, waarbij deelnemers een toespraak van 5 minuten geven gevolgd door 5 minuten mentaal rekenen terwijl ze worden bekeken en / of gefilmd, geassocieerd met twee- tot drievoudige verhogingen van cortisol23.
Om zowel SAM- als HPA-activering te maximaliseren, hebben sommige onderzoekers de aanpak gekozen om CPT te combineren met sociale evaluatieve componenten die vergelijkbaar zijn met die in de TSST. In de sociaal geëvalueerde cold pressor test (SECPT) worden deelnemers bijvoorbeeld gevraagd om een traditionele CPT uit te voeren terwijl ze video-opgenomen en bekeken worden door een experimenteerder24. Op dezelfde manier integreert de Maastricht Acute Stress Test SECPT met spreken in het openbaar en mentale rekenkundige componenten van de TSST25. Hoewel deze benaderingen een belangrijke stap voorwaarts betekenen in stressonderzoek, blijft het belangrijk om de specifieke en potentieel dissocieerbare invloed van SAM- en HPA-activering op de neurale correlaten van gedrag, cognitie en emotie te onderzoeken. Helaas is CPT, waarbij water betrokken is, vaak onpraktisch om uit te voeren in studies met magnetische resonantie beeldvorming (MRI), tenzij voltooid vóór het invoeren van de MRI zelf. Gemorste water kan bijvoorbeeld een bedreiging vormen voor gevoelige en dure MRI-apparatuur(bijv. de hoofdspoel) en kan het MRI-signaal verstoren vanwege de hoge protondichtheid26. Aangezien onderzoek met CPT zich uitbreidt naar gebruik in neuroimaging-contexten, zijn wijzigingen in de traditionele CPT-procedure noodzakelijk. Daartoe wordt een alternatief voorgesteld – de cold pressor arm wrap (CPAW).
In plaats van handonderdompeling in ijskoud water, omvat het CPAW een arm wrap bestaande uit MRI-veilige gelpacs gekoeld tot een temperatuur vergelijkbaar met de traditionele CPT. Het kan worden bevestigd aan de onderarm en hand van een deelnemer, en kan gemakkelijk worden verwijderd op hun verzoek. Verder is CPAW veelzijdig in zijn samenstelling uit een eenvoudige verzameling gemeenschappelijke componenten. Het is belangrijk op te merken dat er extra veiligheidsproblemen zijn bij het gebruik van cpaw, omdat het mogelijk kan worden gekoeld tot een temperatuur die veel lager is dan vloeibaar water. Dat gezegd hebbende, deze kunnen worden verantwoord met minimale inspanning van de kant van de onderzoeker. De juiste opslag en het juiste gebruik van het CPAW zal worden aangetoond met speciale aandacht voor veiligheidsprotocollen.
In dit artikel werd een alternatief voor de traditionele koudeperstest gedemonstreerd – de koude persarmfolie. CPAW is een procedure die psychofysiologische en neuro-endocriene stressreacties produceert die vergelijkbaar zijn met de CPT. Specifiek werden robuuste toenames van SAM(d.w.z.sympathische ANS) activering en milde tot matige toename van HPA(d.w.z.cortisol) activiteit waargenomen. CPAW kan worden gemaakt op basis van een reeks algemeen gevonden componenten en dient als een levensvatbaar alternatief voor de traditionele (op water gebaseerde) CPT. Een bijkomend voordeel van CPAW is dat het gemakkelijk kan worden gebruikt in onderzoekscontexten waar het onpraktisch, zelfs onhaalbaar kan zijn om CPT(bijv. MRI) te gebruiken.
Zoals eerder vermeld, vereist CPAW aanvullende veiligheidsmaatregelen die verder gaan dan die welke verband houden met CPT. Uitsluitingscriteria (grotendeels gedeeld door CPT) moeten omvatten: koude urticaria, de ziekte van Reynaud, aneurysma, zwangerschap, voorgeschiedenis van hart- en vaatziekten, diabetes, chronische reumatologische aandoeningen en onbehandelde bloeddrukafwijkingen. Aangezien cpaw mogelijk kan worden gekoeld tot onveilige temperaturen onder die van vloeibaar water, is een strikte temperatuurmeting voorafgaand aan de toepassing van cruciaal belang om risico op letsel van de deelnemer te voorkomen. Aangezien het apparaat fysiek aan de arm van de deelnemer is bevestigd, is het van vitaal belang dat op verschillende punten duidelijk wordt gemaakt dat zij de procedure op elk gewenst moment op hun verzoek kunnen beëindigen. Verder moet de experimenteerder bereid zijn de procedure te beëindigen als de deelnemer in de problemen komt. De procedure vereist dus dat de onderzoeker op meerdere fronten waakzaam is.
Er zijn verschillende beperkingen bij het gebruik van CPAW. In het kader van MRI-onderzoek kan bijvoorbeeld een MRI met korte boring nodig zijn, omdat het mogelijk niet mogelijk is om cpaw aan een deelnemersarm te bevestigen in een MRI met lange boring. Dat gezegd hebbende, is het aanpassen van het CPAW voor gebruik op een voet of been haalbaar en zou het compatibel zijn met een opstelling met lange boringen. Titratie van de CPAW-temperatuur tot een zeer nauwkeurige temperatuur is ook moeilijk. Onderzoek wijst uit dat afwijkingen van zelfs 2 °C geassocieerd zijn met variaties in tolerantietijd en pijnclassificaties31. Om dit te voorkomen, wordt het gebruik van een vriezer die kan worden gekoeld tot een specifieke temperatuur geadviseerd. Bovendien wordt geadviseerd om een tweede CPAW beschikbaar te hebben als het apparaat meerdere keren achter elkaar wordt gebruikt (om te voorkomen dat het buiten de gewenste temperatuur wordt opgewarmd). Hoewel in de representatieve resultaten cpaw gebruik niet geassocieerd was met toename van de hoofdbeweging, moeten onderzoekers speciale aandacht besteden aan hoofdbeweging in de fMRI-instelling – vooral als CPAW wordt toegepast tijdens (in plaats van voorafgaand aan) fMRI-scanning. Hoewel subjectieve stressclassificaties, HPA- en SAM-activering suggereren dat CPAW een effectieve stressor is die vergelijkbaar is met de traditionele CPT, moet toekomstig onderzoek zich richten op een zorgvuldige vergelijking van de omvang van hpa- en SAM-activiteit met die welke wordt opgeroepen door de traditionele CPT en andere fysiologische indices(bijv. hartslag en bloeddruk).
The authors have nothing to disclose.
Bedankt aan Mauricio R. Delgado, Stephanie R. Potts en William T. McCuddy. De verwerving van de representatieve gegevens werd ondersteund door financiering van het National Institute on Drug Abuse to MRD (R01DA027764)
2 Cryo-Max Cold Packs (6 in x 12 in) | Modular Thermal Technologies | n/a | This is an example gelpac – others of a similar size would serve as well. |
Infrared Thermometer | Fisher Scientific | 02-401-1 | |
Biopac MP150 Data Acquisition System | Biopac Systems, Inc. | MP150 | |
Biopac GSR EDA Galvanic Skin Response Amplifier | Biopac Systems, Inc. | GSR100C | |
2 Biopac Unshielded Leads | Biopac Systems, Inc. | LEAD110A | |
2 Biopac disposable Electrodermal Electrodes | Biopac Systems, Inc. | EL507 | |
Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit | Salimetrics, LLC. | I-3002 | If assaying will not be conducted in-house, only collection supplies below are needed. |
Salimetrics Oral Swab | Salimetrics, LLC. | 5001.02 | |
Swab Storage Tube | Salimetrics, LLC. | 5001.05 |