Måltidstid som ett mått på orofacial nociceptiva svar hos gnagare

Summary

En förlängning av måltid varaktighet representerar orofacial nociceptive beteende hos gnagare liknar bevakning beteende hos människor med orofacial smärta. Att äta är ett beteende som inte kräver någon träning eller djurmanipulation, kräver när deltagande och konkurrerar inte med andra experimentellt inducerade beteenden, vilket skiljer denna analys från alternativa reflex- eller operamätningar.

Abstract

En förlängning av måltid varaktigheten kan användas för att mäta en ökning av orofacial mekaniska hyperalgesi har likheter med bevakning beteende hos människor med orofacial smärta. För att mäta måltidstid hålls obegränsade råttor kontinuerligt i ljuddämpade, datoriserade utfodringsmoduler i dagar till veckor för att registrera utfodringsbeteende. Dessa ljuddämpade kammare är utrustade med chow pellet dispensrar. Dispensern har ett pelletstråg med en fotobam placerad längst ner på tråget och när en gnagare tar bort en pellet från matartråget är denna stråle inte längre blockerad, vilket signalerar till datorn att släppa en annan pellet. Datorn registrerar datum och tid då pelletsen togs från tråget och från dessa data kan experimenteraren beräkna måltidsparametrarna. Vid beräkning av måltidsparametrar definierades en måltid baserat på tidigare arbete och fastställdes till 10 min (med andra ord när djuret inte äter på 10 minuter som skulle vara slutet på djurets måltid) fastställdes också den minsta måltidsstorleken till 3 pellets. Måltidens varaktighet, måltidsnummer, matintag, måltidsstorlek och mellanmålsintervall kan sedan beräknas av programvaran under vilken tidsperiod som operatören önskar. Av de utfodringsparametrar som kan beräknas har måltidens varaktighet visat sig vara en kontinuerlig icke-invasiv biologisk markör för orofacial nociception hos hanråttor och möss och honråttor. Måltidstidsmätningar är kvantitativa, kräver ingen träning eller djurmanipulation, kräver när deltagande och konkurrerar inte med andra experimentellt inducerade beteenden. Dessa faktorer skiljer denna analys från andra operant eller reflex metoder för att registrera orofacial nociception.

Introduction

Djurmodeller har använts för att studera smärta och nociception i samband med orofacial skada och eller inflammation^1,2, men brist på lämpliga djurmodeller resulterar i en ofullständig förståelse av mekanismerna. Även om nuvarande modeller hjälper oss att förstå olika mekanismer som är involverade i akut och kronisk orofacial smärta, finns det styrkor och svagheter i dessa djurmodeller.

Många modeller mäter beteendemässiga nociceptiva svar under korta varaktigheter. Ansiktsvård är ett känt beteendesvar efter förträngning av ansiktsnerver³. Andra studier mätte ansiktsgnidning med den ensidiga fram- eller bakplåten, liksom, flinching av huvudet efter administrering formalin injektioner i temporomandibular gemensamma (TMJ) eller^{läpp 4-7}. Huvuduttagsdynningar är en annan modell för att mäta nociceptivt beteende där en modifierad svanssnärt analgesimätare används för att kvantifiera det nociceptiva svaret(dvs. huvuduttag) efter applicering av värme på den rakade vibrissae-dynan hos en råtta⁸. Digastric och masseter muskelaktivitet har också registrerats som en korrelera av smärta efter glutamat injektioner i TMJ⁹. En annan studie har mätt förändringar i sömnparametrar för att bedöma nociceptiva svar hos han- och honråttor med en inflammerad TMJ, dessa parametrar inkluderade sömnfördröjning, snabb ögonrörelse (REM), procentandel av icke-REM-sömn och procentandel REM-sömn¹⁰. De flesta djurmodeller som mäter beteendemässiga nociceptiva svar använder en kort tidsram, dvs minuter till timmar per dag^11-14. Dessutom sker de flesta djurmodeller testning under ljusfasen och i ett nattligt djur, som en råtta, kan detta orsaka stress som kan förvirra de nociceptiva resultaten^15-18. Ovanstående analyser mäter nociceptivt svar i varierande orofaciala tillstånd men under kort varaktighet och kan därför endast användas för att studera akuta störningar. En alternativ analys har använt ansiktsuttryck som ett mått på nociception av måttlig varaktighet, men denna metodik kan vara subjektiv¹⁹.

För att utvärdera ihållande eller kronisk orofacial nociception har vissa använt appliceringen av en von Frey filament på ytan av huden för att bedöma mekanisk känslighet hos djur som utsätts för nervförträngning eller TMJ inflammation^3,20. Liverman et al. 2009 mätte abstinenssvar med graderade monofilament efter CFA-injektioner i massetermuskeln hos råttor ^21,22. Yamazaki et al. 2008 injicerade TMJ med CFA och sedan under 14 dagar kvantifierade nociceptiva beteenden på mekanisk eller värme eller kall stimulering som tillämpas över TMJ-regionen. Tyvärr innebär dessa nociceptiva beteendemässiga analyser djurbegränsning, som producerar stresshormoner, lärande eller alternativa beteenden som kan störa de uppmätta resultaten.

Modeller för att mäta nociception i tänder använder käken öppning reflex men denna metod kan vara opålitlig²³ eller oprecis²⁴. Elektromyografisk aktivitet har använts för att mäta tandciception²⁵, men denna metod kräver vanligtvis att djuret är medvetslöst, även om i en studie tand nociception undersöktes i fritt rörliga råttor²⁶. År 2008 studerade Khan förhållandet mellan tandciception och masticatory funktion med hjälp av en känslig^{stammätare 27} men denna bit varaktighet modell kräver att hålla djuret från normal aktivitet ²⁸. Bettkraft är ett tillförlitligt mått på tandsmärta hos människor men eftersom råttor kräver träning och/ eller återhållsamhet för att mäta bettkraft införs en källa till stress som kan producera fynd med tvivelaktig fysiologisk betydelse^29-31

Vissa begränsningar av återhållsamhet och stress kan övervinnas genom att använda en operant design för att bedöma nociceptiva beteenden. En operant modell använder undvikande av en obekväm temperatur för att utvärdera och karakterisera orofacial nociception^32-35. Denna belöningskonfliktmodell är baserad på en belöning av sötad mjölk för att inducera gnagaren att frivilligt placera sitt ansikte mot en uppvärmd eller kyld termisk sond^34,36. Testet kräver dock djurträning, men en styrka i analysen är att data samlas in på ett automatiserat sätt.

Ännu en djurmodell använde nociception-inducerad gnagande dysfunktion som ett index för orofacial nociception³⁷. Gnagaren är dock begränsad till ett rör och dess enda flykt är att gnaga genom en dowel för att gå ut. En fördel med denna modell är att den mäter käkfunktionen efter akut eller kronisk käkskada hos möss. Gnagaren är dock begränsad, vilket lägger till ett förvirrande alternativt konkurrerande beteende, det vill säga flykt, vilket skulle vara stressande och därmed kan påverka nociception-analysresultaten.

Måltidstid har använts för att mäta nociception hos djur med TMJ^{artrit 38-41,}tandmassa^{exponering 42}, och muskelskador⁴³. En gnagare som upplevde orofacial nociception åt långsammare efter att djuret initierat en måltid. Patienter som upplever TMJ smärta tar också längre tid att tugga sin mat och cykellängden förkortas när TMJ smärta minskas^44-46. Förlängningen av måltidens varaktighet när TMJ smärta är närvarande förväntas vara ett “skyddande beteende”, operativt definierat som nociceptivt beteende⁴⁷.

Måltidstid mäter TMJ nociception med en icke-invasiv metod i upp till 19 dagar hos han- och honråttor och 6 dagar (längsta testade period) hos hanmöss och kan beskrivas som en biologisk markör för nociception^38-41. Till stöd för att måltidens varaktighet mäter nociceptiva svar kan nociception minskas genom farmakologisk intervention som gör att djurets måltidstid återgår till normala^38,40,41. Detta bekräftades också när nociceptiva nervceller förstördes med kapsaicin; efter nerv förstörelse djuren måltid varaktighet ökades inte efter injektion av CFA i TMJ 40.

Nedan är protokollet om hur man får och statistiskt analyserar måltidstidsdata.

Protocol

I denna modell fick råttorna eller mössen mat och vatten ad libitum. Texas A&M University Baylor College of Dentistry Institutional Animal Care and Use Committee godkände alla experimentella protokoll. Nedan visas specifika inställningar i italik och används specifikt för råtta TMJ artrit modell. Möss kan också användas i denna modell och alternativ tandsmärta och myogen orofacial smärta djurmodeller kan också användas42,43. 1. Programvaruinställningar …

Representative Results

Måltidens varaktighet är en beteendekorrelett av orofacial smärta och måltidstid mätningar har tillämpats på djur med TMJ artrit (figur 2) och karies (Figur 3). I ett experiment hade råttor TMJ artrit efter att ha administrerat en hög dos på 250 mg CFA och denna behandling inducerade en signifikant ökning av måltidstiden i 19 dagar (figur 2). En lägre dos cfa (10 mg) injiceras i varje TMJ led producerade en mindre ökning av måltid varaktigheten för endast…

Discussion

TMJ patienter med orofacial smärta rapportera ökad smärta med ökad tuggningstid, så att tuggcykeln förlänger ju längre individen har^{tuggat 45,53-56}. Vår beteendemässiga analys möjliggör liknande tester hos råttor och möss vid mätning av måltidstid³⁹. En nyligen opublicerad studie föreslog att von Frey filament testning hade större känslighet än måltid varaktighet mätningar, visar en betydande förändring under en längre period men von Frey filament testning kan ha en reflex s…

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