Una alternativa a la prueba tradicional de prensado en frío: La envoltura del brazo de pressor frío

Resumen

La prueba de presión fría es una tarea clásica de inducción de estrés utilizada en una amplia gama de investigaciones que examinan la relación entre el estrés y la cognición, la emoción y el comportamiento. En este artículo, se presenta una alternativa práctica y versátil a la prueba tradicional de presores en frío: la envoltura del brazo del presor frío.

Resumen

Recientemente, la investigación sobre la relación entre el estrés y la cognición, la emoción y el comportamiento ha aumentado considerablemente. Estos avances han arrojado información sobre cuestiones importantes que van desde la naturaleza de la influencia del estrés en la adicción¹ hasta el papel del estrés en los cambios neuronales asociados a las alteraciones en la toma de decisiones^2,3. Sin embargo, a medida que evolucionan los temas que examina el campo, también deben evolucionar las metodologías involucradas. En este artículo se presenta una alternativa práctica y eficaz a una técnica clásica de inducción de estrés, la prueba de presión en frío (CPT): la envoltura de brazo de presor frío (CPAW). El CPT típicamente implica la inmersión de la mano dominante de un participante en agua helada durante un período de tiempo^4. La técnica se asocia con la activación robusta del eje simpatioso-adrenomedular (SAM) (y la liberación de catecolaminas; por ejemplo, adrenalina y noradrenalina) y la activación leve a moderada del eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal (HPA) con la liberación glucocorticoide asociada(por ejemplo, cortisol). Si bien el CPT se ha utilizado en una amplia gama de estudios, puede ser poco práctico aplicarlo en algunos entornos de investigación. Por ejemplo, el uso de agua durante, en lugar de antes de, la resonancia magnética (RMN) tiene el potencial de dañar equipos sensibles y costosos o interferir con la adquisición de la señal de RMN. El CPAW es una alternativa práctica y efectiva al CPT tradicional. Compuesto por una lista versátil de componentes baratos y de fácil adquisición, el CPAW hace uso de gelpacs seguros para MRI enfriados a una temperatura similar a CPT en lugar de agua real. Es importante destacar que cpaw se asocia con niveles de activación de SAM y HPA comparables a CPT, y se puede aplicar fácilmente en una variedad de contextos de investigación. Si bien es importante mantener protocolos de seguridad específicos cuando se usa la técnica, estos son fáciles de implementar si se planea. Se discutirá la creación y el uso del CPAW.

Introducción

La exposición al estrés se asocia con la activación de dos sistemas biológicos sensibles al estrés: los ejes hipotalámico-hipofisario-suprarrenal (HPA) y simpático-adrenomedular (SAM)^5. Cuando la tensión está de suficiente intensidad interrumpir el equilibrio homeostático de un organismo, el SAM acciona rápidamente actividad creciente en la rama comprensiva del sistema nervioso autónomo (ANS). Esto se asocia con la liberación de catecolaminas(por ejemplo, adrenalina y noradrenalina; CA) de la médula suprarrenal y de los terminales simpáticos del nervio. El aumento de los niveles de estas sustancias químicas excitatorias se asocia con elevaciones en la frecuencia cardíaca y la presión arterial que caracterizan la respuesta clásica de "lucha o huida"^6. Aunque la activación posterior del ANS parasimpático eventualmente inhibirá esta excitación, las neuronas CA ascendentes que interactúan con las estructuras del tronco encefálico contribuyen a una activación más lenta de hpa a través del hipotálamo y la eventual liberación de glucocorticoides(es decir, cortisol en humanos) de la corteza suprarrenal^7. Comprender la relación entre la modalidad de estrés y la dinámica específica de la respuesta al estrés en sí será fundamental a medida que avance la investigación sobre la relación entre el estrés y los correlatos neuronales de varios procesos psicológicos(por ejemplo, memoria, aprendizaje y toma de decisiones).

Se han desarrollado múltiples tareas de inducción de estrés para su uso en la investigación de laboratorio. En general, estos pueden clasificarse como sistémicos(es decir,que representan una respuesta reflexiva a una amenaza directa al equilibrio homeostático) o procesivos/psicógenos (es decir, que requieren procesamiento y evaluación del cerebro anterior antes de la participación en la respuesta al^{estrés) 8.} En particular, estas dos modalidades de estrés distintas Fare se asociaron con patrones diferenciales de activación de SAM y HPA. La prueba de presión fría (CPT) es un medio común y bien validado de inducir estrés sistémico que implica la inmersión de la mano dominante de un individuo en agua helada (típicamente entre 0-5 °C) durante un período de tiempo^4,9,10. CPT se ha utilizado en una amplia gama de investigaciones que examinan la influencia del estrés en la memoria^11-13,el aprendizaje¹⁴y la toma de decisiones^15-17. Los estudios que utilizan CPT como medio de inducción de la tensión, sin embargo, han rendido resultados mezclados en términos de reactividad del cortisol. En general, se han observado aumentos de cortisol leves a moderados después de la CPT^13,18,19,aunque la activación del SAM es robusta y confiable^4,20. Por el contrario, los estresores de laboratorio procesivos como la Trier Social Stress Task (TSST)^21,22,durante la cual los participantes dan un discurso de 5 minutos seguido de 5 minutos de aritmética mental mientras son observados y/o grabados en video, se han asociado con aumentos de dos a tres veces en el cortisol^23.

Para maximizar la activación de SAM y HPA, algunos investigadores han adoptado el enfoque de combinar CPT con componentes evaluativos sociales similares a los presentes en el TSST. Por ejemplo, en la prueba de prensa fría socialmente evaluada (SECPT) se les pide a los participantes que realicen un CPT tradicional mientras son grabados en video y observados por un experimentador²⁴. Del mismo modo, la prueba de resistencia aguda de Maastricht integra la SECPT con los componentes de oratoria y aritmética mental del TSST^25. Mientras que estos acercamientos representan un paso adelante significativo en la investigación de la tensión sigue siendo importante examinar el específico, y potencialmente disociable, influencia de la activación del SAM y de HPA en los correlativos de los nervios del comportamiento, de la cognición, y de la emoción. Desafortunadamente, la CPT, que involucra agua, a menudo no es práctica para realizar en estudios que involucran imágenes de resonancia magnética (RMN) a menos que se complete antes de la entrada en la RMN en sí. Por ejemplo, el agua derramada puede ser una amenaza para los equipos de RMN sensibles y costosos(por ejemplo, la bobina de la cabeza) y puede interferir con la señal de RMN debido a su alta densidad de protones²⁶. Por lo tanto, a medida que la investigación que involucra CPT se expande hacia el uso en contextos de neuroimagen, son necesarias modificaciones al procedimiento tradicional de CPT. Con ese fin, se propone una alternativa: la envoltura del brazo de presor en frío (CPAW).

En lugar de la inmersión de la mano en agua helada, el CPAW implica una envoltura de brazo compuesta de gelpacs seguros para RESONANCIA MAGNÉTICA enfriados a una temperatura similar a la CPT tradicional. Se puede unir al antebrazo y la mano de un participante, y se retira fácilmente a petición suya. Además, CPAW es versátil en su composición a partir de una simple colección de componentes comunes. Es importante tener en cuenta que existen problemas de seguridad adicionales en el uso de CPAW, ya que potencialmente se puede enfriar a una temperatura mucho más baja que el agua líquida. Dicho esto, estos se pueden explicar con el mínimo esfuerzo por parte del investigador. El almacenamiento y el uso adecuados del CPAW se demostrarán prestando especial atención a los protocolos de seguridad.

Protocolo

1. Creación de CPAW

Nota: el CPAW es versátil en sus componentes y construcción. Si bien este protocolo representa el enfoque adoptado por el autor, son posibles enfoques alternativos.

1. Coloque de dos a tres piezas de Velcro (cada una de aproximadamente 4 en x 1 pulgada) a cada uno de los dos gelpacs (6 en x 12 de tamaño) utilizando cemento de goma, igualmente espaciado. Deje secar las 24 horas.
2. Obtenga un pedazo de tela gruesa de aproximadamente 12 en x 16 en tamaño, doble por la mitad longitudinalmente. El ejemplo 6 en x 12 en gelpacs se ejecutará longitudinalmente a lo largo de cada mitad interna de la tela doblada.
3. Coloque el lado complementario de cada pieza Velcro (del paso 1.1) en los lados internos de la tela, espaciados para que coincidan con la colocación de la Velcro en los gelpacs. Se puede utilizar cemento de goma o aguja e hilo. Esto permitirá que los gelpacs se retiren fácilmente para su limpieza y se vuelva a colocar para su almacenamiento.
4. Obtenga dos piezas más grandes de Velcro (aproximadamente 2 en x 10 pulgadas). separar. Corte un lado a aproximadamente un cuarto de su tamaño original (y deseche el resto) mientras mantiene el otro en el tamaño original de 2 en x 10.
5. Coloque el pequeño trozo de Velcro en la parte delantera y posterior de la parte exterior de la tela en el mismo lado. Finalmente, coloque la parte más larga de la Velcro en las ubicaciones análogas en la parte exterior del lado opuesto de la tela. Después de que esto se complete, debería ser posible envolver la tela alrededor del antebrazo y la mano y sujetarlo en su lugar usando las correas Velcro.

2. Uso de CPAW y precauciones de seguridad

1. Informe a los participantes en los estudios que usan CPAW varias veces, durante el consentimiento y antes de la administración de CPAW, que son libres de retirar y finalizar el procedimiento en cualquier momento. Se recomiendan tres declaraciones de retiro discretas. Además, prepárese para terminar el procedimiento si el participante se angustia.
2. Ejemplo de texto instructivo: "En este estudio, podemos pedirle que participe en un procedimiento de estrés que consiste en colocar una envoltura de brazo hecha de gelpacs fríos en su brazo durante un período de tiempo. La envoltura está diseñada para ser estresante, y por lo tanto será muy incómoda. Es importante que entienda que es su derecho terminar el procedimiento y experimentar en cualquier momento y por cualquier razón, ya sea que la envoltura del brazo esté actualmente en su brazo o no. Para hacer esto una vez en la resonancia magnética, puede decirme verbalmente, puede patear su pie vigorosamente, o si es necesario puede usar la bola de apretón de emergencia que le daremos. ¿Entiendes? ¿Estás dispuesto a continuar?". A partir de entonces, se aconseja que se recuerde al participante dos veces más antes de la resonancia magnética con la declaración, "Recuerde, vamos a quitar la envoltura del brazo y terminar el experimento a petición suya en cualquier momento".
3. Guarde el CPAW en un congelador con una temperatura cuidadosamente monitoreada. Si el congelador no puede acosar a una temperatura específica(por ejemplo, entre 0-5 °C) y está por debajo de 0 °C, deje tiempo para que el CPAW se caliente a una temperatura segura (no menos de 0 °C) después de retirarlo del almacenamiento. De lo contrario, existe la posibilidad de que un participante experimente una quemadura por frío.
4. Antes de emplear CPAW, cubra los gelpacs con una capa de láminas de plástico para evitar el contacto directo entre los gelpacs y la piel del participante. Mida la temperatura superficial de cada gelpac (cubierto por las láminas de plástico) utilizando un termómetro infrarrojo en dos o tres ubicaciones a lo largo de su longitud para garantizar una temperatura segura. Si la temperatura es demasiado baja, deje pasar tiempo adicional y mida de nuevo.
5. Cuando se alcance la temperatura deseada, envuelva el CPAW alrededor del antebrazo de los participantes y aprehéndolo a mano en su lugar con las correas de Velcro antes mencionadas. Deje el CPAW en su lugar durante el período de tiempo deseado (se recomienda 2 min). Quítelo inmediatamente después de la solicitud del participante o después de que haya transcurrido ese tiempo.

Resultados

La CPAW se ha utilizado en un estudio publicado previamente que examina la influencia del estrés agudo en el procesamiento de recompensas neuronales, mientras que los participantes se sometieron a una resonancia magnética funcional^27. Treinta y dos participantes (16 hembras, 16 varones; edad media = 23,41 años, años del SD = 4,07) fueron asignados aleatoriamente entre-temas a un CPAW o a ningún grupo de control de la tensión (un abrigo del brazo integrado por las toallas en la temperatura ambiente). Una muestra salival del cortisol de la línea de fondo fue adquirida al principio del protocolo seguido por el uso de CPAW (o de ningún control de la tensión) por el minuto 2, después de lo cual una tarea del comportamiento de 10 minutos fue realizada. Después de la primera tarea del comportamiento, este patrón repetido - una segunda muestra de la saliva fue adquirida, seguida por CPAW (o ningún control de la tensión) por 2 minutos, y una segunda tarea del comportamiento del minuto 10. Una tercera muestra de la saliva fue adquirida después de la segunda tarea del comportamiento. En un cuestionario post-experimental, se les pidió a los participantes que informaran calificaciones subjetivas del estrés percibido, incluida la forma en que la envoltura del brazo los hizo sentir (de bueno a malo) y qué tan estresante fue la experiencia (de alta a baja) en una escala likert de 7 puntos.

Comparado al grupo sin la tensión, los participantes que experimentaron CPAW divulgaron la envoltura del brazo como sensación perceptiblemente más estresante, t(30) = 3,46, p< 0,01, d = 1,22, y como sensación perceptiblemente peor, t(30) = 4,42, p< 0,001, d = 1,56. Excluyeron a tres participantes del análisis salival del cortisol, uno debido a las muestras corrompidas y dos debido a una inhabilidad de recoger muestras durante el experimento. Así, los análisis finales del cortisol fueron conducidos en 29 de los 32 participantes (13 ningún control de la tensión, 16 CPAW). El área bajo la curva con respecto al aumento (AUC_I)se calculó utilizando el método trapezoidal para ambos grupos (ver Tabla 1 para el cortisol salival medio de cada muestra por grupo experimental en nmol/L)^28. Una prueba t independiente de una cola entre el grupo sin control de estrés y el grupo CPAW AUC_I indicó un aumento significativo en el cortisol salival para el grupo CPAW, t(27) = 1,78, p< 0,05, d = 0,69 (Ver Figura 1). Solamente dos participantes exhibieron el movimiento principal en exceso de un voxel(es decir.3 milímetros), pero ambos estaban en el grupo sin la tensión. Ningún participante se retiró del estudio debido a la exposición al CPAW. El análisis preliminar de un conjunto de datos adicional proporciona apoyo convergente para la eficacia de cpaw en términos de activación de SAM(es decir, conductancia de la piel)²⁹. Veintiocho participantes (14 hembras, 14 varones; edad media = 21,18 años, años del SD = 2,97) realizaron ninguna envoltura del brazo del control de la tensión (como arriba) por el minuto 2 seguido por una tarea del comportamiento de 15 minutos. Después de esto, realizaron el CPAW durante 2 minutos, seguido de una segunda tarea conductual de 15 minutos (todos dentro de los sujetos). Los niveles de conductancia de la piel (SCL) se midieron durante cada una de las exposiciones de envoltura del brazo (sin control de estrés y luego CPAW) utilizando un módulo BIOPAC y se analizaron utilizando el software AcqKnowledge. La forma de onda SCL promedio de cada envoltura de brazo de 2 minutos se calculó (en microsiemens, μs) y se normalizó utilizando una transformación de raíz cuadrada^30. Una prueba t emparejada indicó SCL significativamente elevado durante la exposición a CPAW por encima del control sin tensión, t(27) = 5,49, p< .001, d = .65 (ver Figura 2).

Tabla 1. Niveles salivales malos del cortisol en nmol/L en la línea de fondo, después del funcionamiento 1 de la tarea, y después del funcionamiento 2 de la tarea para CPAW y ningún grupo de control de la tensión (± SEM). Adaptado de Porcelli et al. ²⁷ con permiso. Haga clic aquí para ver la imagen más grande. 

Figura 1. Área salival de cortisol bajo la curva con respecto al aumento (AUC_I)para CPAW y sin grupos de control de estrés. Los valores negativos del AUC_I, que indican una disminución neta del cortisol salival, fueron retenidos como un "índice de disminución"^28. Adaptado de Porcelli et al. ²⁷ con permiso. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 2. Niveles medios de conductancia de la piel transformados de raíz cuadrada (en microsiemens; μs) durante cpaw o sin envoltura de brazo de control de estrés. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Discusión

En este artículo se demostró una alternativa a la prueba tradicional de presor en frío: la envoltura del brazo de presor frío. Cpaw es un procedimiento que produce respuestas psicofisiológicas y neuroendocrinas de la tensión comparables al CPT. Específicamente, los aumentos robustos en la activación del SAM(es decir.ANS comprensivo) y los aumentos suave-a-moderados en hpa(es decircortisol) actividad fueron observados. Cpaw se puede crear a partir de una gama de componentes comúnmente encontrados, y sirve como una alternativa viable a la tradicional (a base de agua) CPT. Una ventaja adicional de CPAW es que se puede emplear fácilmente en contextos de investigación donde podría ser poco práctico, incluso inviable, para utilizar CPT(por ejemplo, MRI).

Como se mencionó anteriormente, cpaw requiere precauciones de seguridad adicionales más allá de los asociados con CPT. Criterios de exclusión (en gran parte compartido por CPT) deben incluir: urticaria fría, enfermedad de Reynaud, aneurisma, embarazo, antecedentes de enfermedad cardiovascular, diabetes, enfermedad reumatológica crónica, y anomalías de la presión arterial no tratada. Dado que el CPAW puede potencialmente enfriarse a temperaturas inseguras por debajo del agua líquida, la medición estricta de la temperatura antes de la aplicación es fundamental para evitar el riesgo de lesiones en los participantes. Como el aparato está físicamente sujeto al brazo del participante, es vital que se aclare en varios puntos que puede finalizar el procedimiento en cualquier momento a petición suya. Además, el experimentador debe estar preparado para terminar el procedimiento si el participante se angustia. Por lo tanto, el procedimiento requiere que el investigador esté atento en múltiples frentes.

Existen varias limitaciones en el uso de CPAW. Por ejemplo, en el contexto de los estudios de RMN, puede ser necesaria una RMN de corto diámetro, ya que la sujeción de cpaw a un brazo de los participantes podría no ser posible en una resonancia magnética de largo diámetro. Dicho esto, la adaptación de CPAW para su uso en un pie o una pierna es factible y sería compatible con una configuración de largo diámetro. La titulación de la temperatura cpaw a una temperatura de alta precisión también es difícil. La investigación indica que las desviaciones de incluso 2 °C están asociadas con variaciones en el tiempo de tolerancia y las calificaciones de dolor³¹. Para evitar esto, se recomienda el uso de un congelador que se pueda enfriar a una temperatura específica. Además, se recomienda tener un segundo CPAW disponible si el dispositivo se empleará varias veces en estrecha sucesión (para evitar que se caliente más allá de la temperatura deseada). Aunque en los resultados representativos, el uso de CPAW no se asoció con aumentos en el movimiento de la cabeza, los investigadores deben prestar especial atención al movimiento de la cabeza en el entorno de fMRI, especialmente si se está aplicando CPAW durante (en lugar de antes) de la exploración de fMRI. Mientras que las calificaciones subjetivas de estrés, HPA y la activación de SAM sugieren que cpaw es un factor de estrés eficaz comparable a la CPT tradicional, la investigación futura debe centrarse en la comparación cuidadosa de la extensión de la actividad de HPA y SAM con la evocada por el CPT tradicional, así como otros índices fisiológicos(por ejemplo, la frecuencia cardíaca y la presión arterial).

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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