Оценка сенсорных порогов у собак с использованием механического и горячего термического количественного сенсорного тестирования

Резюме

В этой работе описывается стандартный протокол для механического и горячего теплового количественного сенсорного тестирования для оценки соматосенсорной системы у собак. Сенсорные пороги измеряются с помощью электронного анестезиометра фон Фрея, альгометра давления и термода с горячим контактом.

Аннотация

Количественное сенсорное тестирование (QST) используется для оценки функции соматосенсорной системы у собак путем оценки реакции на приложенные механические и тепловые раздражители. QST используется для определения сенсорных порогов нормальных собак и оценки изменений периферических и центральных сенсорных путей, вызванных различными болезненными состояниями, включая остеоартрит, травму спинного мозга и разрыв крестообразной связки черепа. Механические сенсорные пороги измеряются электронными анестезиометрами фон Фрея и альгометрами давления. Они определяются как сила, с которой собака проявляет реакцию, указывающую на сознательное восприятие стимула. Горячие тепловые сенсорные пороги представляют собой задержку для ответа на фиксированный или усиленный температурный стимул, применяемый контактным термодом.

Следование последовательному протоколу выполнения QST и внимание к деталям тестовой среды, процедуры и отдельных субъектов исследования имеют решающее значение для получения точных результатов QST для собак. Протоколы стандартизированного сбора данных QST у собак подробно не описаны. QST следует выполнять в тихой, свободной от отвлекающих факторов обстановке, удобной для собаки, оператора QST и дрессировщика. Обеспечение того, чтобы собака была спокойна, расслаблена и правильно расположена для каждого измерения, помогает вырабатывать надежные, последовательные реакции на стимулы и делает процесс тестирования более управляемым. Оператор QST и дрессировщик должны быть знакомы и чувствовать себя комфортно при обращении с собаками и интерпретации поведенческих реакций собак на потенциально болезненные раздражители, чтобы определить конечную точку тестирования, снизить стресс и обеспечить безопасность в процессе тестирования.

Введение

Количественное сенсорное тестирование (QST) оценивает реакции, вызванные внешними стимулами; Он используется для оценки функции соматосенсорной системы у людей и животных¹. Механические стимулы в виде точечного давления или глубокого давления применяются в качестве усиленного стимула. Сенсорный порог определяется как сила, вызывающая психофизическую реакцию¹. Горячие или холодные тепловые стимулы можно использовать в качестве усиленного стимула или в качестве стимула фиксированной интенсивности. Сенсорный порог определяется как температура, при которой возникает реакция, или задержка реакции на стимул. Сенсорные пороги точечного давления измеряются с помощью электронных анестезиометров фон Фрея или волосяных нитей фон Фрея, глубокое давление измеряется с помощью портативных альгометров давления, а тепловые сенсорные пороги определяются с помощью различных контактных термодных систем.

QST предоставляет информацию о функционировании как периферических, так и центральных сенсорных путей и может быть использован для оценки изменений в этих сенсорных путях (алгоритмичность) при различных патологических процессах, особенно тех, которые вызывают хроническую боль¹. Тельца Мейснера обнаруживают точечное давление, и ощущение передается афферентными волокнами Aβ на безвредных уровнях и афферентными волокнами Aδ, когда стимул имеет вредную интенсивность ^1,2. Глубокое давление обнаруживается тельцами Пачини и передается афферентными волокнами С, вредное тепло обнаруживается тельцами Руффини и передается афферентными волокнами Аδ и С, а вредный холод обнаруживается тельцами Краузе и передается афферентными волокнами^{С 1,2}. QST может быть использован для обнаружения как ингибирования (снижение чувствительности, гипестезия), так и облегчения (повышенная чувствительность, гиперестезия) этих рецепторов и путей. У собак QST использовался для оценки изменений сенсорных порогов, вторичных по отношению к острому повреждению спинного мозга 3,4,5, пороку развития Киари и сирингомиелии⁶, разрыву крестообразной связки черепа ^5,7 и остеоартриту (ОА)^8,9,10. Кроме того, в некоторых исследованиях использовали QST для оценки облегчения боли, обеспечиваемого некоторыми анальгетиками 6,11,12,13 и хирургическими процедурами ¹⁴. Эти исследования дали важную информацию о механизмах болевых ощущений у собак, таких как данные о периферической и центральной сенсибилизации после операции и заболеваниях, вызывающих хронические болевые состояния, такие как разрыв крестообразной связки черепа и ОА. Эта информация может помочь улучшить обнаружение и лечение боли у собак.

Валидационные исследования механического и горячего термического QST у собак показали хорошую осуществимость, повторяемость и надежность результатов QST с течением времени у нормальных собак и собак с хронической болью от OA 8,9,15,16. Тем не менее, несколько исследований обнаружили плохую повторяемость и надежность холодного теплового и иногда фон Фрея QST 1,15,17. В этих исследованиях использовалось другое оборудование и методология, но были предоставлены доказательства того, что механическая и горячая тепловая QST является точным полуколичественным методом измерения сенсорных порогов у собак. Тем не менее, внимание к точным деталям, включая настройку измерений, имеет решающее значение для оптимизации QST у собак, что требует стандартизированного протокола для QST. Sanchis-Mora et al. подробно описали протокол сенсорного порогового обследования (STEP) для механического, горячего и холодного теплового QST, но столкнулись с трудностями у собак, не реагирующих на холодную тепловую QST или самую высокую граммовую силу филамента фон Фрея, используемую в исследовании¹⁷. Следующий протокол обеспечивает стандартный метод механического и горячего термического QST у собак; Этот протокол может оценить сенсорные пороги у нормальных собак или собак с различными болезненными процессами, влияющими на соматосенсорную систему. Разработка стандартизированных протоколов может позволить сравнивать результаты исследований и мета-анализов данных для повышения полезности QST в ветеринарии.

протокол

Все процедуры были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Университета штата Северная Каролина.

1. Обустройство комнаты и акклиматизация предмета исследования

1. Выполняйте QST в специально отведенном месте, где достаточно места для комфортного передвижения оператора QST, дрессировщика и собаки любого роста. Сведите к минимуму потенциальные слуховые и визуальные отвлекающие факторы и используйте машину с белым шумом, чтобы блокировать окружающий звук.
2. Положите на пол большой коврик для йоги или аналогичную набивку, чтобы собаки чувствовали себя комфортно в боковом положении лежа во время тестирования.
3. Дайте собаке не менее 10 минут, чтобы она могла свободно исследовать и акклиматизироваться в комнате и чувствовать себя комфортно с оператором QST и дрессировщиком. Предлагайте пресную воду ad libitum в комнате и время от времени давайте награды за еду.
4. Рандомизируйте место тестирования (слева или справа) путем подбрасывания монеты. Обрежьте участок меха размером примерно 2 х 4 см, сосредоточенный вокруг пространства между дорсальной поверхностью третьей и четвертой плюсневых костей на полпути между плюсневым суставом и плюснефаланговым суставом. Закрепите участок меха размером примерно 1 х 2 см на латеральном переднебрахиуме проксимальнее переднезапястного сустава над локтевой костью.

2. Электронный анестезиометр фон Фрея

1. Настройка прибора
   1. Аккуратно приложите жесткий наконечник фон Фрея 0,9 мм к тензодатчику и убедитесь, что тензодатчик надежно ввинчен в наконечник. Подключите шнур от наконечника к записывающему устройству через канал M0 (рис. 1A,B).
   2. Включите записывающее устройство и нажмите кнопку MAX , чтобы устройство записало и отобразило максимальное усилие, достигнутое, когда собака реагирует на приложенный стимул (рис. 1C).
   3. Обнулите прибор, нажав кнопку CLR .
2. Сбор данных
   1. Поместите собаку в боковое лежачее положение для измерения порогов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Собаки помещаются в правое боковое лежачее положение для измерения порогов на левых конечностях или в левое боковое лежачее положение для измерения порогов на правых конечностях. Если собака не будет добровольно лежать в боковом лежачем положении при получении словесных сигналов, оператор QST и дрессировщик могут вручную уложить собаку в боковое лежачее положение.
   2. Применяйте минимальное или умеренное сдерживание по мере необходимости, чтобы поддерживать собаку в боковом положении лежа и относительно неподвижно.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обработчик выполняет этот шаг.
   3. Применяйте стимул, как только собака успокоится и расслабится, а тестируемая конечность разгибается не менее чем на 70%. Обеспечьте мягкую ручную поддержку тестируемой конечности, чтобы удержать конечность от пола, и обеспечьте стабильную опору, чтобы приложить силу, не мешая собаке вытащить конечность.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор QST выполняет этот шаг.
   4. Нанесите наконечник фон Фрея перпендикулярно коже исследуемой области. Если собака проявляет рефлекторные движения (например, подергивание лапы или отвод конечности перед применением силы) от ощущения наконечника фон Фрея на коже, позвольте собаке снова расслабить конечность, прежде чем повторно наносить наконечник фон Фрея. Сделайте измерение, когда кожа не вызывает рефлекторных движений, применив наконечник фон Фрея.
   5. Прикладывайте неуклонно увеличивающуюся силу наконечником фон Фрея (~ 20 г / сек) до тех пор, пока собака не отнимет конечность, не издаст звук, не повернется, чтобы посмотреть на стимул, или не продемонстрирует другие движения или поведенческие реакции, которые указывают на сознательное восприятие стимула. Уберите раздражитель, когда собака отнимет конечность или достигнет максимальной силы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Не превышайте 1,000 г силы.
   6. Запишите максимальное приложенное усилие, отображаемое на записывающем устройстве.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если достигается предохранительное пределовое значение в 1 000 г силы, то 1 000 г регистрируется в качестве сенсорного порога, и отмечается, что до предохранительного отключения не было никакой реакции.
   7. Повторите измерения в общей сложности в течение пяти испытаний, оставляя 1 минуту между каждым измерением (межпробный интервал). Обнуляйте прибор между каждым шагом, нажимая кнопку CLR .
      1. Позвольте собаке оставаться в боковом положении лежа в межпробных интервалах, если она остается относительно спокойной и расслабленной, без каких-либо ограничений или с минимальным ограничением. В противном случае позвольте собаке сидеть, стоять или перемещаться по комнате QST, чтобы поддерживать ее комфорт. Поместите собаку обратно в боковое лежачее положение перед последующим измерением.
   8. Запишите оценку осуществимости от 0 до 5, чтобы указать легкость, с которой были собраны данные.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оценки осуществимости следующие: 0 = отсутствие проблем, 1 = легкая сложность, 2 = умеренная сложность, 3 = значительная сложность, 4 = чрезвычайно сложная, 5 = невозможная. Рубрика, используемая для присвоения оценок осуществимости, представлена в таблице 1.
   9. Дайте собаке 5-минутный перерыв, прежде чем начинать измерения с помощью тупого измерительного альгометра давления.

3. Алгометр давления с тупым зондом

1. Настройка прибора
   1. Убедитесь, что маленький тупой щуп надежно ввинчен в устройство (рис. 2A).
   2. Включите записывающее устройство и нажмите кнопку MAX , чтобы продолжить, когда появится запрос на экране. Нажимайте кнопку UNIT до тех пор, пока единица измерения не отобразится в граммах (g) в верхней части экрана (рис. 2B).
   3. Обнулите прибор, нажав кнопку ZERO .
2. Сбор данных
   1. Поместите собаку в боковое лежачее положение для измерения порогов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Собаки помещаются в правое боковое лежачее положение для измерения порогов на левых конечностях или в левое боковое лежачее положение для измерения порогов на правых конечностях. Если собака не будет добровольно лежать в боковом лежачем положении при получении словесных сигналов, оператор QST и дрессировщик могут вручную уложить собаку в боковое лежачее положение.
   2. Применяйте минимальное или умеренное сдерживание по мере необходимости, чтобы поддерживать собаку в боковом положении лежа и относительно неподвижно.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обработчик выполняет этот шаг.
   3. Применяйте стимул, как только собака успокоится и расслабится, а тестируемая конечность разгибается примерно на 70%. Обеспечьте мягкую ручную поддержку испытуемой конечности, чтобы конечность не отрывалась от пола, и обеспечьте стабильную опору для приложения силы, не мешая собаке вытаскивать конечность.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор QST выполняет этот шаг.
   4. Нанесите тупой зонд перпендикулярно коже исследуемой области (рис. 2C). Если собака проявляет рефлекторные движения (например, подергивание лапы или отвод конечности перед применением силы) от ощущения тупого зонда на коже, позвольте собаке снова расслабить конечность, прежде чем повторно наносить тупой зонд. Проводите измерение, когда прикладывание тупого зонда к коже не вызывает рефлекторных движений.
   5. Прикладывайте неуклонно увеличивающуюся силу с помощью зонда (~ 20 г / с) до тех пор, пока собака не отнимет конечность, не издаст звук, не повернется, чтобы посмотреть на стимул, или не продемонстрирует другие движения или поведенческие реакции, которые указывают на сознательное восприятие стимула. Уберите раздражитель, когда собака отнимет конечность или достигнет максимального усилия.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Не превышайте 2,500 g силы.
   6. Запишите максимальное приложенное усилие, отображаемое на записывающем устройстве.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если достигается предохранительное пороговое значение в 2 500 г силы, то 2 500 г регистрируется в качестве сенсорного порога, и отмечается, что до безопасного отключения не было никакой реакции.
   7. Повторите измерения в общей сложности в течение пяти испытаний, оставляя 1 минуту между каждым измерением (межпробный интервал). Обнуляйте прибор между каждым шагом, нажимая кнопку ZERO .
      1. Позвольте собаке оставаться в боковом положении лежа в течение межпробного интервала, если она остается относительно спокойной и расслабленной, без каких-либо ограничений или с минимальными ограничениями. В противном случае позвольте собаке сидеть, стоять или перемещаться по комнате QST, чтобы поддерживать ее комфорт. Поместите собаку обратно в боковое лежачее положение перед последующим измерением.
   8. Запишите оценку осуществимости от 0 до 5, чтобы указать легкость, с которой были собраны данные.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оценки осуществимости следующие: 0 = отсутствие проблем, 1 = легкая сложность, 2 = умеренная сложность, 3 = значительная сложность, 4 = чрезвычайно сложная, 5 = невозможная.
   9. Дайте собаке 5-минутный перерыв перед началом измерений с помощью горячего теплового зонда.

4. Горячий тепловой зонд

1. Настройка прибора
   1. Подключите термосенсорный анализатор к компьютеру через USB-кабель и убедитесь, что термод размером 16 x 16 мм подключен к анализатору. Включите анализатор.
   2. Откройте программное обеспечение термосенсорного анализатора на компьютере и выберите анализатор TSA II в меню запуска. Нажмите на OK во всплывающем предупреждении о самопроверке анализатора. Убедитесь, что термод не подключен к испытуемому во время самопроверки.
   3. На вкладке « ТЕСТ » (в правом верхнем углу) в разделе « Выбор пациента» (в левой части экрана) выберите соответствующего пациента, дважды щелкнув имя в списке.
      1. Чтобы создать нового пациента, перейдите на вкладку ПАЦИЕНТЫ справа от вкладки ТЕСТ . Нажмите на значок «Новый пациент » в левом нижнем углу и заполните данные пациента (отделение, имя и фамилию пациента, удостоверение личности, пол и дату рождения).
   4. В запросе «Выбрать программу» на вкладке «ТЕСТ» выберите соответствующую программу, дважды щелкнув программу в списке.
      1. Чтобы создать новую программу, щелкните один раз на вкладке ПРОГРАММЫ справа от вкладки ПАЦИЕНТЫ . Нажмите на значок «Новая программа » в левом нижнем углу и заполните сведения о программе.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого протокола детали программы приведены в таблице 2. Основной сайт не нужно выбирать в запросе " Выбор основного сайта " на вкладке ТЕСТ .
   5. После того, как соответствующий пациент и программа выбраны, нажмите на подсказку «Перейти к тесту » на вкладке «ТЕСТ ». Один раз нажмите кнопку Pre-Test в левом нижнем углу, чтобы откалибровать анализатор по указанной программе.
   6. После завершения предварительного теста кнопка предварительного теста заменяется кнопкой «Пуск», и в окне теста отображается: Нажмите кнопку « Пуск», чтобы начать тест (рисунок 3A).
   7. Размотайте термодовый кабель и убедитесь, что термод легко доступен.
2. Сбор данных
   1. Поместите собаку в боковое лежачее положение для измерения тепловой задержки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Собаки помещаются в правое боковое лежачее положение для измерения порогов на левых конечностях или в левое боковое лежачее положение для измерения порогов на правых конечностях. Если собака не будет добровольно лежать в боковом лежачем положении при получении словесных сигналов, оператор QST и дрессировщик могут вручную уложить собаку в боковое лежачее положение.
   2. Применяйте минимальное или умеренное сдерживание по мере необходимости, чтобы поддерживать собаку в боковом положении лежа и относительно неподвижно.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обработчик выполняет этот шаг.
   3. Применяйте стимул, как только собака успокоится и расслабится, а тестируемая конечность разгибается примерно на 70%. Обеспечьте мягкую ручную поддержку тестируемой конечности, чтобы она не отрывалась от пола и не мешала собаке вытащить конечность. Кроме того, держите секундомер и управляйте им, поддерживая конечность рукой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор QST выполняет этот шаг.
   4. Нанесите термод на кожу исследуемой области (рис. 3B). Если собака проявляет рефлекторные движения (например, подергивание лапы или отвод конечности перед применением тепла) из-за ощущения термода на коже, позвольте собаке снова расслабить конечность, прежде чем повторно наносить термод. Проводите измерение, когда нанесение термода на кожу не вызывает рефлекторных движений.
   5. Нажмите кнопку « Пуск » в левом нижнем углу вкладки «ТЕСТ », чтобы начать тест.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор QST подает сигнал обработчику о начале теста (например, кивая головой), а оператор QST одновременно запускает секундомер.
   6. Снимите термоду, когда собака отводит конечность, издает звуки, поворачивается, чтобы посмотреть на стимул, или проявляет другие движения или поведенческие реакции, которые указывают на сознательное восприятие стимула, или когда достигается максимальная задержка при одновременной остановке секундомера.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор QST выполняет этот шаг. Не превышайте 20 с при нанесении термода или 49 °C при максимальной температуре термода.
   7. Запишите задержку вывода средств. Если достигнут безопасный порог 20 с подачи термода, запишите 20 с в качестве сенсорной задержки и обратите внимание, что до безопасного отключения не было ответа.
   8. Повторите измерения в общей сложности в течение пяти испытаний, оставляя 1 минуту между каждым измерением (межпробный интервал). Нажмите кнопку « Завершить тест», а затем кнопку «Предварительный тест » между каждым измерением, чтобы остановить нагрев термода и выполнить повторную калибровку термода для подготовки к следующему применению.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обработчик выполняет этот шаг.
      1. Позвольте собаке оставаться в боковом положении лежа в течение межпробного интервала, если она остается относительно спокойной и расслабленной, без каких-либо ограничений или с минимальными ограничениями. В противном случае позвольте собаке сидеть, стоять или перемещаться по комнате QST, чтобы поддерживать ее комфорт. Поместите собаку обратно в боковое лежачее положение перед последующим измерением.
   9. Запишите оценку осуществимости от 0 до 5, чтобы указать легкость, с которой были собраны данные.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оценки осуществимости следующие: 0 = отсутствие проблем, 1 = легкая сложность, 2 = умеренная сложность, 3 = значительная сложность, 4 = чрезвычайно сложная, 5 = невозможная.

Результаты

Механическая и термическая QST была выполнена для выявления сенсорных порогов как у исследовательских, так и у клиентских собак при различных клинических условиях, включая нормальных, здоровых собак, собак с хронически болезненными состояниями, такими как ОА, собак с острым повреждение...

Обсуждение

Для получения точных данных, отражающих сенсорные пороги собаки, крайне важно, чтобы собака была максимально спокойной, расслабленной и располагалась адекватно для каждого измерения. В предыдущем исследовании отмечалось, что возбуждение от сдерживания или отвлечения внимания от факт...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Electronic von Frey anesthesiometer	IITC Life Science Inc.	Item # 23931	Custom made with a 1000g max force load cell
Medoc Main Station software	Medoc	(supplied with TSA-II)
SMALGO: SMall Animal ALGOmeter	Bioseb	Model VETALGO
TSA-II NeuroSensory Analyzer	Medoc	DC 00072 TSA-II	No longer manufactured - new model is TSA-2 with same probes and same function