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动物疼痛模型的建立方法及注意事项(1):热板测痛实验


 在人类感觉系统中,疼痛是一种极不愉快的感觉。疼痛不但干扰人们的活动能力、兴趣、人际关系以及享受生活的乐趣,而且可以造成工作效率的减低,甚至致残。从经济上看,慢性疼痛还导致旷工、生产效率下降、医疗费用增加以及工人的赔偿等。因此,疼痛对我们日常生活的不利影响已经引起科学研究者、医务保健工作者、政策制定者以及社会工作者的关注。由于对各种类型的疼痛缺乏足够的认识,目前尚未开发出对各种疼痛有特效的镇痛药。目前,疼痛药物公司从疼痛传导的复杂性方面进行着研究,如各种周围神经系统损害、敏化脊髓环路和改变从脑来的或到达脑内的传人传出信号等。实际上,疼痛的研究涉及许多基础知识,如疼痛传导的病理条件、疼痛转导与调制相互作用的分子水平认识等等,同时需要生理学、细胞生物学、分子生物学以及药理学等的技术综合研究。本章对疼痛的概念和常用研究方法作一介绍,以起到抛砖引玉的作用。



疼痛的概念及类型

疼痛对于我们来说是一种不愉快的经历,不管是刺痛、烧灼样痛或是模糊的钝痛,也不管是隐隐的轻痛,或钻心的剧痛;一过性的短痛或持续性的长痛。我们知道疼痛是病理性伤害刺激或保护性反应,不同人对同样疼痛刺激的反应也有明显的差异。因而,疼痛可以分为两类,适应性疼痛(adap-tive pain),即保护脏器免受伤害或伤害发生时促进创伤愈合的反应;非适应性疼痛(maladaptive pain),即神经系统的病理性效应,这种疼痛是一种疾病,它通常是一种持续性或经常发生的疼痛,这就像火警系统一直在响,尽管没有紧急情况发生或可能是不断重复的假警报而已。

临床上可将疼痛分为4型:

1、伤害感受性疼痛(nociceptive pain)  身体对伤害刺激(如热、冷、机械压力、化学刺激)引起的过性疼痛。感受伤害性疼痛系统是人体一种关键的早期报警装置,它可以预告潜在性损伤刺激的存在。如果这套系统出现了障碍,身体的保护功能丧失就不可避免地导致组织损伤,包括自身诱导性舌头和嘴唇的残缺,关节的破坏,手指尖端的丧失以及压力性溃疡等。例如,有一种先天性对疼痛不敏感的无痛觉病人,寿命明显缩短,这主要是由于他们体内的神经生长因子酪氨酸激酶A受体的突变,导致高阈值感受器神经元的丧失。因此,伤害性感受疼痛是一种重要的生理知觉,仅在某些特殊情况下,如手术或某些损伤组织和外伤后的治疗时才可人为控制这种疼痛;

2、炎性疼痛(irdlammatory pain) 一旦损伤发生(如外伤,手术或炎性疾病),身体的反应就会从对伤害性,潜在的损伤刺激的保护转向促进损伤组织的愈合,这时受伤组织对疼痛刺激的敏感性提高,以致通常不会引起疼痛的刺激都可产生明显疼痛,从而可阻止受伤组织的接触或运动,减少进一步的损伤,直到完全修复;

3、神经病性疼痛(neuropathic pain)  这是一种与神经系统损伤有关或神经损害引起的自发性疼痛或对疼痛的高敏感性改变,它可由周围神经系统损伤(如糖尿病,艾滋病的多神经病,带状疱疹神经或腰神经根病)或中枢神经系统损伤(如脊髓损伤,多发性硬化或中风)引起;

4、功能性疼痛(functional pain)  正常传人到中枢过程发生的异常变化而导致对疼痛的高敏感性。这是一种推论性概念,它是疼痛的敏感性变化,没有神经损害或周围神经异常,但神经系统的反应性或敏感性发生了改变,也就是提高了感知器放大症状的增益或敏感性。例如,肌纤维疼痛,激惹性肠综合征,某些非心因性胸痛和张力性头痛等,这种疼痛的病因仍不清楚。



疼痛模型的建立


实验性疼痛模型的建立是研究伤害性知觉及疼痛的基础,不同的刺激可以产生不同类型的疼痛,从疼痛持续时间上可把疼痛分为急性疼痛,持续性疼痛及神经病性疼痛。急性疼痛可以用热板( hot-plate)或尾闪(tail-flick)试验;持续性疼痛主要是周围组织的损伤或炎症引起,如福尔马林(fonna-lin)试验;神经病性疼痛是由于外伤,疾病及毒素引起的慢性持续性的异常疼痛,一般的镇痛药对这类疼痛根本不起作用,可以用慢性压榨损伤( ca),部分坐骨神经结扎(PSL)及脊髓神经结扎(SNL)试验。这些疼痛模型的建立,对于临床前期镇痛药或疼痛机制的研究起着重要作用,近年来转基因动物的研究,又从另一个方面开拓了疼痛研究的方向,不少的基因敲除(kock-out)小鼠进一步证实了早先用疼痛棋型建立的疼痛机制学说。下面就疼痛模型分别作一介绍。

热板测痛试验

伤害感受器受到一定强度的刺激后,感觉信号传导到神经中枢,再反馈到运动中枢即可引起身体的反应或保护性反射(肢体回缩)。疼痛实验中,动物对刺激的反应时间是一项可靠的参数,例如,测试某种镇痛药的疗效时,就常常比较对照组与给药组间,动物对热致痛刺激引起的反应时间,如果给药组动物对刺激的反应时间明显也延长,说明该药物具有抗伤害知觉效应或称镇痛反应。

感热传感器受到过高温度热可引起疼痛的感觉,因而热刺激常用于急性疼痛模型。例如,将动物放置在可以加热的平板上,动物感受到一定热度后,即会舔它的脚爪子或跳起来,这就是热板( hot-plate)试验。记录从刺激开始到动物反应的时间,可以知道刺激强度与反应大小关系,一般来说,刺激强度越大,反应就越明显。热刺激强度的大小,即温度的高低。为了使实验便于对照与重复,急性热刺激疼痛试验的热板试验,都用统一的标准:自动热板温度为52 - 55度,热持续时间为180s,测试的反应用第十个反跳的时间,一般这些刺激与反应时间都可用记录仪自动记录。吗啡的镇痛试验中,腹腔注射8mg/kg,可产生近最大的抗伤害知觉反应的应答时间为30min。


(一)实验材料

1.实验动物健康成年雄性小鼠(30 - 35g)或大鼠(200 - 250S;),分组饲养。

2.实验药物生理盐水(对照)与镇痛药物(如吗啡,lOmg/kg)。

3.带27针头的Iml注射器。

4.热板试验仪或能控制温度的金属板。

5.秒表或计时器。


(二)实验步骤

1.从动物房取出实验动物,称重后,让动物在实验室适应15 - 30min,将对照组与实验组分开。

2.药物准备对照组(生埋盐水等)及给药组(如吗啡等,计算药物浓度)。

3.仪器准备将热板温度调定为55度(用于小鼠)或52.5度(用于大鼠)。

4.药物注射将不同的药物包括对照溶液,随机顺序注射到实验动物体内。注意计算好给药时间与试验测试的时间间隔,试验持续时间,同时给出足够的机动时间(如实验记录,动物标记,药物更换等)。

5.药物作用开始或高峰期(如给药后30min),即开始实验:将动物放到热板上并立即开始计时(按动计时器),观察动物开始出现反应(如舔它的脚爪)的时间或直到终止(cut-otT)时间(如因为药物关系,动物没有明显的反应时,应在一定时间内终止试验,以免动物烧伤,例如可设定为30)。

6.将动物放到热板上到反应出现时的潜伏期或终止实验时间记录下来,在所有实验动物完成测试后,分组将其平均并作统计学评估。热板试验时,常用到一种称为最大可能效应百分比( peret maximum possible effect,% MPE),即:

    MPE(%)=[(给药后一给药前)/(终止时间一给药前)]x 100

    这里给药前与给药后均指反应潜伏期,所有动物在测试前,应该先测定一下它的反应潜伏期(即给药前反应潜伏期);给药后反应潜伏期是指动物接受药物(包括对照用生理盐水或其他载体)注射或灌注)后实验中的反应潜伏期;终止时间是指给药后动物不能对热作出反应而终止试验的时间。


(三)注意事项

1、有时给药前(或对照组)动物的反应潜伏期太快,以致不能测定准确,说明温度太高(刺激强度太大),应适当减少其强度;

2、按文献中建议的剂量给药盾(如吗啡类),观察不到应有的反应,也可能表明刺激强度太大,应适量减低一点温度再测试;

3、如果刺激强度太弱(热板温度设定较低),给药前或对照组动物则可能测不到反应或反应潜伏期很靠近试验终止时间,而对于给药组动物没有反应是因为其对照组动物反应时间范围很窄,这些都必须加大刺激强度;

4、值得注意的是,必须保持所有的实验程序一致,尽量轻巧抓取动物,让动物有足够的时间适应实验者的气味及实验室环境,否则可造成实验结果的明显波动或不能重复。

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