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淺析動物刺激誘發(fā)痛行為學(xué)檢測實驗方法（1）
閱讀：1545 發(fā)布時間：2021-6-8疼痛研究的最終目的是尋找有效鎮(zhèn)痛手段。目前臨床治療方法不能充分控制頑固性疼痛，主要歸 結(jié)于疼痛的機(jī)制仍不十分清楚，對實驗室動物痛行為學(xué)進(jìn)行研究有助于揭示疼痛的相關(guān)機(jī)制。經(jīng)典刺激誘發(fā) 痛行為學(xué)檢測，如 von Frey 痛閾實驗、甩尾實驗、熱板實驗、哈格里夫斯實驗等，已用于大鼠和小鼠動物研究多 年，且在檢測鎮(zhèn)痛效果方面存在一定的缺陷和不足，急需新的可靠的行為學(xué)檢測助力痛覺機(jī)制研究和鎮(zhèn)痛策略 研發(fā)。本文對動物痛行為學(xué)檢測的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，重點介紹了 8 種檢測方法: 鬼臉量表、自主行為、轉(zhuǎn) 輪跑步行為、挖洞行為、筑巢行為、家庭籠監(jiān)控、步態(tài)分析以及條件性位置偏愛/厭惡。每種檢測方法均給出其優(yōu)缺點，以幫助研究者選擇最合適的行為學(xué)檢測方法。
1、經(jīng)典刺激誘發(fā)痛行為學(xué)檢測的局限性
以大鼠和小鼠為研究對象的痛行為學(xué)檢測已有上百年 歷史，最早可追溯到 1869 年即 150 年前的 von Frey 痛閾實驗。罪常用的還有 1941 年的甩尾實驗( tail flick)、1975年熱板實驗( hotplate) 和 1988 年的哈格里夫斯實驗( Har- greaves tests)。這 4 種經(jīng)典的刺激誘發(fā)痛行為學(xué)檢測實驗，其原理均是給予大鼠和小鼠等小動物急性傷害性刺激( noxious stimulation) ，然后觀察動物的行為學(xué)反應(yīng)，包括縮足或甩尾潛伏期、機(jī)械性刺激或溫度刺激閾值等，從而評估動物是否出現(xiàn)觸誘發(fā)痛( 即正常機(jī)械性刺激引起的痛覺，allo-dynia) 、機(jī)械性痛敏( 即機(jī)械性痛閾降低，mechanical hyperal- gesia) 以及熱痛敏( thermal hyperalgesia) 。
大小鼠智能熱板儀，型號：XR1700，上海欣軟
雖然 4 種經(jīng)典刺激誘發(fā)痛行為學(xué)檢測已用于大鼠和小鼠動物研究多年，但是其局限性較明顯: 第一，理想的鎮(zhèn)痛藥物應(yīng)該在保留完整痛誘發(fā)反應(yīng)的基礎(chǔ)上特異性減輕病理性痛癥狀，即只減少病理性疼痛，不阻礙對有害刺激的正常反應(yīng)，以保證患者服藥后能在生活中避免受到傷害。但是，4 種經(jīng)典實驗所檢測的均為實驗動物對急性傷害性刺激后的行為學(xué)反應(yīng)。因此，當(dāng)觀察到藥物具有鎮(zhèn)痛( analgesic) 效應(yīng)時，其實意味著這些"鎮(zhèn)痛" 藥物可能阻斷的是動物的正常保護(hù)性痛行為學(xué)反應(yīng)。這也就可以解釋，當(dāng)這種藥物應(yīng)用于臨床患者時，由于藥物阻斷了人體正常保護(hù)性痛反應(yīng)，故導(dǎo)致患者出現(xiàn)腳趾觸到燙的火爐甚至被燙出水泡時仍然不知道自我保護(hù)的情況。第二，當(dāng)實驗動物對痛刺激不反應(yīng)時，除鎮(zhèn)痛效果外，還可能有 4 種原因: 驚恐的情緒、運動動力缺乏( lack of motivation) 、麻痹運障礙、藥物鎮(zhèn)靜作用 ( seda- tion) 。
足底機(jī)械痛測試儀，型號：XR-XZD，上海欣軟
由此可見，僅用痛誘發(fā)反應(yīng)進(jìn)行動物痛行為學(xué)檢測具有很大缺陷與不足，急需可靠的行為學(xué)檢測助力痛覺機(jī)制研究和鎮(zhèn)痛策略研發(fā)。
2、8 種痛行為學(xué)檢測方法的原理及優(yōu)缺點
本文主要對動物痛行為學(xué)檢測方法的最新研究進(jìn)展做以介紹，重點介紹了 8 種痛行為學(xué)檢測: 鬼臉量表( grimacescale) 、自 主 行 為( operant behavior) 、轉(zhuǎn) 輪 跑 步 行 為 ( wheel running) 、挖洞行為( burrowing) 、筑巢行為( nesting) 、家庭籠監(jiān)控( home cage monitoring) 、步態(tài)分析( gait analysis) 以及條件性位置偏愛/厭惡( conditioned place preference / aversion) 。每種檢測方法均給出其優(yōu)缺點，以幫助研究者選擇最合適的 行為學(xué)檢測方法。
2.1 鬼臉量表
痛苦表情被認(rèn)為是人類和動物共同的表達(dá)痛苦的方式，當(dāng)大鼠和小鼠遭受疼痛時會出現(xiàn)面部表情改變，通過對痛苦表情的評判與量化以區(qū)分痛與不痛，并對疼痛的級別給予量化。需要注意的是，判定由疼痛導(dǎo)致的表情改變必須同時滿足存在疼痛情境的條件。鬼臉量表的使用方法多 采用視頻捕獲動物面部表情。表情改變主要包括: ① 面部眼眶收緊; ② 耳廓伸展變?yōu)楸馄? ③ 面部腫脹; ④ 鼻根腫脹。由輕到重評分為 0 ～ 2 三檔，其中 0 為不存在，2 為醉明顯。
由于該方法不會阻斷正常保護(hù)性痛反應(yīng)，因此可以用來區(qū)分動物驚恐的情緒、運動動力缺乏、麻痹運動障礙、鎮(zhèn)靜等。而且方法簡單，只需攝像機(jī)和圖像捕獲軟件即可，不需專門設(shè)備; 此外實驗動物不需接受專門訓(xùn)練，在飼養(yǎng)籠里即可評估。但該方法也存在 3 個主要的缺陷，第一，疼痛持續(xù)時間與面部表情不匹配。例如，后足炎癥可產(chǎn)生兩周以上觸誘發(fā)痛，但鬼臉量表評分在 2 ～ 7 d 便恢復(fù)到基線水平。此時動物雖然沒有痛苦表情，但是并不意味沒有經(jīng)受痛苦，只是疼痛不再引起表情變化。因此，鬼臉量表僅適用于shen經(jīng)病理性痛的早期階段。第二，只有顯著疼痛才能得出統(tǒng)計學(xué)差異。第三，8% 的無痛大鼠也可見痛面部表情特征。
2.2 自主行為
人類和動物在感覺疼痛時均會發(fā)生自主行為的減少。人類表現(xiàn)為鍛煉、工作或社交行為減少，而動物表現(xiàn)為攝食減少。由此可通過對攝食是否減少以及對減少程度的評判以區(qū)分痛與不痛，并實現(xiàn)對疼痛級別的量化。自主行為檢測疼痛有一個重要的特點，即該方法在鎮(zhèn)痛藥物篩選上具有顯著優(yōu)勢，這是因為鎮(zhèn)痛藥物不影響攝食，而鎮(zhèn)靜藥物則可顯著減少攝食，所以自主行為檢測疼痛時保留了動物正常保護(hù)性痛反應(yīng)，預(yù)防了疼痛對動物的過度傷害。
但是該方法也存在局限性，目前研究幾乎全部基于顱內(nèi)自主刺激( intracranial self-stimulation，ICSS) ，即將刺激電極植入大鼠內(nèi)側(cè)前腦束，再結(jié)合獎賞機(jī)制訓(xùn)練大鼠通過按壓桿進(jìn)行自我腦刺激，當(dāng)大鼠反應(yīng)穩(wěn)定時，立即給予動物一個傷害性刺激，然后觀察大鼠的攝食行為變化。所以開展此項研究者需配置 ICSS 實驗室，沒有該實驗室則該方法不適用。此外，自主行為檢測時不能區(qū)分驚恐情緒、運動動力缺乏、麻痹運動障礙、鎮(zhèn)靜等行為，這是它的另一個缺點。
2.3 轉(zhuǎn)輪跑步行為
轉(zhuǎn)輪跑步行為是嚙齒動物的一種本能，而當(dāng)動物出現(xiàn)后足炎癥、關(guān)節(jié)炎、偏頭痛樣疼痛、shen經(jīng)病理性痛以及術(shù)后痛時，該行為表現(xiàn)為明顯減少。由此通過對轉(zhuǎn)輪跑步行為減少程度的評判可衡量藥物的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。該方法以車輪轉(zhuǎn)數(shù)和跑步時間作為觀察指標(biāo)為，保證了數(shù)據(jù)的客觀性，而且在飼養(yǎng)籠中即可進(jìn)行跑步，排除了環(huán)境變化帶來的影響。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，低劑量嗎啡( 1 mg /kg，此時發(fā)揮的是鎮(zhèn)痛效應(yīng)) 緩解大鼠炎性痛的同時可恢復(fù)其跑步行為，而高劑量嗎啡( ＞ 3 mg /kg，此時發(fā)揮的是鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜的綜合效應(yīng)) 在鎮(zhèn)痛同時抑制跑步行為。因此，轉(zhuǎn)輪跑步行為檢測可在保留正常痛反應(yīng)的前提下，篩選出臨床有效的鎮(zhèn)痛藥物。
但是，若使用該方法檢測疼痛，動物需要至少一周訓(xùn)練才能保證結(jié)果較為穩(wěn)定，而且不能從結(jié)果中甄別出由于動機(jī)缺乏而導(dǎo)致的行為減少情況。另外，轉(zhuǎn)輪跑步行為本身具有幫助動物從疼痛中恢復(fù)的作用，所以，不適用于長時程期進(jìn)行檢測。
大小鼠轉(zhuǎn)輪，型號：XR-PL107，上海欣軟
2.4 挖洞與筑巢行為
挖洞行為與筑巢行為是嚙齒動物的本能自發(fā)行為，當(dāng)動物出現(xiàn)病理性痛后，以上兩種行為明顯減少，目前這一特性已被廣泛應(yīng)用于實驗研究中。其中，挖洞行為檢測時需要預(yù)先在籠內(nèi)管道中放入一定量墊料，通過測量動物從管道中取出墊料的時間和數(shù)量來評估動物的疼痛等級。筑巢行為則是通過測量動物筑巢時間和巢穴質(zhì)量評估動物疼痛等級。這兩種方法在飼養(yǎng)籠即可進(jìn)行，避免了環(huán)境變化帶來的影響。另外，雖然兩種行為多發(fā)生于夜晚，但觀察者可以在白天觀察結(jié)果，還可反復(fù)放入挖洞與筑巢行為所需材料，并進(jìn)行多次測試。以上優(yōu)點使得該方法簡便易行。此外，挖洞行為與筑巢行為保留了動物正常痛行為反應(yīng)，這是其最大的優(yōu)勢所在。
然而，記憶等高級腦功能異常可導(dǎo)致筑巢和挖洞行為減少，因此該檢測不能對此進(jìn)行甄別。對于埃及多刺小鼠( Egypt spiny mice) 等無自然筑巢行為的物種［28］，該方法也不適用。此外，該檢測方法還受多種因素影響，例如寒冷環(huán)境中群居雌鼠的筑巢行為比獨居鼠更高，因此對溫度等檢測條件應(yīng)盡可能嚴(yán)格設(shè)定。
下一篇我們將繼續(xù)分析homecage（家庭籠監(jiān)控）、步態(tài)分析儀（VisuGait動物步態(tài)分析系統(tǒng)，型號：XR-FP101）、條件性位置偏愛/厭惡以及用蔗糖偏愛和超聲波發(fā)聲進(jìn)行疼痛行為學(xué)評估的實驗介紹。
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