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Ugo Basile | 经典冷热刺激实验——啮齿类动物热板实验操作介绍

日期:2025-04-30 作者:玉研仪器

背景和目的

热板法作为啮齿动物热痛觉评估的“金标准”,自上世纪中叶诞生以来广受推崇,由于疼痛具有强烈的主观性,开展大规模的疼痛研究在评价标准统一化方面存在一定的局限性。同时,直接在人体上进行实验也会带来许多伦理问题。因此,啮齿类动物作为最常见的实验动物,因其与人类的基因同源性高、易于饲养和繁殖、造模周期短、稳定性强等优点,被广泛用于疼痛研究领域。


热板法对动物组织损伤小,操作简便,可重复实验,痛觉反应潜伏期长,可以体现出不同实验条件间的细微差别。动物在热刺激下做出抬足、舔足、跳跃等行为的潜伏期(s)作为热痛觉敏感度的主要评价指标,从而区分痛觉过敏和异常性疼痛的差异。

应用领域

冷热板测试仪广泛用于研究伤害感受器、温度感知受体、冷热异常性疼痛和超敏反应的基础机制研究,以及炎症与神经病理性疼痛中镇痛药物(如阿片类药物)的精确、快速筛选测试,测试化合物抗伤害的药效,如坐骨神经慢性收缩损伤(CCI)模型。

实验准备

设备准备:
需要一个冷热板测试仪,该设备能够提供稳定的温度控制,并且可以记录动物的反应时间。测试仪通常包括一个温度可控的金属板和一个有盖的透明限制器,用以限制动物的活动范围;

动物准备:
为确保实验一致性,挑选相近体重大鼠或小鼠;

仪器消毒:
使用乙醇溶液对冷热盘进行消毒;

环境适应:
在实验开始前,让动物适应实验环境30-60分钟,减少应激反应,提高实验准确性。

实验步骤

设备设置
(1)使用Ugo冷热板,可选择根据实验需求选择加热模式:恒温模式、线性升温模式或快速升温模式;
(2)在恒温模式下,设置一个恒定温度并可设定实验持续时间;
(3)在线性升温模式下,设置初始温度、终止温度、总时间或升温速率;

(4)在快速升温模式下,设置初始和最终温度,进行非线性快速升温。



如果使用Ugo冷热板,还可利用X-Pad应用程序自定义温度阶梯并导入设备,也可通过UB Lan设备互联功能通过计算机进行实验方法下载和结果输出等操作。



预热/预冷设备

启动冷热板,让其加热或冷却至设定的初始温度。



动物放置

将动物放置在冷热板上,确保它们能够在一定空间内自由活动,不受约束。



行为观察与记录
密切观察动物的行为反应,使用数字小键盘或其他记录方式记录首次出现异常反应的时间,如抬足、舔舐、抓挠、跳跃等。如果动物在20秒内没有表现出任何异常反应,立即将动物从冷热板上移走,并结束该次实验。

如果使用Ugo Basile冷热板,可使用数字小键盘记录动物的不同行为,不同的数字按键对应不同行为,用户可自定义,方便记录。

数据收集分析
收集所有动物的异常反应发生的时间、潜伏期等数据,进行统计分析,评估动物的痛觉感知和反应差异。

实验结束
实验完成后,对冷热板进行清洁和维护,确保设备处于良好状态,准备下一次使用。

文献案例

研究者为了研究NCX3(3 型钠钙交换蛋白)是否可以调节疼痛行为,在缺乏功能性NCX3的野生型(WT)与NCX3杂合型(NCX3HET)和NCX3纯合型(NCX3HOM)突变小鼠系中进行热板试验。

每只小鼠被放置在保持恒定温度(50℃或55℃)的热板上;
记录每只小鼠发生伤害性反应(后爪退缩或舔舐)所花费的时间,取平均值进行对比;

配合其他行为学实验,佐证了NCX3的缺失与正常的急性疼痛相关行为相关。


图:分别在50℃和53℃热板上,两组动物出现异常反应时间(平均值)

文献来源:Trendafilova, Teodora, et al. "Sodium-calcium exchanger-3 regulates pain “wind-up”: From human psychophysics to spinal mechanisms." Neuron 110.16 (2022): 2571-2587. doi:   IF 18.69

实验注意事项

动物选择和适应:
选择健康的小鼠或大鼠,并确保它们在实验前适应实验环境,以减少环境因素对实验结果的影响;

设备检查:
确保冷热板设备工作正常,设定适当的温度和最大反应时间。通常热板温度设置在52-55℃,冷板温度根据实验需求设定;

温度控制:
实验中应保持环境的安静与稳定,避免外界因素干扰动物的反应,并保持每一次实验室温一致,确保温度控制的精度和稳定性;

观察和记录:
在动物放置于冷热板上后,记录它们对温度刺激的反应时间,如跳跃、舔足等行为。注意在动物出现疼痛行为后立即移除动物,避免组织损伤;

实验重复性:
每只动物可以进行多次实验,但需间隔一定时间(如15分钟)以避免疼痛敏感性的累积影响,并设置对照组以排除其他因素对实验结果的影响;

数据处理:
对每组动物的反应时间求平均值,并使用适当的统计方法比较不同组别间的疼痛阈值差异;

清洁和消毒:
实验结束后,应清洁和消毒仪器以避免污染,并清除任何可能残留在平台上的污垢或碎屑。

设备介绍

Ugo Basile冷热板专为啮齿类动物冷热痛觉测试设计,具有-5℃-65℃的温度调节范围,满足冷、热痛觉实验需求;多阶段温度设定支持升温热板法,适合筛选非强效镇痛药物。仪器标配的数字键盘可将数字0-9定义为十种不同的动物反应(如抬足、舔舐、抓挠、跳跃、梳理等),同时考察记录多种实验现象,将痛觉与行为学研究相关联。冷热痛测试实验结果准确反映痛觉过敏、痛觉超敏等现象,主要应用于疼痛机制研究和镇痛药物筛选。



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