Efeito da estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) na dor pós-operatória em ratos

Abstract

Dor é uma experiência sensorial e emocional desagradável, relacionada à lesão tecidual real ou potencial, podendo ser aguda oucrônica. Entre os quadros de dor aguda, a dor pós- operatóriaé associada a alteraçõesautonômicas, endócrinas, metabólicas, fisiológicas e comportamentais. O uso de terapias farmacológicas na busca de um maior alivio dos quadros de dor muitas vezes é relacionada a efeitos adversos e/ou ineficácia. Desta forma, estudos têm sido desenvolvidos buscando métodos não farmacológicos no manejo da dor, como a estimulação do sistema nervoso central (SNC). Neste contexto, a estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é um tratamento neuromodulatório não invasivo, de baixo custo que pode representar uma ferramenta não farmacológica no tratamento dos quadros dedor. Na busca de marcadores de dor e de eficácia terapêutica, o fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) e as citocinas (TNF-alfa, IL1β, IL6 e IL10) tem se destacado. Desta forma, a utilização de ETCC como uma opção não farmacológica pode contribuir para melhor entendimento dos mecanismos de ação desta técnica em modelos pré-clínicos de dor aguda e crônica. Objetivo:Investigar o efeito da exposição prévia ao tratamento repetido com ETCC sobre parâmetros nociceptivos, bioquímicos e morfológicos de ratos submetidos a um modelo de dor pós-operatória.Métodos: Todos os procedimentos foram aprovados pela Comissão de Ética de Uso de Animais do Hospital de Clínica de Porto Alegre (CEUA/HCPA: 160295). Cinquenta e seis ratos Wistar machos adultos foram divididos em sete grupos: controle; fármacos; cirurgia; fármacos + sham ETCC; fármacos + ETCC; cirurgia + Sham ETCC e cirurgia + ETCC. ETCC bimodal foi aplicada previamente ao modelo cirúrgico por 20min/dia/8dias consecutivos, com intensidade de 0,5mA, o eletrodo do cátodo foi posicionado na região supraorbital e o eletrodo anodal no córtex parietal. Para o grupo sham da ETCC foi submetido ao mesmo procedimento do grupo ETCC porém com o aparelho desligado. Após os 8 dias de tratamento os animais dos grupos cirurgia foram submetidos aomodelo cirúrgico adaptado de Brennanque consistiu em uma incisão no membro pélvico direito do animal. Foram avaliados limiar nociceptivo(teste do tail-flick)e alodiniamecânica (teste deVon Frey)no basal, imediatamente, 30 e 60 min, 24,48 e 72 horas após a cirurgia. Adicionalmente, foram avaliados níveis de BDNF e citocinas (TNF-alfa, IL1β, IL6 e IL10) em medula espinhal, tronco encefálico, hipocampo e córtex frontal. Para controle da lesão operatória foi realizada histologia do membro operado pelo método de hematoxilina e eosina (HE) e também medida da atividade mieloperoxidase (MPO) e da N-acetil-β-D- glucosaminidase (NAGase). Análise estatística dos testes nociceptivos foi realizada por meio de equações estimativas generalizadas (GEE/Bonferroni) e,para as medidas bioquímicas, ANOVA de duas vias, seguida por SNK. Resultados e Conclusão: Houve interação tempo x tratamento (Wald χ2=2969,18;36, GEE, P<0.05, n=8) na análiseda alodiniamecânica. O grupo que recebeu tratamento prévio com ETCC apresentou diminuiçãona resposta nociceptiva pós- cirúrgicaem relação ao grupo cirurgia.Da mesma forma, houve interação tempo x tratamento na avaliação do limiar nociceptivo (Wald χ2 =507,32;36, GEE, P<0.05, n=8), no entanto, não houve diferença significativa entre os tratamentos SHAM ETCC e ao ETCC ativo (Wald χ2 = 507,32; 36, P <0,05, n = 8). Os resultados comportamentais sugerem que ETCC preemptiva foi efetiva no controle da dor pós-operatória, contribuindo para a redução do uso dos fármacos e, consequentemente, seus efeitos adversos e custos de tratamento. Em relação aos níveis de IL1βfoi observado: efeito da cirurgia(f(2,42)= 16,61 P<0,05); interação cirurgia x ETCC (f(2,42)= 6,28, P<0.05) em hipocampo;interação cirurgia x ETCC (f(2,42)=4,42 P<0,05)em córtex cerebral; em troncoencefálicofoi observado: efeito da cirurgia (f(2,42)=3,44),efeito da ETCC (f(2,42)=3,88, P<0,05) e interação cirurgia x ETCC (f (2,42)= 5,097 p<0,05); efeito da cirurgia (f(2,42)=5,36 P<0,05) e efeito da ETCC (f(2,42)=35,16P<0,05) em medula espinhal.Em relação aos níveis de IL 6 observamos: efeito da cirurgia (f (2,42) =10,55, P<0,05) e efeitoda ETCC (f (2,42)= 3,11, P<0,05) em hipocampo; efeito da cirurgia (f (2,42) = 11,48, P<0,05) e efeito da ETCC (f (2,42)=5,59, P<0,05) em córtex cerebral; efeito da ETCC (f (2,40)=9,42, P<0,05) e interação cirurgia xETCC (f(2,40)=5,23, P<0,05)em tronco encefálico; efeito da cirurgia (f (2,41)=5,00, P<0,05)em medula espinhal. Quanto aos níveis de IL10observamos: efeito da cirurgia (f(2,42)=3,74, P<0,05), efeito da ETCC (f(2,42)=10,23,P<0,05) e interação cirurgia x ETCC (f(2,42) = 4,5, P<0,05) em hipocampo; em nível cortical não houve efeito das variáveis independentes (ANOVA de 2vias p>0,05); efeito da cirurgia (f (2,42) = 12,43, P<0,05) e efeito da ETCC (f (2,42) = 33,02, P<0,05) em tronco cerebral;efeito da cirurgia (F(2,42)=4,53P<0,05), efeito da ETCC (f (2,42) = 28,36P<0,05) e interação cirurgia x ETCC (F(2,42) = 4,45P<0,05)em medula espinhal. A análise dos níveis de TNF apresentaram: efeito da cirurgia (F(2,42)=5,55P<0,05) em hipocampo;interação cirurgiax ETCC (F(2,42)= 4,88P<0,05) em córtex cerebral; Interação cirurgia x ETCC (F(2,42) =3,993P<0,05) em tronco encefálico; efeito da cirurgia (f (2,40)=8,108 P<0,05) e efeito da ETCC (F2,40) = 11.612 P<0,05) em medula espinhal. No que concerne aos níveis de BDNF foi observado: efeito da ETCC (F(2,56) = 7,92P<0,05) e interação cirurgia x ETCC (F(2,56) = 7,974 P<0,05) em hipocampo;efeito da cirurgia (F(2,56) = 10,75P<0,05) e efeito da ETCC (F(2,56)=24,25P<0,05) em córtex cerebral; efeito da cirurgia (F(2,56)=10,09P<0,05), efeito da ETCC (F(2,56)=17,74P<0,05) e interação cirurgia x ETCC (F(2,56)=4,85P<0,05) em tronco encefálico; interação cirurgia x ETCC (f (2,56) = 6,025P<0,05) em medula espinhal. O tratamento preemptivo com ETCC aumentou os níveis de MPO no grupo fármaco e no grupocirurgia ETCC (f(6,21)=11,935, P<0,05, n=4). Por outro lado, ETCC diminuiu os níveis de NAGase no grupocirurgia ETCC(f(6,21)=8,243, P<0,05, n=4). Desta forma, considerando este aumento nos níveis de MPO, um marcador de processo inflamatório agudo, como o que se estabelece após um procedimento cirúrgico, podemos sugerir que o ETCC preemptivo favorece o reparo tecidual. Este estudo corrobora dados prévios do grupo de pesquisa que sugerem o efeito anti- inflamatório da ETCC. Neste estudo, este efeito foi indexado pela modulação nos níveis de IL1β, IL6, IL10, e pela reversão do processo inflamatório local decorrente da cirurgia, induzidos pela ETCC preemptiva. Adicionalmente, observou-se diminuição dos níveis de NAGase no membro operado do animal, evitando, desta forma, a cronificação do processo inflamatório e consequente fibrose. Além disto, foi observado um importante efeito do ETCC nos níveis de BDNF em estruturas do SNC, indicando um possível envolvimento de seu efeito em processos neuroplásticos. Os resultados desta dissertação indicam que o tratamento prévio com ETCC é uma ferramenta não-farmacológica promissora no reparo tecidual e evitando inflamação crônica pós-cirúrgica e no tratamento de quadros que cursam com dor aguda.

Pain is an unpleasant sensory and emotional experience associated with actual or potential damage tissue, it can be classified as acute or chronic. Postoperative pain is an acute pain, which, sometimes, isrelated to use of potent analgesics, and it isassociated to autonomic, endocrine-metabolic, physiological and behavioral alterations. Associated to great development of pharmacological therapies to assist in pain relief, studies have been undertaken to identify methods of stimulation the central nervous system that can assist in pain management. Thus transcranial stimulation direct current (tDCS) is a noninvasive treatment neuromodulatory,of low cost, which can represent an alternative in the pain treatment.In search of pain markers and therapeutic efficacy, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and cytokines (TNF-alfa, IL1β, IL6 and IL10) have been highlighted. Thus, the use of tDCS as a non-pharmacological option in the treatment of pain in animal models may contribute to a better understanding of the mechanisms involved in the effect of this technique on behavioral and neurochemical parameters.Objective:To investigate the effect of previous exposure to tDCS repeated treatment on nociceptive,biochemistry and morphological parameters of rats submitted to a postoperative pain model. Methods: All procedures were approved by the Animal Use Ethics Committee of the Hospital de Clínica de Porto Alegre (CEUA / HCPA: 160295). Fifty-six adult male Wistar rats were divided into seven groups: control; drugs; surgery; drugs + sham tDCS; drugs + tDCS; surgery + Sham tDCS and surgery + tDCS. The bimodal tDCS was previously applied to the surgical model for 20 min / day / 8 consecutive days, with intensity of 0.5mA, the cathode electrode was positioned in the supraorbital region and the anodal electrode in the parietal cortex. For the tDCS sham, the electrodes were positioned on the head of the animal for 20 min / day / 8 consecutive days, with the device switched off. The surgical model adapted from Brennan consisted of an incision in the right pelvic limb of the animal. The nociceptive threshold and mechanical allodynia were, respectively, assessed by means of tail-flick apparatus and von Frey text at baseline, immediately,30 and 60 min, 24,48 and 72 hours after surgery. Additionally, levels of BDNF and cytokines (TNF-alfa, IL1β, IL6 and IL10) were evaluated in the spinal cord, brainsteim, hippocampus and frontal cortex. Hematoxylin and eosin (HE) method histology was performed to control the surgical lesion in the right pelvic limb of rat. In this limb, also, measured myeloperoxidase (MPO) and N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAGase) activity. Statistical analysis of the nociceptive tests was performed using generalized estimating equations (GEE / Bonferroni), for the biochemistry measure was used the two-way ANOVA test was performed, followed by SNK.Results and Conclusion:the evaluation of mechanical allodynia demonstrated interaction time x treatment (Wald χ2 = 2969,18; 36, GEE, P <0.05, n = 8). The previous treatment with tDCS decreased the postoperative nociceptive response in relation to the surgery group. The nociceptive threshold assessed by the tail flick test showed a time x treatment interaction (Wald χ2 = 507.32; 36, GEE, P <0.05, n = 8); however, no statistically significant difference was observed between the operated animals submitted to the SHAM treatment tDCS and those submitted to active tDCS. The behavioral results suggest that preemptive tDCS was effective in the control of postoperative pain, contributing to the reduction of drug use and, consequently, its adverse effects, besides reducing treatment costs. In relation to IL1β levels: effect of surgery(f(2,42) = 16,61 P<0,05); interaction surgery x tDCS (f(2,42)= 6,28, P<0.05) em hippocampus; interaction surgery x tDCS (f(2,42)=4,42 P<0,05) in cerebral cortex; in brainstem levels: effect of surgery(f(2,42)=3,44), effect of tDCS (f(2,42)=3,88, P<0,05) and interaction surgery x tDCS (f (2,42)= 5,097 p<0,05), effect of surgery(f(2,42)=5,36 P<0,05) and effect tDCS (f(2,42)=35,16 P<0,05) in spinal cord. In relation to the levelsIL 6: effect of surgery(f (2,42) =10,55, P<0,05) and effect tDCS (f (2,42)= 3,11, P<0,05) in hippocampus; effect of surgery (f (2,42) = 11,48, P<0,05) and effect tDCS (f (2,42)=5,59, P<0,05) in cerebral cortex; and effect tDCS (f (2,40)=9,42, P<0,05) and interaction surgery x tDCS (f(2,40)=5,23, P<0,05) in brainstem; effect of surgery (f (2,41)=5,00, P<0,05)in spinal cord. IL10 levels: effect of surgery (f(2,42)=3,74, P<0,05),effect tDCS (f(2,42)=10,23, P<0,05) and interaction surgery x tDCS(f(2,42) = 4,5, P<0,05) in hippocampus; at cortical levelthere was no effect of the independente variables (ANOVA de 2 vias p>0,05); effect of surgery (f (2,42) = 12,43, P<0,05) and effect tDCS (f (2,42) = 33,02, P<0,05) in brainstem; effect of surgery (f (2,42)= 4,53 P<0,05), effect tDCS (f (2,42) = 28,36 P<0,05) and interaction surgery x tDCS(f (2,42) = 4,45 P<0,05) in spinal cord. Levels of TNFα: effect of surgery (f(2,42)=5,55 P<0,05) in hippocampus; interaction surgery x tDCS(f(2,42)= 4,88 P<0,05) in cerebral cortex; interaction surgery x tDCS(f(2,42) =3,993 P<0,05) in brainstem; effect of surgery (f (2,40)=8,108 P<0,05) andeffect tDCS (f (2,40) = 11.612 P<0,05) in spinal cord. Regarding BDNF levels: effect tDCS (f (2,56) = 7,92 P<0,05) and interaction surgery x tDCS (f (2,56) = 7,974 P<0,05) in hippocampus; effect of surgery (f (2,56) = 10,75 P<0,05) and effect tDCS (f (2,56) =24,25 P<0,05) in cerebral cortex; effect of surgery (f (2,56)=10,09 P<0,05), effect tDCS (f (2,56)=17,74 P<0,05) and interaction surgery x tDCS (f(2,56)=4,85 P<0,05) in brainstem; interaction surgery x tDCS(f (2,56) = 6,025 P<0,05) in spinal cord. Preemptive tratament with tDCS increased levels of MPO in the drugs group and in the tDCS group (f(6,21)=11,935, P<0,05, n=4). On the other hand, tDCS decreased levels of NAGase in the surgery group (f(6,21)=8,243, P<0,05, n=4). Thus, considering this increase in MPO levels, a marker of acute inflammatory process, such as that established after a surgical procedure, we can suggest that preemptive tDCS favors tissue repair. In this way, this study corroborates previous data from the research group that suggests the anti-inflammatory effect of the tDCS. In this study, this effect was indexed by the modulation in the levels of IL1β, IL6, IL10, and by the reversion of the local inflammatory process resulting from the surgery, induced by preemptive tDCS. In addition, there was a decrease in NAGase levels in the operated limb of the animal, thus avoiding the chronification of the inflammatory process and consequent fibrosis. In addition, a significant effect of tDCS on BDNF levels was observed in CNS structures, indicating a possible involvement of its effect in neuropathic processes. The results of this dissertation indicate that previous treatment with tDCS is a promising non- pharmacological tool in tissue repair and avoiding post-surgical chronic inflammation and in the treatment of acute pain conditions.