Inflammation Alters Pain-Sensing Nerves in Guinea Pigs, Not Rats

Inflammation Alters Pain-Sensing Nerves in Guinea Pigs, Not Rats

Inflammatory Pain: What Happens in the Body

Chronic or persistent inflammatory pain can follow tissue injury or inflammation. It is marked by spontaneous pain, increased sensitivity to normally nonpainful touch (allodynia), and heightened response to painful stimuli (hyperalgesia).

Animal studies have shown that this pain state can result from changes along the nociceptive pathway—the system of nerves that detect and transmit pain signals. At the periphery, nociceptive primary afferent neurons can become more excitable, a process called peripheral sensitization. In the central nervous system, neurons may also become more responsive, a change called central sensitization.

Central sensitization can be partly driven by input from spontaneously active C-fiber afferents. These are nerve fibers that, after inflammation, can begin generating abnormal electrical signals on their own. This hyperactivity is a hallmark of neuronal excitability.

Using the complete Freund’s adjuvant (CFA) model of inflammatory pain, previous studies have shown that both C- and A-fiber dorsal root ganglion (DRG) neurons can become spontaneously active. In guinea pigs, earlier work found faster action potential (AP) and afterhyperpolarization (AHP) kinetics and increased conduction velocity (CV) in nociceptors after hindlimb inflammation. These changes likely make nociceptors more efficient at transmitting pain information to the central nervous system.

Why Compare Two Species?

Rats are the most commonly used rodent model in biomedical pain research. However, rats and guinea pigs differ in genetics, biology, and behavior. Guinea pigs are, in some respects, more similar to humans than rats, including aspects of genetics and metabolism.

The researchers aimed to determine whether the electrophysiological changes seen in guinea pig nociceptors after inflammation also occur in rats. They hypothesized that cutaneous inflammation would have different effects in the two species.

How the Study Was Done

The researchers recorded from DRG neurons in female Wistar rats and female Dunkin-Hartley guinea pigs.

Inflammation model:

  • Two CFA injections under anesthesia into the left hindpaw and knee.

  • Designed to produce unilateral hindlimb inflammation, confirmed by swelling and redness.

Recording procedure:

  • Intracellular voltage recordings from DRG neurons four days after CFA treatment, or in untreated controls.

  • Neurons classified by conduction velocity into C-, Aδ-, and Aα/β-fibers.

  • Only neurons with receptive fields in the inflamed area, overshooting APs, and AHPs were included.

Measured variables:

  • Conduction velocity

  • AP duration at base

  • AP rise and fall times

  • AP height and overshoot

  • AHP depth and duration (80% recovery)

What They Found

Guinea Pig Nociceptors

Significant changes were seen in multiple fiber types after inflammation:

  • C-fibers: Higher CV, shorter AP duration, shorter rise and fall times, shorter AHP duration.

  • Aδ-fibers: Shorter AP duration, shorter rise and fall times, shorter AHP duration (no change in CV).

  • Aα/β-fibers: Shorter AP duration, shorter rise and fall times (AHP duration change not significant).

These changes reduce the absolute and relative refractory periods, potentially increasing firing frequency and enhancing pain signal transmission.

Rat Nociceptors

No significant changes were observed in any fiber type after inflammation. All measured variables remained similar to controls.

Why the Difference Matters

The absence of changes in rats was unexpected because inflammation in other studies has been linked to altered ion channel activity in rat DRG neurons. The differences observed here suggest that inflammation affects guinea pig nociceptors and rat nociceptors in distinct ways.

The authors note that species-specific differences in ion channel expression and function, such as sodium and potassium channels involved in AP and AHP regulation, could explain these results. Guinea pigs also differ from rats in other pain-related features, such as higher levels of certain neurotransmitters and receptors in DRG neurons.

Implications for Pain Research

The findings suggest that guinea pigs may more closely mimic some aspects of human inflammatory pain than rats. Selecting an animal model that reflects the human condition is important for understanding pain mechanisms and for developing treatments.

Limitations

  • Only female animals were used.

  • Recordings were taken at a single time point (day four after CFA).
    The authors state that sex differences in electrophysiological properties are beyond the scope of this study but may be relevant in future research.

Conclusion

This study shows that cutaneous inflammation alters nociceptor electrophysiology in guinea pigs but not in rats.
As the authors state:

“Our findings of significant changes in the electrophysiological properties of nociceptive DRG neurons in guinea pigs—but not rats—following hindlimb inflammation may stem from species-specific differences in ion channel expression and/or function.”

These results highlight the importance of considering species differences when selecting animal models for chronic pain research.

 

The translation of the preceding English text in Arabic:

ألم الالتهاب: ماذا يحدث في الجسم

يمكن أن يتبع الألم الالتهابي المزمن أو المستمر إصابة الأنسجة أو حدوث التهاب. يتميّز هذا الألم بوجود ألم تلقائي، وزيادة الحساسية للمسّ غير المؤلم عادةً (فرط التحسس اللمسي)، واستجابة مفرطة للمثيرات المؤلمة (فرط الألم).

أظهرت الدراسات على الحيوانات أن هذه الحالة من الألم يمكن أن تنتج عن تغيّرات على طول المسار العصبي الناقل للإحساس بالألم، وهو النظام العصبي الذي يكتشف إشارات الألم وينقلها. على المستوى المحيطي، يمكن أن تصبح الخلايا العصبية الحسية الأولية أكثر قابلية للاستثارة، وهي عملية تُسمّى التحسّس المحيطي. أما في الجهاز العصبي المركزي، فقد تصبح الخلايا العصبية أكثر استجابة، وهو ما يُعرف بالتحسّس المركزي.

يمكن أن يكون التحسّس المركزي مدفوعًا جزئيًا بالمدخلات القادمة من ألياف «C» العصبية النشطة تلقائيًا. هذه الألياف العصبية، بعد الالتهاب، قد تبدأ في توليد إشارات كهربائية غير طبيعية من تلقاء نفسها. وتُعتبر هذه النشاطات المفرطة علامة مميّزة لزيادة استثارة الخلايا العصبية.

وباستخدام نموذج الألم الالتهابي المعروف بـ«المساعد الكامل لفرويد» (CFA)، أظهرت الدراسات السابقة أن كلًّا من ألياف «C» و«A» في عقد الجذر الظهري (DRG) يمكن أن تصبح نشطة تلقائيًا. وفي الخنازير الغينية، وُجد في أبحاث سابقة أن سرعة جهد الفعل وفترة ما بعد فرط الاستقطاب (AHP) تكون أسرع، وأن سرعة التوصيل العصبي (CV) تزداد في المستقبلات المؤلمة بعد التهاب الطرف الخلفي. هذه التغيّرات تجعل المستقبلات المؤلمة أكثر كفاءة في نقل معلومات الألم إلى الجهاز العصبي المركزي.

لماذا المقارنة بين نوعين من الحيوانات؟

تُستخدم الجرذان في الغالب كنموذج قوارض في أبحاث الألم الحيوية. ومع ذلك، تختلف الجرذان والخنازير الغينية في الجينات والبيولوجيا والسلوك. وفي بعض الجوانب، تكون الخنازير الغينية أكثر تشابهًا مع البشر من الجرذان، بما في ذلك بعض الجوانب الوراثية والتمثيل الغذائي.

سعى الباحثون لمعرفة ما إذا كانت التغيّرات الكهروفسيولوجية التي لوحظت في مستقبلات الألم لدى الخنازير الغينية بعد الالتهاب تحدث أيضًا في الجرذان. وافترضوا أن الالتهاب الجلدي سيؤثر بشكل مختلف على النوعين.

كيف أُجريت الدراسة

سجّل الباحثون من خلايا DRG العصبية في إناث جرذان «ويستر» وإناث خنازير «دنكن-هارتلي» الغينية.

نموذج الالتهاب:

  • حقنتان من مادة CFA تحت التخدير في القدم الخلفية اليسرى والركبة.
  • مصممة لإحداث التهاب أحادي في الطرف الخلفي، تم تأكيده بوجود تورم واحمرار.

إجراءات التسجيل:

  • تسجيل الفولتية داخل الخلايا من خلايا DRG بعد أربعة أيام من العلاج بـCFA، أو من حيوانات لم تُعالج (ضوابط).
  • تصنيف الخلايا العصبية حسب سرعة التوصيل إلى ألياف C، وألياف Aδ، وألياف Aα/β.
  • تضمين الخلايا العصبية التي لها حقول استقبال في المنطقة الملتهبة، وجهود فعل مكتملة، وفترة AHP.

المتغيرات المقاسة:

  • سرعة التوصيل
  • مدة جهد الفعل عند القاعدة
  • زمن الصعود والهبوط لجهد الفعل
  • ارتفاع جهد الفعل ونسبة تجاوزه للصفر
  • عمق ومدة فترة AHP (حتى 80% من الاسترداد)

ما وجدوه

مستقبلات الألم في الخنازير الغينية:

لوحظت تغيّرات كبيرة في عدة أنواع من الألياف بعد الالتهاب:

  • ألياف C: زيادة في سرعة التوصيل، قصر مدة جهد الفعل، قصر زمن الصعود والهبوط، وقصر مدة AHP.
  • ألياف Aδ: قصر مدة جهد الفعل، قصر زمن الصعود والهبوط، وقصر مدة AHP (بدون تغيير في سرعة التوصيل).
  • ألياف Aα/β: قصر مدة جهد الفعل، قصر زمن الصعود والهبوط (تغيّر مدة AHP لم يكن ذا دلالة إحصائية).

هذه التغيّرات تقلّل الفترات الحرجة المطلقة والنسبية، مما قد يزيد من تكرار الإطلاق العصبي ويعزّز نقل إشارات الألم.

مستقبلات الألم في الجرذان:

لم تُلاحظ تغيّرات ذات دلالة إحصائية في أي نوع من الألياف بعد الالتهاب. جميع المتغيرات المقاسة بقيت مشابهة لمجموعة الضبط.

أهمية الاختلاف

كان غياب التغيّرات في الجرذان غير متوقع، لأن الالتهاب في دراسات أخرى ارتبط بتغيّر نشاط قنوات الأيون في خلايا DRG العصبية في الجرذان. وتشير النتائج هنا إلى أن الالتهاب يؤثر على مستقبلات الألم في الخنازير الغينية والجرذان بطرق مختلفة.

يشير المؤلفون إلى أن الاختلافات الخاصة بالنوع في التعبير عن قنوات الأيون ووظائفها، مثل قنوات الصوديوم والبوتاسيوم المشاركة في تنظيم جهد الفعل وفترة AHP، قد تفسّر هذه النتائج. كما تختلف الخنازير الغينية عن الجرذان في خصائص أخرى متعلقة بالألم، مثل ارتفاع مستويات بعض الناقلات العصبية والمستقبلات في خلايا DRG.

دلالات لأبحاث الألم

تشير النتائج إلى أن الخنازير الغينية قد تحاكي بعض جوانب الألم الالتهابي البشري بشكل أفضل من الجرذان. إن اختيار نموذج حيواني يعكس الحالة البشرية أمر مهم لفهم آليات الألم وتطوير العلاجات.

القيود

  • استُخدمت إناث الحيوانات فقط.
  • أُجريت التسجيلات في نقطة زمنية واحدة (اليوم الرابع بعد CFA).

ويشير المؤلفون إلى أن الفروق بين الجنسين في الخصائص الكهروفسيولوجية خارج نطاق هذه الدراسة، لكنها قد تكون ذات صلة في أبحاث مستقبلية.

الخلاصة

تُظهر هذه الدراسة أن الالتهاب الجلدي يغيّر الخصائص الكهروفسيولوجية لمستقبلات الألم في الخنازير الغينية، ولكن ليس في الجرذان. وكما ذكر المؤلفون:

“قد تعود نتائجنا، التي أظهرت تغيّرات كبيرة في الخصائص الكهروفسيولوجية لخلايا DRG الحسية المؤلمة في الخنازير الغينية – ولكن ليس في الجرذان – بعد التهاب الطرف الخلفي، إلى اختلافات خاصة بالنوع في التعبير عن قنوات الأيون و/أو وظائفها.”

تسلّط هذه النتائج الضوء على أهمية أخذ الفروقات بين الأنواع في الاعتبار عند اختيار النماذج الحيوانية لأبحاث الألم المزمن.


:Reference

Laiche Djouhri , Ahmed Eliwa, Alghalya Al-Emadi, Yehia Y. Hussein, Hissa Al-Suwaidi, Al-Jouhara Albaloshi, Ayman Mustafa, Mohammed Seed Ahmed

Cutaneous inflammation alters nociceptor electrophysiology in guinea pigs but not rats

;Biomol Biomed [Internet]. 2025 May 19 [cited 2025 Aug. 12]

Available from: https://www.bjbms.org/ojs/index.php/bjbms/article/view/12195


:Important information

:We invite submissions for our upcoming thematic issues, including

Immune Prediction and Prognostic Biomarkers in Immuno-Oncology

Artificial Intelligence and Machine Learning in disease diagnosis and treatment target identification

More news: Blog

Editor: Merima Hadžić

Be the first to comment

Leave a Reply