しかめっ面スケール

コンラート・ローレンツによる犬の表情を描いた絵

しかめ面スケール（GS）は、しかめ面スコアとも呼ばれ、非ヒト動物の痛みの発生または重症度を、表情の客観的かつ盲検化されたスコアリングに基づいて評価する方法です。これは、非言語的ヒトの痛みの測定に日常的に行われています。観察者は、 「顔面動作単位」（FAU）の存在または顕著性、例えば眼窩の収縮、鼻の隆起、耳の位置、ひげの変化などを採点します。これらの採点は、動物をリアルタイムで直接観察するか、写真や動画のスクリーンショットから事後的に採点されます。動物の表情は、痛み顔と呼ばれることもあります。

GS法による疼痛評価は、実験用げっ歯類に非常に適しています。実験用げっ歯類は通常、捕食者に無防備に見えないように疼痛の表現を抑制する傾向があるため、被食動物種です。そのため、これらの種における行動変化は主に急性疼痛（数時間）で観察され、長期疼痛（数日）ではそれほど顕著ではありません。^[1]

少なくともマウスにおいては、GSは観察者に短期間の訓練のみを必要とする、非常に正確で再現性があり信頼性の高い疼痛評価手段であることが示されています。^{[2] [3]} 種を超えて、GSは高い精度と信頼性を持つことが証明されており、手術時および術後疼痛の指標として、また鎮痛剤の有効性評価に有用であると考えられています。^{[4] [5]}

GS の全体的な精度は、マウスで 97%、ウサギで 84%、ラットで 82%、馬で 73.3% と報告されています。^{[引用が必要]}

歴史

表情は、ヒトと非ヒト動物の両方において、長年にわたり感情の指標と考えられてきました。生物学者チャールズ・ダーウィンは、非ヒト動物もヒトと同様に感情状態に応じて同様の表情を示すと考えました^[6] 。 表情の変化に伴うヒトの解剖学的変化の評価は、ヒトからチンパンジー（ChimpFACS）^[7]やアカゲザル（MaqFACS）^[8]などの非ヒト霊長類に応用されましたが、当初はこれらの種における疼痛評価には適用されていませんでした。2010年、ある研究チームが、非ヒト動物種における表情の変化を用いて疼痛を評価する初の方法を開発しました^[9]。概して、GSは、非言語的ヒトにおける疼痛測定で日常的に行われているように、客観的かつ盲検化された表情スコアに基づいて自発的な疼痛を定量化します。観察者は、眼窩の収縮、鼻の隆起、耳の位置、ひげの変化といった「顔面動作単位」（FAU）の存在と程度を評価します。これらは、動物を直接観察することによってリアルタイムで採点されるか、写真やビデオのスクリーンショットから事後的に採点されます。

この疼痛評価法は、捕食者に弱く見られないように痛みを表に出さない傾向がある被食動物に非常に有効です。そのため、これらの種における行動変化は主に急性疼痛（数時間）で観察され、長時間疼痛（数日）ではそれほど顕著ではありません。^[1]

GSは他の疼痛評価法に比べて優れた利点を有する。例えば、鎮痛剤モルヒネは疼痛を軽減するが、疼痛のない動物では興奮、活動亢進、鎮静といった他の行動面にも影響を及ぼすため、疼痛に対するモルヒネの作用を従来の行動学的に評価することが困難となる。モルヒネは「痛み顔」の頻度を低下させるだけでなく、ベースラインの疼痛のないマウスにおけるGSには影響を与えない。^[10]

マウスでは

マウスのGSは通常、眼窩収縮、鼻の隆起、頬の隆起、耳の位置、ひげの変化という5つのFAU（Federation Unit）で構成されます。これらは0～2のスケールで評価され、0＝基準を満たさない、1＝中等度に認められる、2＝明らかに認められることを意味します。マウスにおいて、GSは、手技による行動ベースのスコアリングと同等の有効性を持ちながら、手技による行動ベースのスコアリングのような限界のない術後疼痛評価手段となります。

開腹手術を受けたマウスのしかめっ面は、術後疼痛が36～48時間（比較的強い痛みは8～12時間）持続し、暗期（活動期）初期に比較的増悪することを示唆している。さらに、しかめっ面は、ブプレノルフィンが推奨用量で術後早期疼痛に完全に有効である一方、カルプロフェンとケトプロフェンは現在推奨されている用量よりもはるかに高い用量でのみ有効であり、アセトアミノフェンは有効ではないことを示している。^[11]

2014年に行われた研究では、心筋梗塞の外科的誘発後のマウスの術後疼痛が調査されました。疼痛の特定におけるGSの有効性を、行動、臨床、および手術特有の基準に基づく従来の福祉スコアリングシステムと比較しました。事後GS（リアルタイムGSではない）では、従来の評価方法では軽度の疼痛と特定されなかったマウスが、24時間後にかなりの割合で軽度の疼痛状態にあることが示されました。重要なのは、軽度の疼痛状態にあると特定されたマウスは鎮痛剤治療に反応したことです。これは、従来の福祉評価方法が疼痛認識のこの側面において鈍感であることを示唆しています。^[1]

誘発性鎌状赤血球症マウスとその対照群は、冷プレート上で試験したところ「痛みの顔」を呈したが、鎌状赤血球症マウスは対照群と比較して痛みの強度が増していた。これは、従来の痛み評価法であるフォン・フライ・フィラメントを用いて確認された。^{[12] GS} は、膵炎における痛みの評価やその緩和法にも用い られている。[13] GSは、治療薬の副作用として引き起こされる痛みの程度や、痛みを軽減する方法の試験にも用いられている。^[14]

マウスGSは、痛みを評価するための非常に正確で、再現性があり、信頼性の高い手段であることが示されており、観察者は短期間のトレーニングのみを必要とします。^[2]マウスの痛みの画像と痛みのない画像を検出するために深層ニューラルネットワークをトレーニングする評価アプローチは、MGSスコアリングをさらに高速化し、94%の精度を実現します。^[15]

性別と系統の影響

DBA/2系統マウスではイソフルラン麻酔のみでGSスコアが上昇するが、CBA系統マウスでは上昇しないことが報告されており、GSを用いて疼痛を評価する際にはこの点を考慮すべきである。一般的な鎮痛剤であるブプレノルフィンの投与は、どちらの系統のGSにも影響を与えなかった。^[16]

マウスの性別と系統はGSと相互作用し、データ収集方法（リアルタイムか事後か）も影響するため、採点者はこれらの要因を考慮する必要がある。^[2]

痛みを伴わない処置の効果

実験動物における疼痛評価方法が、他の要因、特に日常的な手順や飼育管理の一部である要因の影響を受けるかどうかを明らかにすることは重要です。チューブを用いて扱われたマウスと尾で持ち上げられたマウスのGSスコアに差はなく、これらの取り扱い方法がGS評価における交絡因子ではないことを示しています。^{[17]同様の研究では、ベースラインと}耳ノッチ（実験用マウスの識別によく用いられる方法） 直後のGSスコアに差がなかったことが報告されており、耳ノッチに伴う疼痛がGSツールを用いて評価するにはあまりにも激しいか、またはこの処置自体が苦痛ではないことを示唆している可能性があります。^[18]

ラットでは

アグーチロシアンブルーラットの顔のクローズアップ

マウスとラットの「疼痛顔」には違いがあります。マウスでは、ベースラインでは鼻と頬は滑らかな外観をしていますが、疼痛があると鼻と頬の両方の領域がはっきりと膨らみます。一方、ラットでは、ベースラインでは鼻と頬の領域がはっきりと膨らみ、疼痛があると鼻梁が平坦化・伸長し​​、口ひげの肉が平坦化します。これらの違いから、ラットのGSでは、眼窩収縮、鼻／頬の平坦化、耳の変化、口ひげの変化という4つのFAUが用いられることがあります。ラットでは、鼻／頬の平坦化が疼痛の有無と最も高い相関関係を示しているようです。^{[3] [19]}

ラットのGSは、外科手術による痛み、歯列矯正による歯の移動、変形性関節症、急性化学療法誘発性粘膜炎、およびこれらの処置やその他の痛みを伴う状態に対する鎮痛剤の有効性を評価するために使用されています。^{[19] [20] [21 ] [22] [23] [24] [25]}さらに、GSは、高齢ラットの 術後認知機能障害の軽減に対する術後鎮痛の効果を調べるために使用されています。 ^[26]

マウスと同様に、ラットのGSとフォン・フライ・フィラメントを用いた疼痛評価における一致度を調べた研究があります。3つの疼痛モデル（足底カラギーナン、足底完全フロイントアジュバント、足底切開）において、両者の間に良好な一致が認められています^[27]。GSスコアは全ての疼痛モデルにおいて有意に上昇し、GSスコアのピークは足蹠過敏症の発現と一致していましたが、GSスコアがベースラインに戻った後も過敏症は持続しました^{[28] 。}

ラットでは、GSを定量化するプロセスの中で最も労働集約的なステップ、すなわちデジタルビデオから個々の顔を含むフレームをフレームキャプチャするステップを自動化することに成功したソフトウェア（Rodent Face Finder）が開発されました。このステップは、動物がカメラを直接見ていなかったり、動きのぼやけによる画像品質が悪かったりするなどの理由で妨げられます。^[29]

ウサギの場合

ウサギ用のGSが開発され、4つのFAU、すなわち眼窩の引き締め、頬の平坦化、鼻の形、ひげの位置（耳の位置は分析から除外）を使用して（サンプル画像については、ここ[1]を参照）、耳タトゥーを受けたウサギに対する鎮痛クリームの有効性を評価するために使用されました。^[30] 同様に、GSはウサギの術後モニタリングにおける健康状態の評価にも使用されています。^[31]

馬の場合

げっ歯類とウサギにおける去勢後遺症（FAU）の特定に基づき、馬の去勢後遺症（GS）が開発されました。これは、耳の硬直、眼窩の緊張、眼窩上部の緊張、咀嚼筋の顕著な緊張、口の緊張と顎の突出、鼻孔の緊張、そして横顔の平坦化という6つのFAUに基づいています（画像例はこちら[2]を参照）。^[32]その後、HGSは蹄葉炎の馬の疼痛行動評価に使用され、オベルスケールと比較することで、しかめ面スケールを用いて疼痛の程度を評価できることが結論付けられました。^[33]

関連研究^{[34]では、}前腕への止血帯または局所カプサイシン投与による疼痛誘発後の馬の「疼痛顔」が報告されています。この疼痛顔は、HGSで報告されているものと同様の表情、すなわち低いおよび／または非対称の耳、斜めの目、引きつったおよび／または緊張した視線、内側外側に拡張した鼻孔、唇、顎、および特定の表情筋の緊張を特徴としており、既存の疼痛評価ツールの改良に活用できる可能性があります。この疼痛顔に基づいて、馬疼痛スケールが開発されました^[35] 。 また、EQUUS-FAPという別の疼痛スケールも報告されており、これも馬の急性疼痛を有意に評価できることが証明されています^{[36] 。}

急性疼痛時の馬の顔面に見られる様々な表情をマッピングし、説明するために、馬顔面動作コーディングシステム（EquiFACS）が開発されました。17のFAUが特定され、それぞれの表情の背後にある解剖学的構造が説明され、他の種の表情と比較されています。^[37]

猫の場合

耳と鼻の間のランドマークと距離に基づいた予備研究では、痛みのある猫と痛みのない猫の顔画像を見せられた観察者は、痛みのない猫と痛みのある猫を識別するのが困難であることが示され、痛みのある猫の80%以上を識別できた観察者はわずか13%でした。正確さ（痛みがあるか痛みがないかの二分法に基づく）は18%から94%の範囲でした。^[38]

猫の自然発生的な急性疼痛を検出するために、2019年に猫用の完全なGS（猫のしかめっ面スケール、FGS）が発表されました。5つのFAU（行動単位）が特定されました。耳の位置、眼窩の収縮、鼻先の緊張、ひげの変化、頭位です。各FAUには0から2のスコアが与えられ、合計疼痛スコアは、FAUのスコアの合計を、「スコア付け不可能」（例：4/10 = 0.4、4/8 = 0.5）とマークされたAUを除く合計可能スコアで割ることで算出されます。トレーニングマニュアルは、原著論文内の「補足情報」として入手可能です。^[39]

FGSは徹底的に検証されており、高い識別能力、良好な全体的評価者間信頼性、優れた評価者内信頼性、そして優れた内的一貫性が報告されています。FGSスコアは、疼痛のある猫では対照群よりも高く、猫の疼痛評価に用いられる他の検証済みツールと非常に強い相関が見られ、FGSは鎮痛剤投与への反応を検出しました（鎮痛後のスコアは鎮痛前よりも低下しました）。さらに、鎮痛閾値も決定されました（総疼痛スコアが1.0点満点中0.39点以上）。FGSは、猫の急性疼痛評価に簡便かつ迅速に使用できるツールです。^[39]

卵巣子宮摘出術を受ける猫におけるFGSの臨床応用性は、経験豊富な観察者によってリアルタイムで割り当てられたスコアと静止画像に割り当てられたスコアを比較することによって調査され、良好な一致が報告されている。^[40] FGSは、抜歯を受ける猫の痛みの評価にも信頼できるツールであり、介護者の存在はFGSスコアに影響を与えなかった。^[41]

羊では

羊用のGS（持続的ストレス刺激）は、蹄腐れや乳房炎などの自然発生的な疾患によって引き起こされる痛みを検出するために開発されました。^{[42] GSは、子羊の}断尾 という日常的な飼育手順による痛みの評価に使用されてきました。観察者間および観察者内での高い信頼性と高い精度が認められました。断尾中の子羊の拘束は表情の変化を引き起こすため、GSの使用においてはこの点を考慮する必要があります。^[43]

フェレットの場合

腹腔内テレメトリープローブ埋め込み前後のフェレットの顔面筋と、フェレットの顔面側面写真を比較した。FAU（眼窩収縮、鼻の隆起、頬の隆起、耳の変化、ひげの後退）は、フェレットの痛みの潜在的な指標として特定された。術後5時間で撮影された写真に割り当てられたすべてのAUスコアは、時間を合わせたベースラインスコアと比較して有意に高かった。線形判別分析によって得られた重みを用いたさらなる分析により、眼窩収縮のみをスコアリングすることで、高い感度、特異度、および精度でこの区別を行うのに十分であることが明らかになった。^[44]

参照

• 3R（動物実験）

参考文献

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