測定するための小型のデュアルエレメントひずみゲージの作製と移植<em>インビボ</em>げっ歯類における消化管収縮。
Summary
The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.
Abstract
Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.
Introduction
実験条件の数を横断vivoで胃腸（GI）運動性のレコードが栄養恒常性のために必要な基本的な正常および病態生理学的プロセスを理解するための強力なツールのまま実験的研究。伝統的に、多数の実験的な方法論、臨床診療1に見られるものと類似性を有するいくつかは、直接GI収縮率2-5、管腔内圧6,7、または非吸収性マーカー8のGI通過の変化、9を定量化するために使用されているまたは安定同位10-12。これらの技術のそれぞれは、文献において以前に対処されてきた固有の利点と欠点を有する。非吸収性マーカーの胃腸回復実験アニマを安楽死を必要としながら、例えば、圧力の変化を定量化するために、バルーン内圧測定の有用性は、バルーン材料の固有のコンプライアンスに起因して疑問視されている単一のデータポイントのlである。最近では、小型化された動脈圧カテーテルの適用および検証は、ラットおよびマウス3に胃の収縮性を監視するための非外科的方法を提供することが報告されている。 orogastrically配置された圧力変換器を効果的に侵襲性外科手術手順を回避することによって胃腸機能上の交絡変数を排除するが、このようなアプローチは、麻酔製剤にのみ適している。さらに、視線誘導の欠如は胃の特定の領域内のトランスデューサの一貫性のある配置を許可していません。このように、このアプリケーションは、視覚化以来、胃または結腸に限定されている比較的硬いトランスデューサ線に結合された、十二指腸または回腸内でオプションではない。
同様に、生体磁気交流biosusceptometry（ACB）技術は、GI収縮解析の4のために検証されています。 ACB技術は、非侵襲的にpを提供しますが胃腸の収縮を測定するためのローチ、ACBは、メディアが胃腸管の特定の領域の正確な記録を許可しない、摂取磁気検出の使用という点でも同様の制限に苦しんでいる。この制限は、磁気マーカの外科的移植を介して克服することができる。それにもかかわらず、ACB技術は、動物がデータ収集のために麻酔をすることを必要とする。
Ultrasonomicrometryは、小さなサイズ、空間、及び圧電結晶送信機/受信機の時間的利点を利用するために13,14を研究するいくつかのGIで採用されている。胃平滑筋収縮の波が高周波イベントではなく、約3分の速度で起こる – 、5サイクル/分。したがって、ソノマイクロメトリの時間的な利点は、コストを正当化する必要はないかもしれません。直線運動を正確にソノマイクロメトリーで測定しながらさらに、制限は正確な胃腸データに関する提示されている結晶14の数が不足して注入することに起因する解釈。
低音や同僚2,15のオリジナルデザインに基づいて、この可視化されたプロトコルは、より完全に、ステップバイステップの製造およびミニチュアの実験的なアプリケーション、全体のGIに沿って平滑筋の収縮を記録するための高感度と柔軟性を持っている二要素ひずみゲージを文書化道。完成したひずみゲージの感度およびサイズは要素をカプセル化シリコーンシートの際に最も依存しているので、歪みゲージ要素の寸法は、任意のげっ歯類の適用に適している。これらのひずみゲージは、容易にそれによって平滑筋収縮を定量化するための単一の技術を提供すること、麻酔し、自由に行動する実験動物モデルにおける急性および慢性の適用のために適合されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここに提示された手順は、各施設は、生物学的用途のために敏感な小型の歪みゲージを製造することができ、これらに限定されないが、小実験動物における胃腸の運動。これらのひずみゲージの商業生産が停止しているので、胃腸の機能を調査する研究室は、利用可能な実験的なアプリケーションの全範囲を許可することはできません、他の技術に限定されている。このレポートでは、以前?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
研究資金は、神経疾患や脳卒中（NS049177およびNS087834）総合研究所を介して受信した。著者らは、ひずみゲージのオリジナルデザイン後半ポール博士低音と彼の同僚の知的貢献を認めることを望む。とひずみゲージの製造およびマーケティングのためのキャロルTollefsrud 2010年の生産中止まで、だけでなく、彼女の洞察力に富んだ対応をするため。
Materials
| Strain gage element | Micro-Measurements (Vishay Product Group) | EA-06-031-350 | Linear pattern, foil, stress analysis strain gage (2 required) www.vishaypg.com/micro-measurements/ or http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf |
| epoxy-phenolic adhesive | M-bond 610 | General purpose adhesive for bonding strain gage elements | http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf |
| 3 conductor insulated wire | 336-FTE | Fine gage, flexible general purpose wire | http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf |
| Flux and rosin solvent kit | FAR-2 M-Flux AR kit | Liquid solder flux | http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf |
| Solder | 361A-20R-25 | Optimized and recommended for strain gage applications | http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf |
| Gold socket connector | PlasticsOne | E363/0 | Socket contact for electrode pedestal http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407 |
| Electrode pedestal | MS363 | Secure platform for wire contacts | http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499 |
| 6-wire cable | 363 PLUG W/VINYL SL/6 | Pre-fabricated vinyl-coated cable (in customized lengths) with plug adaptor to match electrode pedestal and tinned solder lugs on terminal end | |
| Silicone rubber casting compound | EIS electrical products | Elan Tron E211 | Potting medium for gage/wire solder joints http://www.eis-inc.com |
| HOTweezers | Meisei Corporation | Model 4B | Wire insulation strippers http://www.impexron.us |
| Soldering station | Weller (Apex Tool Group) | WES 51 | High quality soldering equipment http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm |
| Available through http://www.eis-inc.com or http://www.amazon.com | |||
| Silicone sheet | Trelleborg Sealing Solutions Northborough-Life Sciences | Pharmelast 20-20 | Encapsulating strain gauge elements 10 B Forbes Road Northborough, MA 01532 (800) 634-2000 |
| Amplifier | Experimetria Ltd | AMP-01-SG | http://experimetria.com/Biological_amplifiers.php |
References
- Szarka, L. A., Camilleri, M. Methods for measurement of gastric motility. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 296 (3), G461-G475 (2009).
- Pascaud XB, F. A. U., Genton, M. J., Bass, P. A miniature transducer for recording intestinal motility in unrestrained chronic rats. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. Gastrointest. Physiol. 4 (5), 532-538 (1978).
- Gourcerol, G., Adelson, D. W., Million, M., Wang, L., Tache, Y. Modulation of gastric motility by brain-gut peptides using a novel non-invasive miniaturized pressure transducer method in anesthetized rodents. Peptides. 32 (4), 737-746 (2011).
- Américo, M. F., et al. Validation of ACB in vitro and in vivo as a biomagnetic method for measuring stomach contraction. Neurogastroenterol. Motil. 22 (12), 1340-1374 (2010).
- Fujitsuka, N., Asakawa, A., Amitani, H., Fujimiya, M., Inui, A. Chapter Eighteen – Ghrelin and Gastrointestinal Movement. Ghrelin and Gastrointestinal Movement. , 289-301 (2012).
- Monroe, M. J., Hornby, P. J., Partosoedarso, E. R. Central vagal stimulation evokes gastric volume changes in mice: a novel technique using a miniaturized barostat. Neurogastroenterol. Motil. 16 (1), 5-11 (2004).
- Herman, M. A., et al. Characterization of noradrenergic transmission at the dorsal motor nucleus of the vagus involved in reflex control of fundus tone. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 294 (3), 720-729 (2008).
- Gondim, F. A., et al. Complete cervical or thoracic spinal cord transections delay gastric emptying and gastrointestinal transit of liquid in awake rats. Spinal Cord. 37 (11), 793-799 (1999).
- Van Bree, S. H. W., et al. Systemic inflammation with enhanced brain activation contributes to more severe delay in postoperative ileus. Neurogastroenterol. Motil. 25 (8), 540-549 (2013).
- Qualls-Creekmore, E., Tong, M., Holmes, G. M. Gastric emptying of enterally administered liquid meal in conscious rats and during sustained anaesthesia. Neurogastroenterol. Motil. 22 (2), 181-185 (2010).
- Qualls-Creekmore, E., Tong, M., Holmes, G. M. Time-course of recovery of gastric emptying and motility in rats with experimental spinal cord injury. Neurogastroenterol. Motil. 22 (1), 62 (2010).
- Choi, K. M., et al. Determination of gastric emptying in nonobese diabetic mice. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 293 (5), G1039-G1045 (2007).
- Adelson, D. W., Million, M., Kanamoto, K., Palanca, T., Tache, Y. Coordinated gastric and sphincter motility evoked by intravenous CCK-8 as monitored by ultrasonomicrometry in rats. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 286 (2), G321-G332 (2004).
- Xue, L., et al. Effect of modulation of serotonergic, cholinergic, and nitrergic pathways on murine fundic size and compliance measured by ultrasonomicrometry. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 290 (1), G74-G82 (2005).
- Bass, P., Wiley, J. N. Contractile force transducer for recording muscle activity in unanesthetized animals. J. Appl. Physiol. 32 (4), 567-570 (1972).
- Holmes, G. M., Browning, K. N., Tong, M., Qualls-Creekmore, E., Travagli, R. A. Vagally mediated effects of glucagon-like peptide 1: in vitro and in vivo gastric actions. J. Physiol. 587 (19), 4749-4759 (2009).
- Tong, M., Qualls-Creekmore, E., Browning, K. N., Travagli, R. A., Holmes, G. M. Experimental spinal cord injury in rats diminishes vagally-mediated gastric responses to cholecystokinin-8s. Neurogastroenterol. Motil. 23 (2), e69-e79 (2011).
- Miyano, Y., et al. The role of the vagus nerve in the migrating motor complex and ghrelin- and motilin-induced gastric contraction in suncus. PLoS ONE. 8 (5), e64777 (2013).
- Holmes, G. M., Rogers, R. C., Bresnahan, J. C., Beattie, M. S. Thyrotropin-releasing hormone (TRH) and CNS regulation of anorectal motility in the rat. J Auton. Nerv. Syst. 56, 8-14 (1995).
- Ormsbee, H. S., Bass, P. Gastroduodenal motor gradients in the dog after pyloroplasty. Am. J. Physiol. 230, 389-397 (1976).
- Fukuda, H., et al. Impaired gastric motor activity after abdominal surgery in rats. Neurogastroenterol. Motil. 17 (2), 245-250 (2005).
- Browning, K. N., Babic, T., Holmes, G. M., Swartz, E., Travagli, R. A. A critical re-evaluation of the specificity of action of perivagal capsaicin. J. Physiol. 591 (6), 1563-1580 (2013).
