측정을위한 소형 이중 요소 스트레인 게이지의 제조 및 주입<em> 생체</em> 설치류에서 위장 수축.
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
실험 조건의 수에 걸쳐 생체 위장 (GI) 운동성 레코드 영양소 항상성에 필요한 기본 정상 및 병태 생리 학적 과정을 이해하기위한 강력한 도구 남아 실험 연구. 전통적으로, 수많은 실험 방법론 직접 GI 수축 레이트 2-5, 관내 압력이 6, 7, 또는 비 흡수성 마커 (8)의 GI 통과 9의 변화를 정량화하기 위해 사용 된 임상 1에서 발견 된 것과 유사성 일부 또는 안정 동위 원소 10-12. 이러한 기술의 각각은 이전에 문헌에 언급 된 고유의 장점과 단점을 갖는다. 흡수성 마커 위장관 회복 실험 애니를 안락사 필요 예를 들어, 압력 변화를 정량화하기 위해 풍선의 내압 유틸리티는 풍선 재료의 고유의 컴플라이언스 때문에 문제시되었다단일 데이터 포인트에 대한 리터. 최근 소형화 동맥압 카테터의인가 및 검증은 쥐 3 위 수축력을 모니터링하기위한 비 – 수술 방법을 제공하는 것으로보고되었다. orogastrically 배치 압력 변환기 효과적으로 침습 수술을 피함으로써 위장 기능에 교란 변수를 제거하지만, 이러한 접근법은 마취 제제에만 적합하다. 또한, 시각적 인 지침의 부족은 위장의 특정 지역 내에서 트랜스 듀서의 일관성있는 배치를 허용하지 않습니다. 따라서,이 응용 프로그램은 십이지장 내에서 단단한 센서 와이어와 결합 시각화 이후 위장이나 대장, 제한 또는 회장은 옵션이 없습니다.
마찬가지로,의 생체 교류 biosusceptometry (ACB) 기술은 GI 수축 분석 4 확인되었습니다. ACB 기술은 비 침습적 인 AP를 제공하지만위장관의 수축을 측정하기위한 접근 방법, ACB는 점에서 유사한 제한 GI 트랙트의 특정 영역의 정확한 기록을 허가하지 않는 자기 검출 섭취 매체의 사용에서 겪고있다. 이러한 제한은 자성 마커 이식 수술을 통해 극복 될 수있다. 그럼에도 불구하고, ACB 기술은 동물이 데이터 수집을 위해 마취를하는 것이 필요로한다.
Ultrasonomicrometry 몇몇 GI에 이용 된 공간적 작은 크기를 활용하기 위해 13, 14을 연구하고, 압전 크리스탈 송신기 / 수신기의 시간적 이점. 위장 평활근 수축 파도 고주파 이벤트 아니며 약 3의 비율로 발생 – / 분 5 사이클. 따라서 sonomicrometry의 시간적 장점은 비용을 정당화 할 필요가있을 수 있습니다. 직선 운동 sonomicrometry 정확하게 측정하면서 또한, 제한은 정확한 데이터 위장관 관한 제시되었다결정 (14)의 불충분 한 수의 주입으로 인해 발생할 수있는 해석.
베이스와 동료 2, (15)의 오리지널 디자인에 기초하여이 시각 프로토콜은보다 완전 단계별 제조 및 소형의 실험 애플리케이션 전체 GI 따라 평활근 수축을 기록하기위한 고감도 및 유연성을 갖고 이중 소자 스트레인 게이지를 문서화 기관. 스트레인 게이지 소자 사이즈 요소를 캡슐화 실리콘 시트시 대부분 의존 완성 스트레인 게이지의 감도와 크기 때문에 모든 짐승 응용에 적합하다. 이러한 스트레인 게이지 용이하여 평활근 수축을 정량화 한 기술을 제공하는 마취 자유롭게 행동 실험 동물 모델에서, 급성 및 만성 애플리케이션에 적합하다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제시된 절차는 개별 실험실 포함한 생물학적 응용을위한 중요한 소형 스트레인 게이지를 제조 할 수 있지만, 작은 실험실 동물에서 위장관 운동성에 한정되지. 이러한 스트레인 게이지의 상업적 생산을 중단 한 이후, 위장 기능을 연구 실험실 실험이 가능 애플리케이션의 전체 범위를 허용 할 수없는 다른 기술로 제한된다. 이 보고서는 앞서 설명한 기술 (15)의 업데이트에 대한 자…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
연구 자금은 신경 질환 및 뇌졸중 (NS049177 및 NS087834)의 국립 연구소를 통해 수신되었습니다. 저자는 후반 박사 폴베이스와 스트레인 게이지의 원래 디자인에 대한 그의 동료의 지적 기여를 인정하고자하는; 2010 년뿐만 아니라 그녀의 통찰력있는 대응을위한 생산 중단까지 스트레인 게이지의 제조 및 마케팅을위한 캐롤 Tollefsrud.
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).
