Urineblaas Uitzetting Evoked visceromotorische Responses als een model voor de pijn in de blaas in Muizen
Summary
Ongeveer 3-8.000.000 mensen in de Verenigde Staten heeft last van interstitiële cystitis / pijn in de blaas syndroom (IC / BPS), een invaliderende aandoening die gekenmerkt wordt voor een deel door bekkenpijn. Om zenuwstelsel bijdragen aan de toestand te bestuderen, is een fysiologisch model urineblaas pijn in muizen en ratten.
Abstract
Ongeveer 3-8.000.000 mensen in de Verenigde Staten lijden aan interstitiële cystitis / blaas pijn syndroom (IC / BPS), een invaliderende aandoening gekenmerkt door verhoogde urgentie en frequentie van urineren, en nocturie en algemene bekkenpijn, vooral bij blaasvulling of plassen. Ondanks jaren van onderzoek, de oorzaak van IC / BPS blijft ongrijpbaar en behandelingsstrategieën zijn niet in staat om een volledige verlichting te bieden aan patiënten. Om zenuwstelsel bijdragen aan de toestand te bestuderen, hebben vele diermodellen ontwikkeld om de pijn en symptomen geassocieerd met IC / BPS nabootsen. Een dergelijk muizenmodel is urineblaas uitzetting (UBD). In dit model wordt perslucht van een specifieke druk geleverd aan de blaas van een licht verdoofd dier gedurende een bepaalde periode. Gedurende de procedure draden in de superieure schuine buikspieren elektrische activiteit van de spier. Deze activiteit is bekend als de visceromotorische respons (VMR) en isa betrouwbare en reproduceerbare meting van nociceptie. Hier beschrijven we de stappen die nodig zijn om deze techniek uit te voeren in muizen, waaronder chirurgische manipulaties, fysiologische opname en data-analyse. Met het gebruik van dit model, kan de coördinatie tussen primaire sensorische neuronen, ruggenmerg secundaire afferenten en hogere centrale zenuwstelsel die betrokken zijn bij pijn in de blaas worden ontrafeld. Deze fundamentele wetenschap kennis kan vervolgens klinisch worden vertaald naar patiënten die lijden aan IC / BPS behandelen.
Introduction
Chronische pijn wordt officieel gedefinieerd als pijn die houdt ongeveer drie maanden, of langer dan de normale weefsel genezing tijd 1. Dit type van pijn is een van de belangrijkste redenen dat mensen gedreven worden om medische hulp te zoeken 2 en kan oplopen tot $ 635.000.000.000 dollar per jaar 3. Huidige chronische pijn coping-strategieën zijn archaïsch beschouwd; na decennia van medische vooruitgang, NSAID's (niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen) en opioïden zijn nog steeds de door artsen voorgeschreven primaire behandelingen. Deze behandelingen gericht maar alle verschillende soorten pijn op dezelfde wijze verschaffen analgetische effecten over het lichaam, in tegenstelling tot specifiek gericht op de oorzaak van dat exacte pijn incident. Om beter te kunnen helpen die lijden aan chronische pijn, moet het onderzoek aandacht worden verlegd naar de etiologie en de mogelijke pijn-specifieke behandelingen in verband met de meest voorkomende oorzaken van chronische pijn. Het doel van dit manuscript is om een model dat wordt gebruikt om beter te begrijpen een aandoening die bekend staat als de Tussenliggende / Pijnlijke blaas syndroom (IC / BPS) te beschrijven.
IC / BPS is een invaliderende aandoening die miljoenen mensen, vooral vrouwen boven de leeftijd van 40 4 beïnvloedt. De exacte oorzaken van IC / BPS zijn niet bekend, maar de prevalentie is gekoppeld aan genetica 5, specifieke diëten en hoge stress niveaus 6 . Symptomen van IC / BPS omvatten, maar zijn niet beperkt tot: verhoogde urgentie om te urineren, verhoogde frequentie van het plassen, pijn, piercing, of brandende pijn tijdens het vullen van de blaas en de lediging en nocturia 7. Patiënten die deze aandoeningen ervaren hebben meer stress en zijn meer angstig 8. Deze verhoogde stress resulteert in een toename van pijn, waarbij de oorspronkelijke stress verhoogt. Studies hebben aangetoond dat depressie en angst niveaus dalen volgende behandelingen die urine pijn te verlichten, dus effectief deze positieve feedback cyclus breken <sup> 9. Een van de uitdagingen in het ontdekken van nieuwe behandelingen voor IC / BPS heeft het gebrek aan een fundamentele wetenschap begrip van pijn in de blaas geweest.
Om zenuwstelsel bijdragen aan de toestand te bestuderen, hebben vele diermodellen ontwikkeld om de pijn en symptomen geassocieerd met IC / BPS nabootsen. Traditioneel is cystitis is opnieuw bij dieren met de introductie van diverse chemicaliën zoals mosterdolie, aceton, lipopolysaccharide, zoutzuur en cyclofosfamide in de blaas. Er is echter geen buitenlandse agenten aanwezig zijn in de steriele urine van IC / BPS-patiënten, waardoor de validiteit van deze modellen ondervraging. Een andere muizenmodel van urologische pijn is urineblaas uitzetting (UBD) 10. In dit model wordt perslucht van een specifieke druk geleverd aan de blaas van een wakkere of licht verdoofd dier gedurende een bepaalde periode. Tijdens de gehele procedure, draden in de superieure schuine buikspieren opnemen elektrische activheid van de spier (een elektromyogram (EMG)). Deze activiteit is bekend als de visceromotorische respons (VMR) en betrouwbaar, reproduceerbaar maat nociceptie 10. Soortgelijke hol orgaan uitzetting (bijvoorbeeld blaas, rectum) bij gezonde vrijwilligers veroorzaakt gevoel van ongemak en significante verhogingen van pijn gerapporteerd 11,12, eigenschappen die vaak worden gebruikt om IC / BPS diagnose. Dus in samenhang met elektrische, farmacologische en optogenetic werkwijzen stimulatie of remming, UBD is een nuttig en geldig model voor het begrijpen van zowel perifere als centrale zenuwstelsel onderdelen blaas nociceptie en pijn.
Hier beschrijven we de procedure voor de UBD als wordt momenteel gebruikt in ons laboratorium binnen vrouwelijke leden van de gemeenschappelijke muizenstam, C57BL/6J. Vanwege moeilijkheden bij de katheterisatie proces mannetjes, wordt deze procedure hoofdzakelijk uitgevoerd bij vrouwelijke muizen. Dit protocol is een aangepaste versie van die ontwikkeld door Ness <em> et al.. 10 en eerder gepubliceerde uit ons lab 13. Het volgende protocol beschrijft vier primaire componenten van dit model in verdoofde dieren: (1) blaaskatheter en registratie-elektrode chirurgie (2) gedeeltelijke verdoving inductie (3) blaas uitzetting en VMR opnemen, en (4) data-analyse van rauwe VMR / EMG sporen . Subtiele verschillen in de UBD-VMR procedure door de keuze van het organisme, anesthesie diepte en inductie en lichaamstemperatuur worden hieronder besproken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bij de mens, interstitiële cystitis / pijn in de blaas syndroom (IC / BPS) is een belangrijke klinische probleem omdat patiënten hebben invaliderende pijn die vaak niet reageert op reguliere pijnbehandeling 15. Een van de grote uitdagingen in het begrijpen en uiteindelijk behandeling van chronische pijn in de blaas op de normale neurale processen die betrokken zijn bij de respons op pijnlijke blaas uitzetting begrijpen. Om dit probleem te ondervangen, een diermodel van blaaspijn noodzakelijk. Dit model dien…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij willen Drs erkennen. Robert Gereau, Henry Lai, en Lara Crock voor hun nuttige hulp bij het opzetten van dit systeem. We willen ook graag financieringsbronnen erkennen voor dit werk (BJK – Internationale Vereniging voor de Studie van Pijn Early Career Research Grant door de Scan | Design Foundation door Inger & JENS BRUUN en de Duquesne Universiteit Hunkele Gevreesde Fonds Disease).
Materials
| Infrared heating blanket and monitoring system | Kent Scientific | Right-Temp System | This system is setup to monitor two separate temperatures. This should include the animal and the heating blanket. In addition, the system can automatically adjust the temperature to maintain a set temp. However, this automatic function produces electrical interference during EMG recording and must be turned off. Kent can provide a battery pack for the heating pad for use during the riEMG recording part of the experiment. |
| Isoflurane vaporizer | Draeger | Vapor 19.1 | Any isoflurane vaporizer will work, but it is helpful to have one that has mutliple notches between 0 and 2% isoflurane. |
| Isoflurane | Multiple | n/a | |
| 100% Oxygen air tank | Multiple | n/a | For ventilation of animal |
| Air breathing grade | Multiple | n/a | For bladder distention |
| 24GA 0.56inch IV catheter | BD biosciences | 381411 | For bladder catheterization |
| Surgilube (sterile) | Savage Laboratories | 0281-0205-02 | Any surgical grade lubricate would work fine. |
| Mineral oil (sterile) | Multiple | n/a | |
| Saline (sterile) | Multiple | n/a | |
| AG8W Silver Wire, 2 m, 0.20 mm (.008") D, L, No Insulation | Warner Instruments | W4 64-1318 | Any silver wire with these specifications will work. Wire does not need to be "chlorinated." |
| opthalamic ointment | Multiple | n/a | |
| Small surgical scissors | Multiple | n/a | |
| Sharp forceps | Multiple | n/a | |
| 21 Ga needle | Multiple | n/a | |
| Grass amplifier P511 with 3-lead input cable | Grass Instruments | P511 (F-P5IC3/REV1) | This is the "amplifier" used in the protocol. Amplifier with the following settings: Calibrator = 1 mV; Lo freq = 300 Hz; Amplification = 20; Hi freq = 10 kHz; Line filter = in. |
| Cambridge Electronic Design (CED) 1401 Plus (or equivalent) | Cambridge Electronic Design | 1401 Plus | This is the "digitizer" used in the protocol. Other digitizer systems from WINDAQ or other companies would work fine; Need inputs for pressure signal, EMG, and stimulus signal. |
| CED Spike2 software | Cambridge Electronic Design | Spike 2 | This is the the "digitizer software" used in the protocol. Should be from same manufacturer as digitizer. Program should be setup with 3 channels for pressure (0-100 mmHg scale), EMG signal (typically -5 to +5 V range), and stimulus marker (0-2 V) range. |
| Flow chart from air tank to bladder catheter | n/a | n/a | Sequence of connections from pressurized air tank to animal bladder: Air tank to 1/4 inch tubing to Gilmont flowmeter to Y connector. Branch 1 of y connector to to sphygmomanometer. Branch 2 to a single input on the 4-way gang valve to 4-way valve output to the timed pressure regulator to 3/32 tubing from timed pressure regulator to 2nd Y connector (branch 1 to sphygmomanometer) with branch 2 to 3/32 tubing to a 3rd Y connector. Branch 1 of Y connector to a 3rd sphygmomanometer and branch 2 to animal bladder catheter. |
| Gilmont Flowmeter | Gilmont | GF8321-1401 | Multiple brands of flowmeters will work. For bladder distention air, flow meter should be able to handle high pressures (such as this Gilmont meter). For breathing air, flow rate should be adjustable down to 100 cc/min (typical mouse rate is 500-1000 cc/min). |
| 4-way gang valve | Elite | This is a specific piece of equipment. The Elite gang valve is designed for fish tanks at low air pressures. In the bladder distention setup, this valve acts as a safety valves in case the pressure spikes. Too high pressure during initial turning on of the tank will ruin the pressure transducer in the Timed pressure regulator and/or the sphygnometers. In addition, by providing a small amount of leak in the system, this valve makes it easier to adjust the pressure between 10-80 mmHg. | |
| 1/4 inch tubing | Multiple | n/a | |
| 3/32 inch tubing | Multiple | n/a | |
| "Y" connectors (1/4 and 3/32 inch) | Multiple | n/a | |
| Sphygmomanometer | CVS | Any analog sphygmomanometer from a drug store will work for this application. | |
| Timed Pressure Regulator | Custom | This is a custom built machine (Washington University in St. Louis Machine shop) that allows for automated pressure delivery including digitization of air pressure, control of trial length, inter-trial interval automation, control of trial number, and stimulus onset digital signal. However, the basic components of the system (pressure on and off for a given trial period) could be controlled with a simple on/off in-line switch. Such analog control of a trial would necessitate additional analysis parameters (see below section 4). In addition, one would have to manually assign the pressure based on the analog sphygmomanometer during data analysis. | |
| IGOR Pro | Wavemetrics | n/a | For analysis of EMG signal. Many different types of software can be used for data analysis in these experiments. |
References
- Merskey, H., Bogduk, N. . Classification of Chronic Pain. , (1994).
- Gureje, O., Korff, M. V., Simon, G. E., Gater, R. Peristent pain and well-being. A World Health Organization study in primary care. J. Am. Med. Assoc. 280, 147-151 (1998).
- Gaskin, D. J., Richard, P. The economic costs of pain in the United States. J. Pain. 13, 715-754 (2012).
- Berry, S. H., et al. Prevalence of Symptoms of Bladder Pain Syndrome/Interstitial Cystitis Among Adult Females in the United States. J. Urol. 186, 540-544 (2011).
- Tunitsky, E., et al. Bladder Pain Syndrome/Interstitial Cystitis in twin sisters. J. Urol. 187, 148-152 (2012).
- Tettamanti, G., et al. Influence of smoking, coffee, and tea consumption on Bladder Pain Syndrome in female twins. Urology. 77, 1313-1317 (2011).
- Warren, J. W., et al., Longo, D. L., et al. . Harrison’s Principles of Internal Medicine. , (2012).
- Baldoni, F., Ercolani, M., Baldaro, B., Trombini, G. Stressful events and psychological symptoms in patients with functional urinary disorders. Perceptual Motor Skills. 80, 605-606 (1995).
- Tannenbaum, C., Gray, M., Hoffstetter, S., Cardozo, L. Comorbidities associated with bladder dysfunction. Int. J. Clin. Practice. 67, 105-113 (2013).
- Ness, T. J., Elhefni, H. Reliable visceromotor responses are evoked by noxious bladder distention in mice. J. Urol. 171, 1704-1708 (2004).
- Ness, T. J., Richter, H. E., Varner, R. E., Fillingim, R. B. A psychophysical study of discomfort produced by repeated filling of the urinary bladder. Pain. 76, 61-69 (1998).
- Ness, T. J., Gebhart, G. F. Visceral pain: a review of experimental studies. Pain. 41, 167-234 (1990).
- Crock, L. W., et al. Central amygdala metabotropic glutamate receptor 5 in the modulation of visceral pain. J. Neurosci. 32, 14217-14226 (2012).
- Anderson, R. H., Ness, T. J., Gebhart, G. F. A distension control device useful for quantitative studies of hollow organ sensation. Physiol. Behav. 41, 635-638 (1987).
- Dimitrakov, J., et al. Pharmacologic Management of Painful Bladder Syndrome/Interstitial Cystitis: A Systematic Review. Arch. Intern. Med. 167, 1922-1929 (2007).
- Qin, C., Van Meerveld, B. G. r. e. e. n. w. o. o. d. -., Foreman, R. D. Spinal neuronal responses to urinary bladder stimulation in rats with corticosterone or aldosterone onto the amygdala. J. Neurophysiol. 90, 2180-2189 (2003).
- Randich, A., Mebane, H., DeBerry, J. J., Ness, T. J. Rostral ventral medulla modulation of the visceromotor reflex evoked by urinary bladder distension in female rats. J. Pain. 9, 920-926 (2008).
