Harnblase Aufdehnung evozierte viszeromotorische Antworten als Modell für Bladder Pain in Mäuse

Summary

Etwa 3 bis 8.000.000 Menschen in den Vereinigten Staaten leiden unter interstitielle Zystitis / Blase Schmerzsyndrom (IC / BPS), einer schwächenden Zustand in Teil gekennzeichnet durch Schmerzen im Beckenbereich. Um Beiträge Nervensystem in den Zustand zu untersuchen, wird ein physiologisches Modell der Blase Schmerzen bei Mäusen und Ratten eingesetzt.

Abstract

Etwa 3 bis 8.000.000 Menschen in den Vereinigten Staaten leiden unter interstitielle Zystitis / Blase Schmerzsyndrom (IC / BPS), eine schwächende Erkrankung, die durch eine erhöhte Dringlichkeit und Häufigkeit des Wasserlassens, sowie Nykturie und allgemeine Schmerzen im Beckenbereich, vor allem bei Blasenfüllung oder Blasenentleerung. Trotz jahrelanger Forschung ist die Ursache der IC / BPS schwer-und Behandlungsstrategien sind nicht in der Lage komplette Entlastung für die Patienten bieten. Um Beiträge Nervensystems auf den Zustand untersuchen, haben viele Tiermodelle entwickelt, um die mit IC / BPS verbundenen Schmerzen und Symptome zu imitieren. Ein solches Modell ist murine Harnblasendehnung (UBD). In diesem Modell wird Druckluft von einem bestimmten Druck auf die Blase von einem leicht anästhesiert Tier über einen bestimmten Zeitraum abgegeben. Während des gesamten Verfahrens Drähte in den oberen schrägen Bauchmuskeln aufnehmen elektrische Aktivität der Muskeln. Diese Aktivität wird als viszeromotorische Antwort (VMR) und i bekanntsa zuverlässige und reproduzierbare Messung der Schmerzempfindung. Hier beschreiben wir die notwendigen Schritte, um diese Technik in Mäusen einschließlich chirurgischen Manipulationen, physiologische Aufzeichnung und Datenanalyse durchzuführen. Mit dem Einsatz dieses Modells kann die Koordination zwischen primären sensorischen Neuronen, Rückenmark sekundären Afferenzen und höher in der Blase Schmerzen beteiligt zentralen Nervensystems Bereichen entwirrt werden. Diese Grundlagenforschung Wissen kann dann klinisch übersetzt, um Patienten mit IC / BPS zu behandeln.

Introduction

Chronischer Schmerz ist offiziell als Schmerzen, die etwa drei Monate oder länger als die normale Gewebeheilungszeit ¹ weiter definiert. Diese Art von Schmerz ist einer der Hauptgründe, dass die Menschen angetrieben werden, um medizinische Hilfe zu suchen ² und kann bis auf 635 Milliarden Dollar jährlich ³ kosten. Aktuelle chronischen Schmerzbewältigungsstrategien werden als archaische; nach Jahrzehnten der medizinischen Fortschritt, NSAR (nicht-steroidale entzündungshemmende Medikamente) und Opioide sind immer noch die primäre Behandlungen von Ärzten verschrieben. Aber diese Behandlungen zielen alle verschiedenen Arten von Schmerzen in der gleichen Weise und bietet analgetischen Wirkungen im ganzen Körper, im Gegensatz zu mit besonderem Schwerpunkt auf die genaue Ursache dieser Schmerzen Vorfall. Um besser zu helfen, die unter chronischen Schmerzen leiden, sollte die Forschung Aufmerksamkeit auf die Ätiologie und mögliche Schmerzen spezifische Behandlungen mit den häufigsten Ursachen für chronische Schmerzen verschoben werden. Das Ziel dieser manuscript ist es, ein Modell verwendet, um einen Zustand, wie Interstitielle Zystitis / Painful Bladder Syndrome (IC / BPS) bekannt, besser zu verstehen, zu beschreiben.

IC / BPS ist eine schwächende Erkrankung, die Millionen von Menschen, vor allem Frauen über dem Alter von 40 ⁴ betrifft. Die genauen Ursachen der IC / BPS sind nicht bekannt, jedoch Prävalenz hat die Genetik ^5, bestimmte Diäten, hoher Stress und ⁶ in Verbindung gebracht worden . Die Symptome der IC / BPS umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Erhöhter Harndrang, erhöhter Harndrang, Schmerzen, stechend, oder brennende Schmerzen während der Blasenfüllung und Blasenentleerung, Nykturie und ^7. Patienten, bei denen diese Bedingungen haben höhere Stress und ängstlicher sind ^8. Diese erhöhte Stress führt zu erhöhten Schmerzen, die die Original-Stress verstärkt. Studien haben gezeigt, dass Depressionen und Angstzustände verringern folgenden Behandlungen, die im Urin Schmerzen lindern, so effektiv zu brechen dieses positive Feedback-Zyklus <sup> 9. Eine der Herausforderungen bei der Entdeckung neuer Behandlungen für IC / BPS ist der Mangel an einem Grundlagen Verständnis der Blasenschmerzen.

Um Beiträge Nervensystems auf den Zustand untersuchen, haben viele Tiermodelle entwickelt, um die mit IC / BPS verbundenen Schmerzen und Symptome zu imitieren. Traditionell wurde Zystitis bei Tieren mit der Einführung von verschiedenen Chemikalien wie Senföl, Aceton, Lipopolysaccharid, Salzsäure und Cyclophosphamid in die Blase nachgebaut. Jedoch keine Fremdmittel in der sterilen Urin von IC / BPS-Patienten vorhanden sind, damit Frage der Gültigkeit dieser Modelle. Ein weiteres Mausmodell der urologischen Schmerz ist Harnblase Dehnung (UBD) ^10. In diesem Modell wird Druckluft von einem bestimmten Druck auf die Blase einer wachen oder leicht anästhesiert Tier über einen bestimmten Zeitraum abgegeben. Während des gesamten Verfahrens Drähte in der oberen schrägen Bauchmuskeln Rekord elektrischen activkeit von der Muskulatur (mit einem Elektromyogramm (EMG)). Diese Aktivität wird als viszeromotorische Antwort (VMR) bekannt und ist zuverlässige, reproduzierbare Messung der Schmerzempfindung ^10. Ähnliche Hohlorgan Ausdehnung (zB Blasen-, Mastdarm) bei gesunden Probanden erzeugt Gefühle des Unbehagens und signifikanter Anstieg der berichteten über Schmerzen ^11,12, Merkmale, die häufig verwendet werden, um IC / BPS diagnostizieren. So wird in Verbindung mit Elektro-, pharmakologische und optogenetische Methoden zur Stimulation oder Hemmung ist eine nützliche und UBD gültiges Modell für das Verständnis sowohl der peripheren und zentralen Nervensystems Komponenten der Blase Nozizeption und Schmerz.

Hier beschreiben wir das Verfahren für die UBD wie es derzeit in unserem Labor in weiblichen Mitglieder der gemeinsamen Mausstamm, C57Bl/6J verwendet. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Katheterisierung Verfahren Männern wird dieses Verfahren vor allem in der weiblichen Mäusen durchgeführt. Dieses Protokoll wurde von der von Ness <entwickelt, angepasstem> ¹⁰ et al. zuvor und aus unserem Labor ¹³ veröffentlicht. Das folgende Protokoll beschreibt vier Hauptkomponenten dieses Modells in narkotisierten Tieren: (1) Blasenkatheter und Aufzeichnungselektrode Chirurgie (2) Teilnarkose Induktion (3) Blase Ausdehnung und VMR-Aufnahme, und (4) Datenanalyse von Roh VMR / EMG Spuren . Feine Unterschiede in der UBD-Verfahren aufgrund VMR Wahl des Organismus, Anästhesietiefe und Induktion, und die Körpertemperatur werden nachstehend erörtert.

Protocol

Das folgende Protokoll wurde von der Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss an der Duquesne-Universität zugelassen und steht im Einklang mit den Richtlinien der National Institutes of Health. 1. Chirurgische Implantation von Drahtelektroden und Harnblasenkatheter mit sterilen Techniken (Gesamtzeit 5-10 min) Die folgenden Punkte sollten vor Beginn der Operation vorbereitet werden: Aktiv überwachen und einzustellen Körpertemperatur auf 37,5 ± 0,5 ° C mit Tem…

Representative Results

Eine Darstellung der Gesamt UBD-VMR-Setup kann in Fig. 1A zu sehen ist. Steigender Druck Schritte induzieren eine Erhöhung der Roh-VMR (dh EMG) (Abbildung 1B). Die rohe VMR, Druck und Reiz Markersignal, die während der Aufnahme mit Digitizer Software beobachtet werden sollen, können in Abbildung 2 zu sehen. Die obere Kanal gesehen Figur 2 ist die EMG Spur (in V). Das Hintergrundsignal der EMG-Kurve sollte stabil und mit niedriger Amplitude (…

Discussion

Bei Menschen, interstitielle Zystitis / Blase Schmerzsyndrom (IC / BPS) ein großes klinisches Problem, weil die Patienten haben lähmenden Schmerzen, die oft nicht mehr auf normale Schmerzbehandlung ¹⁵ ist. Eine der großen Herausforderungen für das Verständnis und letztlich die Behandlung von chronischen Blasenschmerzen ist es, die normale neuronale Prozesse, die in der Reaktion auf schädliche Ausdehnung Blase beteiligt sind, zu verstehen. Um diese Herausforderung zu meistern, ist ein Tiermodell der Blas…

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.