ייצור והשרשה של מדי עיבור Dual-אלמנט הזעיר למדידה<em> בVivo</em> במערכת העיכול התכווצויות במכרסמים.
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
מחקרי ניסויים ששיא בתנועתיות מערכת העיכול vivo (GI) על פני מספר תנאי ניסוי יישאר כלי רב עוצמה להבנת התהליכים התקינים וpathophysiological הבסיסיים דרושים הומאוסטזיס תזונתי. באופן מסורתי, מתודולוגיות ניסיוניות רבות, חלקם עם קווי דמיון לאלה שנמצאו בפרקטיקה קלינית 1, להיות מועסקת לכמת באופן ישיר משינויים בשיעור GI התכווצות 2-5, לחץ intraluminal 6, 7, או המעבר במערכת העיכול של סמנים שאינם נספגים 8, 9 או איזוטופים יציבים 10-12. לכל אחת מהטכניקות הללו יתרונות וחסרונות ייחודיים, שטופלו בעבר בספרות. לדוגמא, השירות של מנומטריה הבלון לכמת שינויי לחץ נחקר בשל עמידתו העצמית של חומר הבלון תוך התאוששות במערכת העיכול של סמני nonabsorbable דורשת הרדמת חסד האנימה הניסיוניתl לנקודת נתונים יחיד. לאחרונה, דווח היישום והאימות של קטטר לחץ דם זעיר שמציע שיטה לא ניתוחית לניטור התכווצות קיבה בחולדות ועכברים 3. בעוד מתמר לחץ להציב orogastrically מבטל למעשה משתנים מבלבלים על תפקוד מערכת העיכול על ידי הימנעות מפעולות כירורגיות פולשניות, גישה כזו מתאימה רק להכנות בהרדמה. יתר על כן, חוסר ההדרכה חזותית אינו מאפשר מיקום של המתמר בתוך אזורים הספציפיים של הקיבה עולה בקנה אחד. ככזה, יישום זה מוגבל לקיבה או המעי הגס מאז הדמיה, בשילוב עם חוט המתמר יחסית נוקשה, בתוך התריסריון או מעי עקום הוא לא אופציה.
באופן דומה, biosusceptometry הנוכחי טכניקת biomagnetic החלופית (ACB) קבלה תוקף לניתוח התכווצות GI 4. בעוד טכניקת ACB מספקת ap לא פולשניתproach למדידת התכווצויות במערכת העיכול, ACB סובל ממגבלה דומה שבשימוש במדיה מגנטי זיהוי בליעה אינו מאפשר רישום מדויק של אזורים הספציפיים של מערכת העיכול. מגבלה זו ניתן להתגבר באמצעות ההשתלה כירורגית של סמנים מגנטיים. עם זאת, טכניקת ACB מחייבת כי בעל החיים להיות מורדם לאיסוף נתונים.
Ultrasonomicrometry כבר מועסק בכמה GI לומד 13, 14 כדי לנצל את גודלו הקטן, מרחבי, ויתרונות זמניים של משדר גביש / מקלטים פיזואלקטריים. גלים של התכווצות שריר חלק בקיבה לא יהיו אירוע בתדירות גבוהה ולהתרחש בשיעור של כ 3 – מחזורים / 5 דקות. לכן, היתרונות זמניים של sonomicrometry עשויים להיות מיותרים כדי להצדיק את העלות. יתר על כן, בעוד שתנועה ליניארית נמדדה במדויק עם sonomicrometry, מגבלות הוצגו לגבי נתונים במערכת העיכול מדויקיםפרשנות שעלולה להיגרם כתוצאה מהשתלת מספר מספיק של גבישים 14.
בהתבסס על העיצובים המקוריים של באס ועמיתים 2, 15 פרוטוקול דמיין זה מתעד את ייצור צעד אחר צעד ויישום ניסיוני של מיניאטורי, מדי עיבור אלמנט כפול שיש להם רגישות גבוהה וגמישות להקלטת התכווצויות שריר חלק לאורך כל מערכת העיכול באופן מלא יותר בדרכי. הממדים של אלמנטי מד העיבור מתאימים לכל יישום מכרסם מאז רגישות וגודל של מד העיבור המוגמר התלויים ביותר על גיליונות סיליקון מתמצתים את האלמנטים. מדי עיבור אלו מותאמים בקלות ליישום אקוטי וכרוני במודלים של בעלי חיים במעבדה בהרדמה ומתנהגים בחופשיות ובכך לספק טכניקה יחידה לכימות התכווצויות שריר חלק.
Protocol
Representative Results
Discussion
הנהלים שהוצגו כאן מאפשרים מעבדות בודדות לפברק מדי עיבור זעיר רגיש ליישומים ביולוגיים כוללים, אך לא מוגבל ל, תנועתיות קיבה ומעיים בחיות מעבדה קטנות. מאז הייצור המסחרי של מדי עיבור אלה חדל, מעבדות חוקרים פונקציה במערכת העיכול מוגבלות לטכניקות אחרות אשר לא יכול להרשות ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון מחקר התקבל באמצעות המכון הלאומי להפרעות ושבץ (NS049177 וNS087834) נוירולוגיות. המחברים מבקשים להודות תרומות האינטלקטואליות של ד"ר פול בס מאוחר ועמיתיו לעיצוב המקורי של מדי העיבור; וקרול Tollefsrud לייצור והשיווק של מדי העיבור עד הפסקת הייצור בשנת 2010 כמו גם להתכתבותה תובנה.
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 |
Riferimenti
- 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).
