תגובות שתן בשלפוחית השתן ההתנפחות העוררת Visceromotor כמודל לשלפוחית שתן כאב בעכברים
Summary
כ 3-8,000,000 אנשים בארצות הברית סובלים מתסמונת כאב ביניים דלקת שלפוחית השתן / שלפוחית השתן (IC / BPS), מצב של חולשה מתאפיינת בחלקו על ידי כאבים באגן. על מנת ללמוד תרומות מערכת עצבים למצב, מודל פיסיולוגי של כאב שלפוחית שתן נמצא בשימוש בעכברים וחולדות.
Abstract
כ 3-8,000,000 אנשים בארצות הברית סובלים מתסמונת דלקת שלפוחית השתן / כאבים בשלפוחית השתן interstitial (IC / BPS), מצב של חולשה מתאפיינת בדחיפות מוגברת ותדירות מתן שתן, כמו גם נוקטוריה וכאבי אגן בכלל, ובפרט על מילוי או בשלפוחית השתן הרקה. למרות שנים של מחקר, את סיבת IC / BPS נותרת חמקמקה ואסטרטגיות טיפול אינן מסוגלות לספק הקלה מוחלטת לחולים. על מנת ללמוד תרומות מערכת עצבים למצב, מודלים של בעלי חיים רבים פותחו על מנת לחקות את הכאב וסימפטומים הקשורים IC / BPS. מודל עכברי אחד כזה הוא התנפחות שלפוחית שתן (UBD). במודל זה, אוויר דחוס בלחץ מסוים מועבר לשלפוחית השתן של חיה מורדמת בקלילות על פני תקופת זמן מוגדרת. לאורך כל ההליך, חוטים בשרירי הבטן אלכסוניים מעולים להקליט פעילות חשמלית של השריר. פעילות זו מכונית תגובת visceromotor (VMR) ואניsa מדד אמין לשחזור של nociception. כאן, אנו מתארים את הצעדים הדרושים כדי לבצע את הטכניקה הזו בעכברים כוללים מניפולציות כירורגית, הקלטה פיזיולוגית, וניתוח נתונים. עם השימוש במודל זה, ניתן נפרם התיאום בין הנוירונים העיקריים חושיים, afferents המשנית בעמוד השדרה, ובאזורים במערכת העצבים המרכזיות גבוהים יותר כרוכים בכאב בשלפוחית השתן. ידע מדעי בסיסי אז זה יכול להיות מתורגם קליני לטיפול בחולים הסובלים מIC / BPS.
Introduction
כאב כרוני מוגדר באופן רשמי ככאב שנמשך כשלושה חודשים, או למשך זמן ארוך יותר מאשר זמן ריפוי רקמה הנורמלי 1. סוג זה של כאב הוא אחת הסיבות העיקריות שאנשים מונעים על לפנות לטיפול רפואי 2 ויכול לעלות עד $ 635,000,000,000 דולרים בשנה 3. אסטרטגיות כאב כרוני התמודדות נוכחית נחשבות ארכאיות; לאחר עשרות שנים של התקדמות רפואית, NSAIDs (תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות) ואופיואידים עדיין הטיפולים הראשוניים נקבעו על ידי רופאים. עם זאת טיפולים אלה למקד את כל הסוגים השונים של כאב באותו אופן, ומספקים השפעות משכך כאבים בכל הגוף, בניגוד למתמקד במיוחד על סיבת שאירוע כאב מדויק. על מנת לסייע טוב יותר לאלה הסובלים מכאב כרוני, תשומת לב מחקר צריכה להיות מוזז כלפי אטיולוגיה וטיפולי כאב ספציפי אפשריים הקשורים גורמים השכיחים ביותר לכאב כרוני. המטרה של manuscri זהpt הוא לתאר מודל המשמש כדי להבין מצב המכונה דלקת שלפוחית השתן ביניים / כואב שלפוחית השתן תסמונת (IC / BPS) טוב יותר.
IC / BPS הוא מצב מתישה המשפיע על מיליוני אנשים, בעיקר נשים מעל גיל 40 4. הסיבות של IC / BPS המדויקות אינן ידועות, אולם השכיחות נקשרה לגנטיקה 5, דיאטות מסוימות, ורמות לחץ גבוה 6 . תסמינים של IC / BPS כוללים אך לא מוגבלים ל: דחיפות מוגברת במתן שתן, בתדירות מוגברת של הטלת שתן, כואבת, נוקב, או צריבת כאב במהלך מילוי שלפוחית ורקה, ונוקטוריה 7. יש חולים חווים תנאים אלה רמות לחץ גבוהות יותר, והם חרדים יותר 8. זה הגביר תוצאות מתח בכאב מוגבר, אשר מרחיב את רמות הלחץ המקוריות. מחקרים הראו כי רמות דיכאון והחרדה להקטין טיפולים הבאים שלהקל על כאב במתן שתן, ובכך למעשה לשבור את מעגל משוב החיובי הזה <sup> 9. אחד האתגרים בגילוי טיפולים חדשים עבור IC / BPS היה מיעוט הבנת מדע בסיסית של כאבים בשלפוחית השתן.
על מנת ללמוד תרומות מערכת עצבים למצב, מודלים של בעלי חיים רבים פותחו על מנת לחקות את הכאב וסימפטומים הקשורים IC / BPS. באופן מסורתי, דלקת שלפוחית השתן שוחזר בבעלי חיים עם ההקדמה של כימיקלים שונים, כגון שמן חרדל, אצטון, lipopolysaccharide, חומצת מלח, וציקלופוספמיד לתוך שלפוחית השתן. עם זאת לא סוכנים זרים נמצאים בשתן סטרילי של חולי IC / BPS, ובכך לערער על תקפותם של מודלים אלה. עוד מודל עכברי של כאב אורולוגית הוא נפיחות בשתן בשלפוחית השתן (UBD) 10. במודל זה, אוויר דחוס בלחץ מסוים מועבר לשלפוחית השתן של בעל חיים ער או בהרדמה קלה על פני תקופת זמן מוגדרת. לאורך כל ההליך, חוטים בActiv מעולה שרירי בטן האלכסוני השיא החשמליity מהשריר (עם electromyogram (EMG)). פעילות זו מכונית תגובת visceromotor (VMR), והוא מדד אמין, לשחזור של nociception 10. התנפחות דומה חלולה איבר (למשל שלפוחית השתן, פי הטבעת) במתנדבים אנושיים בריאים מייצרת תחושות של אי נוחות ועליות משמעותיות בכאב דיווח 11,12, תכונות המשמשות לעתים קרובות כדי לאבחן IC / BPS. וכך, בשילוב עם שיטות חשמליות, תרופתיים, וoptogenetic של גירוי או עיכוב, UBD הוא מודל שימושי ותקף להבנת שני מרכיבי מערכת עצבים ההיקפיים ומרכזיים של nociception שלפוחית השתן וכאב.
כאן, אנו מתארים את ההליך לUBD כמשמש כיום במעבדה שלנו בחברים נשיים של זן העכבר הנפוץ, C57BL/6J. בשל קשיים בתהליך הצנתור של זכרים, הליך זה מבוצע בעיקר בעכברים ממין נקבה. פרוטוקול זה הותאם שמפותח על ידי נס <em> et al. 10 ושפורסם בעבר מהמעבדה שלנו 13. הפרוטוקול הבא מתאר ארבעה מרכיבים עיקריים של מודל זה בחיות הרדים: (1) קטטר בשלפוחית השתן וניתוח האלקטרודה הקלטה (2) אינדוקציה הרדמה חלקית (3) התנפחות שלפוחית השתן והקלטת VMR, ו (4) ניתוח נתונים של עקבות VMR / EMG גלם . הבדלים דקים בהליך UBD-VMR בשל בחירה של האורגניזם, עומק הרדמה ואינדוקציה, וטמפרטורת גוף הם דנו בהמשך.
Protocol
Representative Results
Discussion
בבני אדם, תסמונת כאב דלקת שלפוחית השתן / שלפוחית השתן interstitial (IC / BPS) מהווה בעיה קלינית משמעותית, כי חולי כאב מתישים כי היא לעתים קרובות אינו מגיב לטיפול בכאב רגיל 15. אחד האתגרים המרכזיים בהבנה ובסופו של דבר טיפול בכאב כרוני בשלפוחית השתן הוא להבין את התה?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו רוצים להכיר בני הזוג. רוברט Gereau, הנרי לאל, ולארה הגרוטאה לסיועם מועיל בהקמת מערכת זו. אנחנו רוצים גם להודות מקורות מימון עבור עבודה זו (BJK – האגודה הבינלאומית לחקר כאב בתחילת קריירה מענק מחקר על ידי הסריקה | קרן Design by אינגר & Jens Bruun ואוניברסיטת Duquesne Hunkele המפחיד מחלות הקרן).
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).
