Vescica urinaria Distensione Evocati visceromotoria Risposte come un modello per il dolore della vescica nei topi

Summary

I circa 3-8 milioni di persone negli Stati Uniti soffrono di sindrome interstiziale dolore cistite / vescica (IC / BPS), una condizione debilitante caratterizzata in parte da dolore pelvico. Per studiare contributi del sistema nervoso alla condizione, un modello fisiologico di dolore vescica urinaria è utilizzato in topi e ratti.

Abstract

I circa 3-8 milioni di persone negli Stati Uniti soffrono di sindrome di cistite dolore / vescica interstiziale (IC / BPS), una condizione debilitante caratterizzata da una maggiore urgenza e frequenza della minzione, così come nicturia e dolore pelvico generale, in particolare su riempimento vescicale o svuotamento. Nonostante anni di ricerca, la causa della IC / BPS rimane sfuggente e strategie di trattamento non sono in grado di fornire completo sollievo ai pazienti. Per studiare contributi del sistema nervoso alla condizione, molti modelli animali sono stati sviluppati per imitare il dolore e sintomi associati con IC / BPS. Un tale modello murino è vescica urinaria distensione (UBD). In questo modello, l'aria compressa di una pressione specifica viene consegnato alla vescica di un animale leggermente anestetizzati in un determinato periodo di tempo. Durante tutta la procedura, i fili nei muscoli addominali obliqui superiori registrare l'attività elettrica del muscolo. Questa attività è conosciuta come la risposta visceromotoria (VMR) ed isa misura affidabile e riproducibile di nocicezione. Qui, descriviamo i passi necessari per eseguire questa tecnica sui topi, tra cui le manipolazioni chirurgiche, la registrazione fisiologica, e l'analisi dei dati. Con l'uso di questo modello, il coordinamento tra i neuroni sensoriali primari, midollo spinale afferenze secondarie e aree del sistema nervoso centrale superiore partecipanti dolore vescica può essere dipanato. Questa conoscenza di base della scienza può essere clinicamente tradotto per il trattamento di pazienti affetti da IC / BPS.

Introduction

Il dolore cronico è ufficialmente definito come un dolore che persiste per circa tre mesi, o più a lungo del normale tempo di guarigione del tessuto ^1. Questo tipo di dolore è uno dei motivi principali che le persone sono spinti a rivolgersi al medico ² e può costare fino a 635 miliardi dollari di dollari all'anno ^3. Strategie di dolore cronico in corso di coping sono considerati arcaici; dopo decenni di progressi medici, i FANS (farmaci anti-infiammatori non steroidei) e gli oppioidi sono ancora i trattamenti primari prescritti dai medici. Tuttavia questi trattamenti obiettivo tutti i diversi tipi di dolore allo stesso modo, fornendo effetti analgesici tutto il corpo piuttosto che un'attenzione particolare sulla causa che esatta incidente dolore. Per aiutare meglio chi soffre di dolore cronico, l'attenzione la ricerca dovrebbe essere spostata verso l'eziologia e possibili trattamenti specifici per il dolore associato alle più comuni cause di dolore cronico. L'obiettivo di questo manuscript è quello di descrivere un modello utilizzato per comprendere meglio una condizione nota come sindrome di cistite interstiziale / dolorosa della vescica (IC / BPS).

IC / BPS è una condizione debilitante che colpisce milioni di persone, soprattutto donne di età superiore ai 40 ^4. Le cause esatte della IC / BPS non sono noti, tuttavia la prevalenza è stato collegato alla genetica ^5, diete specifiche e livelli di stress elevato ⁶ . I sintomi di IC / BPS includono ma non sono limitate a: Aumento urgenza di urinare, aumento della frequenza della minzione, dolore, piercing, o bruciore durante il riempimento della vescica e svuotamento, e nicturia ^7. I pazienti che manifestano queste condizioni hanno livelli di stress più elevati e sono più ansiosi ^8. Ciò ha aumentato i risultati dello stress in aumento del dolore, che aumenta i livelli di stress originali. Studi hanno dimostrato che i livelli di ansia e depressione diminuiscono seguenti trattamenti che alleviano il dolore urinario, così rompendo efficacemente questo ciclo positivo di feedback <sup> 9. Una delle sfide nella scoperta di nuovi trattamenti per IC / BPS è stata la scarsità di una conoscenza scientifica di base del dolore vescicale.

Per studiare contributi del sistema nervoso alla condizione, molti modelli animali sono stati sviluppati per imitare il dolore e sintomi associati con IC / BPS. Tradizionalmente, cistite è stato ricreato negli animali con l'introduzione di varie sostanze chimiche come olio di senape, acetone, lipopolisaccaride, acido cloridrico, ciclofosfamide e nella vescica. Tuttavia non agenti stranieri sono presenti nelle urine sterile dei pazienti IC / BPS, mettendo in discussione così la validità di questi modelli. Un altro modello murino di dolore urologica è distensione della vescica urinaria (UBD) ^10. In questo modello, l'aria compressa di una pressione specifica viene consegnato alla vescica di un animale sveglio o leggermente anestetizzati in un determinato periodo di tempo. Durante tutta la procedura, fili in obliquo muscoli addominali record di activ elettrica superiorelità dal muscolo (con elettromiografia (EMG)). Ciò è noto come la risposta visceromotoria (VMR) ed è affidabile, riproducibile misura di nocicezione ^10. Simile cava organo distensione (es. vescica, retto) in volontari sani produce sensazioni di disagio e di aumenti significativi segnalati dolore ^11,12, tratti che sono spesso utilizzati per diagnosticare IC / BPS. Così, in combinazione con metodi elettrici, farmacologici, e optogenetic di stimolazione o inibizione, UBD è un modello utile e valida per comprendere entrambe le componenti del sistema nervoso centrale e periferico di nocicezione vescica e dolore.

Qui, descriviamo la procedura per UBD come è attualmente utilizzato nel nostro laboratorio entro membri femminili del ceppo topo comune, C57BL/6J. A causa di difficoltà nel processo di cateterizzazione maschi, questa procedura viene eseguita principalmente nei topi femmina. Questo protocollo è stato adattato da quello sviluppato da Ness <em> et al. ^{del 10} e già pubblicato dal nostro laboratorio ^13. Il protocollo che segue descrive quattro componenti principali di questo modello in animali anestetizzati: (1) catetere vescicale e chirurgia elettrodo di registrazione (2) induzione di anestesia parziale (3) distensione della vescica e registrazione VMR, e (4) analisi dei dati di prime tracce VMR / EMG . Sottili differenze nella procedura UBD-VMR a causa di scelta dell'organismo, la profondità dell'anestesia e induzione, e la temperatura corporea sono discussi di seguito.

Protocol

Il seguente protocollo è stato approvato dal Comitato Istituzionale cura degli animali ed uso presso la Duquesne University ed è coerente con le linee guida del National Institutes of Health. 1. Impianto chirurgico di elettrodi Wire e vescica urinaria catetere con tecniche sterili (tempo totale di 5-10 min) I seguenti elementi devono essere preparati prima di un intervento chirurgico di partenza: Attivamente monitorare e regolare la temperatura corporea di 37,5 ± 0,5 ?…

Representative Results

Un esempio della configurazione generale UBD-VMR può essere visto in Figura 1A. Aumento dei passaggi pressione inducono un aumento del greggio VMR (cioè EMG) (Figura 1B). L'VMR crudo, pressione, e il segnale marcatore stimolo che dovrebbero essere osservati durante la registrazione utilizzando software digitalizzatore può essere visto in Figura 2. Canale superiore visto in Figura 2 è la traccia EMG (in V). Il segnale della traccia EMG s…

Discussion

Negli esseri umani, la cistite interstiziale / sindrome della vescica dolore (IC / BPS) rappresenta un problema clinico rilevante perché i pazienti hanno dolore debilitante che spesso non risponde al trattamento del dolore regolare ^15. Una delle principali sfide nella comprensione e, infine, il trattamento del dolore cronico della vescica è quello di capire i normali processi neurali che sono coinvolti nella risposta al nociva distensione della vescica. Per superare questo problema, è necessario un modello…

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.