الردود المثانة البولية انتفاخ مستدعى الحشوي الحركي نموذجا لألم المثانة في الفئران
Summary
ما يقرب من 3-8 ملايين شخص في الولايات المتحدة يعانون من متلازمة ألم التهاب المثانة الخلالي / المثانة (IC / BPS)، وهي حالة تتميز المنهكة في جزء من آلام الحوض. من أجل دراسة المساهمات الجهاز العصبي إلى حالة، يتم استخدام نموذج الفسيولوجية للألم المثانة البولية في الفئران والجرذان.
Abstract
ما يقرب من 3-8 ملايين شخص في الولايات المتحدة يعانون من متلازمة التهاب المثانة / المثانة الخلالي ألم (IC / BPS)، وهي حالة تتميز المنهكة زيادة الإلحاح وتكرار التبول، وكذلك كثرة التبول اثناء الليل وآلام الحوض العامة، وخاصة عند ملء المثانة أو يفرغ. على الرغم من سنوات من البحث، وسبب IC / BPS لا يزال بعيد المنال واستراتيجيات العلاج غير قادرين على توفير الإغاثة الكامل للمرضى. من أجل دراسة المساهمات الجهاز العصبي إلى حالة، تم تطوير العديد من النماذج الحيوانية لتقليد الألم والأعراض المرتبطة IC / BPS. واحدة من هذه نموذج الفئران هو البولية المثانة انتفاخ (UBD). في هذا النموذج، يتم تسليم الهواء المضغوط الضغط محددة إلى المثانة من حيوان تخدير طفيفة على مدى فترة معينة من الزمن. في جميع أنحاء الداخلي، والأسلاك في عضلات البطن المائلة العلوية تسجيل النشاط الكهربائي من العضلات. ويعرف هذا النشاط باعتبارها استجابة الحشوي الحركي (VMR) وأناسا مقياس موثوق بها وقابلة للتكرار من حس الألم. هنا، نحن تصف الخطوات اللازمة لتنفيذ هذه التقنية في الفئران بما في ذلك التلاعب الجراحية، وتسجيل الفسيولوجية، وتحليل البيانات. مع استخدام هذا النموذج، يمكن كشف التنسيق بين الخلايا العصبية الحسية الأولية والحبل الشوكي afferents الثانوية، والمناطق الجهاز العصبي المركزي العالي التي تشارك في آلام المثانة. ويمكن بعد هذه المعرفة العلوم الأساسية أن تترجم سريريا لعلاج المرضى الذين يعانون من IC / BPS.
Introduction
ويعرف الألم المزمن رسميا باسم الألم الذي يستمر لثلاثة أشهر تقريبا، أو لمدة أطول من شفاء الأنسجة الطبيعية الوقت 1. هذا النوع من الألم هو واحد من الأسباب الرئيسية أن الناس هي التي تحرك التماس العناية الطبية (2) ويمكن أن تصل تكلفتها 635 مليار دولار سنويا 3. تعتبر استراتيجيات الألم المزمن الحالي التأقلم القديمة؛ بعد عقود من التقدم الطبي، مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية (العقاقير المضادة للالتهابات) والمواد الأفيونية لا تزال العلاجات الأولية التي يحددها الأطباء. ولكن هذه العلاجات تستهدف جميع أنواع مختلفة من الألم في نفس الطريق، وتوفير تأثيرات مسكنة في جميع أنحاء الجسم بدلا من التركيز تحديدا على سبب هذا الحادث الألم بالضبط. من أجل مساعدة أولئك الذين يعانون من أفضل الألم المزمن، يجب أن تحول الانتباه البحوث نحو المسببات والعلاج الألم محددة المحتملة المرتبطة الأسباب الأكثر شيوعا لآلام المزمنة. الهدف من هذا manuscriحزب العمال هو لوصف النموذج المستخدم لفهم أفضل لحالة تعرف باسم التهاب المثانة الخلالي / متلازمة المثانة المؤلمة (IC / BPS).
IC / BPS هو الشرط المنهكة التي تؤثر على الملايين من الناس، والنساء في المقام الأول فوق سن ال 40 4. ولا تعرف الاسباب الحقيقية لIC / BPS، ومع ذلك ارتبط انتشار لعلم الوراثة 5، والوجبات الغذائية محددة، ومستويات التوتر عالية 6 . وتشمل أعراض IC / BPS ولكن لا تقتصر على: زيادة الحاجة الملحة للتبول، زيادة تواتر التبول، وآلام، وثقب، أو حرق الألم أثناء ملء المثانة ويفرغ، وكثرة التبول اثناء الليل 7. مرضى الذين يعانون من هذه الظروف لديهم مستويات أعلى من التوتر والقلق هي أكثر 8. هذه النتائج زيادة التوتر في زيادة الألم، والذي يؤدي إلى زيادة مستويات التوتر الأصلي. وقد أظهرت الدراسات أن مستويات الاكتئاب والقلق تقلل العلاجات التالية التي تخفف الألم البولية، وبالتالي كسر هذه الدورة بفعالية إيجابية ردود الفعل <sup> 9. كان واحدا من التحديات في اكتشاف علاجات جديدة لIC / BPS قلة فهم العلوم الأساسية من آلام المثانة.
من أجل دراسة المساهمات الجهاز العصبي إلى حالة، تم تطوير العديد من النماذج الحيوانية لتقليد الألم والأعراض المرتبطة IC / BPS. تقليديا، وقد تم صوغه التهاب المثانة في الحيوانات مع إدخال المواد الكيميائية المختلفة مثل زيت الخردل، والأسيتون، عديد السكاريد الشحمي، وحامض الهيدروكلوريك، وسيكلوفوسفاميد في المثانة. ومع ذلك لا يوجد عملاء لجهات أجنبية موجودة في البول العقيمة من المرضى IC / BPS، وبالتالي التشكيك في صحة هذه النماذج. آخر نموذج الفئران من آلام المسالك البولية هو انتفاخ المثانة البولية (UBD) 10. في هذا النموذج، يتم تسليم الهواء المضغوط الضغط محددة إلى المثانة حيوان مستيقظا أو تخدير طفيفة على مدى فترة معينة من الزمن. في جميع أنحاء الداخلي، والأسلاك في عضلات البطن المائلة أكتيف الكهربائية سجل متفوقةإيتي من العضلات (مع مخطط كهربية العضل (EMG)). ويعرف هذا النشاط باعتبارها استجابة الحشوي الحركي (VMR) وغير موثوق بها، وقياس استنساخه من حس الألم 10. مماثلة جوفاء الجهاز انتفاخ (مثل المثانة والمستقيم) على متطوعين من البشر صحية تنتج مشاعر الانزعاج وزيادات كبيرة في الألم ذكرت 11،12، والصفات التي غالبا ما تستخدم لتشخيص IC / BPS. وبالتالي، بالتزامن مع أساليب الكهربائية، والدوائية، وoptogenetic من التحفيز أو التثبيط، UBD هو نموذج مفيدة وصالحة لفهم كل من مكونات الجهاز العصبي المحيطي والمركزي من حس الألم المثانة والألم.
هنا، نحن تصف الإجراء لUBD كما يستخدم حاليا في المختبر لدينا في غضون عضوات من سلالة الماوس المشتركة، C57BL/6J. بسبب صعوبات في عملية قسطرة للذكور، ويتم تنفيذ هذا الإجراء في المقام الأول في إناث الفئران. وقد تم تكييف هذا البروتوكول من تلك التي وضعتها نيس <م> وآخرون 10. ونشرت سابقا من مختبرنا 13. يصف بروتوكول الأربعة التالية المكونات الأساسية لهذا النموذج في الحيوانات تخدير: (1) القسطرة وجراحة المثانة القطب تسجيل (2) تحريض التخدير الجزئي (3) انتفاخ المثانة وتسجيل VMR، و (4) تحليل البيانات الخام من آثار VMR / EMG . وتناقش الفروق الدقيقة في إجراء UBD-VMR بسبب اختيار الكائن الحي، وعمق التخدير والاستقراء، ودرجة حرارة الجسم أدناه.
Protocol
Representative Results
Discussion
في البشر، والخلالي متلازمة الألم التهاب المثانة / المثانة (IC / BPS) يمثل مشكلة سريرية هامة لأن المرضى قد المنهكة الألم الذي هو في كثير من الأحيان لا تستجيب للعلاج الألم العادية 15. واحدة من التحديات الرئيسية في فهم وعلاج الألم في نهاية المطاف المثانة المزمن هو فهم ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نعترف الدكاترة. روبرت Gereau، هنري لاي، ولارا من الفخار للحصول على مساعدة مفيدة في إعداد هذا النظام. نود أيضا أن نعترف مصادر التمويل لهذا العمل (بيشكتاش – الجمعية الدولية لدراسة الألم في وقت مبكر الوظيفي بحوث غرانت من المسح الضوئي | مؤسسة تصميم إنجر وJENS بروون وصندوق المرض اللعين Hunkele جامعة دوكين).
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).
