Respostas Bexiga Distensão Evocado Visceromotor como um modelo para Bexiga dor em camundongos

Summary

Aproximadamente 3-8.000.000 de pessoas nos Estados Unidos sofrem de síndrome intersticial dor cistite / vesical (IC / BPS), uma condição debilitante caracterizada em parte pela dor pélvica. A fim de estudar as contribuições do sistema nervoso para a condição, um modelo fisiológico de dor na bexiga urinária é usado em ratinhos e ratos.

Abstract

Aproximadamente 3-8.000.000 de pessoas nos Estados Unidos sofrem de síndrome de cistite / dor na bexiga intersticial (IC / BPS), uma condição debilitante caracterizada pelo aumento da urgência e frequência urinária, bem como noctúria e dor pélvica em geral, especialmente sobre o enchimento da bexiga ou micção. Apesar de anos de investigação, a causa da IC / BPS permanece indefinida e estratégias de tratamento são incapazes de fornecer alívio completo aos pacientes. A fim de estudar as contribuições do sistema nervoso para a condição, muitos modelos animais têm sido desenvolvidos para imitar a dor e sintomas associados com CI / EPB. Um modelo murino tal é a distensão da bexiga urinária (UBD). Neste modelo, o ar comprimido de uma pressão específica é entregue à bexiga de um animal ligeiramente anestesiado durante um período de tempo definido. Durante todo o processo, os fios nos músculos abdominais oblíquos superior registrar a atividade elétrica do músculo. Esta actividade é conhecido como a resposta visceromotor (VMR) e isa medida confiável e reprodutível de nocicepção. Aqui, descrevemos os passos necessários para executar esta técnica em camundongos, incluindo manipulações cirúrgicas, gravação fisiológica e análise de dados. Com o uso deste modelo, a coordenação entre os neurônios sensoriais primários, secundários aferentes na medula espinhal, e áreas do sistema nervoso central mais elevados envolvidos na dor da bexiga podem ser desvendados. Este conhecimento básico da ciência pode ser então traduzido clinicamente para tratar pacientes que sofrem de CI / EPB.

Introduction

A dor crônica é oficialmente definida como a dor que persiste por cerca de três meses, ou por mais tempo do que o tempo normal de cicatrização do tecido ^1. Este tipo de dor é uma das principais razões que as pessoas são levados a procurar atendimento médico ² e pode custar até 635000000000 dólares dólares anualmente ^3. Estratégias de enfrentamento da dor crônica atual são consideradas arcaicas; depois de décadas de avanços médicos, AINEs (medicamentos anti-inflamatórios não-esteróides) e os opióides continuam sendo os tratamentos primários prescritos por médicos. No entanto, estes tratamentos alvo todos os diferentes tipos de dor, da mesma forma, proporcionando efeitos analgésicos em todo o corpo ao invés de focar especificamente sobre a causa desse incidente exata da dor. A fim de melhor ajudar aqueles que sofrem de dor crônica, atenção investigação deve ser deslocado para a etiologia e possíveis tratamentos específicos de dor associada com as causas mais comuns de dor crônica. O objetivo deste manuscript é descrever um modelo usado para entender melhor uma condição conhecida como Síndrome de cistite intersticial / dolorosa bexiga (IC / BPS).

IC / BPS é uma condição debilitante que afeta milhões de pessoas, principalmente mulheres com mais de 40 anos de idade ^4. As causas exatas do IC / BPS não são conhecidos, no entanto prevalência tem sido associada à genética ^5, dietas específicas e altos níveis de estresse ⁶ . Os sintomas de IC / BPS incluem, mas não estão limitados a: Aumento da urgência para urinar, aumento da frequência urinária, dor, piercings, dor ou ardor durante o enchimento da bexiga e micção, noctúria e ^7. Os doentes com estas condições têm níveis mais elevados de estresse e são mais ansiosos ^8. Este aumento de resultados de tensão em aumento da dor, o que aumenta os níveis de estresse originais. Estudos têm demonstrado que os níveis de depressão e ansiedade diminuir seguintes tratamentos que aliviam a dor urinário, assim efetivamente rompendo esse ciclo de feedback positivo <sup> 9. Um dos desafios na descoberta de novos tratamentos para o IC / BPS tem sido a escassez de uma compreensão científica básica de dor na bexiga.

A fim de estudar as contribuições do sistema nervoso para a condição, muitos modelos animais têm sido desenvolvidos para imitar a dor e sintomas associados com CI / EPB. Tradicionalmente, a cistite foi recriado em animais com a introdução de vários produtos químicos, tais como o óleo de mostarda, acetona, lipopolissacárido, o ácido clorídrico, e ciclofosfamida na bexiga. No entanto, não agentes estrangeiros estão presentes na urina estéril de pacientes IC / BPS, questionando, assim, a validade desses modelos. Outro modelo murino de dor urológica é a distensão da bexiga urinária (UBD) ^10. Neste modelo, o ar comprimido de uma pressão específica é entregue à bexiga de um animal acordado ou levemente anestesiados durante um período de tempo definido. Durante todo o processo, fios no oblíquo músculos abdominais registro atividade elétrica superiordade do músculo (com um electromiograma (EMG)). Esta actividade é conhecido como a resposta visceromotor (VMR) e é medida de confiança, reprodutíveis de nocicepção ^10. Similar oco distensão do órgão (por exemplo, bexiga, reto) em voluntários humanos saudáveis ​​produz sentimentos de desconforto e aumentos significativos na dor relatada ^11,12, características que são frequentemente utilizados para diagnosticar IC / BPS. Assim, em conjunto com os métodos eléctricos, farmacológicas, e optogenetic de estimulação ou de inibição, UBD é um modelo útil para a compreensão e válido ambos os componentes do sistema nervoso periférico e central de nocicepção e dor na bexiga.

Aqui, descrevemos o procedimento para UBD como é usado atualmente em nosso laboratório dentro de membros do sexo feminino da linhagem do rato comum, C57Bl/6J. Devido a dificuldades no processo de cateterismo dos homens, este procedimento é realizado principalmente em ratos fêmeas. Este protocolo foi adaptado a partir do desenvolvido por Ness <em> et al. ¹⁰ e publicado anteriormente no nosso laboratório ^13. O protocolo seguinte descreve quatro componentes principais deste modelo em animais anestesiados: (1) do cateter vesical e gravação cirurgia eléctrodo (2) indução de anestesia parcial (3) de distensão da bexiga e gravação VMR, e (4) de análise de dados de matérias vestígios VMR / EMG . Diferenças sutis no procedimento UBD-VMR, devido à escolha do organismo, a profundidade da anestesia e indução, ea temperatura do corpo são discutidas abaixo.

Protocol

O protocolo a seguir foi aprovado pelo Comitê Institucional Animal Care e Use na Universidade de Duquesne e é consistente com as diretrizes do National Institutes of Health. 1. Implantação cirúrgica de eletrodos de fio e Bexiga Cateter Usando técnicas estéreis (tempo total de 5-10 min) Os seguintes itens devem ser preparadas antes da cirurgia inicial: Ativamente monitorar e ajustar a temperatura do corpo a 37,5 ± 0,5 ° C usando o sistema de monitoramento de tempe…

Representative Results

Uma ilustração da configuração global UBD-VMR pode ser visto na figura 1A. Etapas de pressão crescentes induzir um aumento na VMR bruto (isto é, EMG) (Figura 1B.) A matéria-VMR, pressão, e o sinal do marcador de estímulo que devem ser observados durante a gravação usando software digitalizador pode ser visto na Figura 2. Do canal de topo em vista A Figura 2 é o traçado EMG (em V). O sinal do traço EMG fundo deve ser constante e de…

Discussion

Em humanos, a síndrome de dor cistite / bexiga intersticial (IC / BPS) representa um problema clínico importante, pois os pacientes têm dor debilitante que é muitas vezes insensível à dor tratamento regular ^{de 15.} Um dos grandes desafios na compreensão e, finalmente, o tratamento da dor crônica da bexiga é compreender os processos neurais normais que estão envolvidos na resposta à distensão da bexiga nocivo. De modo a ultrapassar este desafio, um modelo animal de dor de bexiga é necessário. Este…

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.