JoVE   
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Biology

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Neuroscience

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Immunology and Infection

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Clinical and Translational Medicine

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Bioengineering

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Applied Physics

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Chemistry

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Behavior

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Environment

|   

JoVE Science Education

General Laboratory Techniques

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Basic Methods in Cellular and Molecular Biology

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms I

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms II

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Automatic Translation

This translation into Arabic was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Biology

مراقب على الحركة المعوية (GIMM)

1, 1, 1

1Department of Anatomy and Neurobiology, The University of Vermont

Article
    Downloads Comments Metrics
     

    Summary

    تقييم حركية القولون في القولون خنزير غينيا القاصي مع مراقب على الحركة المعوية (GIMM) هو نهج واضحة وبسيطة لمعرفة الكمية لتقييم القدرة على الحركة الدافعة في القناة الهضمية.

    Date Published: 12/01/2010, Issue 46; doi: 10.3791/2435

    Cite this Article

    Hoffman, J. M., Brooks, E. M., Mawe, G. M. Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM). J. Vis. Exp. (46), e2435, doi:10.3791/2435 (2010).

    Abstract

    مراقب على الحركة المعوية (GIMM ؛ Catamount بحوث والتنمية ؛ سانت البانز ، VT) هو النظام في المختبر الذي يراقب حركية الدافعة في قطاعات معزولة من القولون خنزير غينيا القاصي. نظام كامل يتكون من جهاز كمبيوتر ، وكاميرا الفيديو ، وحمام مضيئة الجهاز ، وتحوي حمام ماء ساخن تعميم المضخات ، وبرامج مخصصة GIMM لتسجيل وتحليل البيانات. بالمقارنة مع الطرق التقليدية لرصد التمعج القولون ، ونظام يسمح للGIMM التقييم الكمي المستمر في القدرة على الحركة. واستحم القولون خنزير غينيا القاصي تحسنت في حل كريبس الاوكسيجين ، ويتم دفع البراز الكريات إدراجها في نهاية الفم على طول جزء من القولون بمعدل حوالي 2 ملم / ثانية. يتم التقاط الأفلام الدعوى بيليه البراز على طول هذا الجزء ، ويمكن استخدام البرنامج GIMM تتبع التقدم المحرز في بيليه البراز. ويمكن الحصول على معدلات الحركية الدافعة لقطاع بأكمله أو عن أي منطقة معينة من الفائدة. بالإضافة إلى تحليل أنماط حركية بلعة التي يسببها ، ويمكن بناؤها من الخرائط spatiotemporal شرائح الفيديو التي تم التقاطها لتقييم عفوية أنماط النشاط الحركي. تطبيقات هذا النظام تشمل تقييم التأثيرات الدوائية لمضادات مستقبلات وعلى حركية الدافعة ، فضلا عن تقييم التغيرات التي تنجم عن الظروف الفيزيولوجية المرضية ، مثل التهاب أو الاجهاد. وخنزير غينيا القاصي فحص القولون الحركية الدافعة ، وذلك باستخدام نظام GIMM ، واضحة وبسيطة للتعلم ، وأنه يوفر طريقة موثوق بها وقابلة للتكرار لتقييم القدرة على الحركة الدافعة.

    Protocol

    1. إعداد نسيج القولون لGIMM

    1. لإعداد جزء من القولون البعيدة عن مرصد على الحركة المعوية (GIMM) المركز الاول في القولون معزولة في الجليد الباردة حل كريبس (121 ملي مول كلوريد الصوديوم ، و 5.9 ملي بوكل ، 2.5 ملي CaCl 2 ، 1.2 ملم MgCl 2 ، 25 ملم NaHCO 3 ، 1.2 ملي ناه 2 ص 4 ، و 8 ملي الجلوكوز ؛ الهوائية مع 95 ٪ O 2 / 5 ٪ CO 2). واضح بعيدا مساريق المتبقية من الجدار الخارجي وإحداث شق صغير في نهاية المطاف عن طريق الفم حتى يمكن تمييزه عند وضعها في حمام الجهاز. ملاحظة : قد تبقى في الأنسجة حل كريبس المثلج لمدة تصل إلى 2 ساعة قبل التجريب.
    2. المقبل ، وضع قنوات تدفق وتدفق في الحمام الجهاز بحيث تكون خارج مجال الكاميرا لمنع التدخل في الحصول على الصور. يروي مستمر مع الجهاز حمام prewarmed (37 درجة مئوية) الاوكسيجين (95 ٪ ، 5 ٪ CO 2) حل كريب وبمعدل تدفق 10 مل / دقيقة.
    3. تعقب انتهاء الشفوية مقابل الشرج ، دبوس جزء من القولون البعيدة (ما لا يقل عن 5 سم) على حد سواء في الحمام الجهاز ، مما يتيح قدرا صغيرا من التسيب بحيث يمكن ان تتحرك بحرية الجزء يصل إلى 1 سم في المتوسط . وينبغي وضع نهاية الفم نحو الباحث لسهولة وضع بيليه البراز. وينبغي أن يعلق قولوني شرائح بنفس الطريقة من قبل الباحث نفسه عن كل تجربة ، ضمن مجموعة من التجارب نظرا لأن طول والتوتر في الجزء يؤثر على معدل الحركية الدافعة ، مع امتداد طولي خفض معدل العبور (ديكسون وآخرون. ، 2007).
    4. السماح للإعداد ليوازن ما لا يقل عن 30 دقيقة.

    2. إعداد GIMM والحصول على البيانات

    1. في النظام GIMM ، مضاءة الجزء القولون في غرفة نضح من تحتها. يتم وضع كاميرا الفيديو الرقمية مع جهاز كمبيوتر موصول فوق الغرفة. ضمان أن يتم تشغيل كل من مصدر الإضاءة الخفيفة وبرامج GIMM جرا.
    2. بعد إعداد تجربة جديدة في مجال تطبيق برامج GIMM ، والشروع في المحاكمة الأولى من خلال إدخال بيليه الايبوكسي المغلفة البراز في نهاية الجزء الشفوي للشروع في القولون التمعج. انقر على التبديل تبديل الكاميرا على الكمبيوتر لتشغيل الكاميرا وانقر على زر التسجيل لبدء التسجيل. وتسجل حركة بيليه في الاتجاه الشرج بواسطة كاميرا الفيديو ويتم تخزين الأفلام الرقمية على جهاز كمبيوتر لتحليلها لاحقا. بيليه عندما وصلت الى نهاية الجزء القولون ، انقر فوق زر التسجيل لإيقاف التسجيل.
    3. للحصول على قيمة لمراقبة معدل الدفع ، وتبدأ مع شريحة القولون من الحيوانات صحية وبدون تطبيق المخدرات. 3-5 إجراء التجارب في إعداد واحدة ، مع فترة الاسترداد من 5 دقائق بين كل تشغيل.
    4. لتحديد الآثار المترتبة على ظروف معينة أو المخدرات على حركية القولون ، تؤدي المحاكمات 3-5 / التحضير لكل حالة تجريبية. بالإضافة إلى ذلك ، تنفيذ كل تجربة على خمسة على الاقل من مختلف نقطتين لا يقل عن خمسة حيوانات مختلفة.
    5. في تحليل الأفلام الرقمية ، ويتم احتساب معدل الدفع بيليه برازي والوقت الذي يستغرقه لبيليه لاجتياز الطول العاشر من الجزء القولون.

    3. بناء خرائط Spatiotemporal

    1. ويمكن تحويل ملفات الفيديو الرقمية المكتسبة من تشغيل GIMM الفردية على الخرائط باستخدام برنامج spatiotemporal GIMM المخصصة.
    2. على المحور الأفقي ، ويتم رسم التغيرات في القطر القولون بمرور الوقت من خلال تحويل صورة من القولون في كل إطار الفيديو إلى صورة ظلية ، وحساب وتحويل القطر على طول النطاق في الرمادي. والنتيجة النهائية هي أن بيليه ومناطق الاسترخاء تظهر سوداء ، في حين تقلص مجالات تظهر بيضاء.
    3. ويمثل المسافة التي يقطعها لبيليه خلال الجزء القولون على المحور الرأسي.

    4. Spatiotemporal خرائط ممثل

    1. المعروضة هنا هي خرائط تظهر spatiotemporal ممثل بيليه في قطاعات حركية القولون تحت ظروف تجريبية مختلفة. و(العمودي) ذ محور يمثل موقف بيليه على مر الزمن ، في حين أن (أفقيا) × محور يمثل المسافة التي تقدم من خلال بيليه الجزء القولون.

      الشكل 1
    2. في خريطة spatiotemporal من القولون التحكم (غير المعالجة ، عادي) ، سوف تقدم خطيا بيليه بمعدل مم 2 ~ / ثانية. في المقابل ، يمكن لإدارة بعض الأدوية أو التهاب في القولون نتيجة اضطراب في أنماط حركية مثل القدرة على الحركة والحركة أوقفت المتعسرة.
    3. ويمكن أيضا أن تكون النتائج من GIMM كما هو مبين الرسوم البيانية ، والذي يمثل المحور الصادي المسافة في ملليمتر سافر من قبل بيليه برازي ومحور س يمثل الوقت بالثواني. على سبيل المثال ، وإدارة DAMGO (D - Ala2 ، N - ME - Phe4 ، الغليسين - ol5) ، وهوالأفيونية μ مستقبلات ناهض ، يؤدي إلى انخفاض في القدرة على الحركة الدافعة في القولون.

    Discussion

    وكان أول وصف العصبية الحركية بوساطة الدافعة في القناة الهضمية أكثر من قرن من الزمان والتي بايليس ستارلينغ (بايليس والزرزور ، 1899). أدت هذه الملاحظة إلى تسمية أعصاب الأمعاء والجهاز العصبي المعوي (ENS) ، وتقسيم واضح للنظام العصبي المستقل (لانغلي ، 1921). التمعج المعوية العصبية ينطوي تمتد و / أو التحفيز المخاطية عند نقطة معينة ، وتقلصات بوساطة منعكس أعلاه ، أو عن طريق الفم ل، ومستوى التحفيز والاسترخاء في الاتجاه مجافي الفم. والنتيجة هي توليد ضغوط الانحدار الذي يدفع محتويات اللمعية في الاتجاه عن طريق الفم لمجافي الفم. في الامعاء الصغيرة من مجموعة متنوعة من الأنواع ، والفئران في الأمعاء كبيرة ، ويمكن تفعيلها من تقلصات موجات تمعجية بالتسريب من السوائل في التجويف قطاعات من الامعاء. في القولون خنزير غينيا البعيدة ، يمكن إدراج الكريات البرازية طبيعية أو اصطناعية في نهاية الفم من القولون ، ويمكن رصد التقدم المحرز على طول جزء من القولون بسهولة. وهكذا ، فإن القولون خنزير غينيا القاصي يوفر مقايسة بسيطة ومفيدة للتحقيق في حركية الدافعة في الأمعاء.

    التمعج هو منعكس العصبية المعقدة التي تنطوي على عدد من المركبات وneuroactive المستقبلات. ونتيجة لذلك ، والمركبات التي تؤثر على النقل العصبي في ENS تؤثر على معدل الحركية الدافعة. وتشارك السيروتونين ، الذي صدر في المقام الأول من خلايا معوية أليفة الكروم في الغشاء المخاطي في الأمعاء ، والشروع في منعكس تمعجية. باستخدام خنزير غينيا القاصي القولون ، Grider وزملاؤه أظهرت أن تتعزز القدرة على الحركة الدافعة من الادارة intralumenal 5 - HT مستقبلات 4 (فوكس - اورنشتاين وآخرون ، 1998 ؛. Grider وآخرون ، 1998) ، في حين حمام تطبيق 5 HT - 3 و 5 - HT مستقبلات 4 يقلل من نسبة الدفع (Kadowaki وآخرون ، 1996 ؛ ليندن وآخرون ، 2003b). وعلاوة على ذلك ، وتثبيط للنقل السيروتونين مع مثبطات امتصاص السيروتونين الانتقائية (اس اس اراي) يزيد التمعج في تركيزات منخفضة ، بعد الانخفاضات التمعج في تركيزات أعلى ، على الأرجح بسبب الحساسية من مستقبلات 5 - HT (Kadowaki وآخرون ، 1996 ؛. واد وآخرون ، 1996). الجزيئات الأخرى التي تساهم في إشارة حركية خنزير غينيا الدافعة تشمل أستيل يتصرف في المستقبلات النيكوتينية ، وهو الوسيط الرئيسي للإشارات interneuronal في الامعاء. منع انتقال متشابك مع مستقبلات النيكوتين هيكساميثونيوم النقصان بيليه الدفع بتركيزات عالية ، في حين أن تركيزات أقل لا تؤثر على معدل الدفع (Kadowaki وآخرون ، 1996). المواد الأفيونية ، ومستقبلات المواد الأفيونية ، والتي كانت معروفة منذ فترة طويلة أن يكون لها تأثيرات مثبطة على حركية الجهاز الهضمي ، وانخفاض كريات الدفع في النموذج خنزير غينيا الحركية الدافعة (فوكس - اورنشتاين وآخرون ، 1998 ؛. وود وآخرون ، 2009). ومن المثير للاهتمام ، daikenchuto ، والادوية العشبية التقليدية اليابانية المستخدمة سريريا لعلاج القيء وآلام المعدة ، والحركة المختلين ، يقلل من نسبة الدفع بيليه عندما تدار النالوكسون مع خصم الأفيونية ، وعندما تدار وحدها ، والنتائج العكسية في التمعج (وود وآخرون ، 2009). هذه النتائج توضح مدى فائدة من طراز خنزير غينيا الحركية الدافعة لتقييم المساهمات من المركبات المختلفة والمستقبلات على أنماط حركية القولون.

    وقد أظهر عدد من الدراسات أن التهاب يؤدي إلى تغييرات في الخصائص الكهربائية ومتشابك من الخلايا العصبية القولون (ليندن وآخرون ، 2003a ؛. وماكس وآخرون ، 2005) ، وأن هذه التغييرات يمكن أن تستمر لأسابيع بعد الشفاء من الالتهاب (Krauter . وآخرون ، 2007 ؛ وماكس وآخرون ، 2007). ويمكن تحقيق تأثير التهاب القولون الناجم عن التغييرات على المرونة العصبية الحركية الدافعة في القولون خنزير غينيا البعيدة باستخدام نظام GIMM. هذا النظام له العديد من المزايا أكثر من الطريقة التقليدية لرصد حركية القولون ، الذي يقيم الحركية الدافعة من خلال قياس الوقت ببساطة بيليه برازي يسافر مسافة معينة. وقد بينت الدراسات السابقة التي يسببها التهاب اللدونة العصبية في القولون هناك انخفاض في سرعة الدفع بيليه (ليندن وآخرون ، 2003a ؛. يندن وآخرون ، 2005) ، وبعد مزيد من التحقيقات الأخيرة التي تستخدم هذا النظام وكشفت أكثر GIMM تغييرات معقدة (قوي وآخرون ، 2010). على سبيل المثال ، انخفض معدل الدفع بيليه في المناطق المتقرحة من القولون القاصي ملتهبة ، ومع ذلك تتسارع الحركية في المناطق المجاورة ، وهي الظاهرة التي لم يكن معترف بها من قبل في وقت سابق ان الطريقة "ساعة توقيت". وقد أظهرت الدراسات الأخرى التي يمكن استعادة dysmotility خلال المرحلة النشطة من التهاب مع تثبيط COX - 2 (ليندن وآخرون ، 2004) ، والقدرة على الحركة بعد أن استمرت إلى ما بعد تعديلهاالقرار هو الالتهاب COX - 2 الأحرف (Krauter وآخرون ، 2007). علاوة على ذلك ، في هذه الدراسات في وقت لاحق ، كشفت الخرائط spatiotemporal التي تم إنشاؤها بواسطة نظام GIMM نمط تدريجي في القدرة على الحركة القولون الذي لوحظ في مرحلة ما بعد التهاب الحيوانات التي تساهم في انخفاض معدلات الدفع.

    في الختام ، خنزير غينيا القاصي فحص القولون الحركية الدافعة يمثل إنتاجية عالية وسيلة لقياس آثار اختبار المركبات والحالات المرضية في حركية القولون ، وعلاوة على ذلك ، فإن النظام يوفر GIMM نهج بسيط ومباشر لتقييم القدرة على الحركة الدافعة القولون في المختبر. أنها تسمح لقياسات مستمرة لدفع بيليه ، فضلا عن توليد خرائط spatiotemporal لدراسة أنماط النشاط العفوي. بالمقارنة مع الطرق التقليدية ، ويمكن أن تسفر أيضا ظاهرة أكثر تعقيدا التي يمكن quantitated reanalyzed وسبل متعددة كما يتم حفظ الملفات الرقمية إلى النظام ويمكن الوصول إليها بسهولة.

    Disclosures

    وقد رعت إنتاج هذا الفيديو عن طريق البحث Catamount والتنمية ، والمؤتمر الوطني العراقي ، التي تنتج الأداة المستخدمة في هذه المقالة.

    Materials

    Name Type Company Catalog Number Comments
    Krebs’ Solution
    Isoflurane Anesthesia Webster Veterinary
    Epoxy-coated fecal pellet native guinea pig pellet dried and epoxy (black nail polish) coated
    Forceps Fine Science Tools
    Micro Scissors Fine Science Tools
    Stainless Steel Pins
    Beakers 500 mL
    Gas Tank 95% O2/5% CO2
    Timer
    Gastrointestinal Motility Monitor Catamount Research and Development http://www.catamountresearch.com/products/gimm.htm

    References

    1. Bayliss, W.M., Starling, E.H. The movements and innervation of the small intestine. J of Physiol (Lond) 24 : 99-143 (1899) .
    2. Dickson, E.J., Spencer, N.J., Hennig, G.W., Bayguinov, P.O., Ren, J., Heredia, D.J., Smith, T.K. An enteric occult reflex underlies accommodation and slow transit in the distal large bowel. Gastroenterology 132 : 1912-1924 (2007).
    3. Foxx-Orenstein, A.E., Jin, J.G., Grider, J.R. 5-HT4 receptor agonists and delta-opioid receptor antagonists act synergistically to stimulate colonic propulsion. Am J Physiol 275 : G979-983 (1998).
    4. Grider, J.R., Foxx-Orenstein, A.E., Jin, J.G. 5-Hydroxytryptamine4 receptor agonists initiate the peristaltic reflex in human, rat, and guinea pig intestine. Gastroenterology 115 : 370-380 (1998).
    5. Kadowaki, M., Wade, P.R., Gershon, M.D. Participation of 5-HT3, 5-HT4, and nicotinic receptors in the peristaltic reflex of guinea pig distal colon. Am J Physiol 271 : G849-857 (1996).
    6. Krauter, E.M., Strong, D.S., Brooks, E.M., Linden, D.R., Sharkey, K.A., Mawe, G.M. Changes in colonic motility and the electrophysiological properties of myenteric neurons persist following recovery from trinitrobenzene sulfonic acid colitis in the guinea pig. Neurogastroenterol Motil 19 : 990-1000 (2007).
    7. Langley, J.N. The Autonomic Nervous System. Cambridge, UK: Heffer (1921).
    8. Linden, D.R., Sharkey, K.A., Mawe, G.M. Enhanced excitability of myenteric AH neurones in the inflamed guinea-pig distal colon. J Physiol 547 : 589-601 (2003a).
    9. Linden, D.R., Sharkey, K.A., Ho, W., Mawe, G.M. Cyclooxygenase-2 contributes to dysmotility and enhanced excitability of myenteric AH neurones in the inflamed guinea pig distal colon. J Physiol 557 : 191-205 (2004).
    10. Linden, D.R., Chen, J.X., Gershon, M.D., Sharkey, K.A., Mawe, G.M. Serotonin availability is increased in mucosa of guinea pigs with TNBS-induced colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 285 : G207-216 (2003b).
    11. Linden, D.R., Couvrette, J.M., Ciolino, A., McQuoid, C., Blaszyk, H., Sharkey, K.A., Mawe, G.M. Indiscriminate loss of myenteric neurones in the TNBS-inflamed guinea-pig distal colon. Neurogastroenterol Motil 17 : 751-760 (2005).
    12. Lomax, A.E., Mawe, G.M., Sharkey, K.A. Synaptic facilitation and enhanced neuronal excitability in the submucosal plexus during experimental colitis in guinea-pig. J Physiol 564 : 863-875 (2005).
    13. Lomax, A.E., O'Hara, J.R., Hyland, N.P., Mawe, G.M., Sharkey, K.A. Persistent alterations to enteric neural signaling in the guinea pig colon following the resolution of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 292 : G482-491 (2007).
    14. Strong, D.S., Cornbrooks, C.F., Roberts, J.A., Hoffman, J.M., Sharkey, K.A., Mawe, G.M. Purinergic neuromuscular transmission is selectively attenuated in ulcerated regions of inflamed guinea pig distal colon. J Physiol 588 : 847-859 (2010).
    15. Wade, P.R., Chen, J., Jaffe, B., Kassem, I.S., Blakely, R.D., Gershon, M.D. Localization and function of a 5-HT transporter in crypt epithelia of the gastrointestinal tract. J Neurosci 16 : 2352-2364 (1996).
    16. Wood, M.J., Hyman, N.H., Mawe, G.M. The Effects of Daikenchuto (DKT) on Propulsive Motility in the Colon. J Surg Res (2009).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter