使用球囊插入进行胃肠蠕动记录

摘要

该协议概述了一种记录胃肠道运动活动的方法。它使用避孕套和塑料管来创建一个系统，通过球囊压力来可视化胃肠道运动。该方法可用于研究与胃肠道动力障碍相关的疾病。

摘要

胃肠蠕动是消化系统最重要的生理功能之一。迁移运动复合体 （MMC） 是禁食期间发生在胃肠道的一种特征性运动形式。MMC 存在于许多物种中，包括人类。虽然 MMC 的生理作用尚不完全清楚，但其异常与各种疾病有关。胃肠道蠕动的测量对于胃肠道疾病的诊断很重要。因此，使用橡胶避孕套和聚乙烯 （PE） 管构建了一个系统，一侧放置在小鼠的胃肠道中，另一侧连接到压力传感器。在胃肠道运动期间挤压球囊时，可以看到胃肠道运动。这项研究工作提供了系统设计和运行的详细方案，并显示了证明其有效性的代表性结果。通过使用该系统设备，可以在 体内记录胃肠道运动功能。这为未来的胃肠道疾病研究提供了额外的方法。

引言

迁移运动复合体 （MMC） 是人类和其他动物胃肠道循环运动的一种特殊模式，发生在禁食期和消化间期¹。MMC 参与未消化食物的运输，并有助于细菌从小肠运输到大肠²。Code 和 Marlett³ 将 MMC 分为四个阶段。在 I 期，胃肠道平滑肌处于静止状态。在 II 期，胃肠道蠕动活性增加。在 III 期，收缩活性高，这被称为 MMC 的特征期。由于幽门保持开放，允许未消化的食物进入小肠，因此 III 期突然发作，并以具有最大幅度和持续时间的收缩结束。IV 期的特点是收缩迅速减少，这是到下一个周期的短暂过渡。鉴于 MMC 的关键作用，它已成为科学家的热门研究课题之一。

正常运作的 MMC 对于维持胃肠道稳态至关重要。MMC 异常与各种胃肠道疾病有关，例如胃轻瘫、假性梗阻和小肠细菌过度生长¹。MMC 不同阶段的异常与各种胃肠道疾病有关。延长的第一阶段可能导致胃排空延迟。这常见于糖尿病或特发性胃轻瘫⁴ 患者。异常的 II 期收缩会导致胃排空缓慢，从而导致腹胀、早饱等。II 期活性降低会导致小肠内容物滞留，从而增加细菌过度生长的风险⁵。III 期活性降低或缺失可导致肠内容物滞留，导致慢性肠梗阻 ^6,7。IV 期异常可能与胃内容物反流到食管和反流症状恶化有关⁸。同时，神经性厌食症也与 IV 期异常有关⁹。总体而言，了解 MMC 的时间特征及其与疾病的关系对于胃肠道疾病的诊断和治疗很有价值。

因此，我们介绍了一种通过可视化来测量 MMC 的方法。我们相信这项技术将提供有关胃肠道动力学的更多信息。

方案

该研究方案已获得针灸研究所动物护理和使用委员会的批准（批准号 Y2023-03-14-02）。本研究遵循美国国立卫生研究院实验动物护理和使用指南。

1. 球囊胶囊生成

1. 折断注射器针头，取下金属面，然后将其插入聚乙烯 （PE） 管中。
2. 在步骤 1.1 之后，将 PE 管插入避孕套，并在距末端 0.5 厘米处用医用缝合线系住。确保缝合线紧密且结扎时不会泄漏。
3. 剪断剩余的避孕套，确保气球光滑。
4. 用纯净水填充胶囊以排空球囊和导管中的空气，并通过医用三通阀将导管连接到运动压力传感器。

2. 手术

1. 使用 6-8 周龄的 SD 雄性/雌性大鼠。手术前，剥夺大鼠的食物但不剥夺水 12-18 小时，以确保胃是空的。
2. 用异氟醚（用 2% 异氟醚气体维持）麻醉大鼠，剃掉腹部，用碘油对大鼠进行绝育。
3. 将其仰卧放置（图 1A），并使用加热毯保持体温。
4. 在剑突下方 1 厘米处沿腹部皮肤中线切开，长度约 2 厘米（图 1B）。从皮肤到肌肉逐层分离，以确保其他内脏器官不会被割伤。
5. 露出胃，沿着十二指肠在距离幽门约 2 厘米处切开一个切口，切口长度为 0.2 厘米。通过切口将球囊胶囊放入十二指肠，并沿十二指肠向上推，但不要通过幽门将其放入胃窦中（图 1C）。固定手术切口并固定导管。
6. 最后，使用无菌纱布（用生理盐水润湿）覆盖切口。将管子的另一侧连接到压力传感器。
7. 此时，直肠记录程序是可行的。直肠运动记录不需要手术。球囊将直接插入肛门 0.5-1 厘米。

3. 胃压记录

1. 记录前，用双蒸水填充压力传感器。
2. 打开神经放大器、数据采集单元和数据分析软件。将乐器的录音系统参数设置为 1 kHz。打开三通阀，确保灯泡中的压力与气压相连。然后，转动放大器上的归零旋钮，将基线调整为 0 mmH₂O。
3. 将大约 0.5 mL 的双蒸水注入球囊中，并通过稍微调整球囊中的水量将压力保持在 20-40 mmH₂O。
4. 将针座连接到三通阀，另一侧连接到压力传感器，将机械信号转换为电信号。
5. 波形稳定后（基线稳定保持 >30 分钟），开始记录十二指肠压力。
   注意：示意图如图 1D 所示，完成的球囊插入系统如图 1E 所示，记录设置如图 1F 所示。
   注意：在实验过程中，密切监测呼吸、角膜反射和肤色等生理状态指标。还需要加热毯。如发现大鼠生理状况出现异常，应立即停止实验。

4. 数据分析

1. 使用数据分析软件分析胃肠道运动的信号。从软件中获取收缩波的频率和幅度。
2. 使用鼠标右键在软件中添加光标，以获取两个光标之间的持续时间。同样，使用鼠标右键添加水平线以了解振幅。
3. 根据持续时间和振幅的变化分析胃肠道运动。如图 2A 所示，一条平滑的水平线被记录为基线。测量高于基线的振幅和持续时间以确定 MMC 的不同阶段。

结果

图 2A 显示了正常大鼠十二指肠中追踪的 MMC 轨迹。在正常大鼠中，胃动力的特征是规则和有节奏的收缩，这可以通过球囊胶囊记录的波形来观察。实验动物的性别不影响 MMC，性别之间没有统计学上的显着差异。在 图 2A 中，MMC 波形通常呈现四个相位：

第一阶段：这个阶段是运动不活跃的时期。十二指肠保持相对安静，让胃休息并为下一个周期做准备。

第二阶段：此阶段的特点是中等幅度的间歇性、不规则收缩。这些收缩比 III 期的收缩更有序，其中残留的胃内容物混合并清除。随着该阶段过渡到 III 期，收缩的频率逐渐增加。

III 期：此阶段的特点是强烈、有节奏和高振幅的收缩。这是 MMC 最活跃的阶段。这些强大的收缩扫过胃和小肠，清除未消化的物质并防止细菌过度生长。...

讨论

该协议概述了一种通过可视化 MMC 过程来检测 体内 胃肠运动的方法。这种方法对于研究胃肠道动力学很重要。首先，在制作球囊胶囊时，确保接口连接良好，并确保医用缝合线紧密且不泄漏。手术前，可以在装满去离子水的 50 mL 烧杯中测试球囊胶囊。将整个系统置于去离子水中，并将空气注入球囊胶囊中。如果出现气泡，则表示接头的密封有缺陷。

其次，研究动物应在手术前禁食 12-18 小时。但是，可以在手术开始前少量喂养动物。这将诱导胃肠动力波形。手术应尽快进行。实验动物的生理状态在手术过程中很容易受到影响。异氟醚是手术麻醉的首选，因为它对胃肠蠕动影响很小。其他麻醉方法（如戊巴比妥）容易影响实验动物的胃肠蠕动。因此，在手术过程中使用加热毯来维持体温。

第三，在记录胃压之前，该值必须校准为零。应仔细调节注入球囊的去离子水量。过量注入纯水可能会引起实验动物的内部不适，并破坏胃肠道动力学波形。

在代表性结果中...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
动物生理信号数据采集器	剑桥电子设计	Micro1401-4	用于胃肠蠕动记录（数据采集系统）
生物信号放大器	Digitimer-neurolog 系统	NL900D	用于胃肠蠕动记录（神经放大器）
胃肠动力传感器	北京鑫航兴业科贸有限公司	WS100	用于胃肠蠕动监测
加热垫	小林制药有限公司，中国	03721	用于维持大鼠体温;95 mm & 70 mm
下注射针	上海康德莱企业发展集团有限公司	GB15811-2001	用于生产水球
Isoflurane	Lunan BETTER Pharmaceutical Co.， Ltd.	H20020267	用于大鼠的麻醉
天然乳胶光滑表面避孕套	日本冈本	20172186398	用于生产水球
聚乙烯导管	北京塔吉因科技有限公司	PE90	用于生产水球;外径为 0.94 毫米，内径为 0.51 毫米
Powerlab 信号采集和分析系统	澳大利亚 AD Instruments	PL3508	用于胃肠动力监测
软件 Spike	剑桥电子设计	Spike 2.0	用于胃肠动力波形记录（数据分析软件）
无菌纱布	河北康吉医疗器械有限公司	20232140292	外科手术
用 三通阀	Jiangsu Essica Healthcare Co.， Ltd.	20203140477	用于胃肠蠕动监测