Erfassung der gastrointestinalen Motilität mittels Balloninsertion

Summary

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Aufzeichnung der gastrointestinalen motorischen Aktivität. Es verwendet ein Kondom und einen Kunststoffschlauch, um ein System zu schaffen, das die Magen-Darm-Motilität durch Ballondruck sichtbar macht. Diese Methode kann bei der Untersuchung von Krankheiten im Zusammenhang mit gastrointestinalen Motilitätsstörungen eingesetzt werden.

Abstract

Die gastrointestinale Motilität ist eine der wichtigsten physiologischen Funktionen des Verdauungssystems. Der wandernde motorische Komplex (MMC) ist eine charakteristische Bewegungsform, die während des Fastens im Magen-Darm-Trakt auftritt. Das MMC kommt in vielen Spezies vor, auch beim Menschen. Obwohl die physiologische Rolle des MMC nicht vollständig verstanden ist, werden seine Anomalien mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht. Die Messung der gastrointestinalen Motilität ist wichtig für die Diagnose von Magen-Darm-Erkrankungen. So wurde ein System aus einem Gummikondom und einem Schlauch aus Polyethylen (PE) konstruiert, wobei eine Seite im Magen-Darm-Trakt der Mäuse platziert und die andere Seite mit dem Druckwandler verbunden war. Gastrointestinale Bewegungen wurden sichtbar, wenn der Ballon während gastrointestinaler Bewegungen zusammengedrückt wurde. Diese Studienarbeit liefert ein detailliertes Protokoll des Designs und des Betriebs des Systems und zeigt repräsentative Ergebnisse, die seine Wirksamkeit belegen. Durch den Einsatz dieses Systemgeräts kann die gastrointestinale Motorik in vivo erfasst werden. Dies bietet zusätzliche Ansätze für zukünftige Studien zu gastrointestinalen Erkrankungen.

Introduction

Der wandernde motorische Komplex (MMC) ist ein spezielles Muster der Kreislaufbewegung des Magen-Darm-Trakts bei Menschen und anderen Tieren, das in der Fastenzeit und zwischen den Verdauungsperioden auftritt¹. Das MMC ist am Transport von unverdauter Nahrung beteiligt und hilft beim bakteriellen Transport vom Dünndarm in den Dickdarm². Code und Marlett³ unterteilten die MMC in vier Phasen. In Phase I ist die glatte Muskulatur des Magen-Darm-Trakts ruhig. In Phase II nahm die gastrointestinale peristaltische Aktivität zu. In Phase III ist die kontraktile Aktivität hoch, was als charakteristische Phase der MMC bezeichnet wird. Da der Pylorus offen bleibt und unverdaute Nahrung in den Dünndarm gelangen kann, beginnt Phase III plötzlich und endet mit einem Ausbruch von Kontraktionen mit maximaler Amplitude und Dauer. Phase IV ist gekennzeichnet durch eine rasche Abnahme der Wehen, was einen kurzen Übergang zum nächsten Zyklus darstellt. Angesichts der entscheidenden Rolle der MMC ist sie zu einem der heißesten Forschungsthemen für Wissenschaftler geworden.

Eine ordnungsgemäß funktionierende MMC ist für die Aufrechterhaltung der gastrointestinalen Homöostase unerlässlich. MMC-Anomalien sind mit verschiedenen gastrointestinalen Erkrankungen wie Gastroparese, Pseudoobstruktion und bakterieller Überwucherung im Dünndarm verbunden¹. Auffälligkeiten in verschiedenen Phasen der MMC sind mit verschiedenen Magen-Darm-Erkrankungen verbunden. Eine verlängerte Phase I kann zu einer verzögerten Magenentleerung führen. Dies ist häufig bei Patienten mit Diabetes oder idiopathischer Gastroparese^{zu beobachten 4}. Eine abnormale Phase-II-Kontraktion kann zu einer langsameren Magenentleerung führen, was zu Blähungen, frühem Sättigungsgefühl usw. führen kann. Eine verminderte Phase-II-Aktivität kann zur Retention des Dünndarminhalts führen, was das Risiko einer bakteriellen Überwucherung erhöht⁵. Eine verminderte oder fehlende Phase-III-Aktivität kann zur Retention des Darminhalts führen, was zu einem chronischen Darmverschluss führt ^6,7. Phase-IV-Anomalien können mit einem Rückfluss des Mageninhalts in die Speiseröhre und einer Verschlechterung der Refluxsymptome verbunden sein⁸. In der Zwischenzeit ist Anorexia nervosa auch mit Phase-IV-Anomalien assoziiert⁹. Insgesamt ist das Verständnis der zeitlichen Merkmale der MMC und ihrer Beziehung zur Krankheit für die Diagnose und Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen wertvoll.

Daher stellen wir eine Methode zur Messung von MMC vor, indem wir sie visualisieren. Wir glauben, dass diese Technik weitere Informationen über die gastrointestinale Dynamik liefern wird.

Protocol

Das Studienprotokoll wurde vom Institute of Acupuncture and Moxibustion Animal Care and Use Committee genehmigt (Zulassungsnummer Y2023-03-14-02). In dieser Studie wurde der Leitfaden der United States National Institutes of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren befolgt.

1. Erzeugung von Ballonkapseln

1. Brechen Sie die Spritzennadel, entfernen Sie die Metallseite und führen Sie sie in den Schlauch aus Polyethylen (PE) ein.
2. Führen Sie nach Schritt 1.1 den PE-Schlauch in das Kondom ein und binden Sie ihn 0,5 cm vom Ende entfernt mit einer medizinischen Naht zusammen. Stellen Sie sicher, dass die Naht fest sitzt und nicht ausläuft, wenn sie ligiert wird.
3. Schneiden Sie das restliche Kondom ab, um sicherzustellen, dass der Ballon glatt ist.
4. Füllen Sie die Kapsel mit reinem Wasser, um die Luft im Ballon und Katheter zu entleeren, und verbinden Sie den Katheter über ein medizinisches Dreiwegeventil mit dem Motilitätsdruckwandler.

2. Chirurgie

1. Verwenden Sie 6-8 Wochen alte männliche/weibliche SD-Ratten. Entziehen Sie den Ratten vor der Operation 12-18 Stunden lang Futter, aber kein Wasser, um sicherzustellen, dass der Magen leer ist.
2. Betäuben Sie die Ratte mit Isofluran (gehalten mit 2% Isoflurangas), rasieren Sie den Bauchbereich, sterilisieren Sie die Ratte mit Jodaphor.
3. Legen Sie es in Rückenlage (Abbildung 1A) und halten Sie die Körpertemperatur mit einer Heizdecke.
4. Machen Sie einen Schnitt entlang der Mittellinie der Bauchhaut an einer Stelle 1 cm unterhalb des Xiphoidfortsatzes, die etwa 2 cm lang ist (Abbildung 1B). Trennen Sie Schicht für Schicht von der Haut bis zum Muskel, um sicherzustellen, dass andere innere Organe nicht durchtrennt werden.
5. Legen Sie den Magen frei und machen Sie einen Schnitt entlang des Zwölffingerdarms etwa 2 cm vom Pylorus entfernt, mit einer Schnittlänge von 0,2 cm. Platzieren Sie die Ballonkapsel durch den Schnitt in den Zwölffingerdarm und schieben Sie sie entlang des Zwölffingerdarms nach oben, aber platzieren Sie sie nicht durch den Pylorus in das Magenantrum (Abbildung 1C). Sichern Sie den chirurgischen Schnitt und fixieren Sie den Katheter.
6. Zum Schluss verwenden Sie sterile Gaze (mit Kochsalzlösung angefeuchtet), um den Schnitt abzudecken. Verbinden Sie die andere Seite des Rohrs mit einem Druckmessumformer.
7. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Rektum-Recording-Verfahren möglich. Die rektale Bewegungsaufzeichnung erfordert keine Operation. Der Ballon würde direkt durch den Anus 0,5-1 cm eingeführt werden.

3. Aufzeichnung des Magendrucks

1. Füllen Sie vor der Aufnahme den Druckmessumformer mit doppelt destilliertem Wasser.
2. Öffnen Sie den Neuroverstärker, die Datenerfassungseinheit und die Datenanalysesoftware. Stellen Sie die Parameter des Aufnahmesystems des Instruments auf eine Abtastfrequenz von 1 kHz ein. Öffnen Sie das Dreiwegeventil, um sicherzustellen, dass der Druck in der Glühbirne mit dem Luftdruck verbunden ist. Drehen Sie dann den Nullregler am Verstärker, um die Basislinie auf 0 mmH₂O einzustellen.
3. Injizieren Sie ca. 0,5 mL des doppelt destillierten Wassers in den Ballon und halten Sie den Druck bei 20-40 mmH₂O, indem Sie das Wasservolumen im Ballon leicht anpassen.
4. Verbinden Sie die Nadelnabe mit dem Dreiwegeventil und die andere Seite mit dem Druckmessumformer, der das mechanische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
5. Nachdem sich die Wellenform stabilisiert hat (die Basislinie bleibt >30 Minuten lang stabil), beginnen Sie mit der Aufzeichnung des Zwölffingerdarmdrucks.
   HINWEIS: Das schematische Diagramm ist in Abbildung 1D dargestellt, das fertige Balloneinführsystem ist in Abbildung 1E dargestellt und der Aufnahmeaufbau ist in Abbildung 1F dargestellt.
   HINWEIS: Während des Versuchs werden physiologische Statusindikatoren wie Atmung, Hornhautreflex und Hautfarbe genau überwacht. Eine Heizdecke wird ebenfalls benötigt. Der Versuch sollte sofort abgebrochen werden, wenn Anomalien im physiologischen Zustand der Ratten beobachtet werden.

4. Datenanalyse

1. Verwenden Sie die Datenanalysesoftware, um das Signal der Bewegungen des Magen-Darm-Trakts zu analysieren. Ermitteln Sie die Frequenz und Amplitude der Kontraktionswelle aus der Software.
2. Verwenden Sie die rechte Maustaste, um die Cursor in der Software hinzuzufügen, um die Dauer zwischen den beiden Cursorn zu erhalten. Verwenden Sie auf ähnliche Weise die rechte Maustaste, um horizontale Linien hinzuzufügen, um die Amplitude zu ermitteln.
3. Analysieren Sie die Bewegungen des Magen-Darm-Trakts basierend auf den Veränderungen der Dauer und Amplitude. Wie in Abbildung 2A gezeigt, ist eine glatte horizontale Linie als Grundlinie angegeben. Die Amplitude und Dauer oberhalb der Basislinie wurden gemessen, um die verschiedenen Stadien der MMC zu bestimmen.

Results

Abbildung 2A zeigt den Verlauf von MMC, der im Zwölffingerdarm normaler Ratten verfolgt wurde. Bei normalen Ratten ist die Magenmotilität durch regelmäßige und rhythmische Kontraktionen gekennzeichnet, die durch die von der Ballonkapsel aufgezeichnete Wellenform beobachtet werden können. Das Geschlecht der Versuchstiere hat keinen Einfluss auf die MMC, und es gibt keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Geschlechtern. In Abbildung 2A weist die ...

Discussion

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zum Nachweis der gastrointestinalen Motilität in vivo durch Visualisierung des MMC-Prozesses. Diese Methode ist wichtig für die Untersuchung der gastrointestinalen Dynamik. Stellen Sie bei der Herstellung der Ballonkapsel zunächst sicher, dass die Schnittstelle gut angeschlossen ist und dass die medizinische Naht fest sitzt und nicht undicht ist. Vor der Operation kann die Ballonkapsel in einem mit deionisiertem Wasser gefüllten 50-ml-Bec...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tierphysiologischer Signaldatensammler	Cambridge Electronic Design	Micro1401-4	Für die Aufzeichnung der gastrointestinalen Motilität (Datenerfassungssystem)
Biosignalverstärker	Digitimer-Neurolog-System	NL900D	Für die Aufzeichnung der gastrointestinalen Motilität (Neuroverstärker)
Gastrointestinaler Motilitätswandler	Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.	WS100	Zur Überwachung der gastrointestinalen Motilität
Heizkissen	Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd., China	03721	Zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur von Ratten; 95 mm &akut; 70 mm
Injektionsnadel	Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.	GB15811-2001	Für die Herstellung von Wasserbomben
Isoflurane	Lunan BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.	H20020267	Für die Anästhesie von Ratten
Naturlatex Kondom mit glatter Oberfläche	Okamoto, Japan	20172186398	Für die Herstellung von Wasserballons
Polyethylen-Katheter	Beijing Tajiin Technology Co., Ltd.	PE90	Für die Herstellung von Wasserbomben mit einem Außendurchmesser von 0,94 mm und einem Innendurchmesser von 0,51 mm
Powerlab Signalerfassungs- und Analysesystem	AD Instruments, Australien	PL3508	Für die Überwachung der gastrointestinalen Motilität
Software Spike	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	Für die Aufzeichnung von gastrointestinalen Motilitätswellenformen (Datenanalysesoftware)
Sterile Gaze	Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.	20232140292	Für chirurgische Eingriffe
Dreiwegeventil	Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.	20203140477	Zur Überwachung der gastrointestinalen Motilität