Registro de la motilidad gastrointestinal mediante la inserción de un balón

Resumen

Este protocolo describe un método para registrar la actividad motora gastrointestinal. Emplea un condón y un tubo de plástico para crear un sistema que visualiza la motilidad gastrointestinal a través de la presión del balón. Este método se puede utilizar en el estudio de enfermedades relacionadas con los trastornos de la motilidad gastrointestinal.

Resumen

La motilidad gastrointestinal es una de las funciones fisiológicas más importantes del sistema digestivo. El complejo motor migratorio (MMC) es una forma característica de movimiento que se produce en el tracto gastrointestinal durante el ayuno. La MMC está presente en muchas especies, incluidos los humanos. Aunque el papel fisiológico de la MMC no se comprende completamente, sus anomalías se asocian con diversas enfermedades. La medición de la motilidad gastrointestinal es importante para el diagnóstico de enfermedades gastrointestinales. Así, se construyó un sistema utilizando un condón de goma y un tubo de polietileno (PE), con un lado colocado en el tracto gastrointestinal de los ratones y el otro lado conectado al transductor de presión. Los movimientos gastrointestinales se visualizaron cuando se apretó el balón durante los movimientos gastrointestinales. Este trabajo de estudio proporciona un protocolo detallado del diseño y operación del sistema y muestra resultados representativos que demuestran su efectividad. Mediante el uso de este dispositivo del sistema, se puede registrar la función motora gastrointestinal in vivo. Esto proporciona enfoques adicionales para futuros estudios de trastornos gastrointestinales.

Introducción

El complejo motor migratorio (MMC) es un patrón especial de movimiento circulatorio del tracto gastrointestinal en humanos y otros animales, que ocurre en los períodos de ayuno e interdigestivo¹. La MMC está involucrada en el transporte de alimentos no digeridos y ayuda en el transporte bacteriano desde el intestino delgado hasta el intestino grueso². Code y Marlett³ dividieron el MMC en cuatro fases. En la fase I, los músculos lisos del tracto gastrointestinal están inactivos. En la fase II, la actividad peristáltica gastrointestinal aumentó. En la fase III, la actividad contráctil es alta, lo que se conoce como una fase característica de la MMC. Debido a que el píloro permanece abierto, permitiendo que los alimentos no digeridos pasen al intestino delgado, la fase III tiene un inicio repentino y termina con una explosión de contracciones con amplitudes y duraciones máximas. La fase IV se caracteriza por una rápida disminución de las contracciones, que es una breve transición al siguiente ciclo. Dado el papel crucial del MMC, se ha convertido en uno de los temas de investigación más candentes para los científicos.

El buen funcionamiento de la MMC es esencial para el mantenimiento de la homeostasis gastrointestinal. Las anomalías de la MMC se asocian con diversos trastornos gastrointestinales, como gastroparesia, pseudoobstrucción y sobrecrecimiento bacteriano en el intestino^delgado. Las anomalías en diferentes fases de la MMC se asocian con diversas enfermedades gastrointestinales. Una fase I prolongada puede provocar un retraso en el vaciado gástrico. Esto se observa a menudo en pacientes con diabetes o gastroparesia idiopática⁴. La contracción anormal de la fase II puede conducir a un vaciado gástrico más lento, lo que puede causar hinchazón, saciedad temprana, etc. La reducción de la actividad de la fase II puede conducir a la retención del contenido del intestino delgado, aumentando el riesgo de sobrecrecimiento bacteriano⁵. La actividad reducida o ausente de la fase III puede conducir a la retención del contenido intestinal, lo que resulta en una obstrucción intestinal crónica ^6,7. Las anomalías de la fase IV pueden estar asociadas con el reflujo del contenido gástrico hacia el esófago y el empeoramiento de los síntomas del reflujo⁸. Mientras tanto, la anorexia nerviosa también se asocia con anomalías en la fase^{IV 9}. En general, la comprensión de las características temporales de la MMC y su relación con la enfermedad es valiosa en el diagnóstico y tratamiento de los trastornos gastrointestinales.

Por lo tanto, presentamos un método para medir la MMC mediante su visualización. Creemos que esta técnica proporcionará más información sobre la dinámica gastrointestinal.

Protocolo

El protocolo del estudio fue aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Instituto de Acupuntura y Moxibustión (Aprobación No. Y2023-03-14-02). En este estudio se siguió la Guía de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio.

1. Generación de cápsulas de balón

1. Rompa la aguja de la jeringa, retire el lado metálico e insértela en el tubo de polietileno (PE).
2. Después del paso 1.1, inserte el tubo de PE en el condón y átelo con una sutura médica a 0,5 cm del extremo. Asegúrese de que la sutura esté apretada y no gotee cuando esté ligada.
3. Corta el condón restante para asegurarte de que el globo quede liso.
4. Llene la cápsula con agua pura para vaciar el aire en el balón y el catéter y conecte el catéter al transductor de presión de motilidad a través de una válvula médica de tres vías.

2. Cirugía

1. Utilice ratas macho/hembra SD de 6 a 8 semanas de edad. Antes de la cirugía, prive a las ratas de comida, pero no de agua, durante 12-18 h para asegurarse de que el estómago esté vacío.
2. Anestesiar a la rata con isoflurano (mantenido con gas isoflurano al 2%), afeitar la zona abdominal, esterilizar la rata con yodaforo.
3. Colóquelo en decúbito supino (Figura 1A) y mantenga la temperatura corporal con una manta térmica.
4. Hacer una incisión a lo largo de la línea media de la piel abdominal en un sitio 1 cm por debajo de la apófisis xifoides, de aproximadamente 2 cm de largo (Figura 1B). Separe capa por capa desde la piel hasta el músculo para asegurarse de que otros órganos internos no se corten.
5. Exponga el estómago y haga una incisión a lo largo del duodeno a aproximadamente 2 cm del píloro, con una longitud de incisión de 0,2 cm. Coloque la cápsula del balón en el duodeno a través de la incisión y empújela hacia arriba a lo largo del duodeno, pero no la coloque en el antro gástrico a través del píloro (Figura 1C). Asegure la incisión quirúrgica y fije el catéter.
6. Finalmente, use una gasa estéril (humedecida con solución salina) para cubrir la incisión. Conecte el otro lado del tubo a un transductor de presión.
7. En este momento, es factible un procedimiento de registro del recto. El registro del movimiento rectal no requiere cirugía. El balón se introduciría directamente a través del ano 0,5-1 cm.

3. Registro de la presión gástrica

1. Antes de grabar, llene el transductor de presión con agua destilada doble.
2. Abra el neuroamplificador, la unidad de adquisición de datos y el software de análisis de datos. Ajuste los parámetros del sistema de grabación del instrumento con una frecuencia de muestreo de 1 kHz. Abra la válvula de tres vías para asegurarse de que la presión en la bombilla esté conectada con la presión del aire. Luego, gire la perilla de cero en el amplificador para ajustar la línea de base a 0 mmH₂O.
3. Inyecte aproximadamente 0,5 mL de agua bidestilada en el globo y mantenga la presión a 20-40 mmH₂O ajustando ligeramente el volumen de agua en el globo.
4. Conecte el cubo de la aguja a la válvula de tres vías y el otro lado al transductor de presión, que convierte la señal mecánica en una señal eléctrica.
5. Después de que la forma de la onda se estabilice (la línea de base se mantuvo estable durante >30 minutos), comience a registrar la presión del duodeno.
   NOTA: El diagrama esquemático se presenta en la Figura 1D, el sistema de inserción de globo completo se muestra en la Figura 1E y la configuración de grabación se muestra en la Figura 1F.
   NOTA: Durante el experimento, se monitorean de cerca los indicadores del estado fisiológico, como la respiración, el reflejo corneal y el color de la piel. También se necesita una manta térmica. El experimento debe detenerse inmediatamente si se observan anomalías en la condición fisiológica de las ratas.

4. Análisis de datos

1. Utilice el software de análisis de datos para analizar la señal de los movimientos del tracto gastrointestinal. Obtenga la frecuencia y amplitud de la onda de contracción del software.
2. Utilice el botón derecho del ratón para añadir los cursores en el software para obtener la duración entre los dos cursores. Del mismo modo, utilice el botón derecho del ratón para añadir líneas horizontales para conocer la amplitud.
3. Analice los movimientos del tracto gastrointestinal en función de los cambios en la duración y la amplitud. Como se muestra en la Figura 2A, se observa una línea horizontal suave como línea de base. Se midió la amplitud y la duración por encima de la línea de base para determinar las diferentes etapas de la MMC.

Resultados

La Figura 2A muestra la trayectoria de MMC trazada en el duodeno de ratas normales. En ratas normales, la motilidad gástrica se caracteriza por contracciones regulares y rítmicas, que se pueden observar a través de la forma de onda registrada por la cápsula del balón. El sexo de los animales de experimentación no afecta a la MMC, y no hay diferencias estadísticamente significativas entre los géneros. En la Figura 2A, la forma de onda de la MMC suele presentar cu...

Discusión

Este protocolo describe un método para detectar la motilidad gastrointestinal in vivo mediante la visualización del proceso MMC. Este método es importante para estudiar la dinámica gastrointestinal. Primero, al hacer la cápsula del balón, asegúrese de que la interfaz esté bien conectada y asegúrese de que la sutura médica esté apretada y no tenga fugas. Antes de la cirugía, la cápsula de balón se puede probar en un vaso de precipitados de 50 ml lleno de agua desionizada. Todo el...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Colector de datos de señales fisiológicas animales	Cambridge Electronic Design	Micro1401-4	Para el registro de la motilidad gastrointestinal (sistema de adquisición de datos)
Amplificador de bioseñales	Digitimer-sistema neurológico	NL900D	Para el registro de la motilidad gastrointestinal (neuroamplificador)
Transductor de motilidad gastrointestinal	Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.	WS100	Para el control de la motilidad gastrointestinal
Almohadilla térmica	Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd., China	03721	Para mantener la temperatura corporal de las ratas; 95 mm y agudo; 70 mm
Aguja hipodérmica	Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.	GB15811-2001	Para la producción de globos de agua
Isoflurano	Lunan BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.	H20020267	Para la anestesia de ratas
Condón de superficie lisa de látex natural	Okamoto, Japón	20172186398	Para la producción de globos de agua
Catéter de polietileno	Beijing Tajiin Technology Co., Ltd.	PE90	Para la producción de globos de agua; diámetro exterior de 0,94 mm y diámetro interior de 0,51 mm
Sistema de adquisición y análisis de señales Powerlab	AD Instruments, Australia	PL3508	Para el control de la motilidad gastrointestinal
Software Spike	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	para el registro de la forma de onda de la motilidad gastrointestinal (software de análisis de datos)
Gasa estéril	Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.	20232140292	Para operaciones quirúrgicas
Válvula de tres vías	Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.	20203140477	Para el control de la motilidad gastrointestinal