Registrazione della motilità gastrointestinale mediante l'inserimento di palloncini

Summary

Questo protocollo delinea un metodo per registrare l'attività motoria gastrointestinale. Utilizza un preservativo e un tubo di plastica per creare un sistema che visualizza la motilità gastrointestinale attraverso la pressione del palloncino. Questo metodo può essere utilizzato nello studio delle malattie legate ai disturbi della motilità gastrointestinale.

Abstract

La motilità gastrointestinale è una delle funzioni fisiologiche più importanti dell'apparato digerente. Il complesso motorio migrante (MMC) è una forma caratteristica di movimento che si verifica nel tratto gastrointestinale durante il digiuno. L'MMC è presente in molte specie, compreso l'uomo. Sebbene il ruolo fisiologico della MMC non sia completamente compreso, le sue anomalie sono associate a varie malattie. La misurazione della motilità gastrointestinale è importante per la diagnosi delle malattie gastrointestinali. Pertanto, è stato costruito un sistema utilizzando un preservativo di gomma e un tubo in polietilene (PE), con un lato posizionato nel tratto gastrointestinale dei topi e l'altro lato collegato al trasduttore di pressione. I movimenti gastrointestinali sono stati visualizzati quando il palloncino è stato schiacciato durante i movimenti gastrointestinali. Questo lavoro di studio fornisce un protocollo dettagliato della progettazione e del funzionamento del sistema e mostra risultati rappresentativi che ne dimostrano l'efficacia. Utilizzando questo dispositivo di sistema, la funzione motoria gastrointestinale può essere registrata in vivo. Ciò fornisce ulteriori approcci per studi futuri sui disturbi gastrointestinali.

Introduction

Il complesso motorio migrante (MMC) è uno speciale modello di movimento circolatorio del tratto gastrointestinale nell'uomo e in altri animali, che si verifica nei periodi di digiuno e inter-digestivo¹. L'MMC è coinvolto nel trasporto di alimenti non digeriti e aiuta nel trasporto batterico dall'intestino tenue all'intestino crasso². Code e Marlett³ hanno diviso l'MMC in quattro fasi. Nella fase I, la muscolatura liscia del tratto gastrointestinale è quiescente. Nella fase II, l'attività peristaltica gastrointestinale è aumentata. Nella fase III, l'attività contrattile è elevata, che viene definita una fase caratteristica della MMC. Poiché il piloro rimane aperto, consentendo al cibo non digerito di spostarsi nell'intestino tenue, la fase III ha un esordio improvviso e termina con un'esplosione di contrazioni con ampiezze e durate massime. La fase IV è caratterizzata da una rapida diminuzione delle contrazioni, che è una breve transizione al ciclo successivo. Dato il ruolo cruciale della MMC, è diventata uno dei temi di ricerca caldi per gli scienziati.

Il corretto funzionamento dell'MMC è essenziale per il mantenimento dell'omeostasi gastrointestinale. Le anomalie dell'MMC sono associate a vari disturbi gastrointestinali, come la gastroparesi, la pseudo-ostruzione e la proliferazione batterica nell'intestino^tenue1. Le anomalie nelle diverse fasi della MMC sono associate a varie malattie gastrointestinali. Una fase I prolungata può provocare uno svuotamento gastrico ritardato. Questo è spesso osservato nei pazienti con diabete o gastroparesi idiopatica⁴. La contrazione anomala della fase II può portare a uno svuotamento gastrico più lento, che può causare gonfiore, sazietà precoce, ecc. Una ridotta attività di fase II può portare alla ritenzione del contenuto dell'intestino tenue, aumentando il rischio di proliferazione batterica⁵. Un'attività ridotta o assente di fase III può portare alla ritenzione del contenuto intestinale, con conseguente ostruzione intestinale cronica ^6,7. Le anomalie di fase IV possono essere associate al reflusso del contenuto gastrico nell'esofago e al peggioramento dei sintomi del reflusso⁸. Nel frattempo, l'anoressia nervosa è anche associata ad anomalie di fase IV⁹. Nel complesso, la comprensione delle caratteristiche temporali dell'MMC e della sua relazione con la malattia è preziosa nella diagnosi e nel trattamento dei disturbi gastrointestinali.

Pertanto, introduciamo un metodo per misurare la MMC visualizzandola. Riteniamo che questa tecnica fornirà ulteriori informazioni sulla dinamica gastrointestinale.

Protocol

Il protocollo di studio è stato approvato dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Istituto di agopuntura e moxibustione (approvazione n. Y2023-03-14-02). In questo studio è stata seguita la Guida del National Institutes of Health degli Stati Uniti per la cura e l'uso degli animali da laboratorio.

1. Generazione di capsule a palloncino

1. Rompere l'ago della siringa, rimuovere il lato metallico e inserirlo nel tubo di polietilene (PE).
2. Dopo il passaggio 1.1, inserire il tubo in PE nel preservativo e legarlo con una sutura medica a 0,5 cm dall'estremità. Assicurati che la sutura sia stretta e non perda quando viene legata.
3. Taglia il preservativo rimanente per assicurarti che il palloncino sia liscio.
4. Riempire la capsula con acqua pura per svuotare l'aria nel palloncino e nel catetere e collegare il catetere al trasduttore di pressione di motilità attraverso una valvola medica a tre vie.

2. Chirurgia

1. Usa ratti maschi/femmine SD di 6-8 settimane. Prima dell'intervento, privare i ratti del cibo ma non dell'acqua per 12-18 ore per assicurarsi che lo stomaco sia vuoto.
2. Anestetizzare il ratto con isoflurano (mantenuto con gas isoflurano al 2%), radere la zona addominale, sterilizzare il ratto con iodaforo.
3. Posizionarlo in posizione supina (Figura 1A) e mantenere la temperatura corporea utilizzando una coperta riscaldante.
4. Praticare un'incisione lungo la linea mediana della pelle addominale in un sito 1 cm sotto il processo xifoideo, lungo circa 2 cm (Figura 1B). Separare strato per strato dalla pelle al muscolo per assicurarsi che altri organi interni non vengano tagliati.
5. Esporre lo stomaco e praticare un'incisione lungo il duodeno a circa 2 cm di distanza dal piloro, con una lunghezza dell'incisione di 0,2 cm. Posizionare la capsula del palloncino nel duodeno attraverso l'incisione e spingerla verso l'alto lungo il duodeno, ma non posizionarla nell'antro gastrico attraverso il piloro (Figura 1C). Fissare l'incisione chirurgica e fissare il catetere.
6. Infine, utilizzare una garza sterile (inumidita con soluzione fisiologica) per coprire l'incisione. Collegare l'altro lato del tubo a un trasduttore di pressione.
7. Al momento, è possibile una procedura di registrazione del retto. La registrazione del movimento rettale non richiede un intervento chirurgico. Il palloncino verrebbe inserito direttamente attraverso l'ano di 0,5-1 cm.

3. Registrazione della pressione gastrica

1. Prima della registrazione, riempire il trasduttore di pressione con acqua distillata doppia.
2. Aprire l'amplificatore neuro, l'unità di acquisizione dati e il software di analisi dei dati. Impostare i parametri del sistema di registrazione dello strumento con una frequenza di campionamento di 1 kHz. Aprire la valvola a tre vie per assicurarsi che la pressione nel bulbo sia collegata alla pressione dell'aria. Quindi, ruotare la manopola zero sull'amplificatore per regolare la linea di base su 0 mmH₂O.
3. Iniettare circa 0,5 mL di acqua distillata doppia nel palloncino e mantenere la pressione a 20-40 mmH₂O regolando leggermente il volume d'acqua nel palloncino.
4. Collegare il mozzo dello spillo alla valvola a tre vie e l'altro lato al trasduttore di pressione, che converte il segnale meccanico in un segnale elettrico.
5. Dopo che la forma d'onda si è stabilizzata (la linea di base è mantenuta stabile per >30 minuti), iniziare a registrare la pressione del duodeno.
   NOTA: Il diagramma schematico è presentato nella Figura 1D, il sistema di inserimento del palloncino completato è mostrato nella Figura 1E e la configurazione della registrazione è mostrata nella Figura 1F.
   NOTA: Durante l'esperimento, gli indicatori di stato fisiologico come la respirazione, il riflesso corneale e il colore della pelle vengono monitorati attentamente. È necessaria anche una coperta riscaldata. L'esperimento deve essere interrotto immediatamente se si osservano anomalie nelle condizioni fisiologiche dei ratti.

4. Analisi dei dati

1. Utilizza il software di analisi dei dati per analizzare il segnale dei movimenti del tratto gastrointestinale. Ottieni la frequenza e l'ampiezza dell'onda di contrazione dal software.
2. Utilizzare il tasto destro del mouse per aggiungere i cursori nel software per ottenere la durata tra i due cursori. Allo stesso modo, usa il tasto destro del mouse per aggiungere linee orizzontali per conoscere l'ampiezza.
3. Analizza i movimenti del tratto gastrointestinale in base alle variazioni di durata e ampiezza. Come mostrato nella Figura 2A, una linea orizzontale liscia è indicata come linea di base. L'ampiezza e la durata al di sopra del basale sono state misurate per determinare le diverse fasi della MMC.

Results

La Figura 2A mostra la traiettoria della MMC tracciata nel duodeno di ratti normali. Nei ratti normali, la motilità gastrica è caratterizzata da contrazioni regolari e ritmiche, che possono essere osservate attraverso la forma d'onda registrata dalla capsula del palloncino. Il sesso degli animali da esperimento non influenza l'MMC e non ci sono differenze statisticamente significative tra i sessi. Nella Figura 2A, la forma d'onda MMC presenta tipicamente quattro...

Discussion

Questo protocollo delinea un metodo per rilevare la motilità gastrointestinale in vivo visualizzando il processo MMC. Questo metodo è importante per lo studio della dinamica gastrointestinale. Innanzitutto, quando si realizza la capsula del palloncino, assicurarsi che l'interfaccia sia ben collegata e assicurarsi che la sutura medica sia stretta e non perda. Prima dell'intervento chirurgico, la capsula del palloncino può essere testata in un becher da 50 ml riempito con acqua de...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Raccoglitore di dati di segnali fisiologici animali	Cambridge Electronic Design	Micro1401-4	Per la registrazione della motilità gastrointestinale (sistema di acquisizione dati)
Amplificatore di biosegnale	Sistema Digitimer-neurolog	NL900D	Per la registrazione della motilità gastrointestinale (neuro amplificatore)
Trasduttore di motilità gastrointestinale	Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.	WS100	Per il monitoraggio della motilità gastrointestinale
Termoforo	Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd., Cina	03721	Per il mantenimento della temperatura corporea dei ratti; 95 mm e acuto; 70 mm
Ago ipodermico	Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.	GB15811-2001	Per la produzione di palloncini d'acqua
Isoflurane	Lunan BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.	H20020267	Per l'anestesia dei ratti
Preservativo in lattice naturale con superficie liscia	Okamoto, Giappone	20172186398	Per la produzione di palloncini d'acqua
Catetere in polietilene	Beijing Tajiin Technology Co., Ltd.	PE90	Per la produzione di palloncini d'acqua; diametro esterno di 0,94 mm e diametro interno di 0,51 mm
Sistema di acquisizione e analisi del segnale Powerlab	AD Instruments, Australia	PL3508	Per il monitoraggio della motilità gastrointestinale
Software Spike	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	per la registrazione della forma d'onda della motilità gastrointestinale (software di analisi dei dati)
Garza sterile	Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.	20232140292	Per operazioni chirurgiche
Valvola a tre vie	Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.	20203140477	Per il monitoraggio della motilità gastrointestinale