バルーン挿入による消化管運動記録

サマリー

このプロトコルは、胃腸の運動活動を記録するための方法を概説しています。コンドームとプラスチックチューブを使用し、バルーンの圧力で胃腸の運動を可視化するシステムを構築しています。この方法は、胃腸運動障害に関連する疾患の研究に使用できます。

要約

胃腸の運動性は、消化器系の最も重要な生理学的機能の1つです。移動運動複合体(MMC)は、絶食中に胃腸管で発生する特徴的な運動形態です。MMCは、人間を含む多くの種に存在します。MMCの生理学的役割は完全には理解されていませんが、その異常はさまざまな疾患に関連しています。胃腸の運動性の測定は、胃腸疾患の診断にとって重要です。したがって、ゴム製コンドームとポリエチレン(PE)チューブを使用してシステムを構築し、片側をマウスの胃腸管に配置し、反対側を圧力トランスデューサーに接続しました。胃腸の動きは、胃腸の動き中にバルーンが絞られたときに視覚化されました。この研究作業は、システムの設計と運用の詳細なプロトコルを提供し、その有効性を実証する代表的な結果を示しています。このシステムデバイスを用いることで、胃腸の運動機能を 生体内で記録することができます。これは、胃腸障害の将来の研究のための追加のアプローチを提供します。

概要

移動運動複合体(MMC)は、ヒトや他の動物の胃腸管の循環運動の特別なパターンであり、空腹時および消化間期^{に発生します1}。MMCは未消化食品の輸送に関与しており、小腸から大腸への細菌輸送を助けます²。Code と Marlett³ は、MMC を 4 つのフェーズに分割しました。フェーズIでは、消化管の平滑筋が静止します。フェーズIIでは、胃腸の蠕動活動が増加しました。フェーズIIIでは、収縮活性が高く、これはMMCの特徴的なフェーズと呼ばれます。幽門は開いたままで、未消化の食物が小腸に移動するため、フェーズIIIは突然発症し、最大の振幅と持続時間で収縮のバーストで終了します。フェーズIVは、収縮が急速に減少することを特徴としており、これは次のサイクルへの短い移行です。MMCの重要な役割を考えると、MMCは科学者にとってホットな研究トピックの1つになっています。

MMCが適切に機能することは、胃腸の恒常性の維持に不可欠です。MMCの異常は、胃不全麻痺、偽閉塞、小腸内の細菌の異常増殖など、さまざまな胃腸障害に関連しています¹。MMCのさまざまな段階の異常は、さまざまな胃腸疾患に関連しています。フェーズIが長引くと、胃内容排出が遅れる可能性があります。これは、糖尿病や特発性胃不全麻痺の患者によく見られます⁴。フェーズIIの異常な収縮は、胃内容排出が遅くなり、膨満感や早期の満腹感などを引き起こす可能性があります。第II相活性の低下は、小腸内容物の保持につながり、細菌の過剰増殖のリスクを高める可能性があります⁵。第III相の活動が減少または欠如すると、腸内容物の保持につながり、慢性的な腸閉塞を引き起こす可能性があります^6,7。フェーズIVの異常は、胃内容物が食道に逆流し、逆流症状が悪化することに関連している可能性があります⁸。一方、神経性食欲不振症は、フェーズIVの異常にも関連しています⁹。全体として、MMCの時間的特徴と疾患との関係を理解することは、胃腸障害の診断と治療において価値があります。

そこで、MMCを可視化して測定する方法を紹介します。この技術により、胃腸動態に関するさらなる情報が得られると考えています。

プロトコル

本研究プロトコールは、鍼灸動物管理委員会(承認番号Y2023-03-14-02)によって承認されました。この研究では、実験動物のケアと使用に関する米国国立衛生研究所ガイドに従いました。

1. バルーンカプセルの生成

1. シリンジの針を折って金属面を取り外し、ポリエチレン(PE)チューブに挿入します。
2. 手順1.1の後、PEチューブをコンドームに挿入し、端から0.5cmのところで医療用縫合糸で結びます。縫合糸がしっかりと締まっていて、結紮時に漏れないことを確認してください。
3. バルーンが滑らかになるように、残りのコンドームをカットします。
4. カプセルに純水を入れてバルーンとカテーテルの空気を空にし、カテーテルを医療用三方弁を介して運動圧力トランスデューサーに接続します。

2. 手術

1. 6〜8週齢のSDオス/メスラットを使用してください。手術の前に、胃が空になるように、ラットから食べ物を奪いますが、水を12〜18時間奪わないでください。
2. ラットをイソフルラン(2%イソフルランガスで維持)で麻酔し、腹部を剃り、ラットをアイオフォアで滅菌します。
3. 仰臥位に置き(図1A)、加熱ブランケットを使用して体温を維持します。
4. 剣状突起の1 cm下、長さ約2 cmの腹部皮膚の正中線に沿って切開します(図1B)。皮膚から筋肉まで層ごとに分離して、他の内臓が切断されないようにします。
5. 胃を露出させ、幽門から約2 cm離れた十二指腸に沿って、切開長さ0.2 cmで切開を行います。切開部からバルーンカプセルを十二指腸に置き、十二指腸に沿って上に押し上げますが、幽門部から胃前庭部には入れないでください(図1C)。外科的切開部を固定し、カテーテルを固定します。
6. 最後に、滅菌ガーゼ(生理食塩水で湿らせたもの)を使用して切開部を覆います。チューブの反対側を圧力トランスデューサーに接続します。
7. このとき、直腸記録の手技が可能です。直腸運動の記録は手術を必要としません。バルーンは肛門から0.5〜1cm直接挿入されます。

3.胃圧記録

1. 録音する前に、圧力トランスデューサーに二重蒸留水を入れます。
2. ニューロアンプ、データ収集ユニット、およびデータ分析ソフトウェアを開きます。機器の録音システムパラメータを1kHzのサンプリング周波数で設定します。三方弁を開いて、電球内の圧力が空気圧に接続されていることを確認します。次に、ゼロノブを回します amplifierベースラインを_0mmH2Oに調整します。
3. 約0.5mLの二重蒸留水をバルーンに注入し、バルーン内の水量をわずかに調整して圧力を20〜_40mmH2Oに保ちます。
4. ニードルハブを三方弁に接続し、反対側を圧力トランスデューサに接続すると、機械信号が電気信号に変換されます。
5. 波形が安定したら(ベースラインが>30分間安定して維持された)後、十二指腸圧の記録を開始します。
   注意: 概略図を 図1Dに、完成したバルーン挿入システムを 図1Eに、記録セットアップを 図1Fに示します。
   注:実験中、呼吸、角膜反射、皮膚の色などの生理学的状態指標が綿密に監視されます。また、温めた毛布も必要です。ラットの生理状態に異常が認められた場合は、直ちに実験を中止してください。

4. データ分析

1. データ解析ソフトウェアを使用して、消化管の動きの信号を分析します。ソフトウェアから収縮波の周波数と振幅を取得します。
2. マウスの右ボタンを使用してソフトウェアにカーソルを追加し、2つのカーソル間のデュレーションを取得します。同様に、マウスの右ボタンを使用して水平線を追加し、振幅を確認します。
3. 持続時間と振幅の変化に基づいて消化管の動きを分析します。 図 2A に示すように、滑らかな水平線がベースラインとして示されています。ベースラインを超える振幅と持続時間を測定して、MMCのさまざまな段階を決定しました。

結果

図2A は、正常なラットの十二指腸で追跡されたMMCの軌跡を示しています。正常なラットでは、胃の運動性は規則的でリズミカルな収縮を特徴とし、これはバルーンカプセルによって記録された波形を通して観察することができます。実験動物の性別はMMCに影響を与えず、性別間で統計的に有意な差はありません。 図2Aでは、MMC波形は通常、次の4つのフェーズを示します。

フェーズI:このフェーズは、運動が不活発な期間です。十二指腸は比較的静かに保たれているため、胃を休ませて次のサイクルに備えることができます。

フェーズII:このフェーズは、中程度の振幅の断続的で不規則な収縮によって特徴付けられます。これらの収縮は、残留胃内容物が混合されて除去されるフェーズIIIの収縮よりも組織化されていません。収縮の頻度は、このフェーズがフェーズIIIに移行するにつれて徐々に...

ディスカッション

このプロトコルは、MMCプロセスを視覚化することにより、 in vivo で胃腸の運動性を検出する方法を概説します。この方法は、胃腸の動態を研究するために重要です。まず、バルーンカプセルを作るときは、インターフェースがしっかりと接続されていることを確認し、医療用縫合糸がしっかりとして漏れていないことを確認してください。手術の前に、バルーンカプセルは脱イオン水で満たされた50mLビーカーでテストできます。システム全体を脱イオン水に入れ、バルーンカプセルに空気を注入します。気泡が出た場合は、ジョイントのシールに欠陥があります。

次に、研究動物は手術前に12〜18時間絶食する必要があります。ただし、手術が始まる前に動物に少量の餌を与えることができます。これにより、胃腸の運動性波形が誘導されます。手術はできるだけ早く行う必要があります。実験動物の生理学的状態は、手術中に容易に影響を受ける可能性があります。イソフルランは、胃腸の運動性にほとんど影響を与えないため、外科的麻酔の最初の選択肢です。他の麻酔方法(...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
動物生理学的信号データ収集	ケンブリッジ電子設計	Micro1401-4	胃腸運動記録用(データ収集システム)
生体信号増幅器	Digitimer-神経ログシステム	NL900D	胃腸運動記録用(ニューロアンプ)
胃腸運動性トランスデューサ	Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.	WS100	胃腸運動性モニタリング用
ヒーティングパッド	小林製薬株式会社	中国 03721	ラットの体温維持用 95 mm & 急性 70 mm
皮下注射針	Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.	GB15811-2001	水風船の製造用
イソフルラン	・ルナン BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.	H20020267	ラットの麻酔用
天然ラテックス平滑表面コンドーム	岡本, 日本	20172186398	水風船の製造用
ポリエチレンカテーテル	北京タジイン科技有限公司	PE90	水風船の製造用、外径0.94 mm、内径0.51 mm
Powerlab信号取得および分析システム	ADインスツルメンツ、オーストラリア	PL3508	胃腸運動モニタリング
用ソフトウェア スパイク	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	消化管運動波形記録用(データ解析ソフト)
滅菌ガーゼ	Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.	20232140292	外科手術用
三方弁	Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.	20203140477	胃腸の運動性モニタリング