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방법 논문

풍선 삽입을 사용한 위장 운동성 기록

734 조회수

⸱

DOI:

10.3791/68404

⸱

2025년 6월 20일

 , 
1Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Chinese Medical Sciences

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 위장 운동 활동을 기록하는 방법을 간략하게 설명합니다. 콘돔과 플라스틱 튜브를 사용하여 풍선 압력을 통해 위장 운동을 시각화하는 시스템을 만듭니다. 이 방법은 위장 운동 장애와 관련된 질병 연구에 사용할 수 있습니다.

초록

위장 운동성은 소화계의 가장 중요한 생리적 기능 중 하나입니다. 이동 운동 복합체(MMC)는 단식 중 위장관에서 발생하는 특징적인 움직임 형태입니다. MMC는 인간을 포함한 많은 종에 존재합니다. MMC의 생리학적 역할은 완전히 이해되지 않았지만 그 이상은 다양한 질병과 관련이 있습니다. 위장 운동성의 측정은 위장 질환의 진단에 중요합니다. 따라서 고무 콘돔과 폴리에틸렌(PE) 튜브를 사용하여 한 쪽은 마우스의 위장관에 배치하고 다른 쪽은 압력 변환기에 연결하는 시스템을 구성했습니다. 위장 운동 중에 풍선을 압착할 때 위장 운동을 시각화했습니다. 이 연구 작업은 시스템의 설계 및 작동에 대한 자세한 프로토콜을 제공하고 그 효과를 입증하는 대표적인 결과를 보여줍니다. 이 시스템 장치를 사용하면 위장 운동 기능을 생체 내에서 기록 할 수 있습니다. 이는 위장 장애에 대한 향후 연구를 위한 추가 접근 방식을 제공합니다.

서론

이동 운동 복합체(migration motor complex, MMC)는 인간과 다른 동물의 위장관 순환 운동의 특별한 패턴으로, 단식 및 소화 간 기간에 발생한다1. MMC는 소화되지 않은 음식의 운반에 관여하며 소장에서 대장으로의 박테리아 이동을 돕습니다2. 코드와 Marlett3 은 MMC를 4단계로 나누었습니다. I단계에서는 위장관의 평활근이 정지합니다. 2단계에서는 위장 연동 활동이 증가했습니다. III단계에서는 수축 활성이 높으며, 이를 MMC의 특성상이라고 합니다. 유문(水辭)이 열린 상태로 유지되어 소화되지 않은 음식물이 소장으로 이동할 수 있기 때문에 3단계는 갑작스럽게 시작되어 최대 진폭과 지속 기간으로 폭발적인 수축으로 끝납니다. IV단계는 수축이 급격히 감소하는 것이 특징이며, 이는 다음 주기로의 짧은 전환입니다. MMC의 중요한 역할을 감안할 때 MMC는 과학자들에게 뜨거운 연구 주제 중 하나가 되었습니다.

적절하게 작동하는 MMC는 위장 항상성을 유지하는 데 필수적입니다. MMC 이상은 위마비, 가성폐색, 소장의 세균 과다 증식과 같은 다양한 위장 장애와 관련이 있다1. MMC의 여러 단계에서 나타나는 이상은 다양한 위장 질환과 관련이 있습니다. I단계가 연장되면 위 배출이 지연될 수 있습니다. 이는 당뇨병 또는 특발성 위마비 환자에서 자주 볼 수 있다4. 비정상적인 2단계 수축은 위 배출 속도를 늦출 수 있으며, 이는 팽만감, 조기 포만감 등을 유발할 수 있습니다. 2상 활성이 감소하면 소장 내용물이 유지되어 박테리아 과다 증식의 위험이 증가할 수 있습니다5. 3상 활성이 감소하거나 부재하면 장 내용물이 유지되어 만성 장폐색이 발생할 수 있습니다 6,7. IV기 이상은 위 내용물이 식도로 역류하고 역류 증상이 악화되는 것과 관련이 있을 수 있다8. 한편, 신경성 식욕 부진증은 IV기 이상과도 관련이 있다9. 전반적으로 MMC의 시간적 특성과 질병과의 관계를 이해하는 것은 위장 장애의 진단 및 치료에 중요합니다.

따라서 MMC를 시각화하여 측정하는 방법을 소개합니다. 우리는 이 기술이 위장 역학에 대한 추가 정보를 제공할 것이라고 믿습니다.

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프로토콜

연구 프로토콜은 침술 및 뜸 동물 관리 및 사용 연구소 위원회(승인 번호 Y2023-03-14-02)의 승인을 받았습니다. 이 연구에서는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험실 동물 관리 및 사용 가이드를 따랐습니다.

1. 풍선 캡슐 생성

  1. 주사기 바늘을 부러뜨리고 금속 면을 제거한 다음 폴리에틸렌(PE) 튜브에 삽입합니다.
  2. 1.1단계 후 PE 튜브를 콘돔에 삽입하고 끝에서 0.5cm 떨어진 곳에 의료용 봉합사로 묶습니다. 봉합사가 단단히 조여져 있고 결찰 시 누출되지 않는지 확인하십시오.
  3. 풍선이 매끄러워지도록 남은 콘돔을 자릅니다.
  4. 캡슐에 순수한 물을 채워 풍선과 카테터의 공기를 비우고 의료용 삼방향 밸브를 통해 카테터를 운동성 압력 변환기에 연결합니다.

2. 수술

  1. 6-8주 된 SD 수컷/암컷 쥐를 사용하십시오. 수술 전에 위가 비어 있는지 확인하기 위해 12-18시간 동안 쥐에게 음식을 주지 말고 물을 주지 마십시오.
  2. 이소플루란(2% 이소플루란 가스로 유지)으로 쥐를 마취하고, 복부 부위를 면도하고, 이오다포르로 쥐를 살균합니다.
  3. 누운 자세로 놓고(그림 1A) 온열 담요를 사용하여 체온을 유지합니다.
  4. 복부 피부의 정중선을 따라 xiphoid 돌기에서 1cm 아래, 길이는 약 2cm인 부위를 절개합니다(그림 1B). 다른 내부 장기가 절단되지 않도록 피부에서 근육까지 한 겹씩 분리하십시오.
  5. 배를 드러내고 유문에서 약 2cm 떨어진 십이지장을 따라 절개 길이 0.2cm로 절개합니다. 절개 부위를 통해 풍선 캡슐을 십이지장에 넣고 십이지장을 따라 위로 밀어 올리되, 유문을 통해 위 전방에 넣지 마십시오(그림 1C). 수술 절개 부위를 고정하고 카테터를 고정합니다.
  6. 마지막으로 멸균 거즈(식염수를 적신 거즈)를 사용하여 절개 부위를 덮습니다. 튜브의 다른 쪽을 압력 변환기에 연결합니다.
  7. 이때, 직장 기록 절차가 가능하다. 직장 움직임 기록은 수술이 필요하지 않습니다. 풍선은 항문을 통해 0.5-1cm 직접 삽입됩니다.

3. 위압 기록

  1. 녹음하기 전에 압력 변환기에 이중 증류수를 채웁니다.
  2. 신경 증폭기, 데이터 수집 장치 및 데이터 분석 소프트웨어를 엽니다. s로 기기의 녹음 시스템 매개변수를 설정합니다.amp링 주파수가 1kHz입니다. 3방향 밸브를 열어 전구의 압력이 공기 압력과 연결되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 앰프의 제로 노브를 돌려 기준선을 0mmH2O로 조정합니다.
  3. 약 0.5mL의 이중 증류수를 풍선에 주입하고 풍선의 물의 양을 약간 조정하여 압력을 20-40mmH2O로 유지합니다.
  4. 니들 허브를 3방향 밸브에 연결하고 다른 쪽을 압력 변환기에 연결하여 기계적 신호를 전기 신호로 변환합니다.
  5. 파형이 안정화된 후(기준선이 >30분 동안 안정적으로 유지됨) 십이지장 압력 기록을 시작합니다.
    참고: 개략도는 그림 1D에 나와 있고, 완성된 풍선 삽입 시스템은 그림 1E에 나와 있으며, 녹음 설정은 그림 1F에 나와 있습니다.
    참고: 실험하는 동안 호흡, 각막 반사 및 피부색과 같은 생리적 상태 지표를 면밀히 모니터링합니다. 온열 담요도 필요합니다. 실험은 쥐의 생리적 상태에서 이상이 관찰되면 즉시 중단되어야 합니다.

4. 데이터 분석

  1. 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 위장관 움직임 신호를 분석합니다. 소프트웨어에서 수축파의 주파수와 진폭을 구합니다.
  2. 마우스 오른쪽 버튼을 사용하여 소프트웨어에 커서를 추가하여 두 커서 사이의 지속 시간을 구합니다. 마찬가지로 마우스 오른쪽 버튼을 사용하여 수평선을 추가하여 진폭을 알 수 있습니다.
  3. 지속 시간과 진폭의 변화를 기반으로 위장관 움직임을 분석합니다. 그림 2A에서 볼 수 있듯이 부드러운 수평선이 기준선으로 표시됩니다. 기준선 위의 진폭과 지속 시간은 MMC의 여러 단계를 결정하기 위해 측정되었습니다.

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결과

그림 2A 는 정상 쥐의 십이지장에서 추적된 MMC의 궤적을 보여줍니다. 정상적인 쥐의 경우 위 운동성은 규칙적이고 리드미컬한 수축을 특징으로 하며, 이는 풍선 캡슐에 의해 기록된 파형을 통해 관찰될 수 있습니다. 실험 동물의 성별은 MMC에 영향을 미치지 않으며 성별 간에 통계적으로 유의한 차이는 없습니다. 그림 2A에서 MMC 파형은 일반적으로 4개의 위상을 나타냅니다.

1단계: 이 단계는 운동이 비활동적인 기간입니다. 십이지장은 비교적 조용하게 유지되어 위가 휴식을 취하고 다음 주기를 준비할 수 있도록 합니다.

2단계: 이 단계는 중간 정도의 진폭의 간헐적이고 불규칙한 수축으로 표시됩니다. 이러한 수축은 잔류 위 내용물이 혼합되고 제거되는 3단계보다 덜 조직적...

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토론

이 프로토콜은 MMC 프로세스를 시각화하여 생체 내에서 위장 운동성을 감지하는 방법을 간략하게 설명합니다. 이 방법은 위장 역학을 연구하는 데 중요합니다. 먼저 풍선 캡슐을 만들 때 인터페이스가 잘 연결되어 있는지 확인하고 의료용 봉합사가 단단하고 누출되지 않는지 확인하십시오. 수술 전에 탈이온수로 채워진 50mL 비커에서 풍선 캡슐을 테스트할 수 있습니다. 전체 시스템을 탈이온수에 넣고 공기를 풍선 캡슐에 주입합니다. 기포가 나타나면 조인트의 씰에 결함이 있는 것입니다.

둘째, 연구 동물은 수술 전 12-18시간 동안 금식해야 합니다. 그러나 수술이 시작되기 전에 동물에게 소량의 먹이를 줄 수 있습니다. 이것은 위장 운동 파형을 유도합니다. 수술은 가능한 한 빨리 이루어져야 합니다. 실험 동물의 생리적 상태는 수술 중에 쉽게 영향을 받을 수 있습니다. 이소플루란은 위장 운동성에 거의 영향을 미치지 않기...

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공개 사항

저자는 공개할 내용이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 중국국립자연과학재단(8230143752), 중국의학과학원 인재 양성 프로그램(ZZ17-YQ-029), 중국의학과학원 침술 및 뜸 혁신 인재 프로젝트(ZZ-YC2023002)의 자금 지원을 받았습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
동물 생리 신호 데이터 수집기Cambridge Electronic DesignMicro1401-4위장 운동 기록 (데이터 수집 시스템)
생체 신호 증폭기Digitimer-neurolog 시스템NL900D위장 운동 기록 (신경 증폭기)
위장 운동 변환기Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.WS100위장 운동 모니터링용
가열 패드Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd., 중국03721쥐의 체온 유지용; 95mm &급성; 70mm
피하 주사 바늘Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.GB15811-2001물풍선 생산용
IsofluraneLunan BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.H20020267쥐의 마취를 위해
자연적인 유액 매끄러운 표면 콘돔Okamoto, 일본20172186398물 풍선
폴리에틸렌 카테테르생산을 위해 Beijing Tajiin Technology Co., Ltd.PE90물풍선 생산용; 외경 0.94mm, 내경 0.51mm.
Powerlab 신호 수집 및 분석 시스템AD Instruments, 호주PL3508위장 운동 모니터링
소프트웨어 스파이크용 Cambridge Electronic DesignSpike 2.0위장 운동성 파형 기록용 (데이터 분석 소프트웨어)
멸균 거즈Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.20232140292외과 수술용
삼방향 밸브Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.20203140477위장 운동성 모니터링용

참고문헌

  1. Deloose, E., Janssen, P., Depoortere, I., Tack, J. The migrating motor complex: control mechanisms and its role in health and disease. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 9 (5), 271-285 (2012).
  2. Al-Missri, M. Z., Jialal, I. Physiology, Motilin. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL. (2025).
  3. Weisbrodt, N. W., Copeland, E. M., Moore, E. P., Kearley, R. W., Johnson, L. R. Effect of vagotomy on electrical activity of the small intestine of the dog. Am J Physiol. 228 (2), 650-654 (1975).
  4. Portincasa, P., et al. Novel insights into the pathogenic impact of diabetes on the gastrointestinal tract. Eur J Clin Invest. 52 (11), e13846(2022).
  5. Madigan, K. E., Bundy, R., Weinberg, R. B. Distinctive clinical correlates of small intestinal bacterial overgrowth with methanogens. Clin Gastroenterol Hepatol. 20 (7), 1598-1605.e2 (2022).
  6. Billiauws, L., Cohen, M., Cazals-Hatem, D., Joly, F. Small intestine motility disorders: chronic intestinal pseudo-obstruction. J Visc Surg. 159 (1S), S22-S27 (2022).
  7. Alcala Gonzalez, L. G., Malagelada, C. Current insights on chronic intestinal dysmotility: pseudo-obstruction and enteric dysmotility. Rev Esp Enferm Dig. 116 (2), 63-67 (2024).
  8. Bassi, A., et al. Gastrointestinal Autonomic Disorders, in Autonomic Disorders in Clinical Practice. , Springer International Publishing. Cham. (2023).
  9. Saboowala, H. K. Small Intestinal Bacterial Overgrowth (SIBO): Pathogenesis, Manifestations, Diagnosis, Diet, Treatment. , London. (2022).
  10. Jiang, L., et al. In vivo imaging of vagal-induced myenteric plexus responses in gastrointestinal tract with an optical window. Nat Commun. 15 (1), 8123(2024).

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