Registratie van gastro-intestinale motiliteit met behulp van het inbrengen van een ballon

Samenvatting

Dit protocol schetst een methode voor het registreren van gastro-intestinale motorische activiteit. Het maakt gebruik van een condoom en een plastic buis om een systeem te creëren dat gastro-intestinale motiliteit visualiseert door middel van ballondruk. Deze methode kan worden gebruikt bij de studie van ziekten die verband houden met gastro-intestinale motiliteitsstoornissen.

Samenvatting

Gastro-intestinale motiliteit is een van de belangrijkste fysiologische functies van het spijsverteringsstelsel. Het migrerende motorcomplex (MMC) is een karakteristieke bewegingsvorm die tijdens het vasten in het maag-darmkanaal optreedt. De MMC is aanwezig in veel soorten, waaronder de mens. Hoewel de fysiologische rol van de MMC niet volledig wordt begrepen, worden de afwijkingen ervan in verband gebracht met verschillende ziekten. Het meten van de gastro-intestinale motiliteit is belangrijk voor de diagnose van gastro-intestinale aandoeningen. Zo werd een systeem geconstrueerd met behulp van een rubberen condoom en een buis van polyethyleen (PE), waarbij de ene kant in het maagdarmkanaal van de muizen werd geplaatst en de andere kant werd aangesloten op de druktransducer. Gastro-intestinale bewegingen werden gevisualiseerd wanneer de ballon werd ingedrukt tijdens gastro-intestinale bewegingen. Dit studiewerk biedt een gedetailleerd protocol van het ontwerp en de werking van het systeem en toont representatieve resultaten die de effectiviteit ervan aantonen. Door gebruik te maken van dit systeemapparaat kan de gastro-intestinale motorische functie in vivo worden geregistreerd. Dit biedt aanvullende benaderingen voor toekomstige studies van gastro-intestinale stoornissen.

Inleiding

Het migrerende motorcomplex (MMC) is een speciaal patroon van circulatie van het maagdarmkanaal bij mensen en andere dieren, dat optreedt in de vasten- en interspijsverteringsperioden¹. De MMC is betrokken bij het transport van onverteerd voedsel en helpt bij het transport van bacteriën van de dunne darm naar de dikke darm². Code en Marlett³ verdeelden de MMC in vier fasen. In fase I zijn de gladde spieren van het maagdarmkanaal in rust. In fase II nam de gastro-intestinale peristaltische activiteit toe. In fase III is de contractiele activiteit hoog, wat een kenmerkende fase van de MMC wordt genoemd. Omdat de pylorus open blijft, waardoor onverteerd voedsel in de dunne darm kan komen, begint fase III plotseling en eindigt met een uitbarsting van weeën met maximale amplitudes en duur. Fase IV wordt gekenmerkt door een snelle afname van de weeën, wat een korte overgang is naar de volgende cyclus. Gezien de cruciale rol van de MMC is het een van de belangrijkste onderzoeksthema's voor wetenschappers geworden.

Een goed functionerende MMC is essentieel voor het behoud van de gastro-intestinale homeostase. MMC-afwijkingen worden in verband gebracht met verschillende gastro-intestinale stoornissen, zoals gastroparese, pseudo-obstructie en bacteriële overgroei in de dunne darm¹. Afwijkingen in verschillende fasen van de MMC worden in verband gebracht met verschillende gastro-intestinale aandoeningen. Een verlengde fase I kan leiden tot een vertraagde maaglediging. Dit wordt vaak gezien bij patiënten met diabetes of idiopathische gastroparese⁴. Abnormale fase II-contractie kan leiden tot een langzamere maaglediging, wat een opgeblazen gevoel, vroege verzadiging, enz. kan veroorzaken. Verminderde fase II-activiteit kan leiden tot het behoud van de inhoud van de dunne darm, waardoor het risico op bacteriële overgroei toeneemt⁵. Verminderde of afwezige fase III-activiteit kan leiden tot het vasthouden van de darminhoud, wat resulteert in chronische darmobstructie ^6,7. Fase IV-afwijkingen kunnen gepaard gaan met reflux van de maaginhoud in de slokdarm en verergering van refluxsymptomen⁸. Ondertussen wordt anorexia nervosa ook geassocieerd met fase IV-afwijkingen⁹. Over het algemeen is het begrijpen van de temporele kenmerken van MMC en de relatie met de ziekte waardevol bij de diagnose en behandeling van gastro-intestinale stoornissen.

Daarom introduceren we een methode om MMC te meten door het te visualiseren. Wij zijn van mening dat deze techniek meer informatie zal opleveren over de gastro-intestinale dynamiek.

Protocol

Het onderzoeksprotocol is goedgekeurd door het Institute of Acupuncture and Moxibustion Animal Care and Use Committee (Goedkeuring nr. Y2023-03-14-02). In dit onderzoek werd de National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals van de Verenigde Staten gevolgd.

1. Genereren van balloncapsules

1. Breek de naald van de spuit, verwijder de metalen kant en steek deze in de buis van polyethyleen (PE).
2. Breng na stap 1.1 de PE-buis in het condoom en bind deze vast met een medische hechtdraad op 0,5 cm van het uiteinde. Zorg ervoor dat de hechting goed vastzit en niet lekt wanneer deze wordt afgebonden.
3. Knip het resterende condoom af om ervoor te zorgen dat de ballon glad is.
4. Vul de capsule met zuiver water om de lucht in de ballon en katheter te legen en sluit de katheter aan op de motiliteitsdruktransducer via een medische driewegklep.

2. Operatie

1. Gebruik 6-8 weken oude SD mannelijke/vrouwelijke ratten. Ontneem de ratten vóór de operatie 12-18 uur lang voedsel, maar geen water om ervoor te zorgen dat de maag leeg is.
2. Verdoof de rat met isofluraan (onderhouden met 2% isofluraangas), scheer de buikstreek, steriliseer de rat met jodafoor.
3. Leg hem in rugligging (Figuur 1A) en houd de lichaamstemperatuur op peil met behulp van een verwarmingsdeken.
4. Maak een incisie langs de middellijn van de buikhuid op een plaats 1 cm onder de processus xiphoid, ongeveer 2 cm lang (Figuur 1B). Scheid laag voor laag van de huid naar de spier om ervoor te zorgen dat andere inwendige organen niet worden doorgesneden.
5. Leg de maag bloot en maak een incisie langs de twaalfvingerige darm op ongeveer 2 cm afstand van de pylorus, met een incisielengte van 0,2 cm. Plaats de balloncapsule via de incisie in de twaalfvingerige darm en duw deze omhoog langs de twaalfvingerige darm, maar plaats deze niet via de pylorus in het maagantrum (Figuur 1C). Zet de chirurgische incisie vast en bevestig de katheter.
6. Gebruik ten slotte een steriel gaasje (bevochtigd met zoutoplossing) om de incisie te bedekken. Sluit de andere kant van de buis aan op een drukopnemer.
7. Op dit moment is een procedure voor het vastleggen van het rectum haalbaar. Voor het registreren van rectale bewegingen is geen operatie vereist. De ballon zou direct door de anus 0,5-1 cm worden ingebracht.

3. Registratie van de maagdruk

1. Vul voor de opname de druktransducer met dubbel gedestilleerd water.
2. Open de neuroversterker, data-acquisitie-eenheid en data-analysesoftware. Stel de parameters van het opnamesysteem van het instrument in met een bemonsteringsfrequentie van 1 kHz. Open de driewegklep om er zeker van te zijn dat de druk in de lamp verbonden is met de luchtdruk. Draai vervolgens aan de nulknop op de amplifier om de basislijn in te stellen op 0 mmH₂O.
3. Injecteer ongeveer 0,5 ml van het dubbel gedestilleerde water in de ballon en houd de druk op 20-40 mmH₂O door het watervolume in de ballon lichtjes aan te passen.
4. Sluit de naaldnaaf aan op de driewegklep en de andere kant op de drukopnemer, die het mechanische signaal omzet in een elektrisch signaal.
5. Nadat de golfvorm is gestabiliseerd (de basislijn wordt gedurende >30 minuten stabiel gehouden), begint u met het registreren van de druk op de twaalfvingerige darm.
   OPMERKING: Het schematische diagram wordt weergegeven in Figuur 1D, het voltooide balloninbrengsysteem wordt weergegeven in Figuur 1E en de opname-instelling wordt weergegeven in Figuur 1F.
   OPMERKING: Tijdens het experiment worden fysiologische statusindicatoren zoals ademhaling, hoornvliesreflex en huidskleur nauwlettend in de gaten gehouden. Een verwarmde deken is ook nodig. Het experiment moet onmiddellijk worden stopgezet als er afwijkingen in de fysiologische toestand van de ratten worden waargenomen.

4. Gegevensanalyse

1. Gebruik de data-analysesoftware om het signaal van bewegingen van het maagdarmkanaal te analyseren. Verkrijg de frequentie en amplitude van de samentrekkingsgolf van de software.
2. Gebruik de rechtermuisknop om de cursors in de software toe te voegen om de duur tussen de twee cursors te verkrijgen. Gebruik op dezelfde manier de rechtermuisknop om horizontale lijnen toe te voegen om de amplitude te kennen.
3. Analyseer bewegingen van het maagdarmkanaal op basis van de veranderingen in duur en amplitude. Zoals te zien is in figuur 2A, wordt een vloeiende horizontale lijn genoteerd als basislijn. De amplitude en duur boven de basislijn werden gemeten om de verschillende stadia van MMC te bepalen.

Resultaten

Figuur 2A toont het traject van MMC getraceerd in de twaalfvingerige darm van normale ratten. Bij normale ratten wordt de maagmotiliteit gekenmerkt door regelmatige en ritmische samentrekkingen, die kunnen worden waargenomen door de golfvorm die door de balloncapsule wordt geregistreerd. Het geslacht van de proefdieren heeft geen invloed op de MMC en er zijn geen statistisch significante verschillen tussen de geslachten. In figuur 2A

Discussie

Dit protocol schetst een methode om gastro-intestinale motiliteit in vivo te detecteren door het MMC-proces te visualiseren. Deze methode is belangrijk voor het bestuderen van de gastro-intestinale dynamiek. Zorg er bij het maken van de balloncapsule eerst voor dat de interface goed is aangesloten en zorg ervoor dat de medische hechting goed vastzit en niet lekt. Vóór de operatie kan de balloncapsule worden getest in een bekerglas van 50 ml gevuld met gedeïoniseerd water. Het he...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Animal physiological signal data collector	Cambridge Electronic Design	Micro1401-4	Voor gastro-intestinale motiliteitsregistratie (data-acquisitiesysteem)
Biosignal amplifier	Digitimer-neurolog system	NL900D	Voor gastro-intestinale motiliteitsregistratie (neuro-versterker)
Gastrointestinal motility transducer	Beijing Xinhangxingye Science and Trade Co., Ltd.	WS100	Voor gastro-intestinale motiliteitsbewaking
Heating pad	Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd., China	03721	Voor het handhaven van de lichaamstemperatuur van ratten; 95 mm ´ 70 mm
Hypodermic needle	Shanghai Kindly Enterprise Development Group Co., Ltd.	GB15811-2001	Voor de productie van waterballonnen
Isoflurane	Lunan BETTER Pharmaceutical Co., Ltd.	H20020267	Voor de anesthesie van ratten
Natural latex smooth surface condom	Okamoto, Japan	20172186398	Voor de productie van waterballonnen
Polyethylene catheter	Beijing Tajiin Technology Co., Ltd.	PE90	Voor de productie van waterballonnen; buitendiameter van 0,94 mm en een binnendiameter van 0,51 mm
Powerlab signal acquisition and analysis system	AD Instruments, Australia	PL3508	Voor gastro-intestinale motiliteitsbewaking
Software Spike	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	Voor gastro-intestinale motiliteitsgolfregistratie (data-analysesoftware)
Sterile gauze	Hebei Kangji Medical Instrument Co., Ltd.	20232140292	Voor chirurgische operaties
Three-way valve	Jiangsu Essica Healthcare Co., Ltd.	20203140477	Voor gastro-intestinale motiliteitsbewaking