Summary
जठरांत्र गतिशीलता मॉनिटर के साथ गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र में colonic गतिशीलता का मूल्यांकन (GIMM) एक सीधा और सरल करने के लिए जानने के दृष्टिकोण करने के लिए मात्रात्मक जठरांत्र संबंधी मार्ग में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता का मूल्यांकन है.
Abstract
गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल गतिशीलता मॉनिटर (GIMM, कैटमाउंट अनुसंधान और विकास, सेंट Albans, VT) इन विट्रो प्रणाली है कि गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र के पृथक क्षेत्रों में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता की निगरानी में एक है . पूरी प्रणाली एक कंप्यूटर, वीडियो कैमरा, प्रबुद्ध अंग स्नान, क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला और गर्म पानी पंप परिसंचारी स्नान, और कस्टम GIMM रिकॉर्ड और डेटा का विश्लेषण सॉफ्टवेयर के होते हैं. Colonic peristalsis निगरानी के पारंपरिक तरीकों के साथ तुलना में, GIMM प्रणाली सतत गतिशीलता के मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए अनुमति देता है. गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र गरम, oxygenated क्रेब्स समाधान में नहाया है, और मौखिक अंत में डाला fecal छर्रों के बारे में 2 मिमी / सेकंड की दर पर बृहदान्त्र के खंड के साथ स्वचालित रहे हैं. खंड साथ fecal गोली कार्यवाही की फिल्म पर कब्जा कर लिया हैं, और GIMM सॉफ्टवेयर इस्तेमाल किया जा fecal गोली की प्रगति ट्रैक कर सकते हैं. पूरे क्षेत्र के लिए या किसी विशेष क्षेत्र के लिए ब्याज की आगे बढ़नेवाला गतिशीलता की दरें प्राप्त किया जा सकता है. सांस प्रेरित गतिशीलता पैटर्न के विश्लेषण के अलावा, spatiotemporal नक्शे पर कब्जा कर लिया वीडियो खंडों से निर्मित किया जा सकता है सहज मोटर गतिविधि पैटर्न का आकलन. इस प्रणाली के आवेदन आगे बढ़नेवाला गतिशीलता पर रिसेप्टर agonists antagonists के प्रभाव के औषधीय मूल्यांकन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से परिवर्तन सूजन या तनाव के रूप में में pathophysiological शर्तों, से परिणाम का आकलन शामिल हैं. गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र आगे बढ़नेवाला गतिशीलता परख, GIMM प्रणाली का उपयोग करते हुए, सीधा और सरल जानने के लिए है, और यह आगे बढ़नेवाला गतिशीलता का आकलन करने के एक विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य तरीका प्रदान करता है.
Protocol
1. बृहदान्त्र ऊतक के GIMM लिए तैयार
- गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल गतिशीलता (GIMM) मॉनिटर, पहली जगह बर्फ ठंड क्रेब्स समाधान में पृथक बृहदान्त्र (121 मिमी NaCl, 5.9 मिमी KCl, 2.5 मिमी 2 CaCl, 1.2 मिमी 2 MgCl, 25 मिमी 3 NaHCO के लिए बाहर का बृहदान्त्र के एक खंड को तैयार 1.2 मिमी नाह 2 4 पीओ और 8 मिमी ग्लूकोज, 95% 2 हे / 5% सीओ 2 के साथ वातित). बाहरी दीवार से दूर शेष अन्त्रपेशी साफ़ और मौखिक अंत में एक छोटा सा चीरा बनाने के लिए तो यह प्रतिष्ठित किया जा सकता है जब अंग स्नान में रखा. नोट: ऊतक आइस्ड क्रेब्स समाधान में 2 घंटे पहले प्रयोग करने के लिए रह सकता है.
- अगला, अंग स्नान में प्रवाह और बहिर्वाह conduits है ताकि वे कैमरा छवि अधिग्रहण के साथ हस्तक्षेप को रोकने के क्षेत्र के बाहर रहे हैं स्थिति. लगातार prewarmed के साथ अंग स्नान perfuse (37 डिग्री सेल्सियस) (95%, 5% सीओ 2) 10 मिलीग्राम / मिनट की एक प्रवाह दर पर Kreb समाधान oxygenated .
- मौखिक बनाम गुदा समाप्त होता है का ट्रैक रखते हुए अंग स्नान में या तो अंत पर बाहर का बृहदान्त्र के एक खंड (कम से कम 5 सेमी) पिन, ढिलाई के एक छोटे से डिग्री की अनुमति इसलिए है कि खंड स्वतंत्र रूप से मध्य में 1 सेमी करने के लिए स्थानांतरित कर सकते हैं . मौखिक अंत fecal गोली रखने की आसानी के लिए शोधकर्ता की दिशा में तैनात किया जाना चाहिए. Colonic क्षेत्रों प्रयोगों की एक भी सेट के भीतर हर प्रयोग के लिए एक ही शोधकर्ता ने एक ही तरीके से टिकी होना चाहिए क्योंकि खंड की लंबाई और तनाव अनुदैर्ध्य पारगमन (डिक्सन एट अल की दर कम खिंचाव के साथ आगे बढ़नेवाला गतिशीलता की दर को प्रभावित करता है है. , 2007).
- तैयारी कम से कम 30 मिनट के लिए संतुलित करने की अनुमति दें.
2. GIMM और डाटा अधिग्रहण की स्थापना
- GIMM प्रणाली में छिड़काव कक्ष में colonic खंड के नीचे से प्रबुद्ध है. एक डिजिटल वीडियो कैमरा एक कंप्यूटर के साथ interfaced कक्ष के ऊपर तैनात है. सुनिश्चित करें कि दोनों प्रकाश रोशनी स्रोत और GIMM सॉफ्टवेयर पर बदल रहे हैं.
- GIMM सॉफ्टवेयर अनुप्रयोग में एक नया प्रयोग स्थापित करने के बाद, colonic peristalsis आरंभ खंड के मौखिक अंत में एक epoxy लेपित fecal गोली डालने से पहले परीक्षण शुरू करते हैं. कंप्यूटर पर कैमरा टॉगल स्विच पर क्लिक के कैमरे पर बारी और रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करने के लिए रिकॉर्डिंग शुरू. गुदा दिशा में गोली के आंदोलन वीडियो कैमरा के द्वारा दर्ज की है और डिजिटल फिल्मों के बाद के विश्लेषण के लिए एक पीसी पर संग्रहीत हैं. जब गोली colonic खंड के अंत तक पहुँच गया है, रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करें रिकॉर्डिंग बंद.
- प्रणोदन की दर के लिए एक नियंत्रण मूल्य प्राप्त करने के लिए, और दवाओं आवेदन के बिना एक स्वस्थ जानवर से एक colonic खंड के साथ शुरू करते हैं. एक एकल तैयारी में 3-5 परीक्षण प्रत्येक रन के बीच 5 मिनट की एक वसूली की अवधि के साथ, आचरण.
- कुछ शर्तों या colonic गतिशीलता पर दवाओं के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए, प्रत्येक प्रयोगात्मक हालत के लिए 3-5 परीक्षण / तैयारी करते हैं. इसके अलावा, कम से कम पांच अलग जानवरों से कम से कम पांच अलग कॉलन पर प्रत्येक प्रयोग करते हैं.
- डिजिटल फिल्मों के विश्लेषण में, fecal गोली प्रणोदन की दर समय यह एक गोली के लिए लेता है पार colonic खंड के एक्स सेमी के रूप में गणना की है.
3. Spatiotemporal मैप्स का निर्माण
- व्यक्तिगत GIMM रन से अधिग्रहीत डिजिटल वीडियो spatiotemporal नक्शे करने के लिए कस्टम GIMM सॉफ्टवेयर का उपयोग कर परिवर्तित किया जा सकता है.
- क्षैतिज अक्ष पर, colonic व्यास में परिवर्तन प्रत्येक वीडियो फ्रेम में बृहदान्त्र की छवि में परिवर्तित एक सिल्हूट के लिए, और गणना और ग्रे पैमाने में पूरी लंबाई के साथ व्यास परिवर्तित करने के द्वारा समय पर प्लॉट किए जाते हैं. अंतिम परिणाम यह है कि गोली और विश्राम के क्षेत्रों काला दिखाई देते हैं, जबकि संकुचन के क्षेत्रों सफेद दिखाई देते हैं.
- बृहदान्त्र खंड के माध्यम से गोली से कूच दूरी अनुलंब अक्ष पर प्रतिनिधित्व किया है.
4. प्रतिनिधि spatiotemporal मानचित्र
- यहाँ दिखाया गया प्रतिनिधि spatiotemporal colonic क्षेत्रों में विभिन्न प्रयोगात्मक शर्तों के तहत गोली गतिशीलता दिखा नक्शे. y अक्ष (अनुलंब) समय पर गोली की स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि x अक्ष (क्षैतिज) दूरी है कि गोली बृहदान्त्र खंड के माध्यम से प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है.
- एक नियंत्रण बृहदान्त्र (अनुपचारित, सामान्य) से spatiotemporal नक्शा गोली रैखिक ~ 2 मिमी / सेकंड की दर पर प्रगति होगी. इसके विपरीत, कुछ दवाओं या सूजन बृहदान्त्र में प्रशासन जैसे रुका गतिशीलता और गतिशीलता को बाधित बाधित गतिशीलता पैटर्न में परिणाम कर सकते हैं.
- परिणाम के GIMM से भी रेखांकन के रूप में दिखाया जा सकता है, जो में y-अक्ष एक fecal गोली और x-अक्ष सेकंड में समय का प्रतिनिधित्व करता है से कूच मिलीमीटर में दूरी का प्रतिनिधित्व करता है. उदाहरण के लिए, DAMGO (डी Ala2, एन - मुझे - Phe4 Gly-ol5) के प्रशासन,नशा μ रिसेप्टर agonist के बृहदान्त्र में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता में कमी का कारण बनता है.
Discussion
नर्व की मध्यस्थता जठरांत्र संबंधी मार्ग में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता पहले Bayliss और स्टार्लिंग (Bayliss और स्टार्लिंग, 1899) द्वारा किया गया था पर एक सदी पहले से वर्णित है. इस अवलोकन अंत्र तंत्रिका प्रणाली (ENS), autonomic तंत्रिका तंत्र के एक अलग विभाजन (लैंगली, 1921) के रूप में पेट की नसों के पद के लिए नेतृत्व किया. तंत्रिकाजन्य आंतों peristalsis खिंचाव और / एक दिया बिंदु और पलटा मध्यस्थता संकुचन से ऊपर, या मौखिक, प्रोत्साहन और aboral दिशा में विश्राम के स्तर पर या mucosal उत्तेजना शामिल है. परिणाम दबाव ढाल है कि aboral दिशा करने के लिए एक मौखिक में luminal सामग्री बढाती की पीढ़ी है. प्रजाति की एक किस्म की छोटी आंतों में, और चूहे बड़ी आंत में, क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला संकुचन की लहरों द्रव का आंत्र के क्षेत्रों के लुमेन में जलसेक द्वारा सक्रिय किया जा सकता है. गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र में बृहदान्त्र के मौखिक अंत में, प्राकृतिक या कृत्रिम fecal छर्रों डाला जा सकता है और बृहदान्त्र के खंड के साथ अपनी प्रगति को आसानी से नजर रखी जा सकता है. इस प्रकार, गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र आंत्र में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता की जांच के लिए एक सरल और उपयोगी परख प्रदान करता है.
Peristalsis एक जटिल तंत्रिका पलटा कि neuroactive यौगिकों और रिसेप्टर्स की एक संख्या शामिल है. एक परिणाम के रूप में, यौगिकों कि ENS में neurotransmission प्रभावित आगे बढ़नेवाला गतिशीलता की दर को प्रभावित करते हैं. Serotonin, enterochromaffin कोशिकाओं से मुख्य रूप से आंत्र mucosa में जारी क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पलटा की दीक्षा में शामिल है. गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र Grider, और उनके सहयोगियों ने दिखा दिया कि आगे बढ़नेवाला गतिशीलता 5-HT 4 रिसेप्टर agonists (. Foxx-Orenstein एट अल, 1998, Grider एट अल, 1998) के intralumenal प्रशासन द्वारा बढ़ाया है का प्रयोग, जबकि आवेदन के 5 स्नान 3-HT और 5-HT 4 रिसेप्टर antagonists प्रणोदन के दर (. Linden एट अल, 2003b. Kadowaki एट अल, 1996) घट जाती है. इसके अलावा, चयनात्मक serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) के साथ serotonin ट्रांसपोर्टर के निषेध सांद्रता कम peristalsis बढ़ जाती है, अभी तक उच्च सांद्रता में peristalsis, 5-HT (Kadowaki एट अल, 1996 रिसेप्टर्स की desensitization के कारण होने की संभावना कम हो जाती है, वेड एट अल, 1996). अन्य संकेतन अणुओं है कि गिनी सुअर आगे बढ़नेवाला गतिशीलता में योगदान निकोटिनिक रिसेप्टर्स, जो आंतों में interneuronal संकेतन के प्राथमिक मध्यस्थ है पर अभिनय acetylcholine शामिल हैं. निकोटिनिक रिसेप्टर प्रतिपक्षी hexamethonium साथ synaptic प्रसारण अवरुद्ध उच्च सांद्रता में गोली प्रणोदन घट जाती है, जबकि कम सांद्रता प्रणोदन की दर (Kadowaki एट अल., 1996) को प्रभावित नहीं करते. Opiates, और opioid रिसेप्टर agonists, जो लंबे समय के लिए गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल गतिशीलता पर निरोधात्मक प्रभाव है ज्ञात किया गया है गिनी पिग आगे बढ़नेवाला गतिशीलता मॉडल में गोली प्रणोदन कमी (Foxx-Orenstein एट अल, 1998;. लकड़ी एट अल, 2009) . दिलचस्प है, daikenchuto, एक परंपरागत जापानी हर्बल चिकित्सा नैदानिक इस्तेमाल के लिए उल्टी, पेट दर्द, और बेक़ायदा गतिशीलता का इलाज, गोली प्रणोदन की दर घट जाती है जब opioid प्रतिपक्षी naloxone के साथ प्रशासित, और जब अकेले प्रशासित, रिवर्स peristalsis परिणामों में (लकड़ी एट अल. 2009). इन निष्कर्षों को गिनी पिग आगे बढ़नेवाला गतिशीलता और colonic गतिशीलता पैटर्न पर विभिन्न यौगिकों उनके रिसेप्टर्स के योगदान का आकलन मॉडल की उपयोगिता का वर्णन.
अध्ययन का एक नंबर दिखा दिया है कि सूजन colonic न्यूरॉन्स (एक प्रकार का वृक्ष एट अल, 2003a.; लोमैक्स एट अल, 2005) की बिजली और synaptic गुणों में परिवर्तन करने के लिए होता है, और इन परिवर्तनों के सूजन से वसूली के बाद सप्ताह के लिए जारी रहती है (Krauter . एट अल, 2007; लोमैक्स एट अल, 2007).. गिनी सुअर बाहर का बृहदान्त्र GIMM प्रणाली का उपयोग में आगे बढ़नेवाला गतिशीलता पर बृहदांत्रशोथ प्रेरित neuroplastic परिवर्तन के प्रभाव की जांच किया जा सकता है है. इस प्रणाली colonic गतिशीलता, जो केवल समय एक fecal गोली एक दिया दूरी यात्रा को मापने के द्वारा आगे बढ़नेवाला गतिशीलता का आकलन निगरानी की पारंपरिक विधि से अधिक कई फायदे हैं. बृहदान्त्र में सूजन प्रेरित तंत्रिका plasticity के पिछले अध्ययनों से संकेत दिया है वहाँ गोली प्रणोदन (एक प्रकार का वृक्ष एट अल, 2003a.. Linden एट अल, 2005) के वेग में एक कमी है, अभी तक अधिक हाल ही में GIMM प्रणाली का उपयोग कर जांच से पता चला है जटिल परिवर्तन (मजबूत एट अल., 2010). उदाहरण के लिए, गोली प्रणोदन की दर सूजन बाहर का बृहदान्त्र के ulcerated क्षेत्रों में कमी आई है, फिर भी गतिशीलता आसन्न क्षेत्रों, एक घटना है कि पहले "स्टॉपवॉच" विधि द्वारा मान्यता प्राप्त नहीं था में त्वरित है. अन्य अध्ययनों से पता चला है कि सूजन के सक्रिय चरण के दौरान dysmotility (एक प्रकार का वृक्ष एट अल., 2004) कॉक्स-2, अभी तक बदल गतिशीलता से परे है कि बनी रहती है के निषेध के साथ बहाल किया जा सकतासूजन का संकल्प कॉक्स-2 असंवेदनशील (Krauter एट अल., 2007) है. इसके अलावा, इन बाद के अध्ययनों में, spatiotemporal GIMM प्रणाली द्वारा उत्पन्न नक्शे colonic गतिशीलता है कि पोस्ट भड़काऊ जानवरों कि प्रणोदन के कम दरों के लिए योगदान देता है में मनाया गया के एक stepwise पैटर्न का पता चला.
अंत में, गिनी पिग बाहर का बृहदान्त्र आगे बढ़नेवाला गतिशीलता परख का प्रतिनिधित्व करता है एक उच्च throughput परीक्षण और colonic गतिशीलता पर यौगिकों रोग की स्थिति के प्रभाव को मापने का मतलब है, इसके अलावा, GIMM प्रणाली एक सरल और सीधा करने के लिए इन विट्रो में colonic आगे बढ़नेवाला गतिशीलता का आकलन दृष्टिकोण प्रदान करता है. यह गोली प्रणोदन के निरंतर माप के रूप में के रूप में अच्छी तरह से spatiotemporal नक्शे की पीढ़ी के लिए सहज गतिविधि पैटर्न के अध्ययन के लिए अनुमति देता है. के रूप में पारंपरिक तरीकों की तुलना में, यह भी अधिक जटिल घटना है कि और quantitated किया जा सकता है है reanalyzed कई तरीके के रूप में डिजिटल फाइल सिस्टम के लिए सहेजे जाते हैं और आसानी से सुलभ हैं उपज सकती है.
Disclosures
इस वीडियो के उत्पादन कैटमाउंट अनुसंधान और विकास, इंक, जो इस लेख में इस्तेमाल किया उपकरण का उत्पादन द्वारा प्रायोजित किया गया था.
Materials
| Name | Type | Company | Catalog Number | Comments |
| Krebs’ Solution | ||||
| Isoflurane | Anesthesia | Webster Veterinary | ||
| Epoxy-coated fecal pellet | native guinea pig pellet dried and epoxy (black nail polish) coated | |||
| Forceps | Fine Science Tools | |||
| Micro Scissors | Fine Science Tools | |||
| Stainless Steel Pins | ||||
| Beakers | 500 mL | |||
| Gas Tank | 95% O2/5% CO2 | |||
| Timer | ||||
| Gastrointestinal Motility Monitor | Catamount Research and Development | http://www.catamountresearch.com/products/gimm.htm |
References
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