Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Spatiotemporal Kartläggning av motilitet i Published: January 27, 2016 doi: 10.3791/53263

Abstract

Flera metoder har använts för att dokumentera och utvärdera gastrointestinal motilitet inklusive: inspelning förändringar i muskelspänningar, intraluminal tryck och membranpotential. Alla dessa metoder är beroende av mätning av aktivitet vid en eller flera platser längs tarmen samtidigt som sedan tolkas för att ge en känsla av övergripande motilitet mönster. På senare tid har utvecklingen av videoinspelningar och spatiotemporal kartläggning (stmap) teknik gjort det möjligt att observera och analysera komplexa mönster i ex vivo hela segment av kolon och tarm. Efter avslutad inspelning och digitaliseras, kan videoinspelningar omvandlas till STmaps där luminala diametern omvandlas till gråskala eller [kartor diameter kallas (Dmaps)] färg. STmaps kan lämna uppgifter om rörlighet riktning (dvs, stillastående, peristaltiska, antiperistaltic), hastighet, varaktighet, frekvens och styrka sammandragande motilitet mönster. Fördelarna med denna metod är: analysis av interaktion eller samtidig utveckling av olika motilitet mönster i olika regioner i samma segment, visualisering av motilitet mönster förändras över tiden, och analys av hur verksamheten i en region påverkar verksamhet i en annan region. Videoinspelningar kan spelas upp med olika tidsramar och analysparametrar så att separata STmaps och motilitet mönster kan analyseras mer i detalj. Detta protokoll specifikt detaljer effekterna av intraluminala vätska utspändhet och intraluminala stimuli som påverkar rörlighet generation. Användningen av luminala receptoragonister och antagonister ger mekanistisk information om hur specifika mönster initieras och hur ett mönster kan omvandlas till ett annat mönster. Tekniken är begränsad av förmågan att endast mäta motilitet som orsakar förändringar i luminala diametern, utan att tillhandahålla data om intraluminala tryckförändringar eller muskelspänningar, och genom alstring av artefakter baserade på experimentuppställning; även om, analysis metoder kan redogöra för dessa frågor. Vid en jämförelse med tidigare tekniker videoinspelning och stmap metod ger en mer övergripande förståelse av gastrointestinal motilitet.

Introduction

Olika metoder för registrering och analys av tarmmotiliteten har utvecklats under de senaste 150 åren 1. Dessa har varierat från den inledande in vivo-observationer och beskrivningar av William Beaumont och av Walter Cannon till de nyare metoder för mätning och tolkning av multiort registrering av muskelspänningar, intraluminala tryck och / eller membranpotential (dvs. Junktional potentialer) 2 - 6. Dessa sistnämnda tillvägagångssätt ger en ögonblicksbild av de totala motilitet mönster, men begränsas av antalet platser för inspelning och giltigheten av interpolering av data till områden mellan inspelningsplatser.

Den senaste tidens utveckling av videoinspelningar och spatiotemporal kartläggning (stmap) tekniker har gjort det möjligt att observera och analysera komplexa motilitet mönster i ex vivo hela segment av kolon och tarm. Initiala tillvägagångssätt, som först beskrevs för INTEStinal segment i slutet av 1990-talet 7,8, berodde på forskar utvecklad programvara för att analysera videoinspelning; flera grupper har nu skapat eller modifierad mjukvara för detta ändamål 2,8 - 12. Även om många grupper har genererat egna programvarupaket eller plugins, de alla analyserar diameter av mjukpapper och konvertera dessa olika diametrar till gråskala representation. Ett kommersiellt tillgängligt system registrering och analys kallas gastrointestinal motilitet Övervakningssystem (Gimm) ger en nyckelfärdig strategi som möjliggör analys av både framåtdrivande motilitet via fekal pellet hastighetsbestämning i marsvin distala kolon 13 samt analys av framdrivande och blandnings motilitet mönster med en vätska stimulans i intakta tarm segment 4,5,14 - 19. Detta senare tillvägagångssätt beror på generering och analys av STmaps och beskrivs i detta dokument. Målet med denna metod är att öka tHan förmåga att kvalitativt och kvantitativt analysera olika motilitet mönster som finns i tarmen. Medan andra grupper har använt stmap för motilitet analys med hjälp av sin egen programvara, är detta den första beskrivningen av hur man använder Gimm att analysera motilitet mönster genom generering av STmaps. I det aktuella papper, vi ger detaljerade steg-för-steg instruktioner om: framställning av tarmvävnad för videoinspelning, korrekt inställning av videoinspelning parametrar för att maximera möjligheten att upptäcka förändringar i vävnads diameter, skapandet av STmaps, samt tolkning och analys av de STmaps använder Gimm systemet och ImageJ programvara.

Den här beskrivna metoden är specifik för analys av den luminala perfusion av fluider eller halvfasta ämnen innehållande föreningar som påverkar intestinal motilitet mönster. Ett förfarande för analys av fekal pellet framdrivnings beskrives i en artikel av Mawe och kollegor 13. Den allmänna metod som beskrivs här kan varatillämpas på andra rörformiga glatt muskulatur organ såsom: tunntarmen, blodkärl, urinrör, urinledare, etc. Även om denna metod på egen hand inte lämna uppgifter om förändringar i tryck eller muskelspänning, kan det kopplas med användning av tryck omvandlare, kraftomvandlare eller elektrofysiologiska mätningar för att ge en mer fullständig bild av motilitet mönster som vissa andra grupper har visat 2,15,20,21.

Protocol

Virginia Commonwealth University s Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) godkände samtliga djur och dödshjälp metoder som används i detta protokoll.

1. Beredning av lösningar

  1. Förbered 4 liter Krebs buffert (bestående av [i mM]: 118 NaCl, 4,75 KCl, 1,19 KH 2 PO 4, 1,2 MgSO 4, 2,54 CaCl2, 25 NaHCO 3, 11 glukos). Väg ut lämpliga mängder av varje fast kemikalie, sätta in lämplig volym avjoniserat vatten och blanda med hjälp av en virvel tills lösningen är klar.
  2. Därefter luftas lösningen med carboxygen (95% O2, 5% CO2) under 30 min under upphettning till 37 ° C.
  3. Bestäm lösningens pH medan vid 37 ° C (samma temperatur som i organbadet) och justera till pH 7,4 om nödvändigt med hjälp av HCl. Håll Krebs buffert kontinuerligt carboxygenated och vid 37 ° C över hela längden av experimentet.
  4. Sättainflödes- och utflödesrören från de peristaltiska pumparna in i buffertreservoaren och slå på de peristaltiska pumparna för att börja perfusion av bufferten under hela slangen och organbadet systemet.
    OBS: Buffert kan initialt pumpas tillbaka till den ursprungliga behållaren tills tillsats av antingen vävnad in organbaden eller kemikalier in i perfusionsbuffert. Detta minskar den totala mängden buffert som krävs för experiment. Då utgående buffert perfusion linjer ska placeras i en tom behållare, så att de ingående och utgående buffertar inte blanda.
  5. Kalibrera temperaturen hos värmesystemet på badet cirkulatorn så att bufferten inom organbaden blir och förblir 37,0 ± 0,5 ° C under den tid experimentet. Bekräfta och modifiera vid behov, pH Krebs buffert åtminstone en gång innan du placerar vävnadssegment i badet i steg 2.8.

2. Framställning av vävnader

  1. Euthanizeett marsvin med användning av koldioxid inandning / kvävning i en sluten kammare eller annan dödshjälp metod som godkänts av den lokala djuromsorg och använda kommitté.
  2. Efter att ha bekräftat avlivning av djuret, skära upp bukväggen längdled med dissektion sax och leta tarmarna. Skär tarmkäxet ansluten till tunntarmen för att exponera blindtarmen.
    OBS: För att bekräfta dödshjälp utföra en sekundär procedur som bilateral torakotomi som har godkänts av ett djuromsorg och använda kommitté.
  3. Lokalisera den distala änden av blindtarmen och transekt proximala kolon precis distalt dess anslutning till cekum. Sedan transekt proximala kolon igen ~ 8 cm distalt om den första transection.
  4. Placera kolonvävnad i värmde och carboxygenated Krebs lösning (som beskrivs i avsnitt 1) ​​för ytterligare dissekering. Nåla kolon i dissektion badet och använda en mindre uppsättning av sax för att ta bort så mycket tarmkäx och fett som möjligt.
  5. I heated dissektion facket tar du bort allt intraluminalt innehåll genom att försiktigt perfusion av Krebs buffert genom lumen med hjälp av en spruta kopplad till en trubbig ände kateter (för att förhindra perforering av vävnad). Undvik över utspänd segmentet under perfusion process.
  6. Skaffa två brandpolerade glasrörskatetrar (3-mm diameter) och placera ett kort stycke av polyetenslang (~ 3 mm lång och ~ 3 mm i diameter) runt den del av glasröret kommer in i vävnadslumen.
    OBS: Detta gör det möjligt för suturen att placeras runt vävnaden och glasröret att förbli säker och inte glida som preparatet placeras i organbadet och vid förändringar i vävnadslängd.
  7. Sätt en kateter in i den orala änden av vävnadspreparat och knyt en sutur runt den lilla bit av slang som omger katetern med hjälp av en kirurg knut. Prova att försiktigt dra katetern tillbaka för att säkerställa knuten är tätt. Sedan utför samma åtgärd på den andra katetern in than aboral ände av vävnaden.
  8. När katetrar är säkrade, flytta hela beredningen (vävnad plus katetrar) från dissektion facket i ett av organbaden. Placera preparatet i badet med den orala ände vänd bort från användaren.
  9. Nästa mount / säkra glasrörskatetrar till organbadet genom en av de två föreslagna metoder.
    OBS: Säkra glasrör hindrar mjukpapper ändrar längd under experimentet eller kommer över ytnivån för Krebs buffert i badet.
    1. Alternativ A: Fixera den övre delen av glasröret till toppen av den sida av plastorganbadet genom användning av formaren lera eller en plastklämma.
    2. Alternativ B: Fixera glasrören till metallstänger som håller kamerorna ovanför organbadet framställning genom användning av plastclips.
  10. När katetrarna är fästa till badet, bifoga en 5-cm stycke av slangen till den öppna änden av varje kateter. För den orala kattenheter, bifoga denna slangen till en 10-ml spruta, som kommer att användas för att injicera buffert i lumen i proximala kolon segmentet. För aboral katetern, kommer denna bit av slang tillåta den luminala utflöde som skall riktas in i en uppsamlingsbehållare (50 ml bägare, reservoar, etc.).
  11. Användning av sprutan fäst vid orala änden, långsamt spola värmdes Krebs-buffert genom vävnadslumen för att säkerställa att vätska kan strömma genom vävnaden. Flöde bekräftas av vätska som lämnar aboral katetern. Kalibrera video-inspelning systemet (protokoll avsnitt 3) medan vävnaden jämvikt under 30 minuter.

3. Kalibrering av video-inspelning System

  1. Kalibrera kameran höjdplacering, videoinställningar för ljusstyrka och kontrast, och horisontellt avstånd med hjälp av programvaran.
    OBS: De bästa inställningarna för intraluminala perfusion installationer är annorlunda än de inställningar som används för att bestämma hastighet av pellets framdrivning 13.
  2. Click på fliken försöket för kameran som ska kalibreras. Sedan i menyn "File" klick "Kalibrera".
  3. När videon visas i "kalibrera arbetsstation" fönstret, ställa in kameran på en höjd där bilden ingår ändarna av katetrar insatta i kolon lumen.
  4. Sedan kalibrera det horisontella avståndet visas i bilden med hjälp av genomskinliga linjalen klistermärke som fästs vid varje bad.
    OBS: Denna kalibrering är avgörande för senare mjukvaru beräkningar av luminala diameter och hastighet kontraktila vågor.
  5. I samma "kalibrerings arbetsstation" fönster, ställa de röda vertikala riktlinjer så att de är 10 mm från varandra i enlighet med linjalen i kamerabilden. Skriv sedan lämpligt avstånd (10 mm) i "distans markörer" fönstret och klicka på "CAL" -knappen.
  6. Därefter justera förstärkningen, ljusstyrka och slutar reglagen inom "kalibrera arbetsstation" fönstret för att ändra kamerabilden så attmjukpapper visas som en mörk silhuett på en ljus bakgrund.
    OBS: Figur 4 visar goda och dåliga exempel på denna kalibreringsförfarandet.
  7. För att korrekt justera bilden, också justera fokus och bländare vreden på själva kameran.
  8. Kalibreringen är nu klar. Klicka på "Spara", och klicka sedan på "OK" i pop-up, och slutligen klicka på "EXIT" -knappen.

4. Allmän Experimentella förfaranden

  1. Efter förfaranden kamerakalibrering och 30 minuter av vävnad jämvikt är klar, namnge försöken i varje försöksprotokoll. Trial namn kan baseras på namn och koncentrationen av föreningen och volymen av vätska som intraluminalt perfuseras in i vävnaden segmentet under den del av experimentet.
  2. Därefter ockludera slangen som skjuter ut från aboral kateter genom användning av en slangklämma.
    OBS: Detta hindrar luminal vätska från att lämna aboral änden under further experimenterande, som medger användning av specifika volymer i lumen för att provocera olika grader av distension (Figur 1).
  3. Injicera cirka 0,7 ml Krebs-buffert i proximala colon lumen för att ge tillräckligt med buk för att initiera framdrivande kontraktioner hos marsvin ex vivo preparat.
    OBS: Denna volym kan variera något (0,1 - 0,2 ml), beroende på den totala längden av den intakta segmentet och mängden sträckning som appliceras på segmentet i organbadet.
  4. När segmentet utspänd av luminal vätska, slå på kameran och sedan spela in rörlighet under en förutbestämd tid (t.ex. 10 min).
    1. Specifikt dubbelklickar du på passande namnet rättegången för att öppna den experimentella kameravyn och klicka sedan på vippströmbrytaren till "ON" för att visa kamerafältet. Klicka sedan på inspelningsknappen för att starta inspelning (inspelningsknappen förblir rött när kameran är inspelning) and klicka på inspelningsknappen igen för att stoppa inspelningen.
  5. Vid slutet av denna initiala buk försökskontroll, lossa / ta bort klämman ockluderar aboral katetern för att medge vävnadssegmentet att driva distending vätskan ur lumen.
  6. Efter en 10 minuters återjämviktsperiod, upprepa denna procedur med vilken som helst av en mängd olika näringsämnen, bioaktiva medel, läkemedel eller agonister / antagonister i den luminala fluiden att modifiera drivande motilitet av segmentet (t.ex. kortkedjiga fettsyror eller dekan syra) 10,18.
    1. För att hjälpa mätaren när ny experimentell vätskan in i kolon segmentet, lämna en luftbubbla nära hamnen i sprutan så att vid perfusion av den nya lösningen i kolon lumen utvecklingen av bubblan gör det möjligt för användaren att veta när den experimentella vätskan har nått lumen.
    2. Fortsätt intraluminal perfusion med aboral katetern öppen tills bubblan har drivit helt genomluminal perfusionssystem (kan kräva 2-3 ml perfusat). Därefter tillåter vävnadssegmentet för att driva ut vätska genom den öppna aboral kateter för upp till 5 minuter.
      OBS: Efter denna procedur, kommer lumen att innehålla en försumbar vätskevolym, så att perfusion av en känd volym av vätska in i lumen.
  7. Åter ockludera aboral luminala kateterröret med hjälp av en slangklämma (som i steg 4,3) injicera samma volym distending vätska som i kontrolltillstånd genom sprutan. Spela in motilitet mönster under försöksperioden för senare analys och jämförelse med kontroll Krebs tillstånd (som i steg 4,5).
  8. Upprepa avsnitt 4.4 - 4.7 i protokollet med olika luminala föreningar eller olika koncentrationer av samma luminala föreningen.

5. Konstruktion av Maps Spatiotemporal (STmaps)

  1. Efter avslutad inspelning experimentet dubbelklickar du på namnet på en särskild prövning för att öppna analys vindenow för konstruktion av en stmap.
  2. Inom uppspelningsområdet video, justera kontrast och ljusstyrka reglagen i fönstret analys för att göra bilden är lämpligt för analys (svart vävnad silhuett på ljus bakgrund, Figur 4).
    OBS: Om kameran kalibreringen inte utfördes korrekt innan experimentet bilden kan endast ändras i mindre utsträckning på denna punkt.
  3. När bilden är kontrasteras korrekt, in horisontella och vertikala röda riktlinjer inom videobild fönstret för att isolera vävnadsområdet för analys och ta bort områden med artefakter. Också välja lämplig tidssegment från inspelningen genom att bestämma start- och stopp tidpunkter för analys.
    1. Specifikt väljer start- och slutpunkter i videon med den gröna "A" och gula "B" knapparna i analysprogram. Ställ tidsreglaget till början av videosegment att analysera ochn klicka på den gröna "A" -knappen. Sedan ställer du in reglaget till slutet av segmentet för att analysera och klicka på den gula "B" -knappen.
  4. Därefter klickar du på "motor analys" fliken för att öppna stmap fönstret och klicka på "stoppur" -knappen. När du klickat på stoppuret, nästa klickar du på hårkorset markören i svart silhuett av vävnaden i den inspelade filmen ska börja stmap generation.
  5. När du klickat hårkorset i vävnaden silhuett, genererar programvaran och visar stmap för denna region av video.
    OBS: Det kan ta några minuter beroende på hur lång video ut för analys.
  6. Klicka på "zoom" för att visa en förstorad bild av stmap och kontroller för att justera bilden.
    1. Klicka på "färg" alternativ i den nyskapade fönstret för att se stmap som färg i stället för gråskala. Också klicka på "Aktivera" alternativet för att kunna placera en markör på specifika pixlar i kartan och visa b en spårning av förändringen i luminala diameter för den specifika vävnadsområdet. Klicka på "Exit" när du är klar.
  7. Exportera en stmap för användning i tidningar eller presentationer eller att analysera ytterligare i ImageJ genom att välja "Arkiv" -menyn, följt genom att välja "Exportera data" och sedan "Meta File". Sedan namnge stmap, som kommer att sparas som en EMF-fil och klicka på "Spara".
  8. Alternativt, spara bilder av stmap genom att fånga en skärmdump. Detta är nödvändigt för att spara pseudofärgversioner av stmap.

6. Analys av kontraktila Wave Velocity i STmaps

  1. För att analysera hastighet kontraktila förökning eller kontraktion varaktighet, först konvertera stmap EMF filen till .tiff, .gif, .jpg, eller .bmp format som är acceptabla för ImageJ igenom en fil konverteringsprogram val.
    OBS: ImageJ öppnar inte utsignalen från STmaps från programvaran .emf format.
    1. Alternatively, användning skärmdump fånga programvara för att ta en bild av en stmap på skärmen och spara den i ett lämpligt filformat.
  2. Öppna sedan åter formaterade stmap i ImageJ och öppna GIMMProcessor plugin genom att öppna "Plugins" meny och välja "GIMMProcessor '. Detta kommer att öppna båda" GIMMProcessor "och" Mätningar Table "fönster.
  3. Klicka på "rektangulära markeringsverktyget" inom ImageJ fönstret och sedan använda den för att beskriva genom att klicka och dra hela området av scalebar i det övre högra hörnet av stmap. Efter denna region är markerad klickar du på "set kalibrering" knappen i plugin. Slutligen, sätt i lämpligt avstånd (mm) och tid (s) i kalibreringslåda enligt värdena på scalebar och klicka på "Klar".
  4. Därefter klickar du på raden ritverktyget i ImageJ fönstret. Rita en linje på stmap genom centrum av en utbrednings sammandragning längs vinkeln på the lutning genom att klicka och dra på stmap bilden. Alternativt, dra en vertikal linje genom ett band av icke-föröknings kontraktion att bestämma kontraktion varaktighet.
  5. Efter linjen dras på lämpligt sätt (endast en rad kan dras åt gången), klickar du på "ta mätningen" knappen i plugin för att generera en avläsning av det horisontella avståndet, vertikala avståndet, och lutningen på linjen, vilka motsvarar Längd (mm), tid (sek), och hastighet (mm / s) respektive. Dessa data visas i "Mått" fönstret.
  6. Upprepa linjeritning och analys steg flera gånger inom en given stmap och spara data som en .gmd fil. Klicka på "Spara" -knappen i plugin och namnge filen. Klicka sedan på "Spara" igen för att slutföra processen. Dessa data kan sedan jämföras med andra uppgifter försöks eller användas för att rita linjer på en stmap.

Representative Results

Förstå Maps Spatiotemporal (STmaps) som Maps Diameter (Dmaps)

Medan kartorna som genereras av denna teknik är Spatiotemporal, förändring av den luminala diametern hos vävnaden är parametern specifikt visualiseras i både avstånd och tid. Den stmap porträtterar horisontella avståndet längs mjukpapper på x-axeln (i mm) och tid på y-axeln (i sek) med starttiden upptill och sluttid på botten. I det övre högra hörnet är en legend, som visar minsta och största luminala diameter samt skalning för både x- och y-axlarna (figurer 1-4). Således olika pixel nyanser i gråskalebilden motsvarar olika luminala diameter. Mörkare pixlar motsvarar bredare diameter och lättare pixlar motsvarar mindre diametrar. Således kommer sammandragande vågor av den cirkulära muskeln visas som regioner lättare pixelering på grund av minskningen av luminala diameter ( (Figur 1C vita pilar). En ytterligare diskussion av bildandet och innebörden av STmaps kan hittas i en artikel av Lammers grupp 11.

Luminal Utvidgning-inducerad föröknings Sammandragningar

I fig 1, blev marsvin proximala kolon utspänd med 0,5, 1,0, 1,5, och 2,0 ml Krebs-buffert i 5 minuter vid varje volym. Föröknings kontraktioner som framkallas av alla volymer ≥1.0 ml och visas som tunna vita band i stmap (figur 1). Utspänd tarm lumen orsakar initiering av föröknings sammandragningar. Såsom visas i fig 1, diametern för hålrummet ökar med större intraluminala volymer och pixlama i stmapsom motsvarar den diameter blir mörkare skapa en övergripande mörkare bakgrund. Vid en viss nivå av utvidgning den peristaltiska reflexen är aktiverad (1,0 ml; Figur 1), som initierar framdrivnings vågor av kontraktion vid den muntliga slut som minskar diametern för hålrummet och rör sig mot den anala slutet av segmentet (visas som en vit band i figurerna 1 och 4). Det vita bandet representerar kontraktion föregås ofta av ett mörkt band, som representerar aboral avslappning före den peristaltiska vågen (figur 1C vita pilar). Dessa vita och mörka bildpunkter motsvarar uppstigande kontraktion och fallande avkoppling komponenter i peristaltiska reflex, respektive 22,23. I stmap i figur 1 panel A, finns det 0 framdrivnings vågor på 0,0 ml, 0 framdrivnings vågor på 0,5 ml buk, 3 framdrivnings vågor på 1,0 ml buk, 6 framdrivnings vågor på 1,5 ml buk och 5 framdrivnings vågornat 2,0 ml buk.

Närings-inducerad Stationär / Blandnings Sammandragningar

Vågor av föröknings kontraktion är inte den enda motilitet mönster som kan visualiseras genom STmaps. Blandningsmönster motilitet såsom segmentering kan också ses i STmaps och motsvarande bild (Figur 2A). Detta mönster är annorlunda än föröknings sammandragningar. Under blandning mönster många små, stationära sammandragningar förekommer i olika områden samtidigt (visualiseras som många små vita rutor i samma horisontella linje, men inte röra varandra). Även om varje segmentell sammandragning är stationär och inte rör sig i den muntliga till anala sätt som beskrivits för föröknings sammandragningar, medger förmågan hos STmaps att illustrera komplexa kontraktila mönster över långa tidsperioder visualisering av den långsamma utvecklingen av sammandragningar analt över tiden (figur 2A svart pil). Varaktigheten avvarje individuell kontraktion kan även bestämmas genom att dra en vertikal linje genom den vita kvadraten kontraktion med ImageJ och den tillhörande insticks (Figur 2A). I denna stmap genereras från inom kolon perfusion av korta fettsyror, är den genomsnittliga stationära kontraktion varaktighet ~ 2 sek (intervall: 1,9-2,1 sek). Medan tarmkäx kvar på ett vävnadssegment kan orsaka artefakter i analysen, kan de vertikala linjer artefakter som genereras av tarmkäxet (figur 1B, 2B) användas för att bestämma längsgående muskelrörelser. I figurerna 1B och 2B den horisontella rörelsen av den svarta vertikala linjen beror på kontraktion och relaxation av longitudinell muskel. Denna sidorörelse längsgående muskel kan visualiseras på STmaps som horisontella rörelser vertikala band som genereras av tarmkäxet artefakter (figur 1B, 2B).

ImageJ och Plugin analys av STmaps

Både hastigheten hos en utbredningsvågen (Figur 3) samt varaktighet av kontraktion (Figur 2) kan bestämmas genom att använda ImageJ och GIMMProcessor plugin. I figur 3, hastigheten för utbredningen av både orthograde och bakåtsträvande vågorna var ~ 0,25 mm / sek (intervall: 0,21-0,35 mm / sek). Som kan ses i videobilden ovanför ST kartan, har analyslinjerna (röda linjer bildar en ruta på videobilden) in exakt runt en kant av mjukpapper i stället för runt hela segmentet. Detta är en viktig användning av riktlinjerna i programmet. Exakt inställning av dessa riktlinjer är avgörande för att en ordentlig analys av videon som analyseras ytterligare i diskussionsavsnittet. Detta tillåter alstring av en stmap som visualiserar myogena krusning sammandragningar 24. Dessa sammandragningar är myogenic ursprung och inte ändra luminala diameter kraftigt. Vidare har olika directions av förökning (orthograde eller retrograda), som är gemensamma för krusningar, kan analyseras med hjälp av denna teknik (figur 3). Såsom visas i fig 2 varaktigheten av kontraktion kan variera i olika regioner av vävnadssegmentet.

Korrekt analys av STmaps

Ett potentiellt problem med skapandet av STmaps är möjlig artefakt generation på grund av experimentell metodik. Till exempel kommer tarmkäxet kvar på utsidan av vävnaden öka diametern läsning för det segment av vävnaden skapa en vertikal svart linje på stmap (figurerna 1, 2B). Närvaron av tarmkäxet också artificiellt vidgar gråskala kartan genom att öka den bredaste luminala mätning, vilket resulterar i en avtrubbning av kontrastmätningar av skalan. Av denna anledning är det bäst att ta bort tarmkäxet så fullständigt som möjligt från segmentet utan att perforera vävnad. En andra möjliga stmap artefakt är en vit vertikal linje på grund av bubblor i den luminala vätska som inte kan sättas i motsats till svart (Figur 4B). Dessa bubblor kan göra den luminala diametern ser mindre till analysprogrammet och över vit / ljus regioner på motilitet mönster i stmap. Därför installationen av mjukpapper och korrekt kontrasterande av videoinspelning före analys är helt avgörande för framgång i konstruera STmaps (Figur 4). Korrekt och oegentliga kontrasterande inställningar visas i figur 4. Det är viktigt att notera att video justering i både pre-experimentet kamerakalibrering och efterexperimentanalysfönster är avgörande för korrekt stmap generering och analys. Felaktig bild kalibrering kan leda till STmaps med oanvändbara data (Figur 4A).

700 "/>
Figur 1. Föröknings Vågor i proximala kolon. (A) En buk-svarskurva (utförs i marsvins proximala kolon) användes för att bestämma den lämpliga intraluminala vätskevolym för att initiera föröknings vågor i detta segment (vita horisontella band). Svarta pilar visar exempel på full längd utbredningsvågor. Vita pilar visar linje artefakten som orsakas av ofullständig tarmkäx bort. (B) En närmare titt på föröknings sammandragningar uppnås genom stmap generation från ett experiment liknande panel A, men en video med kortare löptid. Det är lättare att notera att sammandragningarna framsteg i den muntliga till anal riktning och för att identifiera den föregående aboral avkoppling representeras som ett mörkt område framför det vita bandet jämfört med panel A. Kartan ger också en annan syn på tarmkäx artefakter. Den röda rutan identifierar regionen av denna stmap expanderade i panel C. (C) Denna panel visar en ännu närmare titt of samma video och karta som i panel B. Vita pilar märkta "Fluid Utvidgning" pekar på mörka pixlar som beror på Luminal utvidgning av vätska aboral till utbredningsvågen. Dessa är regioner där cirkulära muskelavslappning sker aboral cirkulär muskelsammandragning. Observera att föröknings sammandragningar ser ut helt horisontella linjer i panel A grund av den långa tidsperspektiv på kartan. I panelerna B och C tiden skalor är progressivt kortare så att den sammandragande vågen har en lutning som kan mätas och redovisas som hastigheten hos vågrörelse. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. Fastställande av kontraktion varaktighet av stmap. (A) marsvin proximal kolon shöden en blandnings / segmentell motilitet mönster som svar på intraluminal perfusion av kortkedjig fettsyra (butyrat). Vertikala röda linjer har dragits genom perioder av kontraktion att bestämma kontraktion varaktighet med Image J och GIMMProcessor plugin. Den svarta pilen visar aboral utbredningsriktning de stationära sammandragningar. (B) Föröknings sammandragningar i mus ileum visar ofta regioner av fördröjd kontraktion. Vertikala pilar dras på kartan visar att mer muntliga regioner förblev kontrakte under en längre tid. Vid denna framställning var det anala slutet av beredningen stängd för att förhindra vätska från att lämna det slutna systemet under vävnads sammandragningar. Bilden längst upp på panelen visas en tid då hela oral änden av vävnaden kontrakterade (vit på stmap), medan hela anal änden utspänd av vätska (svart på stmap). Den horisontella / lateral rörelse av den vertikala svart i mitten av Panel B stmap visar rörelse hoslängsgående muskelskiktet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Dubbelriktad Motilitet mönster. Föröknings vågor kan röra sig i både orthograde (oral till anal) och retrograd (anal till orala) riktningar. Fasta svarta pilar visar normal orthograde förökning och streckade svarta pilar visar retrograd förökning. Hastigheten hos fortplantningen av både orthograde och retrograda sammandragningar i denna stmap bestämdes genom ImageJ analys och var ~ 0,25 mm / sek. Bildanalys linjer (röda linjer bildar en ruta på videobilden ovanför stmap) sattes nära ena kanten av vävnaden att visualisera myogena krusning sammandragningar som är låg amplitud, grunda sammandragningar ofta orienterade i orthograde, retrograde, eller båda riktningarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4. Vikten av god bildkontrast för stmap Generation. (A) visar en felaktigt kontraste bilden och stmap, medan panel B visar en korrekt kontraste bilden och stmap. I (A) de horisontella vita band som genereras från korrekt kontrasterade bilden (B) är inte lika självklart och det finns flera artefakter (vit skuggning) på grund av den ursprungliga bilden är i gråskala. I stmap genereras från korrekt kontraste bild (B) de vita skuggning artefakter i gråskala försvinna och de framåtskridande vågorna är mer uttalad. Även den svarta skuggning representerar avkoppling ahead av föröknings kontraktila vågen kan ses i den anala änden av stmap med varje omgång av kontraktion. I panel B de vita pilarna visar en stmap artefakt genereras av en region av bilden som inte kunde ordentligt kontrast. Denna typ av artefakt är främst på grund av intraluminala bubblor som ibland förekommer i beredningen under experimentprotokollet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Intestinal motilitet har visats och beskrivits från ett antal synvinklar baserat på karaktären av de parametrar som spelas in. Videoinspelning och spatiotemporal kartläggning har visat sig vara ett värdefullt verktyg som gör analys av den totala rörelse och / eller framdrivning under långa delar av tarmen samt analys av verksamheten vid specifika punkter längs segmentet. Tillvägagångssättet för videoinspelning och spatiotemporal kartläggning kan vara dubbel och är reflekterande av det undersökta området och vilken typ av luminala innehållet. I tarm segment där luminala innehållet är mer flytande och i proximala kolon där innehållet är mer halvfasta, är framkallad av intraluminal införsel av vätskan genom bolus eller infusion. Spatiotemporal kartor gjorda av dessa videoinspelningar är utformade för att representera rörelsen hos hela segmentet såsom beskrivits ovan. I motsats, i mitten till distala kolon där innehållet är mer solid, är aktiviteten initieras genom införande av en fekal pellet (epoximålat naturlig pellet eller artificiell pellet) och Spatiotemporal kartor är utformade för att reflektera rörelsen av pelleten genom tjocktarmen, såsom visas i den JOVE artikel av Hoffman et al., 13. Sålunda installationen av experimentet och analys är avgörande och beror på typen av stimulans och regionen som studeras. Därför de kritiska stegen för generering och analys av Spatiotemporal kartor vätska-inducerad intestinal motilitet är: 1) korrekt avlägsnande av tarmkäxet från dissekerade vävnad; 2) korrekt bild kalibrering innan inspelningen; 3) korrekt avlägsnande av artefakter under stmap generering och analys; 4) korrekt inställning av analyssystemet; och 5) vinna fingerfärdighet att ANVÄNDA KATETER och sy segmenten utan att skada dem.

Medan användningen av STmaps av luminala diametern har förbättrat förmågan att visualisera och analysera fullständiga motilitet mönster över en region av tarmen, är tekniken bäst när den kombineras medfunktionella mätningar av tryck eller muskelsammandragning 2,15,20. Till exempel, medan vissa muskelsammandragningar kan ändras luminala diameter något och vara synliga på vissa STmaps (dvs myogena skvalpar) kan de faktiskt inte orsaka någon framdrivning eller blandning av tarminnehåll 25. Detta kan inte vara känd utan koppling av denna teknik på andra funktionella mått. Dessutom leder arten av många vävnadsberedningar i denna typ av system (dvs., ett slutet luminal system eller konstant luminala perfusion av ett pumpsystem) till artefakter inom STmaps. Således måste användaren vara medveten om hur deras specifika organ förberedelse och experiment kan leda till artefakter i data och sätt att undvika eller utesluta dessa artefakter i dataanalys (t.ex. mesenterium-inducerad vertikala linjer eller mörk pixelering på grund av vävnaden oförmåga att utvisa vätska från systemet i en sluten beredning luminal). Det finns flera metoder för luminala perfusion av en itakt intestinal segment förutom ett slutet system. En metod är att istället använda ett öppet system som bibehåller en konstant intraluminal / mottryck genom användning av en upphöjd rör och / eller en backventil på den anala slutet av beredningen 8-10,30. Detta gör att vätskan att flytta ut ur preparatet under drivande sammandragningar.

Eftersom systemet är inställt främst att upptäcka förändringar i luminala diameter, dessa sammandragningar eller motilitet mönster som inte avsevärt påverkar luminala diameter är ofta svårt att visualisera av detta protokoll. Eftersom förändringar i pixel shading inom stmap baseras på förändringar i luminala diameter, kommer motilitet mönster som inte orsakar stora förändringar i diameter visualiseras bra i denna metod om starka sammandragningar är också närvarande i samma inspelning. Som beskrivits för visualisering och analys av rippel-typ kontraktion (Figur 3), inställning av analyslinjerna i videoinspelning närmare to vävnadsväggen kan undvika det här problemet. Denna metod minskar den maximala diametern som visas i stmap, så sammandragningar som endast minimalt ändra vävnads diameter kan visualiseras. Ett annat alternativ för att lösa denna fråga ändra längden på videosegmentet analyseras, för att utesluta sammandragningar som i hög grad påverkar luminala diameter, så att mindre sammandragningar är lättare visualiseras. Detta leder till det potentiella problemet med motilitet som minimalt förändras luminala diametern ser liknar en separat stmap där sammandragningar förändrats kraftigt luminala diametern. Detta beror på att fastställandet av vita pixlar på kartan är baserad på den minsta diametern i en given video. Om det inte finns mycket variation i diameter inom video (liten eller ingen minskning av den cirkulära muskeln) mycket små sammandragningar som inte ändrar diametern av preparatet i hög grad kan likna peristaltiska sammandragningar från en annan video. Därför är det viktigt att tänka på figurenlegend i det övre högra hörnet på kartan. Om skillnaden mellan de högsta och minsta diameter är liten är det viktigt att jämföra stmap till videon det genererades från att avgöra giltigheten av pixelnyansförändring som representerade i stmap. Således är prövningen av skalan bar i samband med den faktiska inspelningen avgörande för korrekt tolkning av kartan.

Videoinspelning och Spatiotemporal kartläggning av intestinala och kolon segment har tillämpats på en mängd olika arter, inklusive zebrafisk 26, mus 25,27 - 30, råtta 7,9,30 - 33, marsvin 5,6,8,13 - 19, 24,30,32,34,35, Brushtail pungråtta 12,36, kanin 2,30,37,38, kyckling 39, gris 40,41 och humant 42. De mest studerade arterna är marsvin. Detta är inte förvånande eftersom marsvin enteriska nervsystemet hsom varit mest fullständigt karaktäriserats och historiskt sett har varit djuret mest studeras in vitro med avseende på framåtdrivande motilitet i tarmen 43. Spatiotemporal kartläggning har huvudsakligen tillämpas på rörformiga segment av tarmen från små djur; Men studier i kanin och gris med hjälp av modifierade system visar tillämpningen av denna metod för att större djur. I fallet av kaninen, är den metod identisk med den för mindre djur, utom att större segment och organbad användes 30. Den metod som används i grisen var att använda en exterioriserad slinga av tarmen från en sövd gris i stället för nedsänkning av en dissekerade vävnad segment i ett organbad. Dessutom var STmaps genereras av korskorrelation i stället för genomlysning metod som används i de flesta studier 40. Den isolerade, vascularly perfusion sling förberedelse för videoinspelning och spatiotemporal kartläggning har också tillämpats på mindre arter såsom råtta et al. är den första användningen av STmaps video inspelad motilitet mönster i ex vivo segment av människans tarmar 42; även om STmapping metoder har använts för att analysera manometriska (tryck) inspelningar hos människor in vivo 3,44. De inspelade motilitet mönster i mänsklig vävnad liknar dem som redan registrerats i djurmodeller med hjälp av liknande tekniker och validera en utvidgning av detta synsätt på mänskliga vävnader. Det är anmärkningsvärt att denna studie kombinerade STmaps härrör från videoinspelningar med mätning av muskelsammandragning registreras av kraftgivare. Mätning av intraluminala tryck genom en fiberoptisk manometrisk kateter insatt i ex vivo-segmentet också omvandlas till en stmap, som visar mångsidigheten hos stmap att visualisera mer än förändringar i luminala diameter. Detta kombinerade tillvägagångssättet korrelera muskelspänningar, medger intraluminal tryck och väggrörelseför en mer djupgående funktionell analys av STmaps genereras från videoinspelning.

Studier av STmaps genereras från vägg rörelser och förändringar i luminala diameter (även kallad Dmaps) har tillåtit detaljerade beskrivningar av motilitet mönster som framdrivande peristaltiska vågor och lokala segment sammandragningar. Även om dessa mönster identifierades av tidigare experimentella metoder, kan den nuvarande strategin en mer förfinad definition av lokala kontraktila rörelser som krusningar och nya anti-peristaltiska sammandragningar 9,24,25,30,31,42. Byggandet av STmaps och analys av förändringar i motilitet mönster har tillämpats på nyckelfrågor i gastrointestinal motilitet av tarmen och kolon. Dessa inkluderar: differentiering av neurogena och myogena sammandragningar och definiera rollen av interstitiella celler i Cajal 6,9,11,12,16,24,26,27,29 - 31,33,37 - 40,42, förstå komplexainteraktioner mellan de cirkulära och longitudinella muskelskikt 2,7,8,11,12,32,39,40, undersöker effekterna av intraluminala näringsämnen 10,18,19, mikrobstammar 34, och viskositeter 12,36 på olika motilitet mönster, och förstå betydelsen av olika endogena neurohormonala medel och exogena farmakologiska medel 2,4 - 7,9,10,13 - 17,28,35,40 i generering och modifiering av rörlighet. Framtiden för denna teknik innebär koppling med andra mätningar, inklusive tryck, elektrofysiologi och spänning / kontraktilitet. Nyligen genomförda studier har ofta införlivat ett eller flera av dessa mätningar i samband med videoinspelning och spatiotemporal kartläggning att tillhandahålla ytterligare korrelat detaljer 2,42. Vidare kan systemet användas för att mäta motilitet i andra rörformiga och icke-rörformiga organ. Exempelvis har försök gjorts till att mäta gastrisk motilitet med hjälp avett sådant system, men tekniken och mjukvara behöver förfining för att bättre kvantifiera rörlighet i en sådan icke-rörformat organ 45. Det råder ingen tvekan om att användningen av ensamma och i kombination med mer traditionella metoder för analys Spatiotemporal kartläggningstekniker kommer att leda till en mer djupgående och omfattande förståelse av gastrointestinal motilitet i framtiden.

Acknowledgments

DMK stöddes av ett IRACDA bidrag från NIGMS (K12GM093857) till Virginia Commonwealth University. Detta arbete stöddes av NIDDKD bidrag DK34153 till John R. Grider.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium Chloride (NaCl) Fisher BP358 For Krebs buffer.
Potassium Chloride (KCl) Fisher BP366 For Krebs buffer.
Potassium Phosphate (KH2PO4) Fisher P285 For Krebs buffer.
Magnesium Sulfate (MgSO4) Sigma M2643 For Krebs buffer.
Calcium Chloride (CaCl2) Sigma C7902 For Krebs buffer.
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) Fisher BP328 For Krebs buffer.
Glucose Sigma G7021 For Krebs buffer.
Carboxygen (95% O2/5% CO2)
Dissecting pins
Dissecting trays/dishes
Dunkin Hartley Guinea Pigs Charles River Strain 051
ImageJ http://imagej.nih.gov/ij/ Freely available online.
GastroIntestinal Motility Monitor (GIMM) Catamount Inc., St. Albans, Vermont Includes parts listed below.
Peristaltic Pumps Included with GIMM.
Bath Cameras Included with GIMM.
Bath TransIllumination Backlights Included with GIMM.
Organ Baths Included with GIMM.
Backlight Intensity Controls Included with GIMM.
GIMM Processor ImageJ Plugin Included with GIMM.
Polyethylene Tubing Included with GIMM.
Tubing Connectors Included with GIMM.
Masterflex tubing for Peristaltic Pumps Included with GIMM.
Heating Bath/Water Circulator Included with GIMM.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Szurszewski, J. H. A 100-year perspective on gastrointestinal motility. Am. J. Physiol. 274 (3 Pt 1), G447-G453 (1998).
  2. Dinning, P. G., Arkwright, J. W., et al. Temporal relationships between wall motion, intraluminal pressure, and flow in the isolated rabbit small intestine. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 300 (4), G577-G585 (2011).
  3. Dinning, P. G., Zarate, N., et al. Pancolonic spatiotemporal mapping reveals regional deficiencies in, and disorganization of colonic propagating pressure waves in severe constipation. Neurogastroenterol. Motil. 22 (12), e340-e349 (2010).
  4. Hoffman, J. M., McKnight, N. D., Sharkey, K. A., Mawe, G. M. The relationship between inflammation-induced neuronal excitability and disrupted motor activity in the guinea pig distal colon. Neurogastroenterol. Motil. 23 (7), 673-e279 (2011).
  5. Wood, M. J., Hyman, N. H., Mawe, G. M. The effects of daikenchuto (DKT) on propulsive motility in the colon. J. Surg. Res. 164 (1), 84-90 (2010).
  6. Smith, T. K., Oliver, G. R., et al. A smooth muscle tone-dependent stretch-activated migrating motor pattern in isolated guinea-pig distal colon. J. Physiol. 551 (Pt 3), 955-969 (2003).
  7. Benard, T., Bouchoucha, M., Dupres, M., Cugnenc, P. H. In vitro analysis of rat intestinal wall movements at rest and during propagated contraction: a new method. Am. J. Physiol. 273 (4 Pt 1), G776-G784 (1997).
  8. Hennig, G. W., Costa, M., Chen, B. N., Brookes, S. J. Quantitative analysis of peristalsis in the guinea-pig small intestine using spatio-temporal maps. J. Physiol. 517 (Pt 2), 575-590 (1999).
  9. Chen, J. H. H., Zhang, Q., et al. Neurogenic and myogenic properties of pan-colonic motor patterns and their spatiotemporal organization in rats. PLoS One. 8 (4), e60474 (2013).
  10. Gwynne, R. M., Thomas, E. A., Goh, S. M., Sjövall, H., Bornstein, J. C. Segmentation induced by intraluminal fatty acid in isolated guinea-pig duodenum and jejunum. J. Physiol. 556 (Pt 2), 557-569 (2004).
  11. Lammers, W., Cheng, L. Simulation and analysis of spatio-temporal maps of gastrointestinal motility. Biomed. Eng. Online. 7 (2), (2008).
  12. Lentle, R. G., Janssen, P. W., Asvarujanon, P., Chambers, P., Stafford, K. J., Hemar, Y. High definition mapping of circular and longitudinal motility in the terminal ileum of the brushtail possum Trichosurus vulpecula with watery and viscous perfusates. J. Comp. Physiol. B. 177 (5), 543-556 (2007).
  13. Hoffman, J. M., Brooks, E. M., Mawe, G. M. Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM). J. Vis. Exp. (46), (2010).
  14. Krauter, E. M., Strong, D. S., Brooks, E. M., Linden, D. R., Sharkey, K. A., Mawe, G. M. Changes in colonic motility and the electrophysiological properties of myenteric neurons persist following recovery from trinitrobenzene sulfonic acid colitis in the guinea pig. Neurogastroenterol. Motil. 19 (12), 990-1000 (2007).
  15. Spencer, N. J., Nicholas, S. J., et al. Mechanisms underlying distension-evoked peristalsis in guinea pig distal colon: is there a role for enterochromaffin cells? Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 301 (3), G519-G527 (2011).
  16. Sia, T. C., Brookes, S. J., Dinning, P. G., Wattchow, D. A., Spencer, N. J. Peristalsis and propulsion of colonic content can occur after blockade of major neuroneuronal and neuromuscular transmitters in isolated guinea pig colon. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 305 (12), G933-G939 (2013).
  17. Nicholas, S., Spencer, N. J. Peristalsis and fecal pellet propulsion do not require nicotinic, purinergic, 5-HT3, or NK3 receptors in isolated guinea pig distal colon. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 298 (6), G952-G961 (2010).
  18. Hurst, N. R., Kendig, D. M., Murthy, K. S., Grider, J. R. The short chain fatty acids, butyrate and propionate, have differential effects on the motility of the guinea pig colon. Neurogastroenterol. Motil. 26 (11), 1586-1596 (2014).
  19. Kendig, D. M., Hurst, N. R., et al. Activation of the umami taste receptor (T1R1/T1R3) initiates the peristaltic reflex and pellet propulsion in the distal colon. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 307 (11), G1100-G1107 (2014).
  20. Gwynne, R., Bornstein, J. Mechanisms underlying nutrient-induced segmentation in isolated guinea pig small intestine. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 292 (4), G1162-G1172 (2007).
  21. Lammers, W. J. Spatial and temporal coupling between slow waves and pendular contractions. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 289 (5), G898-G903 (2005).
  22. Grider, J. R. Neurotransmitters mediating the intestinal peristaltic reflex in the mouse. J. Pharmacol. Exp. Ther. 307 (2), 460-467 (2003).
  23. Foxx-Orenstein, A. E., Grider, J. R. Regulation of colonic propulsion by enteric excitatory and inhibitory neurotransmitters. Am. J. Physiol. 271 (3 Pt 1), G433-G437 (1996).
  24. D'Antona, G., Hennig, G. W., Costa, M., Humphreys, C. M., Brookes, S. J. Analysis of motor patterns in the isolated guinea-pig large intestine by spatio-temporal maps. Neurogastroenterol. Motil. 13 (5), 483-492 (2001).
  25. Roberts, R. R., Murphy, J. F., Young, H. M., Bornstein, J. C. Development of colonic motility in the neonatal mouse-studies using spatiotemporal maps. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 292 (3), G930-G938 (2007).
  26. Holmberg, A., Olsson, C., Hennig, G. W. TTX-sensitive and TTX-insensitive control of spontaneous gut motility in the developing zebrafish (Danio rerio) larvae. The J. Exp. Biol. 210 (Pt 6), 1084-1091 (2007).
  27. Singh, R. D., Gibbons, S. J., et al. Ano1, a Ca2+-activated Cl- channel, coordinates contractility in mouse intestine by Ca2+ transient coordination between interstitial cells of Cajal. J. Physiol. 592 (Pt 18), 4051-4068 (2014).
  28. Neal, K. B., Parry, L. J., Bornstein, J. C. Strain-specific genetics, anatomy and function of enteric neural serotonergic pathways in inbred mice. J. Physiol. 587 (Pt 3), 567-586 (2009).
  29. Roberts, R. R., Bornstein, J. C., Bergner, A. J., Young, H. M. Disturbances of colonic motility in mouse models of Hirschsprung's disease. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 294 (4), G996-G1008 (2008).
  30. Costa, M., Dodds, K. N., Wiklendt, L., Spencer, N. J., Brookes, S. J., Dinning, P. G. Neurogenic and myogenic motor activity in the colon of the guinea pig, mouse, rabbit, and rat. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 305 (10), G749-G759 (2013).
  31. Huizinga, J. D., Martz, S., Gil, V., Wang, X. Y. Y., Jimenez, M., Parsons, S. Two independent networks of interstitial cells of cajal work cooperatively with the enteric nervous system to create colonic motor patterns. Front. Neurosci. 5 (93), (2011).
  32. Lentle, R. G., De Loubens, C., Hulls, C., Janssen, P. W., Golding, M. D., Chambers, J. P. A comparison of the organization of longitudinal and circular contractions during pendular and segmental activity in the duodenum of the rat and guinea pig. Neurogastroenterol. Motil. 24 (7), 686-695 (2012).
  33. Bercìk, P., Bouley, L., Dutoit, P., Blum, A. L., Kucera, P. Quantitative analysis of intestinal motor patterns: spatiotemporal organization of nonneural pacemaker sites in the rat ileum. Gastroenterol. 119 (2), 386-394 (2000).
  34. Wu, R. Y., Pasyk, M., et al. Spatiotemporal maps reveal regional differences in the effects on gut motility for Lactobacillus reuteri and rhamnosus strains. Neurogastroenterol. Motil. 25 (3), e205-e214 (2013).
  35. Ellis, M., Chambers, J. D., Gwynne, R. M., Bornstein, J. C. Serotonin and cholecystokinin mediate nutrient-induced segmentation in guinea pig small intestine. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 304 (8), G749-G761 (2013).
  36. Janssen, P. W., Lentle, R. G., Asvarujanon, P., Chambers, P., Stafford, K. J., Hemar, Y. Characterization of flow and mixing regimes within the ileum of the brushtail possum using residence time distribution analysis with simultaneous spatio-temporal mapping. J. Physiol. 582 (Pt 3), 1239-1248 (2007).
  37. Costa, M., Wiklendt, L., et al. An experimental method to identify neurogenic and myogenic active mechanical states of intestinal motility. Front. Syst. Neurosci. 7, 7 (2013).
  38. Dinning, P. G., Wiklendt, L., et al. Neural mechanisms of peristalsis in the isolated rabbit distal colon: a neuromechanical loop hypothesis. Front. Neurosci. 8, 75 (2014).
  39. Janssen, P. W., Lentle, R. G., Hulls, C., Ravindran, V., Amerah, A. M. Spatiotemporal mapping of the motility of the isolated chicken caecum. J. Comp. Physiol. B. 179 (5), 593-604 (2009).
  40. Janssen, P. W., Lentle, R. G., Chambers, P., Reynolds, G. W., De Loubens, C., Hulls, C. M. Spatiotemporal organization of standing postprandial contractions in the distal ileum of the anesthetized pig. Neurogastroenterol. Motil. 26 (11), 1651-1662 (2014).
  41. Angeli, T. R., Du, P., et al. The bioelectrical basis and validity of gastrointestinal extracellular slow wave recordings. J. Physiol. 591 (Pt 18), 4567-4579 (2013).
  42. Kuizenga, M. H., Sia, T. C., et al. Neurally mediated propagating discrete clustered contractions superimposed on myogenic ripples in ex vivo segments of human ileum. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 308 (1), G1-G11 (2015).
  43. Kunze, W. A., Furness, J. B. The enteric nervous system and regulation of intestinal motility. Annu. Rev. Physiol. 61, 117-142 (1999).
  44. Dinning, P. G., Szczesniak, M. M., Cook, I. J. Twenty-four hour spatiotemporal mapping of colonic propagating sequences provides pathophysiological insight into constipation. Neurogastroenterol. Motil. 20 (9), 1017-1021 (2008).
  45. Berthoud, H. R., Hennig, G., Campbell, M., Volaufova, J., Costa, M. Video-based spatio-temporal maps for analysis of gastric motility in vitro: effects of vagal stimulation in guinea-pigs. Neurogastroenterol. Motil. 14 (6), 677-688 (2002).

Tags

Molecular Biology Spatiotemporal karta diameter karta mag-tarmkanalen framdrivning peristaltiken rörlighet video-inspelning stmap DMAP
Spatiotemporal Kartläggning av motilitet i<em&gt; Ex vivo</em&gt; Förberedelser tarm
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kendig, D. M., Hurst, N. R., Grider, More

Kendig, D. M., Hurst, N. R., Grider, J. R. Spatiotemporal Mapping of Motility in Ex Vivo Preparations of the Intestines. J. Vis. Exp. (107), e53263, doi:10.3791/53263 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter