Recently available video recording and spatiotemporal mapping (STmap) techniques make it possible to visualize and quantify both propagating and mixing patterns of intestinal motility. The goal of this protocol is to explain the generation and analysis of STmaps using the GastroIntestinal Motility Monitoring (GIMM) system.
多种方法已经被用于记录和评估胃肠蠕动,包括:在肌肉张力的变化记录,腔内的压力,和膜电位。所有这些方法依赖于活性测定在沿着肠道的一个或多个位置同时其然后解释为提供整体运动模式的感觉。近日,视频录制和时空映射(STMAP)技术的发展使人们可以观察和分析体外全结肠和小肠段复杂的图案。一旦记录和数字化,视频记录可以被转换为在该管腔直径被转换为灰度或STmaps颜色[称为直径的地图(DMAPS)]。 STmaps可以提供运动方向( 即静止的,蠕动,抗蠕动),速度,时间,频率和收缩运动模式的强度数据。这种方法的优点包括:analysi相互作用或在同一段的不同区域不同运动模式同步发展秒,蠕动图案的可视化随时间改变,以及如何活动的分析在一个区域影响活性在另一个区域。视频录音可以重放具有不同的时间表和分析参数,以便独立STmaps和蠕动模式可以进行更详细的分析。该协议具体细节腔内液体扩张和腔内刺激影响运动产生的影响。使用管腔受体激动剂和拮抗剂提供特定的模式如何发起和如何一个图案可以被转换成另一种模式的机械信息。该技术是通过仅测量运动引起的变化的腔直径,而不提供关于腔内压力的变化或肌肉张力数据,并通过基于实验装置的工件的产生的能力的限制;虽然,analysi小号的方法可以考虑到这些问题。相较于以往的技术录像和STMAP方法提供胃肠道功能比较全面的了解。
记录和分析肠道蠕动的各种方法已经发展了近150年1。这些已经从最初的不等体内威廉博蒙特并测量与肌肉紧张,腔内压力,和/或膜电位的多站点记录的解释的更近的方法沃尔特炮的观察和描述( 即,交界电位)2 – 6。后面的这些方法提供了整体运动模式的快照,而是由记录的位点的数目和数据的内插的区域,以在记录点之间的有效性是有限的。
视频录制和时空映射(STMAP)技术的最新发展使人们可以观察和分析体外全结肠和小肠段复杂的运动模式。最初的办法,先为INTES描述tinal段在20世纪90年代后期7,8,取决于调查设计的软件来分析录像;现在已经创建或修改的软件用于此目的2,8几组– 12。虽然有许多组织已经产生自己的软件包或插件,他们都分析直径组织段以及各种直径转换为灰度表示。市售的记录和分析系统,称为胃肠蠕动监测系统(GIMM)提供了交钥匙的方式,允许双方通过粪便颗粒速度的决心推进运动豚鼠远端结肠13,以及对推进和混合动力模式的分析分析与流体刺激在完整的肠段4,5,14 – 19。这后一种方法取决于STmaps的产生和分析,并在本文中描述。该方法的目标是增加吨他能力定性和定量分析存在于肠道内的各种运动的模式。而其它基团已通过自己的软件中使用的STMAP的运动分析,这是如何使用GIMM来分析运动型态通过产生STmaps的第一次描述。在本文中,我们提供了详细的一步一步的说明,:肠道组织的录像,录像参数进行合适的设置的准备,最大限度的检测能力改变组织的直径,创造STmaps的,还有解释和使用GIMM系统和ImageJ的软件STmaps的分析。
这里介绍的方法是特定的流体或含有影响肠道蠕动型态化合物半固体的腔灌注的分析。一种粪便颗粒推进的分析方法的论文Mawe和他的同事13进行说明。此处描述的通用方法可以是应用到其他管状平滑肌器官如:小肠,血管,尿道,输尿管, 等等。虽然自身这个方法不提供对压力变化或肌肉张力数据,它可以再加上使用的压力换能器,力传感器或电生理学测量,以提供运动模式作为一些其它组的一个更完整的画面显示2,15,20,21。
肠运动已被查看和从许多基于被记录的参数的性质观点说明。视频录制和时空映射已被证明的有价值的工具,允许通过肠道的长链段整体运动和/或推进的分析以及活性分析在沿区段的特定点。该方法采取视频记录和时空映射可以是双重的,并是反射检查的区域和的腔内容物的性质。在肠段其中管腔内容是多个流体和在近端结肠,其中内容是更半固体的活性是通过推注或输注腔内引入流体的诱导。从这些视频记录作出时空映射被设计成如上所述代表整个段的运动。与此相反,在中期到远端结肠,其中内容是更牢固,活性是通过插入一个粪便PELLE的发起吨(环氧涂层自然沉淀或人工丸)和时空映射被设计通过结肠,以反映如图Hoffman等13的 JOVE文章中的丸粒的移动。因此,实验和分析的设置是很关键的取决于刺激和区域的种类正在研究中。因此,对于产生和液诱导的肠能动性时空映射的分析的关键步骤是:1)适当的除去从解剖组织肠系膜; 2)拍摄之前,正确的图像校准; 3)适当的去除STMAP生成和分析过程中的文物; 4)在分析系统的适当的设置; 5)获得的手巧,以导尿和缝合部分而不损坏它们。
虽然使用管腔直径STmaps的具有改进的可视化和分析充分蠕动模式随着肠的区域的能力,最好用结合时的技术中的压力或肌肉功能测量收缩2,15,20。例如,尽管一些肌肉收缩可能改变管腔直径略和是对一些STmaps(即,生肌涟漪)可见它们实际上可能不引起的肠内容物25中任推进或混合。这不能被未经这种技术对其他功能测量的耦合已知的。而且,许多组织标本在这种类型的系统(即,一个封闭的腔系统或恒定腔灌注通过泵系统)的性质导致内STmaps工件。因此,用户必须知道他们的特定器官的制备和实验如何导致在数据和方法,以避免或排除这些工件在数据分析 (例如,肠系膜诱导的垂直线或暗像素化伪影是由于组织的无能从系统处于关闭管腔制备排出流体)。有多种方法的一个中腔灌注圆通肠段除了一个封闭的系统。一种方法是代替使用开放系统,该系统保持恒定的腔内/背压力通过在制备8-10,30的肛门端使用一个凸起管和/或单向阀。这允许流体期间推进收缩移出制剂。
由于该系统是建立主要是为了检测变化管腔直径,这些收缩或运动模式,不严重影响管腔直径往往难以通过该协议的可视化。自变化STMAP中的像素着色是基于变化的腔直径,运动模式,不会导致在大直径的改变不会被可视化以及在这种方法中,如果强收缩也相同记录中存在。所描述的可视化和波纹型收缩分析(图3),设定记录接近吨视频中的分析线Ø组织壁能避免这个问题。这种方法减少了STMAP中显示的最大直径,所以收缩,仅最低限度改变组织直径可以被可视化。另一种选择来解决这个问题是改变所分析的视频段的持续时间,要排除收缩极大影响管腔直径,从而使较小的收缩更容易显现。这导致运动性最低程度改变管腔直径寻找类似一个单独的STMAP其中收缩极大地改变管腔直径的潜在问题。这是因为,在地图上的白色像素的确定是基于最小直径在给定的视频。如果没有在视频(很少或没有收缩环形肌的)非常小的收缩,不改变制剂的直径大大可以类似于从另一个视频蠕动收缩内直径多变性。因此,要考虑这个数字是非常重要的传说中的地图的右上角。如果最大直径和最小直径之间的差小到STMAP比较它从以确定象素色调变化的作为STMAP所表示的有效性产生的视频这一点很重要。因此,考试相结合的比例尺与实际拍摄的关键是要纠正的地图解释。
视频录制和肠和结肠段的时空映射已被应用于各种物种,包括斑马鱼26的 ,小鼠25,27 – 30,大鼠7,9,30 – 33,豚鼠5,6,8,13 – 19 24,30,32,34,35,刷尾负鼠12,36,兔2,30,37,38,鸡39,猪40,41和人类42。最广泛研究的物种是豚鼠。这并不奇怪,因为豚鼠肠神经系统H作为被最完全地表征和历史上它已经研究最多在体外对于肠43的推进运动的动物。时空映射已经主要适用于小动物肠道管段;然而,在兔和猪使用改性系统的研究表明这种方法要更大的动物中的应用。在兔子的情况下,该方法是相同的,所不同的是更大的片段和器官浴,使用30小动物。在猪中使用的方法是使用肠的形象化循环从麻醉的猪一解剖组织段的,而不是浸没到的器官浴。此外,通过互相关,而不是在大多数研究40中使用的透照法生成STmaps。用于视频录制和时空测绘的分离,vascularly循环灌注编制也被应用到较小的品种,如鼠<sup> 33。最近的一项研究Kuizenga 等 。是第一个使用视频STmaps记录在人体肠道42的体外部分运动模式;虽然,STmapping方法已在体内 3,44被施加到测压(压力)记录中的分析人类。在人体组织中所记录的运动模式是类似于那些已经记录在动物模型中使用类似的技术和验证这种方法来人体组织的延伸。值得注意的是,该研究结合STmaps来源于录像与记录的力传感器肌肉收缩的测量。通过插入离体段光纤测压导管腔内压力测试也被转换成STMAP,显示STMAP的通用性,可视化多变化的管腔直径。这种组合方法相关肌肉紧张,腔内压力和室壁运动允许从视频记录所产生的STmaps的一个更深入的功能分析。
从墙的动作和变化,管腔直径(也称为DMAPS)产生STmaps研究允许的运动模式的详细描述,如推进蠕动波和局部节段性收缩。虽然这些图案是由早期的实验方法确定的,目前的方法使局部收缩运动,如波纹和新型抗蠕动收缩9,24,25,30,31,42一个更精确的定义。 STmaps和改变运动模式的分析的结构已应用于在小肠和结肠的胃肠蠕动关键问题。这些措施包括:神经源性肌和收缩的分化和定义Cajal间6,9,11,12,16,24,26,27,29质细胞的作用– 31,33,37 – 40,42,理解复杂对各种运动模式的圆形和纵向的肌肉层2,7,8,11,12,32,39,40之间的相互作用,考察腔内的营养物质10,18,19的影响,微生物菌种34,和粘度12,36,和理解各种内源性神经激素剂和外源性药剂2,4的 作用– 7,9,10,13 – 17,28,35,40中的产生和运动的修饰。这种技术的未来涉及与其他测量,包括压力,电生理学和张力/收缩偶联它。最近的研究经常与视频记录和时空映射联合以提供额外的相关细节2,42并入其中的一个或多个测量结果。此外,该系统可被用于测量运动在其它管状和非管状器官。例如,已经尝试在测量使用胃动力这样的系统,但技术和软件需要改进,以更好地量化运动以这样的非管状器官45。毫无疑问的是,使用单独或与分析的更传统的方法相结合的时空映射技术将导致更深入的和未来的肠胃蠕动的全面了解。
The authors have nothing to disclose.
DMK是由一个IRACDA津贴从NIGMS(K12GM093857)到弗吉尼亚联邦大学的支持。这项工作是由NIDDKD授予DK34153约翰R. Grider支持。
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. |