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.
기록 근육 긴장의 변화, 관내 압력 및 막 전위 : 여러 방법들이 기록을 포함한 위장관 운동을 평가하기 위해 사용되어왔다. 이들 접근법 모두는 전체적인 운동성 패턴 감각을 제공하도록 해석되는 동시에 소화관을 따라 하나 또는 다수의 위치들에서 활동의 측정에 의존한다. 최근, 영상수록 시공간 매핑 (STMAP) 기법의 개발이 가능하고 관찰 결장 부위의 생체 전체 세그먼트에 복잡한 패턴을 분석하는 데있다. 일단 기록되고 디지털화 된 비디오 레코드 내강 직경 또는 그레이 스케일로 변환되는 STmaps로 전환시킬 수있다 색 [불리는 직경 맵 (Dmaps)]. STmaps는 운동 방향 (즉, 고정, 연동, antiperistaltic), 속도, 지속 시간, 빈도 및 수축 운동 패턴의 강도에 데이터를 제공 할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 다음과 같습니다 analysi을상호 작용 또는 동일한 세그먼트의 상이한 영역에서 상이한 운동 패턴을 동시에 발전들, 운동 패턴의 시각화는 경시 변화하고, 다른 영역에서의 하나의 영역에 영향 활성 활성의 분석 방법. 별도 STmaps과 운동성 패턴을보다 상세히 분석 할 수 있도록 비디오 레코딩은 상이한 시간 척도 및 분석 파라미터로 재생 될 수있다. 이 프로토콜은 특별히 운동성 생성에 영향을 관내의 유체 팽창 및 관내 자극의 효과를 자세히. 내강 수용체 작용제 및 길항제의 사용은 하나의 패턴이 다른 패턴으로 변환하는 방법을 특정 패턴이 시작되는 방법에 기계적 정보를 제공한다. 기술은 관내 압력 변화 또는 근육 긴장에 데이터를 제공하지 않고, 내강 직경의 변화를 초래하고 실험 구성에 기초하여 아티팩트의 발생에 의해 운동성을 측정 할 수있는 능력에 의해 제한된다; 하지만, analysi의 방법은 이러한 문제를 설명 할 수 있습니다. 이전 기법에 녹화를 비교 STMAP 접근법은 위장관 운동의 더 포괄적 인 이해를 제공하는 경우.
기록 및 장 운동을 분석하는 다양한 방법은 과거 150년 1에 걸쳐 개발되어왔다. 이들은 초기 원거리에서 생체 측정 및 근육 긴장, 관내 압력, 및 / 또는 잠재적 인 멤브레인의 다중 녹음의 해석의 최신 방법에 윌리엄 버몬트의 월터 캐논의 관찰 및 설명 (즉, 접합부 전위) 2 – 6. 이러한 후자의 접근은 전반적인 운동성 패턴의 스냅 샷을 제공하지만, 기록 위치의 번호와 기록 위치 사이의 영역에 대한 데이터의 보간의 유효성에 의해 제한된다.
영상수록 시공간 매핑 (STMAP) 기술의 최근의 발전이 가능하고 관찰 결장 부위의 생체 전체 세그먼트의 복잡한 운동 패턴을 분석하는 데있다. 처음 INTES에 대한 설명 초기 접근 방법,비디오 녹화를 분석하는 조사 설계 소프트웨어에 의존 1990 년대 후반 7,8에서 tinal 세그먼트; 여러 그룹은 지금 만들거나 이러한 목적으로 2,8 소프트웨어를 수정 한 – 12. 많은 그룹이 자신의 소프트웨어 패키지 또는 플러그인을 생성하고 있지만, 그들 모두는 조직 세그먼트의 직경을 분석하고 그레이 스케일 표현으로 그 다양한 직경을 변환합니다. 시판 기록 및 분석 시스템은 위장관 운동 모니터링 시스템 (GIMM) 기니피그 원위 결장 (13)뿐만 아니라 추진력과 혼합 운동 패턴 분석 분변 펠릿 속도 판정 통한 추진력 운동성 모두의 분석을 허용 턴키 방식을 제공한다라고 19 – 그대로 장 세그먼트 4,5,14에서 유체 자극으로. 이 후자의 접근 방식은 STmaps의 생성 및 분석에 따라이 논문에 기술되어있다. 이 방법의 목적은 t를 증가시키는그 능력과 질적 양적으로 장내 본 각종 운동 패턴을 분석한다. 다른 그룹이 자신의 소프트웨어를 통해 운동성 분석 STMAP를 사용 하였지만, 이것에 의해 발생 STmaps 운동성 패턴을 분석 GIMM를 사용하는 방법의 제 설명한다. 티슈 직경의 변화를 감지하는 능력, STmaps의 생성을 최대화 비디오 기록 비디오 기록 파라미터의 적절한 설정에 창자 조직의 제조뿐만 아니라 : 본 연구에서는 자세한 단계별 지침을 제공 해석 GIMM ImageJ에 시스템 및 소프트웨어를 사용하여 분석 STmaps.
여기에 설명 된 방법은 유체 또는 장 운동 패턴에 영향을 미치는 화합물을 함유하는 반고체의 내강 관류의 분석에 고유하다. 분변 펠릿 추진 분석 방법 Mawe 동료 13 논문에서 설명된다. 여기에 기술 된 일반적 방법에 따라서는 수같은 다른 매끄러운 관형 근육 기관에 적용 : 자체적이 방법은 압력 또는 근육 긴장의 변화에 데이터를 제공하지 않지만 등 소장, 혈관, 요도, 요관,이를 압력을 이용하여 결합 될 수도 센서, 힘 센서 또는 전기 생리 학적 측정은 어떤 다른 그룹과 같은 운동 패턴의 더욱 완전한 그림을 도시 한 2,15,20,21 제공한다.
장 운동 보거나 기록되는 파라미터의 특성에 기초하여 다수의 관점에서 설명되었다. 영상수록 시공간 매핑 세그먼트를 따라 특정 지점에서 소화관의 긴 부분에 걸쳐 전반적으로 이동 및 / 또는 추진의 분석뿐만 아니라 활성의 분석을 가능하게하는 유용한 도구를 입증했다. 방법은 두 가지가 될 수 영상수록 시공간 매핑 촬영하여 검사 영역과 내강 내용의 특성을 반영한 것이다. 내용이 더 반고체 곳 내강 내용이 더 유체 및 근위 대장에 장 세그먼트에서 활동 루스 또는 주입에 의한 유체의 관내 도입에 의해 유도된다. 이러한 비디오 레코드에서 만든 시공간 맵은 전술 한 바와 같이 전체 세그먼트의 이동을 나타내도록 설계된다. 대조적으로, 더 많은 내용이 고체 원위 결장 중반에, 활성 분변 PELLE의 삽입에 의해 개시되는t (에폭시 천연 또는 인공 펠릿 펠릿을 피복) 및 시공간 맵 호프만 외. (13)의 정돈 된 문서에 예시 된 바와 같이 결장 통해 펠렛의 움직임을 반영하도록 설계된다. 따라서, 실험과 분석의 설정이 중요하고 연구되고 자극과 영역의 유형에 의존한다. 따라서, 생성, 유체에 의한 장 운동의 시공간지도의 분석을위한 중요한 단계는 다음과 같습니다 해부 조직에서 장간막의 1) 적절한 제거; 2) 녹화 전에 적절한 이미지 보정; STMAP 생성 및 분석 중에 유물 3) 적절한 제거; 4) 분석 시스템의 적절한 설치; 5) 카테 테르를 꽂다하고 손상을주지 않고 세그먼트를 봉합 할 수있는 손재주를 얻고있다.
내강 직경 STmaps의 사용 부위의 전체 영역에 걸쳐 운동 패턴을 시각화하고 분석하는 기능을 개선하면서와 결합 할 때,이 기술은 최상의 사용압력이나 근육의 기능 측정은 2,15,20을 수축. 일부 근육의 수축이 약간 내강 직경을 변경하고 일부 STmaps (즉, 근육 조직 잔물결)에서 볼 수 있지만 예를 들어, 그들은 실제로 장의 내용 (25)의 추진 또는 혼합을 유발하지 않습니다. 이는 다른 기능의 측정이 기술의 결합없이 공지 될 수 없다. 또한, (펌프 시스템에 의해, 즉, 닫힌 내강 시스템 또는 일정한 관류 내강) 이러한 형태의 시스템에서 많은 조직 제제의 특성상 STmaps 내의 아티팩트 리드. 따라서, 사용자로 인해 조직의 무능력에 특정 기관의 준비와 실험 데이터와 피하거나 이러한 데이터 분석의 유물 (예를 들어, 장간막에 의한 수직 라인 또는 어두운 픽셀 화를 제외하는 방법으로 유물로 이어질 수있는 방법을 알고 있어야합니다 ) 폐쇄 내강 준비 시스템에서 유체를 추방. 의 내강 관류에 대한 여러 가지 방법이 있습니다폐쇄 된 시스템 외에 장 세그먼트 문의. 하나의 방법은 대신 제조 8-10,30의 항문 끝에 상승 관 및 / 또는 일방향 밸브를 사용하여 일정한 관내 / 배압을 유지 개방형 시스템을 사용하는 것이다. 이것은 유체가 추진 수축 동안 준비 밖으로 이동할 수 있습니다.
시스템이 설치 내강 직경의 변화를 검출 할 수있는 바와 같이 주로, 내강 직경이 크게 영향을주지 않는 수축 또는 운동성 패턴이 프로토콜에 의해 종종 가시화하기 어렵다. STMAP 내의 픽셀 쉐이딩의 변화가 내강 직경의 변화에 기초하고 있기 때문에 강한 수축도 동일한 기록 내에 존재하는 경우, 직경이 큰 변화를 일으키지 않는 운동성 패턴은 이러한 방법으로 잘 가시화되지 않는다. 가까이 t 기록 영상 분석 라인을 설정 시각화 및 리플 형 수축의 분석 (도 3)에서 기술 한 바와 같이O 조직의 벽이 문제를 미연에 방지 할 수 있습니다. 단지 조직 최소 직경을 변경 수축이 가시화 될 수 있으므로이 방법은, STMAP 내에 표시 최대 직경을 감소시킨다. 이 문제를 해결하기위한 또 다른 옵션은 작게 수축보다 쉽게 가시화되도록 크게 내강 직경의 수축에 영향을 배제하기 위해, 분석 된 영상 구간의 지속 시간을 변경한다. 이것은 최소한의 수축이 크게 내강 직경을 변화 별도의 STMAP에 유사하게 보이는 내강 직경을 변화 운동의 잠재적 인 문제로 이어집니다. 지도 흰색 픽셀의 판정에 주어진 비디오 최소 직경에 기초하기 때문이다. 비디오 (거의 원형 근육없이 수축) 다른 비디오에서 연동 수축과 유사 할 수 있습니다 크게 준비의 직경을 변경하지 않는 아주 작은 수축 내 직경 많은 변화가없는 경우. 따라서,도를 고려하는 것이 중요지도의 오른쪽 상단 모서리에있는 전설. 최대 직경과 최소 직경의 차이가 작은 경우에는이 STMAP에 나타낸 바와 같이 화소 쉐이드 변경의 타당성을 확인하는로부터 생성 된 비디오 (STMAP)과 비교하는 것이 중요하다. 따라서, 실제의 기록과 함께 스케일 바의 검사지도의 해석을 수정하는 것이 중요하다.
19 – 기니피그, 5,6,8,13을 33 – 30, 래트 7,9,30 – 영상수록 창자 및 결장의 세그먼트 시공간 매핑은 제브라 피쉬 (26)을 포함한 다양한 종, 마우스 25, 27에 적용된 24,30,32,34,35, brushtail 좀도둑 12, 36, 토끼 2,30,37,38, 닭 39, 돼지 40, 41과 인간 (42). 가장 널리 연구 종 기니 돼지이다. 기니 돼지 신경계 시간을 장 때문에 놀라운 일이 아니다가장 완전히 특성화되었다 역사적으로 대부분의 부위 (43)의 추진력 운동성 관련하여 시험 관내 연구 동물이었다. 시공간 매핑은 주로 작은 동물의 창자의 관상 세그먼트에 적용되었습니다; 그러나, 토끼와 돼지 사용하여 수정 시스템의 연구는 더 큰 동물이 방법의 응용 프로그램을 보여줍니다. 토끼의 경우, 상기 방법은 큰 세그먼트 및 장기 화장실 (30)를 사용한 것을 제외하고는 작은 동물의 것과 동일하다. 돼지에 사용되는 방법은 기관 욕에 해부 조직 세그먼트의 마취 된 돼지에서 침지보다는 소장의 표면화 루프를 사용하는 것이다. 또한, STmaps는 상호 상관이 아닌 대부분의 연구에 사용 된 40 transillumination 법에 의해 생성 하였다. 영상수록 시공간 매핑 격리 vascularly 루프 관류 제제는 또한 쥐 같은 작은 종에 적용된 <sup> 33. Kuizenga 등의 등의 최근 연구. 비디오의 STmaps의 첫 번째 사용은 인간의 장 (42)의 생체 분야에서 운동 패턴을 기록입니다 STmapping 접근법은 생체 내에서 인간 3,44 마노미터 (압력) 기록의 분석에 적용되어, 비록. 인체 조직의 운동성 기록 패턴과 유사한 기술을 사용하여 인간의 조직에이 접근법의 연장을 검증 이미 동물 모델에 기록 된 것과 유사하다. 그것은이 연구 결합 STmaps 힘 센서에 의해 기록 된 근육 수축의 측정과 비디오 녹화에서 파생 된 것이 주목할 만하다. 생체 세그먼트에 삽입 광섬유 마노미터 카테터에 의한 관내 압력의 측정은 또한 내강 직경의 변화보다 더 시각화 STMAP의 기능성을 나타내는, STMAP로 전환시켰다. 이러한 결합 방식에 상관 근육 긴장, 관내 압력과 벽 운동 허용비디오 레코드에서 생성 된 STmaps의보다 심층적 인 기능 분석.
벽 운동과 (또한 Dmaps라고도 함) 내강 직경의 변화에서 발생 STmaps의 연구는 추진 연동 파도와 지역화 된 분절의 수축으로 운동 패턴에 대한 자세한 설명을 허용했다. 이 패턴은 이전의 실험적인 방법에 의해 확인 된 반면, 현재의 접근 방식은 리플 및 신규 한 안티 연동 수축 9,24,25,30,31,42 같은 국소 수축 운동의 더 세련 정의를 허용한다. STmaps 및 운동 패턴의 변화 분석의 건설은 소장과 대장의 위장관 운동의 주요 질문에 적용되고있다. 이들은 다음을 포함한다 : 신경 인성 및 근육 조직의 수축의 분화 및 간질 Cajal 6,9,11,12,16,24,26,27,29 세포의 역할 정의 – 31,33,37 – (40, 42)을, 복잡한 이해다양한 운동 패턴에 관내 영양소 10,18,19의 효과 조사 원형과 세로 근육 층 2,7,8,11,12,32,39,40 사이의 상호 작용, 미생물 균주 (34), 및 점도 12, 36, 7,9,10,13 – – 세대 17,28,35,40과 운동성의 수정 및 다양한 내인성 신경 호르몬 제 및 2,4- 외인성 약리 에이전트의 역할을 이해. 이 기술의 미래는 압력, 전기 생리학과 긴장 / 수축력을 포함한 다른 측정과 함께 커플 링이 포함됩니다. 최근의 연구들은 추가적인 상호 상세 2,42를 제공하는 영상수록 시공간 매핑과 함께 이러한 측정치 중 하나 이상을 인용 하였다. 또한, 시스템은 다른 관형 및 비 관상 기관의 운동을 측정하는데 사용될 수있다. 예를 들어, 시도하여 위 운동을 측정에서 이루어졌다이러한 시스템하지만 기술과 소프트웨어는 더 나은 같은 비 관상 기관 (45)의 운동성을 정량화하는 정제가 필요합니다. 시공간 매핑 기법 단독 및 분석의 전통적인 방법과 조합의 사용이보다 깊이와 미래 위장관 운동의 포괄적 인 이해로 이어질 것이라고 의심의 여지가 없다.
The authors have nothing to disclose.
DMK는 버지니아 커먼 웰스 대학 NIGMS (K12GM093857)에서 IRACDA 교부금에 의해 지원되었다. 이 작품은 존 R. 거더에 NIDDKD 부여 DK34153에 의해 지원되었다.
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. |