JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

מיפוי Spatiotemporal של תנועתיות ב<em> Ex Vivo</em> תכשירים מהמעיים

Published: January 27, 2016
doi:
10.3791/53263
, ,
1Department of Physiology and Biophysics,Virginia Commonwealth University, 2Department of Biology,Loyola University Maryland

Summary

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.

Abstract

גישות מרובות שימשו להקליט ולהעריך תנועתיות מערכת העיכול כולל: רישום שינויים במתח שרירים, לחץ intraluminal, ופוטנציאל הממברנה. כל הגישות הללו תלויים במדידה של פעילות במיקום אחד או מרובה לאורך הבטן בו זמנית אשר לאחר מכן מתפרשים על מנת לספק תחושה של דפוסי תנועתיות הכלליים. לאחרונה, הפיתוח של הקלטת וידאו וטכניקות מיפוי spatiotemporal (STmap) הפך אותו ניתן להתבונן ולנתח דפוסים מורכבים במגזרים שלמים vivo לשעבר של מעי גס ובמעי. נרשמו ודיגיטלי ברגע, ניתן להמיר וידאו לתיעוד STmaps בי קוטר luminal מומר לגוונים אפורים או [מפות קוטר נקרא (Dmaps)] צבע. STmaps יכול לספק נתונים על כיוון תנועתיות (כלומר, נייחת, peristaltic, עווית), מהירות, משך, תדירות ועוצמה של דפוסי תנועתיות התכווצות. יתרונות של גישה זו כוללים: analysiים של אינטראקציה או פיתוח בו זמנית של תבניות תנועתיות שונות באזורים השונות של אותו הקטע, ויזואליזציה של דפוס תנועתיות משתנה על פני זמן, וניתוח של כמה פעילות בפעילות השפעות אזור אחד באזור אחר. ניתן שחזרו הקלטות וידאו עם לוחות זמנים שונים ופרמטרי ניתוח, כך שיכולים להיות מנותחים STmaps הנפרד ודפוסי תנועתיות בפירוט רב יותר. פרוטוקול זה במיוחד מפרט את ההשפעות של גירויי התנפחות וintraluminal נוזל intraluminal המשפיעים על דור תנועתיות. השימוש באגוניסטים קולט luminal ויריבים מספק מידע על איך מכניסטית ספציפי דפוסי יזם ואיך דפוס אחד יכול להיות מומר לתבנית אחרת. הטכניקה היא מוגבלת על ידי היכולת למדוד תנועתיות שגורמת לשינויים בקוטר luminal, מבלי לספק נתונים על שינויים בלחץ intraluminal או מתח שרירים, ועל ידי הדור של חפצים המבוססים על הגדרת ניסוי בלבד; למרות, analysiשיטות של יכולות להסביר לבעיות אלה. בהשוואה לטכניקות קודמות הקלטת וידאו וגישת STmap מספקת הבנה מקיפה יותר של תנועתיות מערכת העיכול.

Introduction

שיטות שונות של הקלטה וניתוח תנועתיות מעיים פותחו במשך 150 השנים האחרונות 1. אלה נע בין הראשוניים in vivo תצפיות ותיאורים של ויליאם בומונט ושל וולטר קנון ליותר השיטות האחרונות של מדידה ופרשנות של הקלטה מרובה אתרים של מתח שרירים, לחץ intraluminal, ו / או קרום פוטנציאלי (כלומר, פוטנציאל junctional) 2 – 6. גישות אלה האחרונים לספק תמונת מצב של דפוסי תנועתיות הכלליים, אך מוגבלות במספר האתרים של הקלטה ואת תוקפו של ביון של נתונים לאזורים שבבין אתרי ההקלטה.

הפיתוח האחרון של הקלטת וידאו וטכניקות מיפוי spatiotemporal (STmap) הפך אותו ניתן להתבונן ולנתח דפוסי תנועתיות מורכבים במגזרים שלמים vivo לשעבר של מעי גס ובמעי. גישות ראשוניות, שתוארו לראשונה לintesמגזרי tinal בסוף 1990 7,8, היו תלויים בתוכנה שתוכנן חוקר לנתח הקלטת וידאו; כמה קבוצות יש כעת נוצרו או שונו תוכנה למטרה זו 2,8 – 12. בעוד קבוצות רבות שנוצרו חבילות שלהם תוכנה או תוספים, כולם לנתח קטרים ​​של קטע רקמה ולהמיר אותם בקטרים ​​שונים לייצוג בגווני אפור. מערכת הקלטה והניתוח זמינה מסחרי בשם מערכת עיכול תנועתיות ניטור (GIMM) מספק גישת סוהר המאפשרת ניתוח של שתי תנועתיות הנעה באמצעות קביעת מהירות גלולה צואה במעי גס שפן הניסיונות דיסטלי 13, כמו גם ניתוח של דפוסי תנועתיות הנעה וערבוב עם גירוי נוזל במגזרים שלמים במעי 4,5,14 – 19. גישה השנייה, זה תלויה בדור והניתוח של STmaps ומתואר במאמר זה. מטרתה של שיטה זו היא להגדיל tהוא היכולת איכותית וכמותית לנתח דפוסי תנועתיות שונים נוכחים במעי. בעוד קבוצות אחרות השתמשו STmap לניתוח תנועתיות דרך התוכנה שלהם, זה הוא התיאור הראשון של כיצד להשתמש GIMM לנתח דפוסי תנועתיות על ידי דור של STmaps. בעבודה הנוכחית, אנו מספקים הוראות מפורטות צעד-אחר-צעד ב: הכנת רקמות מעי להקלטת וידאו, הגדרה נכונה של פרמטרים הקלטת וידאו למקסם את היכולת לזהות שינויים בקוטר רקמה, יצירת STmaps, כמו גם פרשנות וניתוח של STmaps באמצעות מערכת GIMM ותוכנת ImageJ.

השיטה המתוארת כאן היא ספציפית לניתוח של זלוף luminal של נוזלים או חצי מוצק המכילים תרכובות המשפיעות על דפוסי תנועתיות מעי. שיטה לניתוח של הנעת כדור צואה מתוארת בנייר על ידי Mawe ועמיתים 13. השיטה הכללית המתוארת כאן יכולה להיותיחול על איברי שריר אחרים צינור חלק כגון: מעי דק, כלי דם, שופכה, השופכנים, וכו 'בעוד ששיטה זו בכוחות עצמו אינו מספקת נתונים על שינויים בלחץ או מתח שרירים, זה יכול להיות בשילוב עם השימוש בלחץ מתמרים, מתמרים כוח או מדידות אלקטרו לספק תמונה של דפוסי תנועתיות כחלק מקבוצות אחרות מלאה יותר הראו 2,15,20,21.

Protocol

הוועדה של אוניברסיטת וירג'יניה המוסדית טיפול בבעלי חיים והשימוש (IACUC) אישרה את כל בעלי החיים ונהלי המתת חסד שימוש בפרוטוקול זה. 1. הכנה של פתרונות הכן 4 L של חיץ קרבס (מורכב מ[ במ"מ]: 118 NaCl, 4.75 KCl, 1.19 KH 2 PO 4, 1.2 MgSO 4, 2.54 CaCl 2, 25 3 NaHCO, 11 גלוקוז). לשקול את הכמויות המתאימות של כל כימיקל מוצק, הכניס לתוך הנפח המתאים של מים ללא יונים ומערבבים בעזרת מערבולת עד הפתרון הוא ברור. לאחר מכן, לאוורר את הפתרון עם carboxygen (95% O 2, 5% CO 2) במשך 30 דקות תוך חימום עד 37 מעלות צלזיוס. לקבוע את ה- pH של התמיסה בזמן על 37 מעלות צלזיוס (הטמפרטורה זהה באמבטיה האיבר) ולהתאים לpH 7.4 במידת צורך באמצעות HCl. שמור את חיץ קרבס carboxygenated ברציפות ועל 37 מעלות צלזיוס לאורך כל אורכו של הניסוי. לָשִׂיםצינורות יבוא ו יצוא ממשאבות peristaltic למאגר החיץ והתור במשאבות peristaltic להתחיל זלוף של החיץ בכל מערכת האמבטיה צינורות ואיבר. הערה: הצפת עשויה בתחילה להישאב בחזרה לתוך המכל המקורי עד התוספת של שתי רקמות לאמבטיות איבר או כימיקלים למאגר זלוף. פעולה זו מפחיתה את הסכום הכולל של חיץ הנדרש לניסויים. אז קווי זלוף חיץ היוצאים צריכים להיות ממוקמים במכל ריק, כך שהמאגרים הנכנסים ויוצאים לא לערבב. כייל את הטמפרטורה של מערכת החימום בcirculator האמבטיה כדי שהחיץ בתוך אמבטיות האיבר הופך ונשאר 37.0 ± 0.5 מעלות צלזיוס במשך תקופת הניסוי. לאשר, ולשנות במידת צורך, את ה- pH של חיץ קרבס לפחות פעם אחת נוספת לפני הצבת קטעי רקמה באמבטיה בשלב 2.8. 2. הכנת הרקמות להרדיםשפן ניסיונות על ידי שימוש בשאיפת פחמן דו חמצני / מחנק בתא אטום או שיטת המתת חסד אחרת שאושרה על ידי ועדת טיפול בבעלי החיים ושימוש המקומית. לאחר אישור המתת חסד של החיה, לחתוך את דופן הבטן longitudinally עם מספריים לנתיחה ולאתר את המעיים. חותך את לפדר מחובר למעי הדק כדי לעזור לחשוף cecum. הערה: כדי לאשר המתת חסד לבצע הליך המשני כגון פתיחת בית החזה בין שתי המדינות כפי שאושר על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים ושימוש. אתר את הקצה הדיסטלי של cecum ותחצה את המעי הגס הפרוקסימלי רק דיסטלי לקשר שלו לcecum. אז תחצה המעי הגס הפרוקסימלי שוב ~ 8 סנטימטר דיסטלי לחיתוך הרוחב הראשון. הנח את רקמת המעי הגס לפתרון חימם וcarboxygenated קרבס (שתואר בסעיף 1) לנתיחה נוספת. הצמד את המעי הגס לאמבטיה לנתיחה ולהשתמש קבוצה קטנה יותר של מספריים כדי להסיר לפדר ושומן רבים ככל האפשר. בשעותמגש לנתיחה eated, להסיר את כל תוכן intraluminal בעדינות על ידי טפטוף של חיץ קרבס דרך לומן באמצעות מזרק מצמידים את צנתר קצה קהה (כדי למנוע ניקוב של הרקמה). הימנע על-התנפחות של המגזר במהלך תהליך זלוף זה. להשיג שני צנתרים אש מלוטשת זכוכית צינור (בקוטר 3 מ"מ) ומניח את פיסה קצרה של צינורות פוליאתילן (~ קוטר 3 מ"מ ארוך ו~ 3 מ"מ) סביב החלק של צינור הזכוכית שנכנס ללומן הרקמה. הערה: זה יאפשר התפר להציב סביב צינור הרקמות וזכוכית להישאר מאובטח ולא להחליק כהכנה ממוקמת לתוך האמבטיה האיבר ובמהלך השינויים באורך רקמה. הכנס קטטר אחד לסוף הפה של הכנת הרקמה ולקשור תפר סביב החתיכה הקטנה של צינורות המקיפים את הצנתר באמצעות הקשר של מנתח. בעדינות ינסה למשוך את הקטטר בחזרה החוצה על מנת להבטיח את הקשר הוא הדוק. לאחר מכן, לבצע את אותה פעולה על t קטטר הזנה האחרהוא aboral סוף הרקמה. ברגע שהצנתרים מובטחים, להעביר את כל ההכנה (רקמה בתוספת צנתרים) מהמגש לנתיחה לאחת מאמבטיות האיברים. מניחים את ההכנה לאמבטיה עם הסוף האוראלי מול מן המשתמש. הבא הר / לאבטח את הצנתרים שפופרת זכוכית לאמבטיה איברים על ידי אחת משתי השיטות שהציע. הערה: אבטחת זכוכית צינורות למנוע מגזר רקמה משינוי האורך במהלך הניסוי או הקרוב מעל לרמה של חיץ קרבס באמבטיה המשטח. אפשרות א ': Secure החלק העליון של צינור הזכוכית לחלק העליון של הצד של האמבטיה איבר הפלסטיק באמצעות חימר של להרקב או קליפ פלסטיק. אפשרות ב ': Secure צינורות זכוכית לעמודי המתכת שמחזיקים את המצלמות מעל הכנת האמבטיה איבר על ידי שימוש בקטעי פלסטיק. ברגע שהצנתרים מובטחים לאמבטיה, לצרף חתיכת הצינור 5 סנטימטר לקצה הפתוח של כל קטטר. לחתול האוראליהיתר, לצרף צינורות זה למזרק 10 מ"ל, אשר ישמש להזריק חיץ לתוך לומן של המגזר הגס הפרוקסימלי. לקטטר aboral, חתיכת צינור זה תאפשר יצוא luminal להיות מכוון לתוך מיכל איסוף (כוס 50 מיליליטר, מאגר, וכו '). שימוש במזרק מצורף לסוף דרך הפה, סומק לאט חימם חיץ קרבס דרך לומן הרקמה על מנת להבטיח שנוזל יכול לזרום דרך הרקמה. הזרימה אושר על ידי נוזל יציאת צנתר aboral. לכייל את מערכת הקלטת וידאו (סעיף פרוטוקול 3) ואילו הרקמות equilibrates למשך 30 דקות. 3. כיול של מערכת וידאו-הקלטה כייל את מיקום גובה מצלמה, הגדרות וידאו לבהירות והניגודיות, ומרחק אופקי באמצעות התוכנה. הערה: ההגדרות הטובות ביותר עבור setups זלוף intraluminal שונות מההגדרות המשמשות לקביעת מהירות של הנעת כדור 13. CLICK בכרטיסיית הניסוי למצלמה כדי להיות מכויל. לאחר מכן, בתפריט "קובץ" לחץ על 'כיול'. ברגע שהווידאו מופיע בחלון 'לכייל תחנת עבודה ", להגדיר את המצלמה בגובה שבו התמונה כוללת את הקצוות של הצנתרים מוכנסים לתוך לום המעי הגס. ואז, לכייל את המרחק האופקי שנצפה בתמונה באמצעות מדבקת השליט השקופה צמודה לכל אמבטיה. הערה: כיול זה הוא קריטי לחישובי תוכנה מאוחר יותר בקוטר luminal ומהירות של גלי התכווצות. באותו החלון "תחנת העבודה כיול", קבע הנחיות אנכיות האדומות, כך שהם 10 מ"מ מלבד פי השליט בתמונה המצלמה. לאחר מכן, הקלד את המרחק המתאים (10 מ"מ) בחלון 'סמני מרחק "ולחץ על הכפתור' CAL". לאחר מכן, להתאים את הרווח, הבהירות, ותריס מחוונים בתוך החלון "לכייל תחנת עבודה 'כדי לשנות את תמונת המצלמה כך שקטע הרקמה מופיע כצללית כהה על רקע בהיר. הערה: איור 4 מראה דוגמאות טובות ורעות של הליך כיול זה. כדי להתאים את התמונה כראוי, גם להתאים את ידיות מוקד וצמצם במצלמה עצמה. הכיול הושלם. לחץ על 'שמור', ולאחר מכן לחץ על 'אישור' במוקפץ, ולבסוף לחץ על הכפתור "EXIT". 4. נהלים כלליים ניסויי לאחר הליכי כיול מצלמה ו -30 דקות של איזון רקמות שלמים, שם ניסויים בכל פרוטוקול ניסוי. שמות משפט יכולים להיות מבוססים על השם והריכוז של המתחם והנפח של נוזל שperfused intraluminally למגזר הרקמות במהלך חלק זה של הניסוי. לאחר מכן, לחסום את הצינור הבולט מקטטר aboral באמצעות מהדק צינורות. הערה: זה מונע נזיל luminal מיציאת סוף aboral במהלך פוניסויים rther, המאפשר שימוש בכמויות מסוימות בלומן כדי לעורר רמות שונות של התנפחות (איור 1). להזריק כ 0.7 מיליליטר של חיץ קרבס בלומן המעי הגס הפרוקסימלי לספק מספיק התנפחות ליזום התכווצויות הנעה בפן הניסיונות הכנת vivo לשעבר. הערה: נפח זה עשוי להשתנות מעט (0.1-0.2 מיליליטר) תלוי באורך הכולל של המגזר שלם והסכום של מתיחה להחיל את הקטע באמבטיה האיברים. ברגע שהמגזר התנפח על ידי נוזל luminal, הפעל את המצלמה ולאחר מכן להקליט את תנועתיות לתקופה שנקבע מראש של זמן (למשל, 10 דקות). באופן ספציפי, לחץ פעמיים על המשפט בשם כראוי כדי לפתוח את תצוגת המצלמה הניסיונית ולאחר מכן לחץ על המתג למתג למצב "ON" כדי להציג את שדה המצלמה. לאחר מכן, לחץ על לחצן ההקלטה ליזום הקלטה (כפתור הקלטה יישאר אדום בזמן שהמצלמה היא הקלטה)ND לחץ על כפתור ההקלטה שוב כדי לעצור את ההקלטה. בסופו של משפט זה נפיחות ראשוני שליטה, לשחרר / להסיר את המהדק חוסם את הקטטר aboral לאפשר מגזר הרקמות כדי להניע את נוזל התופחות מתוך לומן. לאחר תקופה מחדש איזון 10 דקות, לחזור על הליך זה עם כל מגוון של חומרים מזינים, סוכנים ביו, תרופות, או אגוניסטים / יריבים בנוזל luminal לשנות את תנועתיות הנעה במגזר (לדוגמא, חומצות שומן קצרה שרשרת או decanoic חומצה) 10,18. כדי לעזור מד כאשר הנוזל הניסיוני החדש נכנס לקטע המעי הגס, לעזוב בועת אוויר ליד הנמל של המזרק כך שעם טפטוף של הפתרון החדש למעי הגס לומן ההתקדמות של הבועה תאפשר למשתמש לדעת מתי נוזל הניסיוני הגיע הלום. המשך זלוף intraluminal עם קטטר aboral הפתוח עד הבועה נדחקה לחלוטין דרךמערכת זלוף luminal (עשוי לדרוש 2-3 מיליליטר של perfusate). לאחר מכן, תאפשר מגזר הרקמה לגרש נוזל דרך קטטר aboral הפתוח לעד 5 דקות. הערה: לאחר הליך זה, לומן יכיל היקף זניח של נוזל, המאפשר זלוף של נפח ידוע של נוזל לתוך הלום. Re-לחסום את צינור צנתר luminal aboral באמצעות מהדק צינורות (כמו בשלב 4.3) להזריק באותו הנפח של תופחות נוזל כמו במצב השליטה באמצעות המזרק. רשום את דפוסי תנועתיות במהלך תקופת הניסוי לניתוח מאוחר יותר והשוואה למצב קרבס שליטה (כמו בשלב 4.5). סעיפים חזרו 4.4-4.7 של הפרוטוקול עם תרכובות luminal שונות או ריכוזים שונים של אותו המתחם luminal. 5. בנייה של מפות Spatiotemporal (STmaps) לאחר השלמת הקלטת הניסוי, לחץ לחיצה כפולה על שמו של משפט ספציפי כדי לפתוח את רוח הניתוחow לבניית STmap. בתחום הווידאו, להתאים את מחווני ניגוד ובהירות בחלון הניתוח כדי להפוך את התמונה מתאימה לניתוח (צללית רקמה שחורה על רקע בהיר; איור 4). הערה: אם כיול המצלמה לא בוצע כראוי לפני תחילת ניסוי התמונה יכולה להיות שונה רק במידה פחותה בשלב זה. ברגע שהתמונה בניגוד כראוי, להגדיר את ההנחיות אדומות אופקית ואנכיות בתוך חלון תמונת וידאו כדי לבודד את אזור הרקמות לצורך הניתוח ולהסיר אזורים המכילים חפצים. כמו כן, לבחור את קטע הזמן המתאים מההקלטה על ידי קביעת להתחיל ולהפסיק נקודות זמן לניתוח. באופן ספציפי, בחר את ההתחלה ונקודת סיום בווידאו באמצעות '' הירוק וכפתורים 'ב' צהובים בתוך תוכנת הניתוח. הגדר את מחוון הזמן לתחילת קטע וידאו לניתוח וn לחץ הירוק '' כפתור. לאחר מכן, קבע את המחוון לסוף הקטע כדי לנתח ולחץ על הכפתור 'B' הצהוב. לאחר מכן, לחץ על הכרטיסייה 'ניתוח מנוע' כדי לפתוח את חלון STmap ולחץ על הכפתור 'סטופר'. לאחר לחיצה על שעון העצר, הבא לחץ על סמן הכוונת בצללית השחורה של הרקמה בתוך הסרט המוקלט להתחיל דור STmap. לאחר לחיצה על הכוונת בצללית הרקמה, התוכנה יוצרת ומציגה את STmap לאזור זה של וידאו. הערה: זה עלול לקחת כמה תלוי באורך של וידאו שנבחר לניתוח דקות. לחץ על 'זום' כדי להציג תמונה מוגדלת של STmap ופקדים כדי להתאים את התמונה. לחץ על האפשרות 'הצבע' בחלון החדש שנוצר כדי להציג STmap כצבע במקום בגווני אפור. כמו כן, לחץ על האפשרות 'הפעל' כדי להיות מסוגל למקם את סמן על פיקסלים ספציפיים בתוך המפה ונiew מעקב של השינוי בקוטר luminal לאזור הרקמה ספציפי. לחץ על 'יציאה' בסיום. לייצא STmap לשימוש במסמכים או מצגות או לנתח נוסף בImageJ על ידי בחירה בתפריט "קובץ", ואחריו על ידי בחירת 'יצוא נתונים' ולאחר מכן 'קובץ מטה ". אז שם את STmap, אשר יישמר כקובץ .emf ולחץ על הכפתור "שמור". לחלופין, לשמור תמונות של STmap ידי לכידת מסך. זה הכרחי כדי לשמור גרסאות פסאודו-צבע של STmap. 6. ניתוח של התכווצות גל מהירות בSTmaps כדי לנתח את המהירות של התפשטות התכווצות או משך התכווצות, להמיר הקובץ ראשון .emf STmap ל.tiff, .gif, .jpg, .bmp או פורמטים מקובלים על ImageJ באמצעות תכנית המרת קובץ של בחירה. הערה: ImageJ לא לפתוח את הפלט בפורמט .emf של STmaps מהתוכנה. Alternativאיליי, תוכנה ללכידת מסך שימוש כדי לצלם תמונה של STmap על המסך ולשמור אותו בפורמט קובץ מתאים. לאחר מכן פתח את STmap בתבנית מחדש בImageJ ולאחר מכן פתח את תוסף GIMMProcessor על ידי פתיחת "" התפריט ובחירה "התוספים GIMMProcessor '. הפעולה זו תפתח שני' חלונות GIMMProcessor 'ו' מדידות שולחן". לחץ על "כלי הבחירה המלבני 'בתוך חלון ImageJ ולאחר מכן להשתמש בו כדי לשרטט על ידי לחיצה וגרירה של כל שטח scalebar בפינה הימנית העליונה של STmap. לאחר שהאזור נבחר, לחץ על הכפתור 'הכיול מוגדר' בתוסף. לבסוף, הכנס את המרחק המתאים (מ"מ) וזמן (שניות) בתיבת הכיול על פי הערכים על scalebar ולחץ על 'סיום'. לאחר מכן, לחץ על כלי ציור קו בחלון ImageJ. צייר קו על STmap דרך מרכז התכווצות propagating לאורך הזווית של המדרון דואר על ידי לחיצה וגרירה על תמונת STmap. לחלופין, למתוח קו אנכי דרך להקה של התכווצות בלתי propagating לקבוע משך התכווצות. אחרי הקו מצויר כראוי (רק קו אחד ניתן להסיק בכל פעם), לחץ על הכפתור 'לקחת מדידה' בתוסף כדי ליצור קריאה מתוך המרחק האופקי, מרחק אנכי, והשיפוע של הקו; שמתאים לאורך (מ"מ), זמן (שניות), ומהירות (מ"מ / sec) בהתאמה. הנתונים מוצגים בחלון 'לוח מדידות ". חזור על ציור הקו וניתוח השלבים מספר פעמים בתוך STmap נתון ולשמור את הנתונים כקובץ .gmd. לחץ על הכפתור "שמור" בתוסף בשם הקובץ. אז על 'שמור' לחץ שוב כדי להשלים את התהליך. מאוחר יותר ניתן להשוות נתונים אלה עם נתונים משפט אחרים או נהגו לצייר מחדש את הקווים בSTmap.

Representative Results

Spatiotemporal מפות הבנה (STmaps) כקוטר מפות (Dmaps) בעוד המפות שנוצרו על ידי טכניקה זו הן spatiotemporal, שינוי בקוטר luminal של הרקמה הוא הפרמטר ספציפי דמיין בשני מרחק וזמן. STmap מתאר מרחק אופקי לאורך קטע הרקמה על ציר x (במ"מ) וזמן על ציר y (בשניות) עם הזמן מתחיל בזמן העליון וכלה בתחתית. בפינה הימנית העליונה הוא אגדה, אשר מציגה בקטרים ​​luminal מינימום ומקסימום, כמו גם שינוי קנה המידה לשני x ו- y-צירים (איורים 1-4). לפיכך, גווני פיקסל שונים בתמונה בגווני אפור מתאים לקטרי luminal שונים. פיקסלים כהים מתאים לקטרים ​​רחבים יותר ופיקסלים בהירים מתאים לקטרים ​​קטנים יותר. לפיכך, גלי התכווצות של השריר המעגלי יופיעו כאזורים של pixelation הקל כתוצאה מהירידה בקוטר luminal ( <stronז> איור 1 חיצים שחורים). לעומת זאת, התנפחות luminal בשל הרפיית שרירים עגולה או בולוס גדול של נוזל תגרום לעלייה בקוטר luminal ופיקסלים כהים ב( החיצים הלבנים תרשים 1C) STmap / Dmap. ניתן למצוא דיון נוסף של ההיווצרות והמשמעות של STmaps בנייר על ידי קבוצת לאמרס 11. התכווצויות הפצת מושרה התנפחות Luminal באיור 1, מעי גס הפרוקסימלי פן ניסיונות היה נפוח עם 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 ומ"ל של חיץ קרבס במשך 5 דקות בכל כרך. התכווצויות הפצת היו שהושרו על ידי כל הכרכים ≥1.0 מ"ל ויופיעו להקות הלבנות רזה כמו בSTmap (איור 1). התנפחות של חלל המעי גורמת לייזום התכווצויות הפצת. כפי שניתן לראות באיור 1, בקוטר של עליות לומן עם כמויות גדולות יותר וintraluminal פיקסלים בSTmapמתאים לקוטר שהפכו כהה יותר יצירת רקע כהה כולל. ברמה מסוימת של התנפחות רפלקס peristaltic מופעל (1.0 מיליליטר; איור 1), אשר יוזם גלים הנעה מהתכווצות בסוף האוראלי שלהקטין את הקוטר של לומן ולהעביר לקראת הסוף האנאלי של המגזר (מוצג כלהקות הלבנות באיורים 1 ו -4). התכווצות להקה מייצגת הלבנה קדמה לעתים קרובות על ידי להקה כהה, המייצגת את הרגיעה aboral לקראת גל peristaltic (חיצים לבנים תרשים 1C). פיקסלים לבנים וכהים אלה מתאימות להתכווצות עולה ויורדים רכיבי הרפיה של רפלקס peristaltic, בהתאמה 22,23. בSTmap בפנל איור 1, ישנם 0 גלים הנעה ב0.0 מיליליטר, 0 גלים הנעה ברמה של 0.5 מיליליטר התנפחות, 3 גלים הנעה ב1.0 מיליליטר התנפחות, 6 גלים הנעה ב1.5 מיליליטר התנפחות, וגלים הנעה 5לא 2.0 מיליליטר התנפחות. התכווצויות נייחות המושרה תזונתיים / ערבוב גלים של הפצת התכווצות אינם דפוס תנועתיות היחיד שניתן דמיין ידי STmaps. דפוסי ערבוב של תנועתיות כגון פילוח גם ניתן לראות בSTmaps והתמונה (איור 2 א) המתאים. דפוס זה הוא שונה מהפצת התכווצויות. במהלך ערבוב דפוסים רבים התכווצויות קטנות, נייחות להתרחש באזורים שונים באותו הזמן (דמיין כריבועים קטנים מרובים לבנים באותו הקו אופקי, אבל לא נוגע זה בזה). בעוד כל התכווצות מגזרית היא נייחת ולא זזה בפה לאופן אנאלי כפי שתואר להתכווצויות הפצת, היכולת של STmaps כדי להמחיש דפוסי התכווצות מורכבים על פני תקופות זמן ארוכות מאפשרת הדמיה של ההתקדמות האיטית של התכווצויות אנאליות לאורך זמן (איור 2 א חץ שחור). משךכל התכווצות בודדת יכולה להיות גם נקבעה על ידי ציור קו אנכי דרך כיכר ההתכווצות הלבנה באמצעות ImageJ והתוסף הקשורים (איור 2 א). בSTmap המסוים הזה שנוצר מזלוף תוך מעי הגס של חומצות שומן קצרות שרשרת, משך ההתכווצות הנייח הממוצע היא ~ 2 שניות (טווח: 1.9-2.1 שניות). בעוד לפדר שנותר בקטע רקמה יכולה לגרום לחפצים בניתוח, חפצי הקו האנכיים שנוצרו על ידי לפדר (1B דמויות, 2B) יכולים לשמש כדי לקבוע תנועות שרירים אורך. ב1B דמויות ו2B התנועה האופקי של הקו האנכי השחור בשל התכווצות והרפיה של שרירים אורך. תנועה לרוחב זה של שריר אורך ניתן דמיין על STmaps כתנועות אופקיים של הלהקות אנכיות שנוצרו על ידי חפצים לפדר (1B דמויות, 2B). ImageJ ותקע אחריn ניתוח של STmaps שתי המהירות של גל propagating (איור 3), כמו גם משך ההתכווצות (איור 2) ניתן לקבוע באמצעות ImageJ ותוסף GIMMProcessor. באיור 3, מהירות ההתפשטות של גלי שניהם orthograde והמדרדר הייתה ~ 0.25 מ"מ / שנייה (טווח: 0.21-0.35 מ"מ / sec). כפי שניתן לראות בסרטון התמונה למעלה מפת ST, קווי הניתוח (קווים אדומים ויוצרים תיבה בתמונת וידאו) נקבעו דווקא סביב קצה אחד של קטע הרקמה במקום מסביב לכל המגזר. זהו שימוש חשוב של ההנחיות בתוכנה. הגדרה מדויקת של הנחיות אלה היא חיונית לניתוח נכון של הווידאו ניתח כנוסף בסעיף הדיון. זה מאפשר את הדור של STmap מדמיין התכווצויות אדווה myogenic 24. התכווצויות אלה הן myogenic במקור ולא לשנות את קוטר luminal מאוד. כמו כן, דיר שונהections של התפשטות (orthograde או מדרדר), שהם משותפים לאדוות, ניתן לנתח באמצעות טכניקה זו (איור 3). כפי שניתן לראות באיור 2 משך ההתכווצות יכול להשתנות באזורים שונים של מגזר הרקמה. ניתוח נכון של STmaps בעיה פוטנציאלית אחת עם הקמתה של STmaps היא דור חפץ אפשרי בשל המתודולוגיה הניסויית. לדוגמא, לפדר השאיר בצד החיצוני של הרקמה יגדיל את קוטר קריאה לקטע זה של רקמת יצירת קו שחור אנכי על STmap (איורים 1, 2 ב). הנוכחות של לפדר גם באופן מלאכותי מרחיבה את המפה בגווני אפור על ידי הגדלת מדידת luminal הרחבה ביותר, שתוצאתה הקהיה של מדידות הניגוד של הסולם. מסיבה זו היא הטובה ביותר להסיר לפדר שלם ככל האפשר מהמגזר ללא ניקוב הרקמות. חפץ STmap אפשרי אחר הוא קו אנכי לבן בשל בועות בתוך הנוזל luminal שלא ניתן בניגוד לשחור (איור 4). בועות אלה עשויות להפוך את קוטר luminal מופיע קטן יותר לתוכנת ניתוח או כיסוי לבנים אזורים / אור על דפוסי תנועתיות בSTmap. לכן, הגדרה של מגזר הרקמה ומנוגד תקינים של הקלטת וידאו לפני הניתוח היא קריטית לחלוטין להצלחה בבניית STmaps (איור 4). הגדרות מנוגדות ראויות ובלתי ראויות מוצגות באיור 4. חשוב לציין כי התאמת וידאו בשני כיול המצלמה מראש הניסוי וחלון ניתוח שלאחר הניסוי הם קריטיים לדור STmap הנכון וניתוח. כיול תמונה לא נכון יכול להוביל לSTmaps עם נתונים לא שמיש (איור 4 א). 700 "/> איור 1. גלים מתפשט במעי הגס הפרוקסימלי. עקומת התנפחות-תגובה (שבוצעה במעי גס הפרוקסימלי פן ניסיונות) (א) היה בשימוש כדי לקבוע את נפח נוזל intraluminal המתאים ליזום הפצת גלים במגזר זה (להקות אופקי הלבנות). חיצים שחורים להמחיש דוגמאות של גלי propagating באורך מלא. חצים לבנים להמחיש את החפץ שנגרם על ידי קו ההסרה לפדר שלמה. (ב) מבט קרוב יותר על הפצת התכווצויות מושגת על ידי דור STmap מניסוי דומה ללוח, אבל וידאו של משך קצר יותר. קל יותר לשים לב כי ההתכווצויות להתקדם בפה לכיוון אנאלי ולזהות ההרפיה aboral קדמה המיוצגת אזור חשוך לפני הלהקה הלבנה בהשוואה לא פנל מפה זה גם מספק מבט אחר של חפצים לפדר. התיבה האדומה מזהה את האזור של STmap זה הרחיב בלוח ג (ג) בלוח זה ממחיש o תצוגה עוד יותרו באותו וידאו ולמפות כמו בחצי B. הלבנים פנל שכותרתו נקודה "התנפחות נוזלים" לפיקסלים כהים המגיעים לי Luminal התנפחות ידי aboral נוזל לגל propagating. אלה הם אזורים שבם הרפיית שרירים מעגלית מתרחשת aboral להתכווצות שרירים מעגלי. שים לב שצירי הפצת נראים כמו קווים אופקיים לחלוטין בפנל בשל לוח הזמנים של המפה הארוכה. בלוחות B ו- C בפעם קשקשים הם בהדרגה קצרים יותר, כך שיש לו את גל התכווצות מדרון שניתן למדוד ודווח כמהירות של תנועת הגל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 2. קביעת משך התכווצות בSTmap. () SH מעי גס גינאה החזיר הפרוקסימליOWS דפוס תנועתיות ערבוב / מגזרי בתגובה לזלוף intraluminal של חומצת שומן קצרה שרשרת (וטיראט). צוירו קווים אדומים אנכיים דרך תקופות של התכווצות לקבוע משך התכווצות באמצעות התמונה J ותוסף GIMMProcessor. החץ השחור מראה את כיוון aboral של התפשטות של ההתכווצויות נייחות. (ב) התכווצויות Propagating במעי עכבר לעתים קרובות להראות אזורים של התכווצות מתמשכת. חיצים אנכיים נמשכים בתכנית המפה זו שאזורים אוראליים יותר נשארו מכווצות למשך יותר זמן. בהכנה זו, הסוף האנאלי של ההכנה נסגר כדי למנוע נוזל לצאת מהמערכת הסגורה במהלך צירים רקמה. התמונה בחלק העליון של הלוח מציגה זמן שבו כל סוף הפה של הרקמה הוא נדבק (לבן על STmap), ואילו הקצה האנאלי כולו התנפח על ידי נוזל (שחור על STmap). התנועה אופקית / לרוחב של שחור האנכי באמצע הלוח ב 'STmap תערוכות תנועה שלשכבת שריר אורך. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. גלי איור 3. דפוסים דו כיוונית תנועתיות. Propagating יכולים לנוע בשני orthograde (האוראלי לאנאלי) והמדרדר (אנאלי לאוראליים) כיוונים. חיצים שחורים מוצקים להראות התפשטות orthograde נורמלית וחצים שחורים מקווקוים להראות התפשטות מדרדר. המהירות של התפשטות של שני orthograde והתכווצויות מדרדר בSTmap זה נקבעה על ידי ניתוח ImageJ והיו ~ 0.25 מ"מ / sec. קווי ניתוח תמונה (קווים אדומים ויוצרים תיבה בוידאו התמונה למעלה STmap) נקבעו קרוב לקצה אחד של הרקמה לדמיין התכווצויות myogenic אדווה שמשרעת נמוכה, התכווצויות רדודות לעתים קרובות מכוונות בorthograde, retrograde, או שני הכיוונים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 4. חשיבותה של ניגודיות תמונה נכונה לSTmap דור. (א) מראה תמונה בניגוד כהלכה וSTmap, בעוד לוח ב 'מראה תמונה בניגוד כראוי וSTmap. ב (א) הלהקות הלבנות אופקיים נוצרו מהתמונה בניגוד כראוי (B) הם לא מובן מאליו וכיש חפצים רבים (הצללה לבנה) בשל התמונה הראשונית להיות בגוונים אפורים. בSTmap שנוצר מהתמונה (ב ') בניגוד כראוי חפצי ההצללה הלבנים של גווני האפור נעלמים וגלי propagating יותר מודגשים. כמו כן, ההצללה השחורה מייצגת אה הרפיהEAD של גל התכווצות הפצת שניתן לראות בסוף האנאלי של STmap עם כל גל של התכווצות. בלוח ב 'החצים הלבנים להמחיש חפץ STmap שנוצר על ידי אזור של התמונה שלא ניתן היה בניגוד כראוי. סוג זה של חפץ הוא בעיקר בשל בועות intraluminal שלעתים מתרחשים בהכנה במהלך פרוטוקול הניסוי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

תנועתיות מעיים נצפתה ותיארו ממספר נקודות המבט המבוססים על הטבע של הפרמטרים שרשמו. הקלטת וידאו ומיפוי spatiotemporal הוכיח כלי רב ערך המאפשר ניתוח של תנועה ו / או הנעה כוללת על מגזרים של מעיים ארוכים כמו גם ניתוח של פעילות בנקודות מסוימות לאורך הקטע. הגישה שננקטה להקלטת וידאו ומיפוי spatiotemporal יכול להיות כפול ומשקפת את האזור שנבדק ואת אופי תוכן luminal. במגזרים שבי מעיים תוכן luminal יותר נוזלים ובמעי גס הפרוקסימלי בי התוכן יותר חצי מוצק, פעילות הנגרמת על ידי הקדמת intraluminal של נוזל על ידי בולוס או עירוי. מפות Spatiotemporal עשויות מרשומות וידאו אלה נועדו לייצג את התנועה של כל הקטע, כמתואר לעיל. לעומת זאת, באמצע למעי גס דיסטלי בי התוכן הוא מוצקים יותר, פעילות היא ביוזמת החדרת Pelle צואהt (אפוקסי מצופה גלולה טבעית או מלאכותי גלולה) ומפות spatiotemporal נועדו לשקף את התנועה של גלולה דרך המעי הגס כפי שמודגמים במאמר יופיטר של et al הופמן. 13. כך ההגדרה של הניסוי והניתוח היא קריטיות ותלויה בסוג של גירוי והאזור נחקר. לכן, השלבים הקריטיים עבור דור וניתוח של מפות spatiotemporal של תנועתיות מעיים הנגרמים על-נוזל הם: 1) ההסרה נכונה של לפדר מהרקמה גזור; כיול תמונה נכון לפני ההקלטה 2); 3) ההסרה נכונה של חפצים בדור STmap וניתוח; התקנה נכונה של מערכת הניתוח 4); ו 5) צובר מיומנות הידנית לצנתר ותפר את המגזרים מבלי לפגוע בהם.

בעוד שהשימוש בSTmaps של קוטר luminal שיפר את היכולת לחזות ולנתח דפוסי תנועתיות מלאים על אזור של מעי, הטכניקה המתאימה ביותר לשימוש כאשר בשילוב עםמדידות פונקציונליות של לחץ או שריר התכווצות 2,15,20. לדוגמא, בעוד כמה התכווצויות שרירים עשויות להשתנות קוטר luminal מעט ותהיה גלוי בכמה STmaps (כלומר, אדוות myogenic) הם לא יכולים באמת לגרום לכל הנע או ערבוב של תוכן מעי 25. זה לא יכול להיות ידוע ללא צימוד של טכניקה זו למדידות פונקציונליות אחרות. כמו כן, הטבע של הכנות רקמות רבות בסוג זה של מערכת (כלומר, מערכת luminal סגורה או זלוף luminal הקבוע על ידי מערכת משאבה) מוביל לחפצים בתוך STmaps. כך, המשתמש חייב להיות מודע לאופן ההכנה שלהם ספציפי האיבר והניסוי יכולים להוביל חפצים בנתונים ובדרכים להימנע או לא לכלול ממצאים אלה בניתוח נתונים (לדוגמא, קווים אנכיים מושרה לפדר או pixelation הכהה בשל חוסר יכולתה של הרקמה ל לגרש נוזל מהמערכת בהכנת luminal סגור). ישנן שיטות רבות לזלוף luminal של בטקט קטע מעי מלבד מערכת סגורה. שיטה אחת היא להשתמש במערכת פתוחה השומרת על לחץ קבוע intraluminal / גב באמצעות צינור שהועלה ו / או שסתום חד כיווני בסוף האנאלי של ההכנה 8-10,30 במקום. זה מאפשר לנוזל לצאת מההכנה במהלך צירים הנעה.

כמערכת היא התקנה בעיקר כדי לזהות שינויים בקוטר luminal, אלה התכווצויות או דפוסי תנועתיות שאינו משפיעים על קוטר luminal מאוד לעתים קרובות קשות לדמיין על ידי פרוטוקול זה. מאז שינויים בהצללת פיקסל בתוך STmap מבוססים על שינויים בקוטר luminal, דפוסי תנועתיות שלא לגרום לשינויים גדולים בקוטר לא דמיינו גם בשיטה זו אם התכווצויות חזקות נמצאות גם בתוך אותה ההקלטה. כפי שתואר להדמיה והניתוח של התכווצות אדווה-סוג (איור 3), הגדרת קווי הניתוח בהקלטת הווידאו לא קרוביםo קיר הרקמה יכול לייתר את הבעיה. שיטה זו מקטינה את הקוטר המקסימאלי מוצג בתוך STmap, כך ניתן דמיינו התכווצויות שרק מינימאלי לשנות קוטר רקמה. אפשרות נוספת כדי לפתור את הבעיה היא לשנות את משך הזמן של קטע הווידאו ניתח, שלא לכלול התכווצויות אשר מאוד משפיעים על קוטר luminal, כך שהתכווצויות קטנות יותר הם דמיינו בקלות רבה יותר. זה מוביל לבעיה הפוטנציאלית של תנועתיות שמינימאלית משנה קוטר luminal מחפש דומה לSTmap הנפרד שבו צירים השתנו קוטר luminal מאוד. סיבה לכך הוא קביעת פיקסלים לבנים על המפה מבוססת על הקוטר הקטן ביותר בוידאו נתון. אם אין הרבה השתנות בקוטר בתוך הווידאו (מעט או ללא התכווצות של השריר המעגלי) התכווצויות קטנות מאוד שלא לשנות את הקוטר של ההכנה מאוד יכול להסתכל דומה להתכווצויות peristaltic מוידאו אחר. לכן, חשוב לשקול את הדמותאגדה בפינה הימנית העליונה של המפה. אם ההבדל בין הקטרים ​​המרביים והמינימאליים הוא קטן חשוב להשוות STmap לוידאו זה נוצר מלקבוע את תוקפו של שינוי גוון פיקסל כפי שהוא מיוצג בSTmap. לפיכך, בחינה של סרגל קנה המידה בשיתוף עם ההקלטה בפועל היא קריטית לתקן פרשנות של המפה.

הקלטת וידאו ומיפוי spatiotemporal של מגזרי מעי הגס ויושמו במגוון רחב של מינים, כולל דג הזברה 26, עכבר 25,27 – 30, חולדה 7,9,30 – 33, שפן ניסיונות 5,6,8,13 – 19, 24,30,32,34,35, פוסום brushtail 12,36, ארנב 2,30,37,38, עוף 39, חזיר 40,41 ו -42 בני אדם. המינים הנחקרים ביותר הוא שפן הניסיונות. הדבר אינו מפתיע, משום שפן הניסיונות enteric h מערכת עצביםכהתאפיין ורוב לחלוטין מבחינה היסטורית זה כבר בעלי החיים הנחקרים ביותר במבחנה ביחס לתנועתיות הנעה של המעי 43. מיפוי Spatiotemporal כבר מיושם בעיקר למגזרים צינורי של מעי מבעלי חיים קטנים; עם זאת, מחקרים במערכות באמצעות הארנבת וחזיר שונה להדגים את היישום של מתודולוגיה זו לבעלי חיים גדולים יותר. במקרה של הארנב, הגישה זהה לזה של בעלי חיים קטנים יותר אלא שמגזרים ואמבטיות איבר גדולים שמשו 30. הגישה בשימוש בחזיר הייתה להשתמש לולאת exteriorized של מעי מחזיר בהרדמה ולא טבילה של קטע רקמה גזור לתוך אמבטיה איברים. כמו כן, STmaps נוצרו על ידי מתאם צולב ולא השיטה שקוף המשמשת ברוב המחקרים 40. ההכנה המבודדת, perfused vascularly הלולאה להקלטת וידאו ומיפוי spatiotemporal גם הוחל מינים קטנים יותר כגון חולדה <sup> 33. מחקר שנערך לאחרונה על ידי אל Kuizenga et. הוא השימוש הראשון של STmaps של וידאו מוקלט דפוסי תנועתיות במגזרי vivo לשעבר של מעי אנושי 42; למרות, גישות STmapping יושמו לניתוח הקלטות מונו מטרי (לחץ) בבני האדם בvivo 3,44. דפוסי תנועתיות נרשמו ברקמה אנושית דומים לאלה שכבר נרשמו במודלים של בעלי חיים תוך שימוש בטכניקות דומות ולאמת את הסיומת של גישה זו לרקמות אנושיות. ראוי לציין כי STmaps שילוב מחקר זה נובע מקלטות וידאו עם מדידה של התכווצות שרירים נרשמה על ידי מתמרים כוח. מדידה של לחץ intraluminal על ידי קטטר מונו מטרי סיבים אופטיים המוכנס לתוך מגזר vivo לשעבר גם להמרה STmap, המציגה את הרבגוניות של STmap לדמיין יותר משינויים בקוטר luminal. מתח שרירים correlating זה בשילוב גישה, קיר תנועת לחץ וintraluminal מאפשרתלאנליזה פונקציונלית יותר מעמיקה של STmaps שנוצר משיא הווידאו.

מחקרים של STmaps שנוצר מקיר תנועות ושינויים בקוטר luminal (המכונה גם Dmaps) אפשרו תיאורים מפורטים של תבניות תנועתיות כמו גלים הנעה בתנועה קרביות והתכווצויות מגזריות מקומיות. בעוד דפוסים אלה זוהו על ידי שיטות ניסיוניות קודם לכן, הגישה הנוכחית מאפשרת הגדרה מעודנת יותר של תנועות התכווצות מקומיות כגון אדוות והתכווצויות אנטי-peristaltic רומן 9,24,25,30,31,42. הבנייה של STmaps וניתוח של שינויים בדפוס תנועתיות יושמה לשאלות מפתח בתנועתיות מערכת העיכול של מעי ומעי גס. אלה כוללים: בידול של התכווצויות עצביות וmyogenic והגדרת התפקיד של תאי ביניים של קחאל 6,9,11,12,16,24,26,27,29 – 31,33,37 – 40,42, הבנה המורכבתיחסי גומלין בין שכבות שרירים מעגליות ואורך 2,7,8,11,12,32,39,40, בוחנים את ההשפעות של חומרים מזינים intraluminal 10,18,19, זני חיידקים 34, וצמיגויות 12,36 על דפוסי תנועתיות שונים, והבנת התפקיד של סוכנים שונים אנדוגני neurohormonal וסוכנים תרופתיים אקסוגניים 2,4 – 7,9,10,13 – 17,28,35,40 בדור והשינוי של תנועתיות. העתיד של טכניקה זו כרוך צימוד זה עם מדידות אחרות, כוללים לחץ, אלקטרופיזיולוגיה ומתח / התכווצות. מחקרים שנעשה לאחרונה לעתים קרובות שילבו אחד או יותר ממדידות אלה בשיתוף עם הקלטת וידאו ומיפוי spatiotemporal לספק פרטים נוספים גומלים 2,42. יתר על כן, המערכת יכולה לשמש למדידת תנועתיות באיברים צינוריים והלא-צינורי אחרים. לדוגמא, נעשו ניסיונות במדידת תנועתיות קיבה באמצעותמערכת כזו, אבל הטכניקה והתוכנה צריכה עידון לכמת תנועתיות טובה יותר באיבר הלא-צינורי כזה 45. אין ספק שהשימוש בטכניקות מיפוי spatiotemporal לבד ובשילוב עם שיטות מסורתיות יותר של ניתוח יביא ליותר מעמיקה ובהבנה מקיפה של תנועתיות מערכת העיכול בעתיד.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

DMK נתמכה על ידי מענק IRACDA מNIGMS (K12GM093857) לאוניברסיטת וירג'יניה. עבודה זו נתמכה על ידי מענק DK34153 NIDDKD לג'ון ר Grider.

Materials

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

Spatiotemporal MappingIntestinal MotilityEx Vivo IntestinesIntestinal Wall MovementMotility PatternsDrug EffectsIntraluminal AgentsGuinea PigKrebs SolutionPolyethylene TubingGlass Tube CathetersOrgan BathModelers Clay

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image