劉娜,董榕,林勇,賴克方
(1.東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210009; 2.東南大學(xué) 生理藥理學(xué)系,江蘇 南京 210009; 3.東南大學(xué)附屬胸科醫(yī)院 呼吸內(nèi)科,江蘇 南京 210029; 4.廣州醫(yī)科大學(xué) 附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 510000)
·論 著·
神經(jīng)激肽-1受體在GERD模型豚鼠咳嗽反射敏感性中的作用
劉娜1,董榕2,林勇3,賴克方4
(1.東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210009; 2.東南大學(xué) 生理藥理學(xué)系,江蘇 南京 210009; 3.東南大學(xué)附屬胸科醫(yī)院 呼吸內(nèi)科,江蘇 南京 210029; 4.廣州醫(yī)科大學(xué) 附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 510000)
目的:探究胃食管反流性豚鼠模型肺組織神經(jīng)激肽-1受體(NK-1R)與咳嗽反射敏感性(CRS)之間的關(guān)系。方法:分組建模后評估豚鼠CRS,免疫組化染色檢測肺組織NK-1R的表達(dá)。結(jié)果:模型組CRS增加,肺內(nèi)NK-1R表達(dá)增加(108.48±25.71vs38.54±17.62,P<0.05)。肉毒毒素-A注射后較模型組咳嗽次數(shù)減少(23.33±7.53vs51.17±10.19,P<0.05),NK-1R表達(dá)減少(21.59±13.45vs108.48±25.71,P<0.05),潛伏時(shí)間未見改變(11.76±3.29vs8.24±4.73,P>0.05)。結(jié)論:胃食管反流性豚鼠氣道CRS增高可能與肺組織中NK-1R表達(dá)增加有關(guān)。
胃食管反流性疾??; 神經(jīng)激肽-1受體; 咳嗽反射敏感性; 肉毒毒素-A; 豚鼠
胃食管反流性疾病(gastroesophageal reflux disease,GERD)除伴有食管癥狀外,亦和咳嗽、哮喘、肺炎[1]等呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)?,F(xiàn)多認(rèn)為胃內(nèi)反流物刺激食管下端感受器,經(jīng)食管-支氣管反射致肺內(nèi)P物質(zhì)(substance P,SP)等神經(jīng)源性炎癥因子表達(dá)增加,產(chǎn)生神經(jīng)源性炎癥損傷氣道,從而更易產(chǎn)生呼吸系統(tǒng)癥狀。SP主要與神經(jīng)激肽-1受體(neurokinin-1 receptor,NK-1R)結(jié)合發(fā)揮作用。A型肉毒毒素(botulinum toxin-A,BTX-A)可阻斷神經(jīng)源性炎癥,且作用持久[2]。GERD豚鼠模型中氣道咳嗽反射敏感性(cough reflex sensitivity,CRS)的變化及肺內(nèi)NK-1R在其增高過程中的作用尚不清楚。
本實(shí)驗(yàn)擬構(gòu)建豚鼠GERD模型,利用檸檬酸霧化評估造模前后CRS改變;在使用或不使用BTX-A下檢測肺內(nèi)NK-1R的表達(dá),探討神經(jīng)源性炎癥因子受體NK-1R與GERD豚鼠氣道CRS之間的關(guān)系。
1.1 實(shí)驗(yàn)動物
健康雄性Hartly豚鼠,體重250~300 g,購自東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物中心,在安靜、溫暖(18~25 ℃)、避強(qiáng)光、晝夜光照節(jié)律(明暗周期為14/10 h)下飼養(yǎng)。給予足量豚鼠飼料、飲食和適量青菜,保持墊料清潔干燥。
1.2 藥品與儀器
主要儀器:RM 6240 B型四道生理信號采集處理系統(tǒng)、聲能咳嗽記錄儀(成都儀器廠),402 AI超聲霧化器(江蘇魚躍醫(yī)療設(shè)備公司),5 F胃管、輸液裝置、脫色搖床(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠),冰凍切片機(jī)(Leica),光學(xué)顯微鏡(Olympus)。
主要藥品與試劑:含0.5%胃蛋白酶(Sigma)的稀釋鹽酸(pH=1):1 000 ml雙蒸水中滴入濃鹽酸,搖勻后調(diào)pH至1.0,加入5 g胃蛋白酶混勻4 ℃保存;兔抗NK-1R多克隆抗體、一水合檸檬酸、多聚甲醛(Sigma),BTX-A(蘭州生物制品研究所),氯胺酮注射液(福建古田藥業(yè)),SP-9001試劑盒(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司),烏拉坦(上海國藥集團(tuán)),PBS粉末(武漢博士德生物工程有限公司)。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1檸檬酸引咳 實(shí)驗(yàn)使用檸檬酸霧化激發(fā)豚鼠咳嗽,通過記錄咳嗽次數(shù)及咳嗽潛伏時(shí)間(從開始噴霧到第1聲咳嗽之間的時(shí)間),評估豚鼠氣道CRS。
將聲能咳嗽記錄儀與RM 6240 B型四道生理信號采集處理系統(tǒng)連接,即可通過計(jì)算機(jī)自動生成豚鼠的咳嗽波形。豚鼠置于聲能咳嗽記錄儀中記錄正常呼吸波10 s后,用超聲霧化器(電壓220 V,最大霧化率≥3 ml·min-1)將17.5%的檸檬酸霧化,通過管道向咳嗽記錄儀內(nèi)噴霧15 s[3],記錄豚鼠20 min內(nèi)的咳嗽次數(shù)及咳嗽潛伏時(shí)間。
根據(jù)引咳數(shù)據(jù)剔除咳嗽反射不敏感或過敏感的動物,剔除標(biāo)準(zhǔn)[3]: 5 min內(nèi)咳嗽次數(shù)≤10次或≥50次,和(或)噴霧后咳嗽潛伏時(shí)間≤10 s或≥120 s。選取CRS正常的30只豚鼠分組實(shí)驗(yàn)。
1.3.2動物分組與模型建立 將CRS正常的豚鼠隨機(jī)分為:(1) 模型組[4]:禁食后4 h氯胺酮(50 mg·kg-1)注射輕度麻醉后取仰臥位,自口腔插入5 F胃管至食管中、下段(7~8 cm),觀察30 s無異常后,以8滴·min-1的速度灌注含0.5%胃蛋白酶的稀釋鹽酸15~20 min·d-1,連續(xù)15 d;(2) 空白組:飼養(yǎng)環(huán)境下15 d;(3) 生理鹽水(NS)組:方法同模型組,換用NS食管內(nèi)灌注;(4) 模型加BTX-A組:同模型組,第6天食管灌注12 h后氣道內(nèi)注射BTX-A(2 U·kg-1),12 h后繼續(xù)食管內(nèi)灌注;(5) 模型加NS組:方法同模型加BTX-A組,改用NS(0.2 ml·kg-1)氣道內(nèi)注射。以上豚鼠第14天食管操作后12 h再次檸檬酸引咳;第15天食管操作后4 h行心臟灌流取肺組織。
1.3.3氣道內(nèi)藥物注射 (1) 按氯胺酮75 mg·kg-1加0.5 ml烏拉坦腹腔內(nèi)注射,麻醉后固定;(2) 消毒頸部皮膚后剪開(2~3 cm),逐層分離至氣管暴露;(3) 注入藥物,停針30 s后拔出,消毒并逐層縫合。
1.3.4心臟灌流固定及組織取材 25%烏拉坦(1 g·kg-1)腹腔注射后打開胸腔暴露心臟,左心室穿刺后NS快速灌注,直至右心耳流出的液體清亮(約400 ml),再灌注4%多聚甲醛至僵硬為止(約500 ml,總時(shí)間90~120 min)。取肺組織置于4 ℃ 4%多聚甲醛中后固定6 h,轉(zhuǎn)入30%蔗糖溶液中3 d。
1.3.5肺內(nèi)NK-1R的免疫組化染色實(shí)驗(yàn)及陽性反應(yīng)物計(jì)數(shù) 取肺組織塊予OCT包埋后冰凍切片機(jī)中制冷10 min,-20 ℃連續(xù)切片(片厚40 μm),經(jīng)0.3% H2O2去離子水室溫孵育30 min、山羊血清封閉液室溫1 h后,直接轉(zhuǎn)入兔抗NK-1R多克隆抗體稀釋液(1∶400)中4 ℃冰箱過夜。取出復(fù)溫1 h后滴加生物素標(biāo)記的山羊抗兔二抗工作液室溫1 h,再滴加辣根酶標(biāo)記鏈霉卵白素工作液室溫1 h,最后二氨基聯(lián)苯胺(DAB)室溫下鏡控顯色并貼片。以上每一步驟前均經(jīng)0.01 mol·L-1PBS漂洗10 min 3遍。晾干后梯度酒精脫水,二甲苯透明,中性樹膠封片,鏡下觀察。每只動物測定5張切片,每張切片3個(gè)視野,使用專業(yè)軟件分析隨機(jī)視野下的平均光密度值。
空白對照組以PBS緩沖液代替一抗,其它染色步驟相同。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
2.1 造模期間動物一般情況
造模過程中食管內(nèi)酸性溶液灌注的豚鼠第1~3天均出現(xiàn)進(jìn)食減少,體重略下降,后進(jìn)食水逐漸恢復(fù),體重漸增長。灌注7~8 d后,模型組豚鼠食管灌注時(shí)易出現(xiàn)不同程度的咳嗽,對照組未見明顯上述改變。
2.2 檸檬酸引咳記錄的咳嗽波形
17.5%檸檬酸噴霧15 s可引起豚鼠咳嗽,在透明裝置中觀察到豚鼠胸廓起伏、前腳伸出、頸部伸向前、抓耳撓腮和擺頭等特征性動作。人工聯(lián)合儀器同時(shí)記錄,結(jié)果以能聽到的咳嗽聲音并伴隨特征性咳嗽動作計(jì)算,利用軟件描計(jì)出咳嗽波形,見圖1。
圖1 咳嗽聲能記錄儀轉(zhuǎn)化后的咳嗽波形
Fig 1 Cough waves were recordered by sound energy converter
2.3 咳嗽次數(shù)及潛伏時(shí)間
咳嗽次數(shù):造模前組間未見明顯差異(P>0.05),造模后模型組較空白組及NS組咳嗽次數(shù)增多(P<0.05),氣道內(nèi)BTX-A注射后與模型組相比咳嗽次數(shù)下降(P<0.05),見表1。
組 別咳嗽次數(shù)造模前造模后空白組22.50±8.1229.50±13.40NS組24.00±9.1726.80±9.83模型組29.83±13.6051.17±10.19ab模型+BTX-A組29.00±6.4523.33±7.53c模型+NS組26.33±9.6961.17±16.27ab
a 與NS組和空白組比較,P<0.05; b 與造模前模型組比較,P<0.05; c 與模型組比較,P<0.05
咳嗽潛伏時(shí)間:造模前組間未見明顯差異(P>0.05),造模后模型組較對照組縮短(P<0.05)。BTX-A氣道注射后咳嗽潛伏時(shí)間較模型組有增加,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。
組 別咳嗽潛伏時(shí)間/s造模前造模后空白組51.50±12.3738.17±9.91NS組49.10±18.9731.92±4.78模型組54.80±25.048.24±4.73ab模型+BTX-A組41.10±17.8011.76±3.29模型+NS組53.00±33.123.88±1.88ab
a 與NS組和空白組比較,P<0.05; b 與造模前模型組比較,P<0.05
結(jié)果表明:多次食管內(nèi)酸性溶液灌注構(gòu)建的GERD模型可使豚鼠CRS增高,表現(xiàn)為咳嗽次數(shù)增多及潛伏時(shí)間縮短;氣道內(nèi)注射BTX-A阻斷神經(jīng)源性因子釋放后可減少檸檬酸引咳的咳嗽次數(shù),但潛伏時(shí)間未見明顯改變。
2.4 免疫組化染色法檢測肺組織NK-1R的表達(dá)
空白組及NS組豚鼠肺組織切片鏡下可見少量NK-1R免疫陽性反應(yīng)物分布表達(dá),呈棕黃色顆粒狀,主要分布于氣道支氣管及血管周圍,以胞漿染色為主。模型組及模型加NS組豚鼠氣道、血管及肺泡周圍肺內(nèi)可見大量NK-1R陽性物質(zhì)表達(dá),呈深棕黃色圓形或橢圓形顆粒,相較于對照組其表達(dá)明顯增多(圖2A~
E)。測量平均光密度值表明,模型組NK-1R的平均光密度值明顯高于空白組(108.48±25.71vs38.54±17.62,P<0.05)及NS組(108.48±25.71vs43.51±19.43,P<0.05);氣道內(nèi)使用BTX-A后NK-1R的表達(dá)較模型組明顯減少,平均光密度值降低(21.59±13.45vs108.48±25.71,P<0.05)。見圖3。
A~E依次為空白組、NS組、模型組、模型+BTX-A組、模型+NS組
圖2 各組豚鼠造模后肺組織NK-1R免疫陽性物的表達(dá)(箭頭所示)(LSAB法,DAB染色×200)Fig 2 Expression of neurokinin-1 receptor in lung by immunohistochemical staining(LSAB,DAB×200)
圖3 造模后肺組織NK-1R免疫陽性物表達(dá)的平均光密度值
Fig 3 The IOD of neurokinin-1 receptor expression in lung
以上PBS空白組實(shí)驗(yàn)鏡下未見陽性物質(zhì)表達(dá)。
結(jié)果表明,GERD豚鼠模型肺組織中NK-1R表達(dá)增加,氣道內(nèi)注射BTX-A后可使其表達(dá)下降。
神經(jīng)源性炎癥因子SP及其受體NK-1R參與多種疾病發(fā)病過程[5],GERD即可通過食管-支氣管反射導(dǎo)致肺內(nèi)神經(jīng)源性炎癥,產(chǎn)生一系列呼吸系統(tǒng)癥狀。實(shí)驗(yàn)中我們采用食管內(nèi)多次酸性溶液灌注的方法建立豚鼠GERD模型[4],實(shí)驗(yàn)室前期及Liu等[6]通過一系列方法驗(yàn)證了該模型肺組織中神經(jīng)源性炎癥的存在。人體試驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)GERD患者支氣管肺泡灌洗液中SP、神經(jīng)激肽A(NKA)等神經(jīng)源性炎癥因子表達(dá)增高[7]。神經(jīng)源性炎癥的產(chǎn)生和持續(xù)存在可能是GERD呼吸系統(tǒng)癥狀產(chǎn)生的根源。
建模過程中發(fā)現(xiàn),酸性溶液灌注數(shù)天后豚鼠更易出現(xiàn)刺激性咳嗽。檸檬酸檢測氣道CRS時(shí)發(fā)現(xiàn),食管酸灌注可使外界刺激物激發(fā)咳嗽的濃度閾值下降,提示食管酸化可能導(dǎo)致氣道CRS的增加。有學(xué)者認(rèn)為反流導(dǎo)致的神經(jīng)源性炎癥可使機(jī)體呈現(xiàn)內(nèi)臟高敏狀態(tài),此病理過程涉及SP和NK-1R表達(dá)的增加[8],食管高敏感性亦可能是反流疾病中食管癥狀產(chǎn)生的主要原因[9]。
本實(shí)驗(yàn)檢測NK-1R的表達(dá)后發(fā)現(xiàn),GERD豚鼠肺組織中NK-1R表達(dá)增加。神經(jīng)源性炎癥因子SP主要與NK-1R結(jié)合發(fā)揮作用。實(shí)驗(yàn)室前期實(shí)驗(yàn)證實(shí)此模型中SP的表達(dá)亦存在明顯升高,上調(diào)的NK-1R可結(jié)合更多的SP,產(chǎn)生更明顯的神經(jīng)源性炎癥表現(xiàn),從而加重氣道結(jié)構(gòu)損傷,使感覺神經(jīng)纖維末梢感受器裸露,更易接收外界刺激信號導(dǎo)致咳嗽反射的激活。哮喘[10]及煙霧刺激模型[11]亦存在與表達(dá)增加的NK-1R有關(guān)的氣道敏感性增高,并可通過NK-1R拮抗劑阻斷[12]。
顯微鏡下可見增多的NK-1R主要分布于細(xì)支氣管、終末細(xì)支氣管及血管周圍,文獻(xiàn)亦報(bào)道SP及NK-1R主要表達(dá)于小氣道及血管周圍[13],但實(shí)驗(yàn)過程中由于取材及切片時(shí)未能保留完整的主支氣管及段支氣管結(jié)構(gòu),故未能驗(yàn)證大氣道周圍是否存在NK-1R的表達(dá)改變。下一步實(shí)驗(yàn)可考慮單獨(dú)取材大氣道,檢測其分布及表達(dá)情況。
神經(jīng)源性炎癥在GERD豚鼠氣道CRS增高中起到重要作用。BTX-A可通過阻斷神經(jīng)源性炎癥因子的釋放阻斷神經(jīng)源性炎癥[2],實(shí)驗(yàn)中被用來治療過敏性鼻炎[14]及慢性頑固性咳嗽[15]。本次實(shí)驗(yàn)使用BTX-A阻斷神經(jīng)源性炎癥,再使用檸檬酸測量豚鼠氣道CRS,發(fā)現(xiàn)咳嗽次數(shù)下降,但潛伏時(shí)間未見明顯改變,與實(shí)驗(yàn)最初設(shè)想部分不符。分析原因可能為:氣道內(nèi)的咳嗽感受器分為快適應(yīng)感受器(rapidly adapting mechanoreceptors,RARs)和C-纖維感受器兩類。RARs主要感受氣道機(jī)械刺激;C-纖維屬于無髓鞘感覺神經(jīng),主要接受氣道化學(xué)性傷害刺激,以神經(jīng)源性炎癥因子SP、NKA等為遞質(zhì);二者在氣道中均可激發(fā)咳嗽。BTX-A阻斷了C纖維的遞質(zhì)釋放,但對RARs的阻斷作用并不明顯。BTX-A對咳嗽傳入沖動的部分阻斷導(dǎo)致咳嗽潛伏時(shí)間未見明顯改變,但咳嗽次數(shù)減少。同時(shí)檢測BTX-A氣道注射后肺組織NK-1R的表達(dá),發(fā)現(xiàn)其表達(dá)下降,進(jìn)一步提示氣道神經(jīng)源性炎癥對肺組織NK-1R及氣道CRS的影響,其中NK-1R對氣道CRS的增高可能有間接作用。但本實(shí)驗(yàn)對BTX-A阻斷神經(jīng)源性炎癥因子的釋放缺少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),擬在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中梯度注射BTX-A后定量檢測SP等神經(jīng)源性因子的表達(dá),以明確是否存在一定的量-效關(guān)系。
綜上所述,GERD引起的氣道神經(jīng)源性炎癥與氣道CRS增高的發(fā)生機(jī)制密切相關(guān),其機(jī)制可能涉及肺內(nèi)NK-1R表達(dá)的增加,即通過上調(diào)突觸后受體的表達(dá),加劇肺內(nèi)神經(jīng)源性炎癥表現(xiàn),使氣道CRS增加。
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The role of neurokinin-1 receptor in gastroesophageal reflux model of guinea pigs with the increase of cough reflex sensitivity
LIU Na1,DONG Rong2,LIN Yong3,LAI Ke-fang4
(1.SchoolofMedicine,SoutheastUniversity,Nanjing210009,China; 2.DepartmentofPhysiologyandPharmacology,SoutheastUniversity,Nanjing210009,China; 3.DepartmentofRespiratory,AffiliatedNanjingChestHospital,SoutheastUniversity,Nanjing210029,China; 4.AffiliatedFirstHospital,GuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510000,China)
Objective: To explore the relationships between cough reflex sensitivity and the neurokinin-1 receptor expression in lung in the gastroesophageal reflux model. Methods: We built the model and measured cough reflex sensitivity, observed neurokinin-1 receptor in lung by immunohistochemical staining. Results: The cough reflex sensitivity and the numbers of neurokinin-1 receptor-immunoreactive substances increased(108.48±25.71vs38.54±17.62,P<0.05)in the model group. Injected botulinum toxin-A into airway, the cough times dropped(23.33±7.53vs51.17±10.19,P<0.05), and the number of neurokinin-1 receptor also lowered(21.59±13.45vs108.48±25.71,P<0.05),but the cough latency was not significantly different(11.76±3.29vs8.24±4.73,P>0.05) compared to the model group. Conclusion: GERD increases the cough reflex sensitivity, and neurokinin-1 receptor in lung may play an important role in it.
gastroesophageal reflux disease; neurokinin-1 receptor; cough reflex sensitivity; botulinum toxin-A; guinea pigs
2015-04-01
2015-05-04
廣州呼吸疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(2007DA780154F0905)
劉娜(1988-),女,湖北神農(nóng)架人,在讀碩士研究生。E-mail:liuna860@163.com
董榕 E-mail:dongrongshengli@163.com
劉娜,董榕,林勇,等.速激肽-1受體在GERD模型豚鼠咳嗽反射敏感性中的作用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2015,34(5):731-735.
R-33
A
1671-6264(2015)05-0731-05
10.3969/j.issn.1671-6264.2015.05.010