Summary

Méthode pour obtenir le modèle de la respiration dans les souris sénescentes par la pléthysmographie barométrique non retenue

Published: April 28, 2020
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Summary

La pléthysmographie barométrique non retenue est utilisée pour quantifier le modèle de respiration chez les souris éveillées. Nous montrons que les segments de 15 s sous un protocole standardisé affichent des valeurs similaires à une durée prolongée de respiration silencieuse. Cette méthodologie permet également la quantification de l’apnée et des respirations augmentées pendant la première heure dans la chambre.

Abstract

La pléthysmographie barométrique non retenue (UBP) est une méthode pour quantifier le modèle de respiration chez les souris, où la fréquence respiratoire, le volume de marée et la ventilation minute sont régulièrement rapportés. En outre, des informations peuvent être recueillies concernant la sortie neuronale de la respiration, y compris l’existence d’apnées centrales et de respirations augmentées. Une considération importante pour l’UBP est d’obtenir un segment de respiration avec un impact minimal des comportements anxieux ou actifs, pour élucider la réponse aux défis respiratoires. Ici, nous présentons un protocole qui permet d’obtenir des lignes de base courtes et silencieuses chez des souris âgées, comparables à l’attente de plus longues crises de respiration tranquille. L’utilisation de segments de temps plus courts est précieuse, car certaines souches de souris peuvent être de plus en plus excitables ou anxieuses, et de plus longues périodes de respiration tranquille peuvent ne pas être réalisées dans un délai raisonnable. Nous avons placé des souris de 22 mois dans une chambre de l’UBP et comparé quatre segments respiratoires silencieux de 15 s entre les minutes 60-120 à une période de respiration plus longue de 10 min calme qui a pris 2-3 h à acquérir. Nous avons également obtenu des dénombrements d’apnées centrales et de respirations augmentées avant les segments respiratoires silencieux, après une période de familiarisation de 30 min. Nous montrons que 10 min de respiration tranquille est comparable à l’utilisation d’une durée beaucoup plus courte de 15 s. En outre, le temps qui précède ces segments de respiration tranquille de 15 s peut être utilisé pour recueillir des données concernant les apnées d’origine centrale. Ce protocole permet aux chercheurs de recueillir des données sur le modèle de respiration dans un laps de temps défini et rend possible des mesures de base silencieuses pour les souris qui peuvent présenter des quantités accrues de comportement excitable. La méthodologie UBP elle-même fournit un moyen utile et non invasif de recueillir des données sur les modèles de respiration et permet aux souris d’être testées sur plusieurs moments.

Introduction

UBP est une technique courante pour l’évaluation des modèles respiratoires1,2,3,4. Dans cette méthode, les souris sont placées dans une chambre fermée où les différences de pression entre la chambre principale (où l’animal est logé) et une chambre de référence sont filtrées à travers un pneumtachographe pour obtenir des valeurs. La configuration UBP qui en résulte est non invasive et non retenue et permet d’évaluer les mesures respiratoires sans l’exigence d’anesthésie ou de chirurgie. En outre, cette technique est adaptée aux études nécessitant plusieurs mesures dans la même souris au fil du temps. Des variables telles que la fréquence respiratoire, le volume des marées et la ventilation minute peuvent être quantifiées avec cette méthode, au cours d’un seul essai ou sur plusieurs essais. L’UBP du corps entier fournit également des mesures des débits de pointe et de la durée du cycle respiratoire. Ensemble, ces paramètres quantifient le modèle de respiration. Les traces respiratoires enregistrées permettent également d’examiner les données et de compter le nombre d’apnées centrales affichées dans un délai donné. Ce comptage peut être utilisé à côté d’une analyse du volume des marées et des temps inspiratoires pour évaluer d’autres altérations dans le modèle de respiration.

Tandis que plusieurs techniques non invasives de pléthysmographie existent pour l’évaluation directe des paramètres physiologiques pulmonaires, UBP de corps entier permet un moyen de dépister la fonction respiratoire avec un minimum de stress indu à la souris. La pléthysmographie de tête-out, qui utilise des mesures de débit mi-expiratoire des marées et qui est également non invasive, repose sur la retenue, comme beaucoup d’autres types de pléthysmographie (p. ex., pléthysmographie à double chambre). Bien que ces méthodes aient été utilisées dans les modèles de rongeurs pour mesurer la réactivité des voies respiratoires5,l’utilisation de colliers de cou ou de petits tubes de retenue peut prendre des souris (contre d’autres espèces) plus longtemps pour s’acclimater et retourner leur respiration aux niveaux de repos.

L’obtention d’un segment optimal de respiration de l’air est une considération importante pour les comparaisons de base. L’utilisation accrue de systèmes de pléthysmographie disponibles dans le commerce permet de recueillir des données sur les modèles de respiration dans de nombreux laboratoires. Il est important de noter que le modèle de respiration est variable tout au long de la période de collecte, en particulier pour les souris. Cela dit, il est nécessaire de normaliser l’analyse de base comme un moyen de s’assurer que le niveau de formation des expérimentateurs ne confond pas les résultats. Il existe de nombreuses façons de recueillir un segment de respiration de l’air, servant comme un domaine de variation entre les conceptions expérimentales. Un exemple comprend la moyenne des 10-30 minutes finales de données suivant un ensemble de temps précédemment défini dans la chambre1, tandis qu’une autre méthode consiste à attendre jusqu’à ce que la souris est visiblement calme pendant 5-10 min6. Ce dernier peut prendre 2-3 h pour atteindre et dans certains cas, un essai peut avoir besoin d’être abandonné si la souris n’est pas calme assez longtemps. Cette préoccupation est une considération particulièrement importante pour les souches de souris où les comportements observés sont plus anxieux et excitables7. Ces souris peuvent prendre plus de temps à s’adapter à l’environnement de la chambre et ne restent calmes que pour de courtes rafales de temps. Limiter le temps consacré à la collecte de base normalise le temps de chambre pour chaque souris.

Il est crucial que les expérimentateurs obtiennent une ligne de base appropriée qui englobe les valeurs de comportement au repos dans la souris, mais se produit également en temps opportun. Par conséquent, le but de ce rapport est de fournir une description des méthodes utilisées pour obtenir de courtes valeurs de base silencieuses pour les paramètres respiratoires chez les souris. De plus, nous rapportons que les apnées et les respirations augmentées peuvent être quantifiées pendant la première heure dans la chambre.

Protocol

Toutes les procédures ont été approuvées par le Comité de soins et d’utilisation des animaux institutionnels du Collège Le Moyne. Toute utilisation des animaux était en accord avec les politiques décrites dans le Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire8. REMARQUE : (Critique) Avant l’expérimentation, obtenir toutes les approbations et la formation nécessaires à l’utilisation des animaux. Il est important que les…

Representative Results

Les résultats de l’UBP comme une évaluation du modèle de la respiration chez les souris âgées de 16 ans (22 mois) effectuées sous le gaz d’air normal (20,93% O2 avec N2équilibré ) sont rapportés. L’analyse comprenait d’abord une comparaison d’un segment de respiration silencieux plus long de 10 minutes (qui a pris plus de 2 h à obtenir) par rapport à la moyenne de quatre segments courts de 15 s (quantifiés en quelques minutes 60-120). Un tracé représentatif de la respiration …

Discussion

Le protocole fournit des informations concernant une ligne de base de respiration silencieuse chez les souris, ainsi que la collecte de données sur les apnées centrales et les respirations augmentées. Les résultats représentatifs montrent qu’une ligne de base tranquille de 10 min a un modèle similaire de respiration par rapport à une moyenne de quatre 15 s combats pour une cohorte de vieilles souris. Fait important, les 15 s ne sont pas statistiquement différents, et ces groupes n’ont pas de différences de v…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs tiennent à remercier Angela Le, Sarah Ruby et Marisa Mickey pour leur travail de maintien des colonies animales. Ces travaux ont été financés par 1R15 HD076379 (L.R.D.), 3R15 HD076379 (L.R.D. pour soutenir le CN) et la Bourse de recherche de premier cycle McDevitt en sciences naturelles (BEE).

Materials

Carbon Dioxide Analyzer AEI Technologies CD-3A 
Carbon Dioxide Sensor AEI Technologies  P-61B
Computer must be compliant with Ponemah requirements
Drierite beads PermaPure LLC DM-AR
Flow Control AEI Technologies R-1 vacuum
Flowmeter TSI 4100 need one per chamber and one for vacuum
Gas Mixer MCQ Instruments GB-103
Gas Tanks Haun 100% oxygen, 100% carbon dioxide, 100% nitrogen – food grade, or pre-mixed tanks for nomal room air and gas challenges
Oxygen Analyzer AEI Technologies S-3A
Oxygen Sensor AEI Technologies  N-22M
Polyurethane Tubing SMC TUS 0604 Y-20
Ponemah Software DSI
Small Rodent Chamber Buxco/DSI
Thermometer (LifeChip System) Destron-Fearing any type of thermometer to take accurate body temperatures is appropriate, but the use of implantable chips allows for minimal disturbance to animal for taking several body temperature measurements while the animal is still in the UBP chamber 
Transducers Validyne DP45 need one per chamber 
Whole Body Plethysmography System  Data Science International (DSI) Includes ACQ-7700, pressure/temperature probes, etc. 

Referenzen

  1. DeRuisseau, L. R., et al. Neural deficits contribute to respiratory insufficiency in Pompe disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (23), 9419-9424 (2009).
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Diesen Artikel zitieren
Receno, C. N., Cunningham, C. M., Eassa, B. E., Purdy, R., DeRuisseau, L. R. Method to Obtain Pattern of Breathing in Senescent Mice through Unrestrained Barometric Plethysmography. J. Vis. Exp. (158), e59393, doi:10.3791/59393 (2020).

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