Summary

Метод получения шаблона дыхания у чувствительных мышей с помощью безудержной барометрической плетисмографии

Published: April 28, 2020
doi:

Summary

Безудержная барометрическая плетисмография используется для количественной оценки структуры дыхания у проснувающихся мышей. Мы показываем, что 15 сегментов в рамках стандартизированного протокола отображают аналогичные значения длительной продолжительности тихого дыхания. Эта методология также позволяет количественно количественно апноэ и увеличенные вдохи в течение первого часа в камере.

Abstract

Безудержная барометрическая плетисмография (UBP) является методом количественной оценки структуры дыхания мышей, где обычно сообщается частота дыхания, приливный объем и минутная вентиляция. Кроме того, может быть собрана информация о нервном выходе дыхания, включая наличие центрального апноэ и увеличенного дыхания. Важным фактором для UBP является получение дыхательного сегмента с минимальным воздействием тревожного или активного поведения, чтобы прояснить реакцию на проблемы с дыханием. Здесь мы представляем протокол, который позволяет получить короткие, тихие базовые линии у пожилых мышей, сравнимые с ожиданием более длительных приступов тихего дыхания. Использование более коротких сегментов времени является ценным, так как некоторые штаммы мышей могут быть все более возбудимыми или тревожными, и более длительные периоды тихого дыхания не могут быть достигнуты в разумные сроки. Мы поместили 22-месячных мышей в камеру UBP и сравнили четыре 15 сегментов тихого дыхания между минутами 60-120 и более длинным 10 минутами спокойного дыхания, который занял 2-3 ч, чтобы приобрести. Мы также получили количество центрального апноэ и увеличенные вдохи до тихого дыхания сегментов, после 30 минут периода ознакомления. Мы показываем, что 10 минут тихого дыхания сравнимо с использованием гораздо более короткой 15-й продолжительности. Кроме того, время, предшествуя этим 15 с тихого дыхания сегментов могут быть использованы для сбора данных о апноэ центрального происхождения. Этот протокол позволяет следователям собирать шаблон-дыхания данных в определенное количество времени и делает тихие базовые меры осуществимы для мышей, которые могут проявлять увеличение количества возбудимого поведения. Сама методология UBP обеспечивает полезный и неинвазивный способ сбора данных о шаблонах дыхания и позволяет мыши тестироваться в течение нескольких временных точек.

Introduction

UBP является распространенной техникой для оценки дыхательных узоров1,,2,23,,4. В этом методе мыши помещаются в закрытую камеру, где различия в давлении между основной камерой (где находится животное) и эталонной камерой, фильтруются через пневмотахограф для получения значений. Полученная установка UBP является неинвазивной и безудержной и позволяет оценить респираторные меры без необходимости анестезии или хирургического вмешательства. Кроме того, этот метод подходит для исследований, требующих нескольких измерений в одной и той же мыши с течением времени. Переменные, такие как частота дыхания, объем приливов и минутная вентиляция может быть количественно с помощью этого метода, во время одного испытания или в течение нескольких испытаний. UBP всего тела также обеспечивает измерения пиковых потоков и продолжительности дыхательного цикла. Вместе эти параметры количественно определить структуру дыхания. Записанные следы дыхания также позволяют просматривать данные и подсчитывать количество центральных апноэ, отображаемых в течение определенного периода времени. Это количество может быть использовано наряду с анализом приливного объема и inspiratory раз для оценки других изменений в структуре дыхания.

В то время как существует несколько неинвазивных методов плейсмографии для непосредственной оценки легочных физиологических параметров, UBP всего тела позволяет провести скрининг на дыхательную функцию с минимальным неоправданным стрессом для мыши. Головной плетисмографии, которая использует приливные меры среднего течения потока, а также неинвазивный, опирается на сдержанность, как и многие другие виды плетисмографии (например, двухкамерный плетисмографии). Хотя эти методы были использованы в моделях грызунов для измерения реакции дыхательных путей5, использование воротники шеи или небольшие удерживающие трубки могут занять мышей (по сравнению с другими видами) дольше, чтобы акклиматизироваться и вернуть свое дыхание к уровню отдыха.

Получение оптимального сегмента воздуходыша является важным фактором для базовых сравнений. Более широкое использование коммерчески доступных систем плейсмографии делает возможным сбор данных о шаблонах дыхания во многих лабораториях. Важно отметить, что структура дыхания является переменной на протяжении всего периода сбора, особенно для мышей. С указанной стороной необходимо стандартизировать базовый анализ как средство обеспечения того, чтобы уровень подготовки экспериментаторов не смуал результаты. Существует множество способов сбора сегмента дыхания воздуха, который служит одной из областей вариаций между экспериментальными проектами. Один пример включает в себя усреднение окончательного 10-30 мин данных после ранее определенного набора времени в камере1, в то время как другой метод включает в себя ожидание, пока мышь заметно спокойно в течение 5-10 мин6. Последний может занять 2-3 ч для достижения, а в некоторых случаях, судебное разбирательство, возможно, потребуется отказаться, если мышь не спокойна достаточно долго. Эта озабоченность является особенно важным фактором для штаммов мышей, где наблюдаемое поведение более тревожным и возбудимым7. Эти мыши могут занять больше времени, чтобы приспособиться к камере окружающей среды и только оставаться спокойным в течение коротких очередей времени. Ограничение времени, отведенного на базовую коллекцию, стандартизирует время камеры для каждой мыши.

Очень важно, чтобы экспериментаторы получили подходящий базовый участок, который включает в себя значения поведения отдыха в мыши, но также происходит своевременно. Таким образом, цель этого доклада заключается в предоставлении описания методов, используемых для получения коротких тихих базовых значений для дыхания параметров у мышей. Кроме того, мы сообщаем, что апноэ и увеличенные вдохи могут быть количественно в течение первого часа в камере.

Protocol

Все процедуры были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных колледжа Ле Мойн. Все использование животных было в согласии с политикой, описанной в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных8. ПРИМЕЧАНИЕ:</st…

Representative Results

Сообщается о результатах UBP как оценки структуры дыхания у 16 возрастных (22-месячных) мышей, выполняемых при нормальном воздушном газе (20,93% O2 со сбалансированным N2). Анализ первый включал в себя сравнение более 10 мин тихого дыхания сегмента (который взял более 2 ч, чтобы получит…

Discussion

Протокол содержит информацию о тихом дыхании базовых у мышей, а также сбор данных о центральных апноэ и увеличенных вдохов. Репрезентативные результаты показывают, что 10 мин тихий базовый имеет аналогичную картину дыхания по сравнению с в среднем четыре 15 с боями для когорты старых мыш…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Анжелу Ле, Сару Руби и Марису Микки за их работу по поддержанию колоний животных. Эта работа была профинансирована 1R15 HD076379 (L.R.D.), 3R15 HD076379 (L.R.D. для поддержки CNR), и McDevitt бакалавриат научно-исследовательской стипендии в естественных науках (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).
  2. Ogier, M., et al. Brain-derived neurotrophic factor expression and respiratory function improve after ampakine treatment in a mouse model of Rett syndrome. Journal of Neuroscience. 27 (40), 10912-10917 (2007).
  3. Ohshima, Y., et al. Hypoxic ventilatory response during light and dark periods and the involvement of histamine H1 receptor in mice. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 293 (3), 1350-1356 (2007).
  4. van Schaik, S. M., Enhorning, G., Vargas, I., Welliver, R. C. Respiratory syncytial virus affects pulmonary function in BALB/c mice. Journal of Infectious Diseases. 177 (2), 269-276 (1998).
  5. Glaab, T., Taube, C., Braun, A., Mitzner, W. Invasive and noninvasive methods for studying pulmonary function in mice. Respiratory Research. 8, (2007).
  6. Loeven, A. M., Receno, C. N., Cunningham, C. M., DeRuisseau, L. R. Arterial Blood Sampling in Male CD-1 and C57BL/6J Mice with 1% Isoflurane is Similar to Awake Mice. Journal of Applied Physiology. , (2018).
  7. Receno, C. N., Eassa, B. E., Reilly, D. P., Cunningham, C., DeRuisseau, L. R. The pattern of breathing in young wild type and Ts65Dn mice during the dark and light cycle. FASEB Journal. 32 (1), (2018).
  8. Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, Inistitute fpr Laboratory Animal Research, Division on Earth and Life Studies, National Research Council of the National Academies. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 8th edition. , (2011).
  9. Receno, C. N., Glausen, T. G., DeRuisseau, L. R. Saline as a vehicle control does not alter ventilation in male CD-1 mice. Physiological Reports. 6 (10), (2018).
  10. Shanksy, R. M. Sex differences in behavioral strategies: Avoiding interpretational pitfalls. Current Opinion in Neurobiology. 49, 95-98 (2018).
  11. Kopp, C. Locomotor activity rhythm in inbred strains of mice: implications for behavioural studies. Behavioural Brain Research. 125 (1-2), 93-96 (2001).
  12. Teske, J. A., Perez-Leighton, C. E., Billington, C. J., Kotz, C. M. Methodological considerations for measuring spontaneous physical activity in rodents. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 306 (10), 714-721 (2014).
  13. Kabir, M. M., et al. Respiratory pattern in awake rats: Effects of motor activity and of alerting stimuli. Physiology & Behavior. 101 (1), 22-31 (2010).
  14. Terada, J., et al. Ventilatory long-term facilitation in mice can be observed during both sleep and wake periods and depends on orexin. Journal of Applied Physiology. 104 (2), 499-507 (2008).
  15. Friedman, L., et al. Ventilatory behavior during sleep among A/J and C57BL/6J mouse strains. Journal of Applied Physiology. 97 (5), 1787-1795 (2004).
  16. Drorbaugh, J. E., Fenn, W. O. A barometric method for measuring ventilation in newborn infants. Pediatrics. 16 (1), 81-87 (1955).
  17. Seifert, E. L., Mortola, J. P. The circadian pattern of breathing in conscious adult rats. Respiration Physiology. 129 (3), 297-305 (2002).
  18. Receno, C. N., Roffo, K. E., Mickey, M. C., DeRuisseau, K. C., DeRuisseau, L. R. Quiet breathing in hindlimb casted mice. Respiratory Physiology & Neurobiology. , 10 (2018).

Play Video

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).

View Video