בדיקת עמידות הגלוקוז בקרום הבטן, מדידה של תפקודי ריאה של קיבעון של הריאה לחקור את ההשפעה של השמנת יתר, חילוף חומרים לקוי על תוצאות ריאתי
Summary
השכיחות של השמנת יתר עולה ומגבירה את הסיכון של מחלות ריאה כרונית. להקים את המנגנונים שבבסיס ואת אסטרטגיות מניעה, חיה מוגדרים היטב דרושים מודלים. כאן, אנו מספקים שלוש שיטות (גלוקוז-סובלנות-בדיקה, הגוף plethysmography של הריאה קיבוע) לחקור את ההשפעה של השמנת יתר על תוצאות ריאתי בעכברים.
Abstract
השמנת יתר בעיות נשימה בעיות בריאות קשות בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. השמנת יתר הופכת למגיפה המתעוררים עם מספר הצפוי של מעל 1 מיליארד אנשים שמנים ברחבי העולם 2030, ובכך המייצג נטל חברתי-כלכלי הולך וגדל. במקביל, הקשורות להשמנת יתר מחלות רקע, כולל סוכרת, כמו גם מחלות ריאה כרוניות, והלב הם ברציפות בעלייה. למרות ההשמנה נמצא קשור לסיכון מוגבר עבור אסטמה exacerbations, החמרה של תסמינים נשימתיים, ושליטה המסכן, תפקיד פונקציונלי השמנה וחילוף החומרים מודאג בפתוגנזה של מחלת ריאות כרונית היא לעתים קרובות underestimated, ולהישאר המנגנונים המולקולריים שבבסיס חמקמק. מאמר זה שואף להציג את השיטות כדי להעריך את ההשפעה של השמנת יתר על חילוף החומרים, כמו גם ריאות מבנה ותפקוד. כאן, אנו מתארים שלוש טכניקות ללימודי עכברים: (1) ובחינת בקרום הבטן גלוקוזה (ipGTT) כדי לנתח את השפעת השמנת יתר על חילוף החומרים של הגלוקוז; (2) מידת ההתנגדות דרכי הנשימה (במיל ‘) ותאימות מערכת הנשימה (Cdyn) כדי לנתח את השפעת השמנת יתר על תפקוד הריאות; (3) אופן ההכנה, קיבוע של הריאה להערכת היסטולוגית כמותיים הבאים. מחלות ריאה הקשורים להשמנה הם כנראה multifactorial, הנובעות מערכתית dysregulation דלקתיות וחילוף זה פוטנציאל לרעה על תפקוד הריאות ואת התגובה לטיפול. לכן, מתודולוגיה מתוקננת ללמוד המנגנונים המולקולריים ואת השפעת טיפולים חדשניים חיוני.
Introduction
על-פי ארגון הבריאות העולמי (WHO) בשנת 2008, יותר מ- 1.4 מיליארד מבוגרים, בגילאי 20 ומעלה, היו בעלי משקל עודף עם מדד מסת הגוף (BMI) גדול או שווה ל- 25; יתר על כן, יותר מ-200 מיליון אנשים, כמעט 300 מיליון נשים היו שמנים (BMI≥30)1. השמנת יתר תסמונת מטבולית גורמי סיכון עיקריים עבור מספר רב של מחלות בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. בעוד השמנת יתר, והמצוות מוגברת שומן לבן מסה בצורה אינטימית נקשר הקלד2,2 סוכרת3, מחלות קרדיו-וסקולרית, כולל מחלת לב כלילית (CHD), אי ספיקת לב (HF), פרפור פרוזדורים4 דלקת מפרקים ניוונית5, תפקידיהם פונקציונלי בפתוגנזה של הפרעות נשימה נשארים ממעטים להבין. עם זאת, מחקרים אפידמיולוגיים הדגימו כי השמנת יתר הוא קשור מאוד עם נשימה כרוניות, כולל exertional קוצר נשימה, תסמונת דום נשימה בשינה חסימתית (OSAS), השמנת יתר hypoventilation תסמונת (OHS), כרונית מחלת ריאות חסימתית (COPD), תסחיף ריאתי, שאיפה דלקת ריאות, אסטמה6,7,8,9. מנגנונים פוטנציאליים קישור השמנה וחילוף החומרים מודאג, למשל, עמידות לאינסולין ועל סוג סוכרת II, בפתוגנזה של מחלת ריאות כרונית לא רק מהווים ההשלכות מכני והפיזי של משקל רווח אלא גם אוורור זירוז של המדינה דלקתית כרונית subacute10,11. עלייתו של השמנת יתר, מחלות ריאה בעשור האחרון, יחד עם העדר אסטרטגיות מניעה אפקטיביות וגישות טיפוליות, מדגיש את הצורך לחקור את המנגנונים המולקולריים להגדרת דרכים חדשות כדי לנהל ריאות הקשורות להשמנת יתר מחלות.
כאן, אנו מתארים שלוש בדיקות תקן, אשר הם יסודות חשוב לחקור ההשמנה והשפעתה על ריאות מבנה ותפקוד במודלים של העכבר: גלוקוז (1) בקרום הבטן סובלנות (ipGTT) (2) מדידה של דרכי הנשימה ההתנגדות (במיל ‘), מערכת הנשימה תאימות מערכת (Cdyn); (3) אופן ההכנה, קיבוע של הריאה להערכת היסטולוגית כמותיים הבאים. IpGTT הוא מבחן הקרנה חזקה כדי ספיגת הגלוקוז מידה, ולכן ההשפעה של השמנת יתר על חילוף החומרים. הפשטות של השיטה מאפשרת סטנדרטיזציה טוב, ולכן את comparability של תוצאות בין מעבדות. שיטות מתוחכמות יותר, כמו מלחציים hyperglycemic או מחקרים על איים מבודדים, יכול לשמש לניתוח מפורט של פנוטיפ מטבולית12. כאן נוכל להעריך גלוקוזה להגדרת מצב הקשורים להשמנה של הפרעה מערכתית וחילוף כבסיס ללימודי על תוצאה ריאתי. כדי להעריך את ההשפעה של השמנת יתר, הפרעות מטבוליות על תפקודי ריאה, מדדנו התנגדות דרכי הנשימה (במיל ‘) ותאימות מערכת הנשימה (Cdyn). לאפיון מחלות ריאה, שיטות ערככם וכן מאופקת עבור הערכה של תפקוד הריאות הינם זמינים. Plethysmography ערככם במעבר בחופשיות חיות מחקה מצב טבעי, המשקף את דפוסי נשימה; לעומת זאת, שיטות פולשניות, כגון מדידת עכבת Res, cDyn בעכברים עמוקות ומורדמת ולהעריך מכניקת ריאות דינמי, הן מדויקות יותר13. מאז כרוניות בדרכי הנשימה משתקפים על ידי שינויים היסטולוגית של רקמת הריאה, ריאות תקין קיבוע לצורך ניתוח נוסף הוא בלתי נמנע. הבחירה של השיטה של קיבוע הרקמה והכנות תלוי התא של הריאה אשר להילמד, לדוגמה, ניצוח איירווייז או parenchyma הריאה14. כאן, אנו מתארים שיטה המאפשרת הערכה כמותיים של דרכי הנשימה ניצוח לחקור את ההשפעה של השמנת יתר על פיתוח אסטמה.
Protocol
Representative Results
Discussion
דוח זה מספק שלושה פרוטוקולים עבור שלוש שיטות שונות לנתח את השפעת השמנת יתר על מטבוליזם הגלוקוז ותוצאות ריאתי. ראשית, הבדיקה סובלנות גלוקוז מציעה את ההזדמנות כדי לנתח את ספיגת הגלוקוז תאיים, יכול להיות מעיד על עמידות לאינסולין. שנית, כל הגוף plethysmography היא טכניקה כדי למדוד את תפקוד הריאות, ובכ…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הניסויים נתמכו על ידי מארגה וולטר בול-Stiftung, Kerpen, גרמניה; פרויקט 210-02-16 (MAAA), פרויקט 210-03-15 (MAAA), על ידי קרן מחקר גרמני (DFG; AL1632-02; MAAA), בון, גרמניה; מרכז לרפואה מולקולרית קלן (CMMC; בית חולים אוניברסיטת קלן; תוכנית לקידום הקריירה; MAAA), הון קלן (הפקולטה לרפואה, אוניברסיטת קלן; KD).
Materials
| GlucoMen LX | A.Menarini diagnostics, Firneze, Italy | 38969 | blood glucose meter |
| GlucoMen LX Sensor | A.Menarini diagnostics, Firneze, Italy | 39765 | Test stripes |
| Glucose 20% | B. Braun, Melsung, Germany | 2356746 | |
| FinePointe Software | DSI, MC s´Hertogenbosch, Netherlands | 601-1831-002 | |
| FinePointe RC Single Site Mouse Table | DSI, MC s´Hertogenbosch, Netherlands | 601-1831-001 | |
| FPRC Controller | DSI, MC s´Hertogenbosch, Netherlands | 601-1075-001 | |
| FPRC Aerosol Block | DSI, MC s´Hertogenbosch, Netherlands | 601-1106-001 | |
| Aerogen neb head-5.2-4um | DSI, MC s´Hertogenbosch, Netherlands | 601-2306-001 | |
| Forceps | FST, British Columbia, Canada | 11065-07 | |
| Blunt scissors | FST, British Columbia, Canada | 14105-12 | |
| Micro scissors | FST, British Columbia, Canada | 15000-00 | |
| Perma-Hand 4-0 | Ethicon, Puerto Rico, USA | 736H | Surgical suture |
| Roti-Histofix 4% | Roth | P087.1 | 4% Paraformaldehyd |
| Ketaset | Zoetis, Berlin, Germany | 10013389 | Ketamine |
| Rompun 2% | Bayer, Leverkusen, Germany | 770081 | Xylazine |
Riferimenti
- Kelly, T., Yang, W., Chen, C. S., Reynolds, K., He, J. Global burden of obesity in 2005 and projections to 2030. Int J Obes (Lond). 32, 1431-1437 (2008).
- Freemantle, N., Holmes, J., Hockey, A., Kumar, S. How strong is the association between abdominal obesity and the incidence of type 2 diabetes?. International journal of clinical practice. 62, 1391-1396 (2008).
- Wassink, A. M. J., et al. Waist circumference and metabolic risk factors have separate and additive effects on the risk of future Type 2 diabetes in patients with vascular diseases. A cohort study. Diabetic Medicine. 28, 932-940 (2011).
- Oktay, A. A., et al. The Interaction of Cardiorespiratory Fitness with Obesity and the Obesity Paradox in Cardiovascular Disease. Progress in cardiovascular diseases. , (2017).
- Azamar-Llamas, D., Hernandez-Molina, G., Ramos-Avalos, B., Furuzawa-Carballeda, J. Adipokine Contribution to the Pathogenesis of Osteoarthritis. Mediators Inflamm. 2017, 5468023 (2017).
- Koenig, S. M. Pulmonary complications of obesity. The American journal of the medical sciences. 321, 249-279 (2001).
- Stunkard, A. J. Current views on obesity. The American journal of medicine. 100, 230-236 (1996).
- Murugan, A. T., Sharma, G. Obesity and respiratory diseases. Chron Respir Dis. 5, 233-242 (2008).
- Zammit, C., Liddicoat, H., Moonsie, I., Makker, H. Obesity and respiratory diseases. International journal of general medicine. 3, 335-343 (2010).
- Ouchi, N., Parker, J. L., Lugus, J. J., Walsh, K. Adipokines in inflammation and metabolic disease. Nat Rev Immunol. 11, 85-97 (2011).
- McArdle, M. A., Finucane, O. M., Connaughton, R. M., McMorrow, A. M., Roche, H. M. Mechanisms of obesity-induced inflammation and insulin resistance: insights into the emerging role of nutritional strategies. Front Endocrinol (Lausanne). 4, 52 (2013).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Disease models & mechanisms. 3, 525-534 (2010).
- Bates, J. H., Irvin, C. G. Measuring lung function in mice: the phenotyping uncertainty principle. J Appl Physiol. 94 (1985), 1297-1306 (2003).
- Hsia, C. C., Hyde, D. M., Ochs, M., Weibel, E. R. An official research policy statement of the American Thoracic Society/European Respiratory Society: standards for quantitative assessment of lung structure. Am J Respir Crit Care Med. 181, 394-418 (2010).
- Hoogstraten-Miller, S. L., Brown, P. A. Techniques in aseptic rodent surgery. Curr Protoc Immunol. Chapter 1, (2008).
- Heydemann, A. An Overview of Murine High Fat Diet as a Model for Type 2 Diabetes Mellitus. Journal of diabetes research. 2016, 2902351 (2016).
- Asha, G. V., Raja Gopal Reddy, M., Mahesh, M., Vajreswari, A., Jeyakumar, S. M. Male mice are susceptible to high fat diet-induced hyperglycaemia and display increased circulatory retinol binding protein 4 (RBP4) levels and its expression in visceral adipose depots. Archives of physiology and biochemistry. 122, 19-26 (2016).
- Jovicic, N., et al. Differential Immunometabolic Phenotype in Th1 and Th2 Dominant Mouse Strains in Response to High-Fat Feeding. PLoS One. 10, e0134089 (2015).
- Fontaine, D. A., Davis, D. B. Attention to Background Strain Is Essential for Metabolic Research: C57BL/6 and the International Knockout Mouse Consortium. Diabetes. 65, 25-33 (2016).
- Muniyappa, R., Lee, S., Chen, H., Quon, M. J. Current approaches for assessing insulin sensitivity and resistance in vivo: advantages, limitations, and appropriate usage. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294, E15-E26 (2008).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen hours of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. Journal of lipid research. 46, 582-588 (2005).
- Heikkinen, S., Argmann, C. A., Champy, M. F., Auwerx, J. Evaluation of glucose homeostasis. Current protocols in molecular biology. Chapter 29, (2007).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297, E849-E855 (2009).
- Ayala, J. E., Bracy, D. P., McGuinness, O. P., Wasserman, D. H. Considerations in the design of hyperinsulinemic-euglycemic clamps in the conscious mouse. Diabetes. 55, 390-397 (2006).
- Lodhi, I. J., Semenkovich, C. F. Why we should put clothes on mice. Cell Metab. 9, 111-112 (2009).
- Swoap, S. J., Gutilla, M. J., Liles, L. C., Smith, R. O., Weinshenker, D. The full expression of fasting-induced torpor requires beta 3-adrenergic receptor signaling. J Neurosci. 26, 241-245 (2006).
- Geiser, F. Metabolic rate and body temperature reduction during hibernation and daily torpor. Annu Rev Physiol. 66, 239-274 (2004).
- Mead, J. Mechanical properties of lungs. Physiological reviews. 41, 281-330 (1961).
- Lundblad, L. K., Irvin, C. G., Adler, A., Bates, J. H. A reevaluation of the validity of unrestrained plethysmography in mice. J Appl Physiol. 93, 1198-1207 (2002).
- Lundblad, L. K., et al. Penh is not a measure of airway resistance!. Eur Respir J. 30, 805 (2007).
- Adler, A., Cieslewicz, G., Irvin, C. G. Unrestrained plethysmography is an unreliable measure of airway responsiveness in BALB/c and C57BL/6 mice. J Appl Physiol. 97, 286-292 (2004).
- Fairchild, G. A. Measurement of respiratory volume for virus retention studies in mice. Applied microbiology. 24, 812-818 (1972).
- Brown, R. H., Wagner, E. M. Mechanisms of bronchoprotection by anesthetic induction agents: propofol versus ketamine. Anesthesiology. 90, 822-828 (1999).
- Goyal, S., Agrawal, A. Ketamine in status asthmaticus: A review. Indian journal of critical care medicine: peer-reviewed, official publication of Indian Society of Critical Care Medicine. 17, 154-161 (2013).
- Doi, M., Ikeda, K. Airway irritation produced by volatile anaesthetics during brief inhalation: comparison of halothane, enflurane, isoflurane and sevoflurane. Canadian journal of anaesthesia = Journal canadien d’anesthesie. 40, 122-126 (1993).
- Braber, S., Verheijden, K. A., Henricks, P. A., Kraneveld, A. D., Folkerts, G. A comparison of fixation methods on lung morphology in a murine model of emphysema. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 299, L843-L851 (2010).
- Weibel, E. R., Limacher, W., Bachofen, H. Electron microscopy of rapidly frozen lungs: evaluation on the basis of standard criteria. Journal of applied physiology: respiratory, environmental and exercise physiology. 53, 516-527 (1982).
- Rolls, G. . Process of Fixation and the Nature of Fixatives. , (2017).
- Winsor, L., Woods, A., Ellis, R. Tissue processing. Laboratory histopathology. , 4.2-1-4.2-39 (1994).
- Pearse, A. . Histochemistry, theoretical and applied. , (1980).
- Weibel, E. R. Morphological basis of alveolar-capillary gas exchange. Physiological reviews. 53, 419-495 (1973).
- Bur, S., Bachofen, H., Gehr, P., Weibel, E. R. Lung fixation by airway instillation: effects on capillary hematocrit. Experimental lung research. 9, 57-66 (1985).
- Bachofen, H., Ammann, A., Wangensteen, D., Weibel, E. R. Perfusion fixation of lungs for structure-function analysis: credits and limitations. Journal of applied physiology: respiratory, environmental and exercise physiology. 53, 528-533 (1982).
- Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemporary topics in laboratory animal science. 43, 42-51 (2004).
