Intraperitoneaal Glucose tolerantie Test, meting van de longfunctie, en fixatie van de longen om te bestuderen van de gevolgen van obesitas en verminderde stofwisseling op pulmonaire resultaten
Summary
De incidentie van obesitas stijgt en verhoogt het risico van chronische longziekten. De onderliggende mechanismen en preventieve strategieën, welomschreven dier vast te stellen modellen nodig zijn. Hier bieden wij drie methoden (glucose-tolerantie-test, lichaam plethysmography en fixatie van de Long) te bestuderen van het effect van obesitas op pulmonaire resultaten in muizen.
Abstract
Obesitas en respiratoire aandoeningen zijn grote gezondheidsproblemen. Obesitas is steeds een opkomende epidemie met een verwachte aantal zwaarlijvige individuen van meer dan 1 miljard wereldwijd in 2030, dus vertegenwoordigen een groeiende sociaal-economische last. Gelijktijdig, zijn obesitas-gerelateerde comorbidities, met inbegrip van diabetes, alsmede hart en chronische longziekten, voortdurend op de stijging. Hoewel obesitas is geassocieerd met verhoogd risico op astma exacerbaties, wordt verslechtering van de respiratoire symptomen, en slechte controle, de functionele rol van obesitas en verontrust metabolisme in de pathogenese van chronische longziekte vaak onderschat, en moleculaire mechanismen blijven elusive. Dit artikel beoogt te presenteren van de methoden voor de beoordeling van het effect van obesitas op metabolisme, evenals Long structuur en functie. Hier beschrijven we drie technieken voor muizen studies: (1) beoordeling van intraperitoneaal glucosetolerantie (ipGTT) voor analyseren het effect van obesitas op glucose metabolisme; (2) meting van de weerstand van de luchtwegen (Res) en ademhalingswegen compliance (Cdyn) voor het analyseren van de invloed van obesitas op de longfunctie; en (3) voorbereiding en fixatie van de longen voor verdere kwantitatieve histologische beoordeling. Obesitas longziekten zijn waarschijnlijk multifactoriële, die voortvloeien uit de systemische inflammatoire en metabole disregulatie die potentieel ongunstig beïnvloeden longfunctie en de respons op therapie. Daarom is een gestandaardiseerde methode voor het bestuderen van de moleculaire mechanismen en het effect van nieuwe behandelingen essentieel.
Introduction
Volgens de World Health Organization (WHO) in 2008, waren meer dan 1,4 miljard volwassenen, leeftijd 20 en ouder, overgewicht met een index van de lichaamsmassa (BMI) groter is dan of gelijk aan 25; verder, meer dan 200 miljoen mannen en bijna 300 miljoen vrouwen waren zwaarlijvig (BMI≥30)1. Obesitas en het metabool syndroom zijn belangrijke risicofactoren voor een veelheid aan ziekten. Terwijl de zwaarlijvigheid en de daarmee gepaard gaande verhoogde witte vetweefsel massa is nauw gekoppeld om type 2 diabetes2,3, cardio-vasculaire ziekten, met inbegrip van coronaire hartziekte (CHZ), hartfalen (HF), boezemfibrilleren4 en artrose5, hun functionele rol in de pathogenese van respiratoire aandoeningen blijven slecht begrepen. Echter, de epidemiologische studies hebben aangetoond dat obesitas sterk geassocieerd met chronische respiratoire aandoeningen is, met inbegrip van inspanningsdyspnoe kortademigheid, obstructieve slaap apneu syndroom (OSAS), obesitas Ademdepressie syndroom (OHS), chronische obstructieve longziekte (COPD), longembolie, aspiratie pneumonie en bronchiale astma6,,7,,8,9. Potentiële mechanismen tussen obesitas en metabolisme verstoord, bijvoorbeeld, insulineresistentie en diabetes type II, aan de pathogenese van chronische longziekte niet alleen bestaan uit mechanische en fysieke gevolgen van gewicht maar ook winst op ventilatie veroorzaken een chronische subacute inflammatoire staat10,11. De opkomst van obesitas en longziekten tijdens het afgelopen decennium, in combinatie met het gebrek aan effectieve preventieve strategieën en therapeutische benaderingen, wijst op de noodzaak te onderzoeken van de moleculaire mechanismen voor het definiëren van nieuwe wegen voor het beheer van obesitas Long ziekten.
Hier beschrijven we drie standaard tests, die belangrijke basisprincipes om obesitas en het effect ervan op longkanker structuur en functie in muismodellen te onderzoeken: (1) intraperitoneaal glucose tolerantie (ipGTT) (2) meting van de weerstand van de luchtwegen (Res) en respiratoire naleving van het systeem (Cdyn); en (3) voorbereiding en fixatie van de longen voor verdere kwantitatieve histologische beoordeling. De ipGTT is een robuuste screeningtest voor maatregel glucose-opname, en dus het effect van obesitas op metabolisme. De eenvoud van de methode kan goede normalisatie, en daarom de vergelijkbaarheid van de resultaten tussen laboratoria. Meer verfijnde methoden, zoals hyperglycemic klemmen of studies van geïsoleerde eilandjes, kunnen worden gebruikt voor gedetailleerde analyse van de metabole fenotype12. Hier beoordelen we glucosetolerantie als u wilt definiëren een obesitas-geassocieerde staat van systemische en metabolische wanorde als basis voor verdere studies over een pulmonaire resultaten. Om te beoordelen van het effect van obesitas en stofwisselingsziekte op de longfunctie, gemeten we airway weerstand (Res) en ademhalingswegen compliance (Cdyn). Karakteriseren longziekte, zijn ongebreidelde evenals ingetogen methoden voor de beoordeling van de longfunctie beschikbaar. Ongebreidelde plethysmography in vrij bewegende dieren bootst een natuurlijke staat, als gevolg van ademhaling patronen; daarentegen zijn invasieve methoden, zoals ingangsimpedantie meting van Res en cDyn in diep narcose muizen te beoordelen van dynamische Long mechanica, nauwkeuriger13. Omdat chronische respiratoire aandoeningen worden weerspiegeld door histologische wijzigingen van het longweefsel, staat voor de deur goede longen fixatie voor verdere analyse. De keuze van de methode van weefsel fixatie en voorbereiding is afhankelijk van het compartiment van de longen, die zal worden bestudeerd, bijvoorbeeld airways of Long parenchym14. Hier beschrijven we een methode die het mogelijk kwalitatieve en kwantitatieve beoordeling van de dirigent luchtwegen maakt te bestuderen van het effect van obesitas op ontwikkeling van astma.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit rapport bevat drie protocollen voor drie verschillende methoden voor het analyseren van de gevolgen van obesitas op glucose metabolisme en pulmonaire resultaten. Eerst de glucose tolerantie test biedt de mogelijkheid om het analyseren van intracellulaire glucose-opname en kan worden indicatie van insulineresistentie. Ten tweede, hele lichaam plethysmography is een techniek voor het meten van de longfunctie en is daarmee handig voor het testen van de werkzaamheid van nieuwe behandelingen. Ten derde, een gestandaardise…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De experimenten werden ondersteund door de Marga en Walter Boll-Stiftung, Kerpen, Duitsland; Project 210-02-16 (MAAA), Project 210-03-15 (MAAA) en door de Duitse Research Foundation (DFG; AL1632-02; MAAA), Bonn, Duitsland; Centrum voor moleculaire geneeskunde Keulen (CMMC; Universitair ziekenhuis Keulen; Carrière Advancement programma; MAAA), Köln Fortune (faculteit geneeskunde, Universiteit van Keulen; 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 |
Referências
- 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).
