Förekomsten av fetma ökar och ökar risken för kroniska lungsjukdomar. För att fastställa bakomliggande mekanismer och förebyggande strategier, väldefinierade djur modeller behövs. Här, tillhandahåller vi tre metoder (glukos-tolerans-test kropp pletysmografi och lung fixering) att studera effekten av fetma på pulmonell utfall hos möss.
Fetma och andningsbesvär är stora hälsoproblem. Fetma blir en framväxande epidemi med ett förväntat antal över 1 miljard överviktiga individer i världen 2030, som alltså representerar en växande socioekonomisk börda. Samtidigt, är andra fetmarelaterade sjukdomar, inklusive diabetes samt hjärta och kroniska lungsjukdomar, kontinuerligt på uppgång. Trots att fetma har associerats med ökad risk för astmaexacerbationer, är försämring av luftvägssymptom och dålig kontroll, den funktionella rollen för fetma och perturbed metabolism i patogenesen av kronisk lungsjukdom ofta underskattat, och molekylära mekanismer bakom förbli svårfångade. Denna artikel syftar till att presentera metoder för att bedöma effekten av fetma på ämnesomsättning, samt lung struktur och funktion. Här, vi beskriver tre tekniker för möss studier: (1) bedömning av intraperitoneal glukostolerans (ipGTT) att analysera effekten av fetma på glukosmetabolismen; (2) mätning av luftvägsmotståndet (Res) och andningsorganen efterlevnaden (Cdyn) för att analysera effekten av fetma på lungfunktionen; och (3) förberedelse och fixering av lungan för efterföljande kvantitativa histologisk utvärdering. Fetmarelaterade lungsjukdomar är troligen multifaktoriell, som härrör från systemiska inflammatoriska och metabola dysreglering som potentiellt negativt påverkar lungfunktionen och svar på behandling. En standardiserad metod att studera molekylära mekanismer och effekten av nya behandlingar är därför viktig.
Enligt den Världshälsoorganisationen (WHO) i 2008, var mer än 1,4 miljarder vuxna, över 20 år, överviktiga med ett body mass index (BMI) större än eller lika med 25. vidare över 200 miljoner män och nästan 300 miljoner kvinnor var överviktiga (BMI≥30)1. Fetma och metabolt syndrom är stora riskfaktorer för en mängd sjukdomar. Samtidigt fetma och samtidig ökad vit fettvävnad massa har varit intimt knuten för att typ 2 diabetes2,3, hjärt-kärlsjukdomar inklusive kranskärlssjukdom (CHD), hjärtsvikt (HF), förmaksflimmer4 och artros5, förblir deras funktionella roller i patogenesen av andningsbesvär dåligt förstådd. Epidemiologiska studier har dock visat att fetma är starkt förknippad med kronisk respiratorisk villkor, inklusive ansträngningsutlöst dyspné, obstruktiv sömnapné syndrom (OSAS), obesitas hypoventilationssyndrom (OHS), kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol), lungemboli, aspirationspneumoni och bronkial astma6,7,8,9. Potentiella mekanismer länka fetma och perturbed metabolism, t.ex., insulinresistens och diabetes typ II, till patogenesen av kronisk lungsjukdom inte bara omfattar mekaniska och fysiska konsekvenser av vikt vinst på ventilation men också inducera en kronisk subakuta inflammatoriska tillståndet10,11. Ökningen av fetma och lungsjukdomar under det senaste decenniet, tillsammans med bristen på effektiva strategier för förebyggande och terapeutiska metoder, belyser behovet av att undersöka de molekylära mekanismerna för att definiera nya vägar för att hantera fetma lung sjukdomar.
Här, vi beskriver tre standard tester, som är de viktigaste grunderna att undersöka fetma och dess inverkan på lung struktur och funktion i musmodeller: (1) intraperitoneal glukos tolerans (ipGTT) (2) mätning av luftvägsmotståndet (Res) och respiratorisk systemet efterlevnad (Cdyn); och (3) förberedelse och fixering av lungan för efterföljande kvantitativa histologisk utvärdering. IpGTT är en robust screeningtest till åtgärd glukosupptag, och därmed effekten av fetma på ämnesomsättningen. Enkelheten i metoden tillåter bra standardisering och därför jämförbarheten av resultat mellan laboratorier. Mer sofistikerade metoder, såsom hyperglykemiska klämmor eller studier på isolerade öar, kan användas för detaljerad analys av de metabola fenotyp12. Här bedömer vi glukostolerans för att definiera en fetma-associerade tillstånd av systemisk och metabola störning som grund för fortsatta studier på en pulmonell resultatet. För att bedöma effekten av fetma och ämnesomsättningssjukdom på lungfunktion, mätte vi luftvägsmotståndet (Res) och andningsorganen efterlevnaden (Cdyn). För att karakterisera lungsjukdom, finns ohämmat samt återhållen metoder för bedömning av lungfunktion. Ohämmad pletysmografi i fritt rörliga djur härmar ett naturligt tillstånd, vilket återspeglar andningsmönster; invasiva metoder, såsom Ingångsimpedans mätning av Res och cDyn i djupt sövda möss att bedöma dynamisk lung mekanik, är det däremot mer exakt13. Eftersom kroniska luftvägsbesvär reflekteras av histologiska förändringar av lungvävnaden, är rätt lung fixering för vidare analys överhängande. Valet av metoden vävnad fixering och förberedelser beror på fack i lungan som ska studeras, till exempel genomföra luftvägarna eller lungorna parenkymet14. Här beskriver vi en metod som möjliggör kvalitativ och kvantitativ bedömning av ledande luftvägarna att studera effekten av fetma på astma utveckling.
Denna rapport ger tre protokoll för tre olika metoder för att analysera effekterna av fetma på glukosmetabolismen och pulmonell utfall. Först glukostoleranstest ger möjlighet att analysera intracellulära glukosupptag och kan vara vägledande för insulinresistens. För det andra, hela kroppen pletysmografi är en teknik att mäta lungfunktion och är därmed bra att testa effekten av nya behandlingar. För det tredje, ett standardiserat fixering protokoll är viktigt för kvantitativa morfometriska analys för att …
The authors have nothing to disclose.
Experimenten var stöds av Marga och Walter Boll-Stiftung, Kerpen, Tyskland; Projektet 210-02-16 (MAAA), projektet 210-03-15 (MAAA) och av den tyska forskningsfondens (DFG; AL1632-02; MAAA), Bonn, Tyskland; Centrum för molekylär medicin Köln (CMMC; Universitetssjukhuset Cologne; Karriär befordranprogram; MAAA), Köln Fortune (fakulteten, universitetet i Köln; KD).
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 |