वर्तमान लेख का उद्देश्य डबल-चैंबर plethysmography द्वारा सचेत चूहों में श्वसन समारोह का मूल्यांकन करने के लिए अनुशंसित प्रक्रियाओं का विस्तृत विवरण प्रदान करना है ।
हवा की मात्रा एक सचेत विषय के द्वारा बनाई गई परिवर्तन एक शरीर बॉक्स के भीतर सहज श्वास plethysmography के आधार पर कर रहे हैं, एक गैर इनवेसिव के लिए इस्तेमाल किया तकनीक मानव में श्वसन समारोह के रूप में अच्छी तरह से प्रयोगशाला में पशुओं के कुछ सुविधाओं का आकलन । वर्तमान लेख छोटे जानवरों में डबल चैंबर plethysmography (डीसीपी) के आवेदन पर केंद्रित है । यह कार्यप्रणाली पर पृष्ठभूमि जानकारी प्रदान करता है और साथ ही एक विस्तृत कदम-दर-कदम प्रक्रिया सफलतापूर्वक एक गैर इनवेसिव तरीके से, सहज श्वास पशुओं के प्रति जागरूक में श्वसन समारोह का आकलन करने के लिए । डीसीपी के समानांतर में कई जानवरों के श्वसन समारोह पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, साथ ही एक चुना समय अवधि में और एक बार ढंग से एयरोसोल पदार्थों द्वारा प्रेरित परिवर्तन की पहचान करने के लिए । नियंत्रण और एलर्जी चूहों पर प्रयोगों के साथ साथ प्रयोग किया जाता है तकनीक की उपयोगिता को प्रदर्शित करने, संबद्ध परिणाम मापदंडों की व्याख्या, के रूप में अच्छी तरह के रूप में संबंधित लाभ और कमियों पर चर्चा । कुल मिलाकर, डीसीपी वैध और सैद्धांतिक रूप से ध्वनि readouts कि दोनों आधारभूत पर और एयरोसोल पदार्थों के साथ चुनौतियों के बाद सचेत छोटे जानवरों के श्वसन समारोह का मूल्यांकन करने के लिए पर भरोसा किया जा सकता प्रदान करता है ।
मानव श्वसन रोगों के लिए छोटे जानवरों के बढ़ते प्रयोग ने तकनीक के विकास के लिए उन पशुओं में श्वसन प्रणाली के कार्यों का मात्रात्मक आकलन करने का आग्रह किया है. वर्तमान में, मजबूर दोलन तकनीक (FOT) सबसे सटीक छोटे जानवरों1,2में श्वसन यांत्रिकी का आकलन करने के लिए दृष्टिकोण के रूप में पहचाना जाता है । हालांकि, के रूप में phenotyping अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा कहा गया है, जो FOT के साथ माप परिशुद्धता में प्राप्त की है इनवेसिव3में एक नुकसान के खिलाफ बंद कारोबार है । दरअसल, FOT माप जरूरत संज्ञाहरण, tracheotomy या मौखिक इंटुबैषेण, साथ ही यांत्रिक वेंटिलेशन कि अत्यधिक नियंत्रित प्रयोगात्मक शर्तों के तहत प्राप्त कर रहे हैं; वास्तविक जीवन से दूर एक परिदृश्य ।
स्थितियों में जहां प्रयोगात्मक आवश्यकताओं संवेदनाहारी एजेंटों या जानवर के प्राकृतिक शारीरिक राज्य से कम या कोई विचलन के लिए फोन का उपयोग लिख, डबल चैंबर plethysmography (डीसीपी) पर विचार किया जा सकता है । जैसा कि इसके नाम से संकेत मिलता है, एक डीसीपी सेटअप दो जुड़े कठोर कक्षों के रूप में संभव है पशु सिर (या नाक) के रूप में hermetically अलग बनाया के होते हैं, सामने चैंबर में, अपने छाती से, रियर कक्ष में । सेटअप के भीतर, पशु सचेत है और अनायास सांस लेता है, जबकि रोका जा रहा है । क्योंकि कक्षों की दीवारों का विस्तार या वापस लेना नहीं कर सकते, में हवा की गति और पशु के बाहर रियर कक्ष के अंदर एक इसी लेकिन विपरीत तरंग उत्पंन करता है, संपीड़न के एक परिणाम के रूप में/ सामने चैंबर में नाक के प्रवाह के कारण तरंग और रियर चैंबर में वक्ष गति से संबंधित एक इस प्रकार अलग किया और एक साथ कब्जा कर सकते हैं । डीसीपी सेटअप के डिजाइन पर निर्भर करता है, इन waveforms या तो दबाव ट्रांसड्यूसर या pneumotachographs के एक सेट का उपयोग करने के लिए क्रमशः चैंबर के दबाव में परिवर्तन या समय के एक समारोह के रूप में कक्षों के airflow में रिकॉर्ड प्राप्त किया जा सकता है । उत्तरार्द्ध दृष्टिकोण आजकल अधिक आम है ।
जबकि जानवर की श्वास आवृत्ति सही plethysmography तकनीक के किसी भी प्रकार से निर्धारित किया जा सकता है, स्थिति ज्वार की मात्रा और इसके संबंधित वेंटिलेशन मापदंडों के निर्धारण के लिए ही नहीं है (जैसे, मिनट वेंटिलेशन, expiratory मात्रा, आदि) । के रूप में पूरे शरीर plethysmograph (WBP) तकनीक का विरोध किया, जहां जानवरों के ज्वार की मात्रा बॉक्स सिग्नल से अनुमान है4,5, डीसीपी तकनीक ज्वार की मात्रा का सटीक आकलन प्रदान करता है । यह रियर चैंबर में पशु के वक्ष आंदोलन के सीधे अधिग्रहण से संबंधित है, जो श्वास के दौरान फेफड़ों की मात्रा में परिवर्तन के लिए आनुपातिक हैं ।
इन सटीक ventilatory मापदंडों के अलावा (जैसे, ज्वार की मात्रा, श्वास आवृत्ति, और मिनट वेंटिलेशन), श्वसन चक्र के आकार में कुछ गड़बड़ी भी न्यूरॉन पहलुओं की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि शासन श्वसन ड्राइव या सांस की सजगता । उस आवेदन का एक विशिष्ट उदाहरण ऊपरी airway संवेदी न्यूरॉन्स पर साँस पदार्थों की जलन की क्षमता का मूल्यांकन किया जाएगा6. यहाँ, समाप्ति की शुरुआत में एक ठहराव की अवधि अंत inspiratory ठहराव (EIP) नामक एक पैरामीटर का उपयोग कर निर्धारित किया जाता है, यह भी6ब्रेक लगाना की अवधि के रूप में भेजा. एक अड़चन पदार्थ द्वारा इस ठहराव की लालसा है जानवर glottis के बंद होने के साथ जुड़ा हुआ है, समय सीमा समाप्ति6,7के पहले भाग में ब्रेक लगाना की एक औसत दर्जे की अवधि के कारण ।
डीसीपी का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह दो मान्य और निर्विवाद पैरामीटर्स प्रदान करता है जो airflow रुकावट के प्रति संवेदनशील होते हैं । एक मध्य ज्वारीय expiratory मात्रा में प्रवाह कहा जाता है और8,9,10EF50 संक्षिप्त है । यह समाप्ति के दौरान प्रत्येक ज्वार की सांस के बीच की मात्रा में airflow है । EF50 वक्ष प्रवाह ट्रेस से निकाला जाता है और इस तरह सामने चैंबर के बिना मापा जा सकता है (यानी, एक सिर बाहर विन्यास में). अंय एक विशिष्ट airway प्रतिरोध कहा जाता है और sRaw11,12,13संक्षिप्त है । sRaw के निर्धारण के रूप में यह प्रेरणा के अंत में शूंय प्रवाह के बिंदु पर इन अलग श्वसन निशान के बीच समय देरी से गणना की है के रूप में पशुओं की नाक और वक्ष प्रवाह के एक साथ रिकॉर्डिंग की आवश्यकता है । तर्क है कि जिसके आधार पर इस देरी sRaw से संबंधित है का वर्णन करता है पहले11expatiated था । रखो बस, फेफड़ों की मात्रा में परिवर्तन हवा आंदोलन से पहले के बाद से एक दबाव ढाल के क्रम में airflow ड्राइव को विकसित करने की जरूरत है । चुपचाप एक स्वस्थ पशु श्वास में, इस देरी आमतौर पर बहुत छोटा है । हालांकि, दबाव ढाल कि एक दिया प्रवाह को समायोजित करने की आवश्यकता है (जैसे, एक पर्याप्त वेंटिलेशन प्रदान करने के लिए पर्याप्त प्रवाह) airway प्रतिरोध की डिग्री से प्रभावित है । ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन के दौरान, उदाहरण के लिए, एक दिया प्रवाह को समायोजित करने की जरूरत दबाव के ढाल अधिक है, जो तात्पर्य है कि पशु को सांस लेने के लिए कठिन काम है । पशुओं के छाती में दबाव का एक बड़ा ढाल भी मतलब है कि में प्रवाह का एक बड़ा हिस्सा है और बाहर रियर कक्ष के बाहर छाती, जो कुल वक्ष विस्तार के भाग है के भीतर और हवा के संपीड़न/reकर्षण के कारण है/ नाक के प्रवाह के साथ चरण से बाहर । ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन के कारण बढ़ा प्रतिरोध इस प्रकार रियर और फ्रंट चैंबर्स के बीच देरी को बढ़ाएगा और जिससे sRaw बढ़ जाएगा । दबाव के ढाल कि airflow में ड्राइव और फेफड़ों के बाहर भी प्रारंभिक वक्ष गैस की मात्रा (TGV) से प्रभावित है । उदाहरण के लिए एक बड़ा TGV में, विस्तार/छाती के दबाव के एक दिया ढाल उत्पंन करने की जरूरत की वृद्धि हुई है (बस क्योंकि मात्रा विस्थापन है कि दबाव का एक दिया ढाल उत्पंन करने की आवश्यकता है अधिक से अधिक है), जो भी मतलब है कि पशु को सांस लेने के लिए कठिन काम करना पड़ता है । फिर, इन अतिरिक्त वक्ष विस्थापनों को छाती में सेक करने के लिए और इस प्रकार नाक के प्रवाह के साथ चरण से बाहर करने के लिए आवश्यक लोगों को कर रहे हैं । तो, एक बढ़ी हुई TGV भी चैंबरों के बीच देरी बढ़ जाएगी और इस तरह sRaw बढ़ जाती है । के रूप में देखा जा सकता है, दोनों ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन और वृद्धि हुई एक अधिक महत्वपूर्ण प्रयास में हवा और फेफड़ों के बाहर आकर्षित करने के लिए TGV परिणाम । यह है, संक्षेप में, sRaw का शारीरिक अर्थ । यह5,14श्वास के लिए आवश्यक काम का प्रतिनिधित्व करता है ।
यह इस प्रकार है कि दो अलग कारकों sRaw प्रभाव: airway प्रतिरोध और TGV समझने के लिए महत्वपूर्ण है । वास्तव में, sRaw airway प्रतिरोध और11TGV के उत्पाद के रूप में व्यक्त किया जा सकता है । होश में जानवरों को अपने TGV को संशोधित कर सकते हैं, के रूप में एक दिया पर्यावरण के लिए उनके वेंटिलेशन अनुकूलन करने के लिए । ऐसी स्थितियों में, जहां जानवर के प्राकृतिक शारीरिक राज्य अनछुए है, यह इस प्रकार है कि sRaw में परिवर्तन airway प्रतिरोध में बदलाव से उपजा है, TGV में परिवर्तन से, या दोनों के मिश्रण से, असंभव है । इसलिए, यह FOT1,15द्वारा प्रदान की उन के रूप में श्वसन यांत्रिकी और/या फेफड़ों की मात्रा, के अधिक इनवेसिव माप के साथ डीसीपी मूल्यांकन पूरक करने के लिए सिफारिश की है ।
तारीख करने के लिए, डीसीपी विभिंन अनुसंधान अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है । तकनीक के साथ या बिना सिर चैंबर मात्रात्मक और सही दवा एजेंटों, एलर्जी, अड़चन या अंय मध्यस्थों के रूप में विभिंन पदार्थों के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, चेतन छोटे पशुओं में श्वसन समारोह पर 16,17,18. सामने चैंबर भी एयरोसोल पदार्थ या अलग गैस सांद्रता (हाइपोक्सिया, hypercapnia, आदि)19के लिए एक उजागर चैंबर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है । आसानी से, यह एक concomitantly इन जोखिमों के तीव्र प्रभाव को मापने के लिए अनुमति देता है । वास्तव में, डीसीपी के सामांय उपयोगों में से एक है श्वसन रोगों के विभिंन मॉडलों में एयरोसोल methacholine को जवाबदेही की डिग्री का आकलन20,21,22,23, 24 , 25.
हालांकि डीसीपी तकनीक प्रतीत होता है सीधा है, कुछ व्यावहारिक चुनौतियों के संभावित अनुभवहीन उपयोगकर्ताओं को हतोत्साहित या सटीकता और परिणामों की reproducibility ख़राब सकता है । वर्तमान कागज की सिफारिश की प्रक्रियाओं का एक विस्तृत विवरण प्रदान करता है को सफलतापूर्वक होश में डीसीपी द्वारा श्वसन समारोह रिकॉर्ड, रोका, अनायास श्वास चूहों । विवरण कहा उपकरण के लिए विशिष्ट है (कृपया सामग्री की तालिकाको देखें) । डीसीपी की उपयोगिता और मूल्य भी आधार रेखा पर परीक्षण किया और एयरोसोल methacholine के जवाब में चूहों के दो उपभेदों में फुफ्फुसीय एलर्जी सूजन के एक आम मॉडल में प्रदर्शन किया है ।
जागरूक पशुओं में फेफड़े समारोह को मापने की क्षमता स्पष्ट रूप से श्वसन अनुसंधान में वारंट है । आम तौर पर, डीसीपी26के प्रति जागरूक और सहज श्वास पशुओं में श्वसन प्रणाली के वेंटिलेशन समारोह का मूल्यांकन करने के लिए एक दिलचस्प दृष्टिकोण है । अधिक विशेष रूप से, डीसीपी, या उसके सिर से बाहर संस्करण, अक्सर प्रदान की गई जानकारी की गुणवत्ता और इनवेसिव3 (तालिका 2) के वांछित स्तर के बीच एक सही संतुलन हमलों । तकनीक विभिंन प्रजातियों (जैसे, माउस, चूहा, गिनी पिग) या पशु आकार के लिए अनुकूलित किया जा सकता है और कई अनुसंधान अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया जा सकता है । यह विशेष रूप से एक समानांतर अध्ययन डिजाइन में एक बार में कई जानवरों का आकलन करने के लिए, दोहराया तरीके से श्वसन समारोह पर नजर रखने के लिए, और समय के साथ एक प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स पर कब्जा करने के लिए उपयोगी है । इसके अलावा, तकनीक सीधी है और एक अपेक्षाकृत समय पर तरीके से सीखा जा सकता है । वर्तमान अखबार में, चूहों में एक डीसीपी माप को रोजगार प्रोटोकॉल एक उदाहरण के रूप में इस रोका plethysmography तकनीक के पहलुओं पर हाथ का वर्णन करने के लिए और साथ ही महत्वपूर्ण कदम और संबंधित परिणामों पर चर्चा करने के लिए इस्तेमाल किया गया था ।
जब होश में पशुओं के साथ काम करना, यह आसपास के वातावरण की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है (जैसे, लोगों या गतिविधि की एक सीमित संख्या के साथ शांत कमरे) reproducible परिणाम उत्पंन करने के लिए । चूंकि विवशता विभिन्न आयामों में आ जाती है इसलिए इसे उचित आकार से शुरू करना जरूरी है जिससे श्वास संबंधी आंदोलनों बेफिक्र हो जाएं । यह भी उपयोगी है और अक्सर प्रयोगात्मक सेट अप और प्रक्रियाओं के लिए जानवरों को acclimate करने के लिए आवश्यक है, के रूप में यह अच्छी तरह से चूहों कि निरोधक श्वास आवृत्ति12को प्रभावित करता है में स्थापित है. प्रयोगात्मक डिजाइन या शर्तों के आधार पर, वृद्धिशील अवधि के एक से अधिक सत्रों की आवश्यकता हो सकती है । अंत में, जानवरों के लिए एक प्रयोग के शुरू में समय की अनुमति कमरे में परिवर्तन और आवश्यक हैंडलिंग को समायोजित करने के लिए एक सरल विचार है कि प्रभावी साबित करने के लिए सुनिश्चित करना है कि श्वास पैटर्न लगातार नियमित रूप से और आधारभूत पर आराम है । शर्तों के तहत काम जहां जानवरों आरामदायक, अच्छी तरह से अनुकूलित कर रहे हैं, और शांत भी परिणाम परिवर्तनशीलता और गुणवत्ता के मामले में फायदेमंद होगा । यह भी catecholamine, जो airway कैलिबर वृद्धि और एक प्रेरित ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन क्षीणन कर सकते है के किसी भी तनाव प्रेरित रिलीज सीमा ।
यह समझना जरूरी है कि नाक और वक्ष प्रवाह को यथासंभव hermetically से पृथक करने की आवश्यकता है । प्रणाली या प्रजातियों के अध्ययन पर निर्भर करता है, सील तंत्र आकार में भिंन के रूप में अच्छी तरह से प्रभावकारिता के रूप में कर सकते हैं । डीसीपी में हमने बताया कि, सील पशु के थूथन और निरोधक उपकरण के बीच बनाई गई है । जब डीसीपी द्वारा श्वसन समारोह का आकलन, यह भी एक पर्याप्त और निरंतर पूर्वाग्रह प्रवाह प्रदान करने के लिए आवश्यक है, के रूप में पशु के लिए उपलब्ध ऑक्सीजन के स्तर में कमी महत्वपूर्ण प्रभाव में परिणाम होगा । खाते में अच्छी तरह से निरोधक में पशु की जा रही है हवा आंदोलन के द्वारा बनाई गई लीक के लिए प्रवृत्ति सीमा और इस तरह डेटा की गुणवत्ता को अधिकतम । इसके विपरीत, सील में एक तोड़ या तो अस्वीकृत डेटासेट या कुछ मापदंडों का एक अनुमान में परिणाम होगा ।
नाक प्रवाह संकेत की अलग रिकॉर्डिंग सक्षम करने के लिए इसके अलावा, सिर चैंबर आमतौर पर एयरोसोल पदार्थ के लिए पशु को बेनकाब करने के लिए प्रयोग किया जाता है । के रूप में इस लेख में सचित्र, यह एक bronchoprovocation परीक्षण प्रदर्शन करने के लिए जवाबदेही के भिंन डिग्री प्रदर्शन का उपयोग किया जा सकता है । ऐसे प्रयोगों में, परीक्षण सांद्रता की सीमा का समायोजन प्रजातियों, तनाव, या अध्ययन जानवरों के सेक्स पर निर्भर करता है की जरूरत हो सकती है । के रूप में पहले8,9,10,27का प्रदर्शन किया, वर्तमान परिणाम बताते है कि sRaw में methacholine प्रेरित परिवर्तन airway प्रतिरोध की आक्रामक FOT माप के साथ अच्छी तरह से संबद्ध । परिणाम यह भी प्रदर्शित करता है कि डीसीपी तकनीक के रूप में अपने को श्वसन रोग का पता लगाने की क्षमता के लिए FOT के रूप में संवेदनशील नहीं है और एक बदल फेफड़ों के निचले डिब्बों के भीतर स्थानीयकृत प्रतिक्रिया की पहचान (फेफड़े के ऊतकों और/ . के बाद से पशु एयरवेज बरकरार हैं, ऊपरी एयरवेज, जो कुल श्वसन प्रतिरोध का सबसे बड़ा हिस्सा28airflow के लिए खातों की उपस्थिति, एयरोसोल वितरण और जमाव से योगदान को गीला करने के अलावा प्रभावित कर सकते है एक माप के लिए लोअर एयरवेज । 3 तालिका डीसीपी तकनीक और FOT के बीच अंय मतभेदों को संक्षेप में प्रस्तुत करता है । अंत में, जबकि यह सैद्धांतिक रूप से sRaw के एक माप से पशुओं के कुल airway प्रतिरोध (ऊपरी एयरवेज सहित) का अनुमान लगाना संभव होगा, यह आम तौर पर इस तरह के रूप में एक इनवेसिव माप तकनीक के साथ डीसीपी मूल्यांकन पूरक करने के लिए सिफारिश की है FOT29 विस्तृत श्वसन यांत्रिकी के प्रत्यक्ष माप प्राप्त करने के लिए । अध्ययन के उद्देश्यों के आधार पर, ऊपरी airway प्रतिरोध की माप भी30,31,३२माना जा सकता है ।
निष्कर्ष
अपनी आक्रामकता के सीमित डिग्री के कारण, डीसीपी एक तकनीक है कि श्वसन अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण जरूरत को पूरा कर सकते हैं । यह airflow रुकावट के कुछ निर्विवाद अनुक्रमित के साथ समवर्ती पशुओं में वेंटिलेशन पैटर्न के सटीक readouts प्रदान करने में सक्षम है । प्राप्त जानकारी भी वास्तव में पूरक है कि अधिक आक्रामक दृष्टिकोण से ।
The authors have nothing to disclose.
एसएमएल स्वास्थ्य अनुसंधान के कनाडा के संस्थानों से एक छात्र द्वारा समर्थित है, एमजी FRQS के श्वसन स्वास्थ्य नेटवर्क से एक bursary द्वारा समर्थित है (शौकीनों de सभ्य du Québec-Santé) और YB FRQS से एक अनुसंधान विद्वान है.
लेखकों का योगदान
सभी लेखकों ने पांडुलिपि और/या वीडियो के गर्भाधान के लिए योगदान दिया । एसएमएल और LD डेटा एकत्र । एसएमएल, एलडी, YB, डीएम, डीबी और एआर डेटा विश्लेषण, आंकड़े और पांडुलिपि लेखन की पीढ़ी के लिए योगदान दिया । YB, एआर, एल और एमजी वीडियो स्क्रिप्ट तैयार करने में शामिल थे । खेल YB, केरल और एमजी द्वारा किया गया था ।
Acetyl-β-methylcholine chloride | Sigma-Aldrich | A-2251 | Methacholine |
Phosphate buffered saline | Multicell | 311-506-CL | PBS 10X |
House dust mite extract | GREER | 290902 | HDM |
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