JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

הערכה של מכניקת מערכת נשימה בעכברים באמצעות טכניקת תנודה בכפייה

Published: May 15, 2013
doi:
10.3791/50172
, , , ,
1Meakins-Christie Laboratories, Department of Medicine,McGill University, 2SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc.

Summary

הפרוטוקול הנוכחי מספק תיאור מפורט צעד אחר צעד של הנהלים הנדרשים לביצוע מדידות של מכניקה של מערכת נשימה, כמו גם ההערכה של היענות נשימה לשאיפת מטכולין בעכברים באמצעות טכניקת התנודה נאלצה (flexiVent; SCIREQ Inc, מונטריאול, QC , קנדה).

Abstract

טכניקת התנודה נאלצה (FOT) היא כלי רב עוצמה, אינטגרטיבי וtranslational המתיר ההערכה הניסויית של תפקודי ריאות בעכברים באופן מקיף, מפורט, מדויק ושחזור. הוא מספק מדידות של מכניקה של מערכת נשימה באמצעות הניתוח של אותות לחץ ונפח שנרכשו בתגובה למשרעת קטנה מוגדרת מראש,, תנודתית זרימת אוויר צורות גל, המיושמים בדרך כלל בפתיחת דרכי הנשימה של נבדק. את פרטי הפרוטוקול הנוכחיים את הצעדים הנדרשים כדי לבצע מדידות תנודה בכפייה במידה מספקת בעכברים באמצעות הנשמה בוכנה מבוקרת מחשב (flexiVent; SCIREQ Inc, מונטריאול, QC, קנדה). התיאור מחולק לארבעה חלקים: שלבי הכנה, אוורור מכאני, מדידות תפקוד ריאות, וניתוח נתונים. זה כולל גם פרטים של איך להעריך את ההיענות לנשימה בשאיפת מטכולין בעכברים מורדמים, יישום נפוץ של techniqu זהדואר המשתרע גם על תוצאות אחרות ומוזרויות ריאה שונות. מדידות שהתקבלו בעכברים נאיביים, כמו גם ממודל מונע חמצון מתח של נזק נשימה מוצגות כדי להמחיש עד כמה הכלי הזה יכול לתרום לאפיון והבנה של שינויים פיסיולוגיים שנחקרו או מודלי מחלה טובים יותר, כמו גם ליישומים בתחומי מחקר חדשים.

Introduction

אפיון נאות של התכונות מכאניות של הריאות בחיות קטנות הפך להיות חיוני מאז המתפתח של מודלים Murine במדע בדרכי הנשימה. כאשר היא מבוצעת באמצעות טכניקת התנודה נאלצה (FOT), טכניקה המשמשת גם בבני אדם, מדידות אלה מספקות גישה רב עוצמה, אינטגרטיבי וtranslational ללמוד שינויים פיסיולוגיים משמעותיים. מדידות Fot מתקבלות בדרך כלל על ידי ניתוח אותות לחץ ונפח שנרכשו בתגובה להמשרעת מוגדרת מראש, קטנה, זרימת אוויר תנודתית צורת גל (המכונה גם הפרעות או אות קלט) הוחל בפתיחת דרכי הנשימה של הנושא 1. בצורתו הפשוטה ביותר, הפרעות FOT תהיה צורת גל סינוסי יחידה בתדר מוגדר היטב. הפרעות מורכבות יותר בדרך כלל מורכבות מסופרפוזיציה של מבחר צורות הגל (הדדית ראש) ספציפיות תדירות מכסה קשת רחבה. הפירוק של התדירות רבתקלט ופלט אותות לבוחריהם באמצעות ההתמרה פורייה מאפשר חישוב עכבת כניסת מערכת נשימה (Zrs), כלומר פונקצית ההעברה בין הקלט ופלט האותות, בכל תדר שנכלל בהפרעות 2. לכן, FOT מאפשר הערכה בו זמנית של מכניקת נשימה על פני טווח של תדרים ב2 תמרון אחד. מודלים מתמטיים מתקדמים התאמה (המודל הקבוע השלב 3 לדוגמה) לנתוני העכבה לאחר מכן לאפשר חלוקת התגובה לדרך הנשימה (מרכזי והיקפי) ופרמטרי רקמת ריאה תלויים parenchymal 1, 3. בגלל גורמים רבים המשפיעים על התגובה הפיזיולוגית (למשל תדירות נשימה, נפח גאות, נפח ריאות, דרכי הנשימה העליונה, מאמצי נשימה ספונטניים, עיתוי של מדידות) נשלטים וטופלו על ידי מערכת המדידה ופרוצדורות, 1 הטכניקה היא כובעתוכל לייצר במידות מדויקות ושחזור בתנאי שהוא מבוצע כהלכה. מטרתו של מאמר זה היא לספק תיאור מפורט, כרונולוגי של ההליך הדרוש על מנת לבצע מדידות כאלה בעכברים. הפרוטוקול מורכב מארבעה חלקים: שלבי הכנה (חומרים כימיים, ציוד ונושאים), אוורור מכאני, מדידות תפקוד ריאות, וניתוח נתונים. דוגמאות לתוצאות נציג של מכניקה של מערכת נשימה שנוצרו באמצעות מכונת נשמת בוכנה מבוקרת מחשב (flexiVent, SCIREQ Inc, מונטריאול, QC, קנדה) מסופקים. אלה נלקחו מעכברים נאיביים וכן ממודל מונע חמצון מתח של נזק נשימה מאופיין בדלקת בדרכי נשימה, נזק לתאי אפיתל דרכי הנשימה והיענות מוגברת לשאיפת מטכולין 4 תרסיס. בעוד פרוטוקול זה משמש לעתים קרובות כדי להעריך את היענות לנשימה בשאיפת מטכולין, זה מרחיב לתוצאות אחרות וvariouפתולוגיות s כולל אסתמה, מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), נפחת, סיסטיק ריאות, פגיעת ריאות, כמו גם למודלי עכבר מהונדסים של מחלות דומות למחלות אנושית. ממצאי מחקר באמצעות כלי זה יכול לתרום לאפיון טוב יותר והבנה של שינויים פיסיולוגיים או מודלי מחלה, כמו גם להתרחבות לתחומי מחקר חדש.

Protocol

הנהלים המפורטים להלן אושרו על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדית אוניברסיטת מקגיל בהתאם להנחיות המועצה הקנדית בבעלי חי טיפוח (CCAC). 1. שלבי הכנה פתרונות: Methacholine: הכן פתרון מניות ב 50 מ"ג / מ"ל ולעשות דילולים סידוריים (1:1) המבוססים על הריכוזים להיבדק 5. לאפשר את פתרונות כדי להגיע לטמפרטורת חדר לפני nebulizing 5. הרדמה סוכנים: משטרים שונים כבר דווחו בספרות בזנים שונים של עכברים (טבלת 1). הערה: 1 משטר שימש לפי הפרוטוקול הנוכחי. ציוד: הפרוטוקול הנוכחי חל על כל אחד משני דורות flexiVent הנתמכים על ידי תוכנת flexiWare 7. את הפונקציות של תוכנת מקובצים תחת שלושה מודולים: הגדרת מחקר ותכנון, הניסויים Session וסקירה & דיווח. הפעל את המערכת (flexiVent FX בלבד) ו / או להפעיל את התוכנה. בישיבת הניסויים הראשונה או בכל פעם לפני שהוא, פתח את הגדרת המחקר ומודול תכנון כדי להגדיר מראש את מבנה המחקר. לחץ על הלחצן צור מחקר החדש ועקוב אחר האשף כדי ליצור מחקר, מתאר את הפרוטוקול ולהגדיר את הקבוצות ונושאים הניסיוניות כדי להיחקר. התחל בהפעלת ניסויים על ידי פתיחת מושב מודול הניסויים ובעקבות רצף סטארט אפ למחקר ובחירת תבנית. הקצאה כפופה לאתר המדידה ולאשר את משקלו. להמשיך עם הכיול של המערכת על ידי ביצוע השלבים המתוארים בתוכנת ההפעלה. תתבקש בשלב מסוים לצרף את הצינורית לשימוש (שלב 1.3.3) לY-צינורות לכיול. שלב קריטי. Repeaלא לדרוך 1.2.6 אם ערכי הכיול שהתקבלו מחוץ לטווח המקובל. (עיין בFX flexiVent או הוראות flexiWare 7 משתמש לטווחים המקובלים הספציפיים מודול של ערכי כיול). ביטול הנחיות כדי להתחיל אוורור והקלטת נתונים, אלא אם כן מוכן להתחיל את הניסוי. אלה יכולים להיות יזם בשלב מאוחר יותר. נושאים: הרדימי את נושא שימוש במינונים מתאימים של חומרי הרדמה (טבלת 1). ודא שהנושא הגיע לרמה של הרדמה כירורגית. הנושא צריך להראות שום תגובה לקמצוץ הבוהן והנשימה שלו צריכה להיות קבועה ולא מאומצת. לבצע ניתוח בקנה נשימה וcannulate קנה הנשימה. מניחים את החיה על הגב שלה ולספק מקור לחום (לדוגמא טמפרטורה מבוקרת שמיכת חימום או מנורה עם הנורה 60 ואט ממוקמת כ 45 ס"מ מהעכבר, כדי למנוע חימום יתר). ה נקיותאזור דואר גרון עם אלכוהול ולחשוף את קנה הנשימה על ידי ביצוע חתך בעור בעדינות מפריד את בלוטת submaxillary ושכבת השריר מכסה אותו. רם בעדינות את קנה הנשימה בעזרת זוג המלקחיים מיקרו ולהעביר תפר מתחתיו. לחתוך בין שתי טבעות של סחוס קרוב לגרון לעשות חתך קטן בקנה הנשימה בלי חתך זה. הכנס את הצינורית מכוילת בעבר לתוך החתך, ולקדם אותו בעדינות בתוך קנה הנשימה באורך של כ 5 טבעות הערה:. הניסויים הנוכחיים בוצעו באמצעות צינורית ארוכה 1.2 ס"מ 18 מד מתכת. שלב קריטי. אבטח את הצינורית במקום באמצעות התפרים. הקובץ המצורף צריך טופס חותם אטום סביב הצינורית. 2. אוורור מכאני להביא את בעלי החיים קרובים למכונת הנשמה. התחל אוורור מכאני על ידי בחירה מוגדרת מראשאו אוורור פרופיל מותאם אישית בדוקר האוורור. חבר את בעלי החיים למכונת הנשמה דרך צינור Y-. שלב קריטי. יישר את החיה למכונת ההנשמה ולהבטיח כי הצינורית לקנה הנשימה היא באותה הרמה כמו מכונת הנשמה, כדי למנוע חסימת צינורית לקנה הנשימה אפשרית או טוויסט. שלב קריטי. ביצוע הפרעות אינפלציה עמוקה על ידי לחיצה כפולה על שם ההפרעות לאמת החדרת הצינורית וקובץ המצורף. בהעדר דליפה, המערכת צריכה להיות מסוגלת להחזיק לחץ של 30 CMH 2 O על פני תקופה 3 שנייה בלי תזוזת נפח מוגזמת (איור 1). הנפח נרשם ועקבות לחץ צריך להיות גם חלק עם שום סימנים של קיזוז או עיוות כמו אלה יכולים להצביע על חסימת צינורית או מיקום שגוי. במידת הצורך, להתחבר מתמרים סימן חיוני לניטור קצב לב וטמפרטורת גוף. הקלטת הנתונים יכולה להיות יזם either באופן ידני או באופן אוטומטי באמצעות סקריפט. 3. מדידות תפקוד ריאות יכולות להיות אוטומטיות מדידות או פקודות (הפעלת nebulizer למשל, סמני אירוע) באמצעות סקריפטים מוגדרים מראש או מותאמים אישית לתהליך ניסוי מבוקר ודיר מאוד (איור 2). שש משפחות של הפרעות והוליד מספר הפרמטרים ניתן להשתמש כדי לתאר את המכניקה של מערכת הנשימה הנושא בתחילת מחקר ולאחר אתגר נתון (טבלה 2). שלב קריטי. כשמוכן להתחיל במדידות, להפעיל אינפלציה עמוקה לגייס אזורי ריאה סגורות ולתקן ההיסטוריה נפח ריאות. שלב קריטי. ודא העדר מאמצי inspiratory ספונטניים על ידי הפעלת מבחן מדידה (למשל PVS-P או PVS-V). שים לב לעקבות אותות הלחץ בתצוגת המערך הנבחרת. עם קימורי PV בשלבים,מישורים לחץ צריכים להיות מוגדרים היטב ללא סטיות כלפי מטה. נדנדה כלפי מטה בלחץ היה מציינת מאמץ שאיפה מבעלי החיים (איור 3). ליזום את התסריט שנבחר על ידי לחיצה כפולה על הכותרת שלו. תסריטים המשמשים במחקר הנוכחי נכללו בדרך כלל למדידות: רצף של מדידות בסיס בשלושה עותקים. הפעלה של nebulizer להערכת היענות לנשימה בשאיפת מטכולין. הערה: כאשר תתבקשו על ידי המערכת, לטעון כ 100 μl של תמיסת מלח או של פתרון של methacholine לnebulizer. ערפול יהיה להתחיל ולהפסיק באופן אוטומטי. רצף של מדידות צפופות (כל 10-15 שניות) לתקופה של כ 3 דקות לאחר ההפעלה של nebulizer. הנחיה לבצע אתגר נוסף ולחזור על רצף של מדידות. הערה: ייבוש בתוך הר nebulizer עם ספוגית בבאתגרי etween יכולים לסייע במניעת טיפות או עיבוי מבניין בקו השאיפה. בסופו של הניסוי, להפסיק אוורור ולנתק את הנושא. לעבור לנושא הבא בתוכנת ההפעלה ולאשר את משקלו. שלב קריטי. יש לשטוף ולייבש nebulizer, מתאם, Y-צינורות, וצינורית בין נושאים. חזור על שלבים 1.2.6 ל -3.6. בסופו של היום, לסגור את ההפעלה הניסיונית. זכור לשטוף ולייבש nebulizer, מתאם, Y-צינורות, וצינורית ולנקות את שסתום נשיפת המערכת לפני שעזב את המעבדה על ידי ביצוע הוראות היצרן. 4. ניתוח נתונים תוכנת מחשב באופן אוטומטי ומציגה את פרמטרים הקשורים להפרעות. הוא גם מספק מקדם של נחישות (COD) המשקף את ההתאמה של המודל המתמטי לנתונים. כל מערך עם insuCOD fficient מתויג כנשלל על ידי התוכנה. סקירה של הפעלות ניסיוניות, הנתונים מחדש ניתוח ויצירה של תרחישי יצוא נעשים במודול סקירה & הדיווח של התוכנה. פתח את מודול סקירה & דיווח וליצור תרחיש יצוא, מקפיד לכלול רק מערכי נתונים שיש COD מספיק. יצוא כפרמטרים דרושים, או לחץ זרימה בנפח עקום, אותות מערכות נתוני גלם או מידע כפוף ליישום גיליון אלקטרוני (ראה טבלה 3). מדידות בסיס ממוצעות עבור כל פרמטר ועלילה כל המדידות כפונקציה של זמן (ראה איור 4). לאחר מכן אתה יכול לבחור לחשב את השטח מתחת לעקומה, לנתח את הפרופיל הכללי של עקומות או לבצע ניתוח סטטיסטי. כדי להביע את תוצאות היענות נשימה כפונקציה של הריכוז של methacholine, לקבוע לכל נושא, ופרמטר מצב ניסיוני או ספציפינקודה (שיא לדוגמה) או זמן מסוים אחרי כל תגר מטכולין. חישוב ממוצעים קבוצתיים ודו"ח או תוצאות מגרש לכל תנאי ניסוי (טבלת 4, איור 5). אתה יכול גם לשקול חישוב ריכוז ייצור הכפלה של ערך בסיס פרמטר נתון (PC 200; איור 5 ג), החלת נורמליזציה (% בסיסי למשל) או ביצוע ניתוח סטטיסטי.

Representative Results

מדידות מכניקת מערכת נשימה. טבלה 4 מראה תוצאות טיפוסיות מ/ J עכברים נאיביים שהושגו בתחילת המחקר וbronchoconstriction-Induced methacholine הבא (12.5 מ"ג / מ"ל) באמצעות אחד משני דורות flexiVent הנתמכים על ידי תוכנת flexiWare 7. מכניקה של מערכת הנשימה, כלומר בתנאי חזה סגורים, הוערכה על ידי לסירוגין הפרעות של משפחות התדר אחד והפס הרחבים בכפייה התנודה באופן צפופים (בעין המצלמה-150, מהירים ראש-3, בהתאמה). מאז אוורור מושהה במהלך מדידות, ראש-3 מהירים, אשר מכסה טווח תדרים דומה כמו ראש-8 אך יש לו פחות זמן (3 לעומת 8 שניות), נבחר על מנת לקצר את תקופת apneic, למזער את ההשפעה של ההפרעות בגזים בדם ומספקות רזולוציה טובה יותר של התגובה. פרמטרים הקשורים לכל הפרעות חושבו automatically על ידי תוכנת ההפעלה. תוצאות ממחישות כי שני דורות של מערכת flexiVent הופקו מדידות מקבילות של מכניקה בדרכי הנשימה. אתר של תגובת ריאות. הבחנה באתר של תגובת ריאות מאפשרת לחוקר לאתר עוד אזורים שנפגעו, ולזהות נקודות פוטנציאליות של התערבות פרמקולוגית 6. לדוגמה, / J עכברים נאיביים מצביעים על עלייה של התנגדות בסיסית כאשר לחץ נשיפת הסוף נגד שמדידות נעשות הוא עלה מ 3 לCMH 2 O 9 (איור 6 א, בעין המצלמה-150). בדוגמא הנוכחית, השימוש בפס רחב (מדידות Fot מהירים ראש-3) סיפק פרטים כדי להבהיר את הבסיס לשינוי בהתנגדות: השינוי בלחץ נשיפת הסוף הביא לירידה בהתנגדות דרכי הנשימה (R N) עולה בקנה אחד עם השפעות bronchodilating של נפח ריאות גבוה יותר ובעיתונות האינפלציה הגדולה יותריור (איור 6 ד ') ומגידול ברקמת דעיכת (G; איור 6E), פרמטר הקשור באופן הדוק להתנגדות רקמות המשקפת viscoelasticity רקמות ואולי התנגדות של דרכי הנשימה הקטנה 7. האחרון ידוע להגדיל עם נפח ריאות גדל. hyperresponsiveness דרכי הנשימה. חשיפת גז כלור לאחר, היענות נשימה לשאיפת מטכולין עליות בהשוואה לחשיפה לאוויר בעכברי Balb / ג כתוצאה מניזק הנשימה 4 (איור 2). כלור ידוע לגרום סטרס חמצונים, מה שמוביל להרס של תאים מבניים בדרכי הנשימה, בתאי אפיתל מסוימים, וגרימת גיוס של תאי דלקת. כפי שהוא מיוצג באיור 5, ניתן לראות שינויים בכל הפרמטרים המתארים את המכניקה של מערכת נשימה בתגובה לאתגרי methacholine הולכים וגדלים. בהשוואה לעכברים שנחשפו באוויר, עכברים שנחשפו לchloriגז ne מוצג תגובות מקסימליים גבוהות יותר בכל הפרמטרים Fot (איור 5 א, 5B, 5D-5F), כמו גם משמרת שמאלה מובהקת סטטיסטי של עקומת ריכוז בתגובה שהודגמה על ידי הפחתה של הריכוז של methacholine נדרשה כדי לגרום להכפלה בהתנגדות וelastance (PC 200; איור 5 ג). תוצאות אלו ממחישות, בהתאמה, hyperresponsiveness דרכי הנשימה ורגישות יתר לחשיפה הבאה בשאיפת מטכולין לגז כלור. מדידות אחרות. בנוסף לFOT, יכולה לשמש גם את מערכת flexiVent לאסוף סוגים אחרים של 8-10 התפקוד הריאתי או 11 מידות לב וכלי דם. איור 7 מציג עקומת נציג שלבים, לחץ מונע לחץ בנפח בעכברים / J נאיביים בתנאים בסיסיים . חלק העליון של איבר הדפלציה של העקומה הוא להתאים לסלזר-נואלס משוואת 12 </ sup> ופרמטרים מחושבים באופן אוטומטי על ידי התוכנה. טבלת מס '1. דוגמאות למשטרי הרדמה המשמשים בעכברים. לחצו כאן לצפייה בטבלה גדולה יותר. טבלת 2. הפרעות המשמשות למדידות תפקוד ריאות בעכברים. * הארכה נדרשת למערכת. הנושא גם צריך להיות בתא סגור plethysmograph במהלך מדידות.הכחוש וגבוה "> לחץ כאן לצפייה בטבלה גדולה יותר. לוח 3. דוגמה לפרמטרים שיוצאו ממשפחות תזזית התנודה בכפייה תדר אחד והפס רחבים. לחצו כאן לצפייה בטבלה גדולה יותר. לוח 4. השוואת מערכת. השוואה של פרמטרים מכניקת ריאות נאספה באמצעות שני דורות של המערכת המופעלים על ידי תוכנת flexiVent flexiWare 7. תוצאות היו שנוצרו בעכברים / J נאיביים (n = 5 / קבוצה) בתחילת המחקר וbronchoconstriction-Induced methacholine הבא (MCH 12.5 מ"ג / מ"ל). * קבוצות הושוו באמצעות ניתוח שונה דו כיוונית למדידות חוזרות ויומן 10 תגובות בודדות להומוגניות של סטיות (פריזמה GraphPad, גרסת 5.03, תוכנת GraphPad, סן דייגו, ארה"ב). איור 1. צילום מסך של אינפלציה ריאות עמוקה. הפנל העליון מציג את הנפח שנעקר על ידי הבוכנה של מכונת ההנשמה (אדום זכר) והנפח נמסר לנושא (אפור זכר). הפנל התחתון מציג את הלחץ במכל להגדלת לחץ סט של 30 CMH 2 O על פני תקופה של 3 שניות ונשאר קבוע לאותה תקופת הזמן. 172/50172fig2.jpg "alt =" איור 2 "/> איור 2. דוגמה לתסריט אופייני בשימוש כדי להעריך מכניקה במערכת נשימה בתחילת מחקר. איור 3. מאמצי inspiratory ספונטניים במהלך הביצוע של עקומת לחץ בנפח שלבים. איור 4. בזמן הקורס הבא תגובת הגדלת אתגרי methacholine שאיפה. תוצאות באות לידי ביטוי כממוצע (± סטיית התקן) של קבוצה של 5 A / עכברי J ספונטני hyperresponsive נאיביים. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה. <p class = "jove_content" עבור: לשמור-together.within עמודים = "תמיד"> איור 5. שינויים במכניקה במערכת נשימה לאחר אתגרים גוברים methacholine בכלור ועכברים Balb / C אוויר חשוף. ערך השיא זוהה עבור כל פרמטר בכל נושא ובתנאי ניסוי. ממוצעי קבוצה אז חושבו (ממוצע ± סטיית תקן, n = 4-6). הבדלים בין קבוצות הוערכו על ידי ניתוח שונות באמצעות 10 היומן של תגובות בודדות להומוגניות של סטיות. הריכוז של methacholine הפקת הכפלה של בסיס (PC 200) הושג על ידי התאמת פולינום צו שני למנת תגובה עקומות בודדות ואינטרפולציה של העקומה המצויד. נקודות נתונים חסרות ב-D, E ו-F בעכברים שנחשפו לכלורבשני ריכוזי methacholine הגבוהים ביותר בשל מקדמים מספיק גבוהים של נחישות משקפת כושר ירוד של המודל המתמטי לנתונים. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה. איור 6. מחיצות של תגובת הנשימה לתוך דרכי הנשימה ומכניקת רקמת ריאה. עקבות ניסויי מנאיביות עכברים / J ממחישים תדר אחד (2.5 הרץ) והפס הרחב (1-20.5Hz) נאלצו מדידות תנודה של מכניקת נשימה בשלושה עותקים בשני לחצי נשיפת קצה שונים (3 ו -9 CMH 2 O). לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה </>. איור 7. עקומות עקומה לחץ בנפח לחץ בנפח בעכברים / J נאיביים בתנאים בסיסיים. נוצרו באמצעות לחץ מונעים הפרעות בשלבים (PVS-P), כדי להבטיח שכל עכבר ריאות היו מנופחות לאותו לחץ, באופן בלתי תלויה במצבם. סלזר-נואלס פרמטרים משוואה שחולצו מן עקומות לחץ בנפח בודדות גם היו בממוצע ודיווחו בתבנית טבלה. תוצאות באות לידי ביטוי כסטייה ממוצעת הסטנדרטית ± ​​(n = 6).

Discussion

המחקר המתמשך של בעיות בתפקוד הנשימה שהיא מתייחסת לאסטמה ומחלות ריאה אחרות נותר בעל חשיבות עליונה להבנת מנגנון הבסיסי של מחלה והפיתוח של אפשרויות טיפול. השימוש בעכברים למחלות דרכי הנשימה מודל כבר חיוני בהשגת הבנת מנגנוני מחלה לאלה. כאשר בוחנים בעיות בתפקוד דרכי הנשימה הערכה בנושא קטן כמו עכבר, שיש כלים אמינים ומדויקים שבו כדי למדוד את תפקוד ריאות היא קריטי. יתר על כן, יש כלים המסוגלים לספק תובנות על מיקומו של דרכי הנשימה או תפקוד לקוי של אפקט טיפולי הוא לא יסולא בפז. טכניקת FOT משלבת את כל התכונות הללו, ומספקת גישה חזקה, אינטגרטיבי וtranslational כדי להעריך את השינויים פיסיולוגיים.

על מנת להצליח עם סוג זה של מדידה בעכברים הזה, תשומת לב מיוחדת צריכה להינתן לכמה צעדים, כלומר הכיול של המערכת, ההתנגדות של CA endotrachealnnula, הסוג של nebulizer (כמו גם הגדרות ההפעלה שלה) מיצובו של בעל החיים וסטנדרטיזציה של ההיסטוריה נפח ריאות. בנוסף, הוא הכרחי על מנת לקבל מערכי נתונים תקפים שמערכת הנשימה של הנושא נשארת פסיבית במהלך מדידות. זו יכולה להיות מושגת על ידי ממשלו של סוכן משתק שרירים, עובדת במטוס עמוק של הרדמה או על ידי נשימת יתר בנושא כדי לגרום לדום נשימה (ראה טבלה 1). חוקרים יכולים להתחיל על ידי שליטה בתוכנת ההפעלה שלה המערכת, ואם ירצו, עם עומסי בדיקה, תוך רכישת המיומנויות הנדרשות למדידות בעכברים. אז זה יהיה הגיוני לייצר תוצאות לשחזור בבעלי חיים תמימים לפני שעבר למודלי מחלה או עכברים שטופלו. מאז חלק חשוב של מודלים מחלה במחקר כרוך בחשיפה נשימתית חיות לסוכנים כגון אלרגנים, רעלנים, חומרים מזהמים, עשן סיגריות או גזים, השתנות בתוצאות שהושגו עם מדידות יהטכניקה לא מתוארת במאמר זה ולכן יכולה להיות מושפעת מהליך החשיפה לשמש. סטנדרטיזציה של תהליכים ניסיוניים מרכזיים (למשל באמצעות חשיפה מבוקרת מחשב ומערכות מדידה 6, 13, 14) שעלול להשפיע באופן משמעותי בהפחתת שונות.

דוגמאות שהוצגו במאמר זה מייצגים מבחר של תוצאות טיפוסיות מניסויי עכברים נאיביים וכלור חשוף תוך הדגשת נקודתי החוזק כמו גם את המגבלות של הטכניקה. כפי שניתן לראות למשל באיור 6, הטכניקה היא מסוגלת לייצר מדידות תפקוד ריאות לשחזור. בעוד ערכי התנגדות בסיסיות דומים דווחו בין זני עכבר, הבדלים בelastance היו עם זאת ציינו 15. שינויים מהותיים גם הם צפויים בין התינוק לעכברים בוגרים 16. באשר לשני בהערכת vivo פיזיולוגית, תוצאות ברמת דיוק גבוהות, כגון הOSE נוצר על ידי FOT, מגיע עם ויתור כאל המצב הטבעי של הנבדקים. עיקרון זה, שנקרא עיקרון אי ודאות phenotyping 1, חל על הפרוטוקול הנוכחי במובן זה שמדידות צריכים להיעשות בהרדמה, tracheotomised (או מחובר לצינורות דרך הפה) ומכאני מאווררים נושאים. מגבלה נוספת של הטכניקה ניתן לצפות באיור 5D-5F שבו הנתונים אינם זמינים בריכוזים הגבוהים ביותר עבור קבוצת כלור החשוף בגלל ההתאמה של מודל השלב הקבוע לנתונים היא עניה מעל הרמות מתונות של bronchoconstriction. עם זאת, בעלי החיים קשים bronchoconstricted יכולים להיות מוערכים על ידי ניתוח Zrs ישירות 15, או על ידי שימוש בתוכנה שלאחר הניתוח של צד שלישי כדי להתאים מודלים מתמטיים מורכבים יותר, לדוגמה לוקח בחשבון את ההטרוגניות של תפקוד מכאני 17. יכולים גם להיות שנצפו מערכי נתונים שלא נכללו אם דרכי הנשימה של בעל החיים אינן מספיק passive או אם ההתנגדות של הצינורית היא גבוהה מדי. ככלל אצבע, ההתנגדות של הצינורית לא תעלה על התנגדותו של בעל החיים בתחילת מחקר. עבודה עם צינורית בקוטר פנימי גדול יותר ו / או קצר יותר אורך תעזור להפחית את התנגדות הצינורית. לבסוף, ההפגנה הנוכחית של מדידות Fot בעכברים עשויה להיתפס כהמתודולוגיה זמן רב ולכן פחות יעילה או פחות ישימה למחקרים ארוכי טווח בהשוואה לטכניקות פחות פולשניות. עם זאת באפשרות השנייה קשורים למידה רבה של אי ודאות באשר לבסיס של התוצאות שלהם ונתפסים על ידי רבים כפגומים 1. מדידות חוזרות ונשנות פולשניים אפשריות בבעלי חיים מחוברים לצינורות דרך הפה, אם כי מבחינה טכנית 17 יותר מאתגר.

מהדוגמות שסופקו, תוצאות הראו שקילות של שני דורות של מערכת flexiVent בייצור מדידות של מכניקה בדרכי הנשימה, כמו גם דרכי הנשימה hyperreactivity ורגישות יתר לשאיפת מטכולין בעקבות חשיפת כלור בעכברים. כאשר משתמשים בו כדי לאפיין או להבין שינויים פיסיולוגיים או מודלי מחלה, היבט המדידה מפורט הקשור לטכניקה יכול לתרום להארכת המצב הנוכחי של ידע.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

TKMcG נתמך על ידי מלגת לימודים מהחברה הקנדית בית החזה.

התרומה של המחברים

כל היוצרים לקחו חלק בתפיסה של כתב היד. בנוסף, TKMcG יזם את הפרויקט, נאסף תוצאות ניסוי, תרם לכתיבתו של כתב היד ובחינה הביקורתית שלו. א.ר. אסף וניתח תוצאות ניסויים, ניסח את כתב היד ותרם לסקירה הביקורתית שלה. LF נאסף תוצאות ניסוי ותרם לסקירת הביקורתית של כתב היד. TFS וJGM תרמו לסקירת הביקורתית של כתב היד.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalogue Number Comments
REAGENTS
Acetyl-β-methylcholine chloride Sigma-Aldrich A-2251 Methacholine
Micro-Adson forceps, serrated 12 cm Fine Science Tools 11018-12
Moria MC31 forceps, serrated-curved Fine Science Tools 11370-31
Iris scissors-tough cut, straight 11.5 cm Fine Science Tools 14058-11
Spring scissors-2.5 mm blades, straight Fine Science Tools 15000-08
Non-sterile blunt needle (18g x ½”) Brico Medical Supplies Inc. BN1805 Endotracheal cannula
Non-sterile 5-0 silk suture Seraflex IDI58000
Phosphate buffered solution Gibco 14190-144
15 ml conical tubes Starstedt SS-4001
1 ml TB syringes Becton Dickinson 309626
200 μl filter tips Biosphere 70.760.211
EQUIPMENT
flexiVent FX SCIREQ Inc. sales@scireq.com www.scireq.com
Aerogen Aeroneb nebulizer SCIREQ Inc. sales@scireq.com www.scireq.com
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bates, J. H. T., Irvin, C. G. Measuring lung function in mice: the phenotyping uncertainty principle. J. Appl. Physiol. 94, 1297-1306 (2003).
  2. Bates, J. H. T. . Lung mechanics. An inverse modeling approach. , (2009).
  3. Hantos, Z., Daroczy, B., Suki, B., Nagy, S., Fredberg, J. J. Input impedance and peripheral inhomogeneity in dog lungs. J. Appl. Physiol. 72, 168-178 (1992).
  4. McGovern, T. K., et al. Dimethylthiourea protects against chlorine induced changes in airway function in a murine model of irritant induced asthma. Respir. Res. 11, 138 (2010).
  5. Hayes, R. D., Beach, J. R., Rutherford, D. M., Sim, M. R. Stability of methacholine chloride solutions under different storage conditions over a 9 month period. Eur. Respir. J. 11, 946-948 (1998).
  6. North, M. L., et al. Augmentation of arginase 1 expression by exposure to air pollution exacerbates the airways hyperresponsiveness in murine models of asthma. Respir. Res. 12, (2011).
  7. Siddiqui, S., et al. Site of allergic airway narrowing and the influence of exogenous surfactant in the brown norway rat. PloS ONE. 7, e29381 (2012).
  8. Cohen, J. C., Lundblad, L. K. A., Bates, J. H. T., Levitzky, M., Larson, J. E. The “Goldilocks Effect” in cystic fibrosis: identification of a lung phenotype in the cftr knockout and heterozygous mouse. BMC Genetics. 5, 21 (2004).
  9. Shalaby, K. H., Gold, L. G., Schuessler, T. F., Martin, J. G., Robichaud, A. Combined forced oscillation and forced expiration measurements in mice for the assessment of airway hyperresponsiveness. Respir Res. 11, 82 (2010).
  10. Thiesse, J., et al. Lung structure phenotype variation in inbred mouse strains revealed through in vivo micro-CT imaging. J. Appl. Physiol. 109, 1960-1968 (2010).
  11. Amatullah, H., et al. Comparative cardiopulmonary effects of size-fractionated airborne particulate matter. Inhalation Toxicology. 24, 161-171 (2012).
  12. Salazar, E., Knowles, J. H. An analysis of pressure-volume characteristics of the lungs. J. Appl. Physiol. 19, 97-104 (1963).
  13. Balakrishna, S., et al. Environmentally persistent free radicals induce airway hyperresponsiveness in neonatal rat lungs. Particle Fibre Tox. 8, 11 (2011).
  14. Fahmy, B., et al. In vitro and in vivo assessment of pulmonary risk associated with exposure to combustion generated fine particles. Environ. Toxicol. Pharmacol. 29, 173 (2010).
  15. Duguet, A., et al. Bronchial responsiveness among inbred mouse strains. Role of airway smooth-muscle shortening velocity. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 161, 839-848 (2000).
  16. Bozanich, E. M., et al. Developmental changes in airway and tissue mechanics in mice. J. Appl. Physiol. 99, 108-113 (2005).
  17. Schwartz, B. L., et al. Effects of central airway shunting on the mechanical impedance of the mouse lung. Ann. Biomed. Eng. 39, 497-507 (2011).
  18. De Vleeschauwer, S. I., et al. Repeated invasive lung function measurements in intubated mice: an approach for longitudinal lung research. Lab Anim. 45, 81-89 (2011).
  19. Takubo, Y., et al. α1-Antitrypsin determines the pattern of emphysema and function in tobacco smoke-exposed mice. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 166, 1596-1603 (2002).
  20. Salerno, F. G., et al. Effect of PEEP on induced constriction is enhanced in decorin-deficient mice. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 293, L1111-L1117 (2007).
  21. Therien, A. G., et al. Adenovirus IL-13-induced airway disease in mice. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 39, 26-35 (2008).
  22. Bates, J. H. T., Cojocaru, A., Lundblad, L. K. A. Bronchodilatory effect of deep inspiration on the dynamics of bronchoconstriction in mice. J. Appl. Physiol. 103, 1696-1705 (2007).
  23. Wagers, S. S., et al. Intrinsic and antigen-induced airway hyperresponsiveness are the result of diverse physiological mechanisms. J. Appl. Physiol. 102, 221-230 (2007).
  24. Collins, R. A., Sly, P. D., Turner, D. J., Herbert, C., Kumar, R. K. Site of inflammation influences site of hyperresponsiveness in experimental asthma. Respir. Physiol. Neurobiol. 139, 51-61 (2003).
  25. Bishai, J. M., Mitzner, W. Effect of severe calorie restriction on the lung in two strains of mice. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 295, L356-L362 (2008).
  26. Song, W., et al. Postexposure administration of β2-agonist decreases chlorine-induced airway hyperreactivity in mice. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 45, 88-94 (2011).
  27. Hirota, J. A., Ellis, R., Inman, M. D. Regional differences in the pattern of airway remodeling following chronic allergen exposure in mice. Respir. Res. 7, 120 (2006).
  28. Llop-Guevara, A., et al. In vivo-to-in silico iterations to investigate aeroallergen-host interactions. PloS ONE. 3, e2426 (2008).

Tags

Respiratory System MechanicsForced Oscillation TechniqueLung FunctionAirway ResponsivenessMethacholineMiceAnimal ModelFlexiVentRespiratory MechanicsAirway PathologyOxidative Stress

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
McGovern, T. K., Robichaud, A., Fereydoonzad, L., Schuessler, T. F., Martin, J. G. Evaluation of Respiratory System Mechanics in Mice using the Forced Oscillation Technique. J. Vis. Exp. (75), e50172, doi:10.3791/50172 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image