Zorla Salınım Tekniği kullanarak Fare Solunum Sistemi Mekanik Değerlendirilmesi
Summary
SCIREQ Inc, Montreal, Qc; İşbu Protokol solunum sistemi mekaniği ölçümleri yanı sıra zorla salınım tekniği kullanarak farelerde inhale metakoline hava yolu duyarlılığı değerlendirilmesi (flexiVent yürütmek için gerekli prosedürleri ayrıntılı bir adım adım açıklamasını sağlar , Kanada).
Abstract
Zorla salınım tekniği (FOT) kapsamlı, ayrıntılı, hassas ve tekrarlanabilir bir şekilde farelerde akciğer fonksiyonunun deneysel değerlendirilebilir güçlü, bütünleştirici ve öteleme araçtır. Bu önceden tanımlanmış, küçük genlik, genellikle kişinin hava yolu açılışında uygulanır salınımlı hava akımı dalga, tepki olarak elde basınç ve hacim sinyallerin analizi yoluyla solunum sistemi mekaniği ölçümleri sağlar. İşbu Protokol ayrıntıları yeterli bir bilgisayar kontrollü piston ventilatör (flexiVent; SCIREQ A.Ş., Montreal, Qc, Kanada) kullanarak farelerde zorla salınım ölçümleri yürütmek için gereken adımları. Hazırlık adımları, mekanik ventilasyon, akciğer fonksiyon ölçümleri ve veri analizi: açıklamasına dört bölüme ayrılmıştır. Ayrıca anestezi farelerde inhale metakoline hava yolu duyarlılığı değerlendirmek ile ilgili bilgileri, bu techniqu ortak bir uygulama içerirdiğer sonuçlar ve çeşitli akciğer patolojileri kadar uzanır e. Hava yolu hasarı bir oksidatif stres odaklı modeli yanı sıra naif farelerde elde edilen ölçümleri ve yeni araştırma alanlarında uygulamalara olarak bu aracı daha iyi karakterizasyonu ve okudu fizyolojik değişiklikler veya hastalık modellerinin anlaşılmasına katkıda nasıl göstermek için sunulmaktadır.
Introduction
Küçük hayvanlarda akciğerlerin mekanik özelliklerinin yeterli karakterizasyonu solunum bilim fare modellerin gelişen bu yana gerekli hale geldi. Zorla salınım tekniği (FOT), aynı zamanda insan konularda kullanılan bir tekniği kullanılarak yapıldığında, bu ölçümler anlamlı fizyolojik değişiklikleri incelemek için güçlü, bütünleştirici ve öteleme yaklaşım sağlamak. FOT ölçümleri, genellikle önceden tanımlanmış, küçük genlikli, öznenin hava yolu açıklığının 1 uygulanan salınımlı hava akımı dalga formu (aynı zamanda pertürbasyon veya giriş sinyali olarak da adlandırılır) ile elde edilen reaksiyon basınç ve hacim sinyalleri analiz edilmesi ile elde edilir. En basit formunda, bir FOT borusal iyi tanımlanmış bir frekansta tek bir sinüs dalga biçimi olabilir. Daha karmaşık tedirginlikler genellikle geniş bir yelpazede kapsayan özel (karşılıklı ana) frekans dalga bir seçim bir süperpozisyon oluşur. Çoklu frekans arasında ayrışmaFourier dönüşümü kullanarak bileşenleri içine giriş ve çıkış sinyalleri solunum sistemi giriş empedansı (Zrs) hesaplanması, pertürbasyon 2 dahil her frekansta, giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki transfer fonksiyonu yani sağlar. Bu nedenle, FOT tek bir manevra 2 frekans aralığında solunum mekaniği aynı anda değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Empedans verilerine uydurma gelişmiş matematiksel modeller (örneğin Sabit Faz Model 3) daha sonra hava yolu (santral ve periferik) ve parankimal akciğer dokusu bağımlı parametreleri 1, 3 içine yanıt bir bölümleme izin verir. Fizyolojik yanıtı (örneğin solunum frekansı, tidal volüm, akciğer hacmi, üst solunum yolu, spontan solunum çabaları, ölçüm zamanlaması) etkileyen pek çok faktör ölçüm sistemi ve deneysel prosedürler ile kontrol ve standart olduğundan, 1 teknik kapdoğru yapacak şekilde, kesin ve tekrar elde edilebilen ölçümlerinin üretme mümkün. Bu çalışmanın amacı, bu farelerde bu tür ölçümleri yerine getirmek üzere gerekli olan prosedürün ayrıntılı bir açıklama kronolojik sağlamaktır. Hazırlık adımları (reaktif, ekipman ve konular), mekanik ventilasyon, akciğer fonksiyon ölçümleri ve veri analizi: Protokol dört bölümden oluşmaktadır. Solunum sistemi mekaniğinin temsilcisi sonuçları örnekleri verilmektedir bilgisayar kontrollü piston ventilatör (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Kanada) kullanılarak oluşturulan. Bu gibi hava yolu inflamasyonu, epitel hücre hasarı ve inhale aerosol metakolin 4 artmış hava yolu duyarlılığı ile karakterize hava yolu hasarı bir oksidatif stres odaklı model naif fareler de elde edilmiştir. Bu protokol genellikle inhale metakoline hava yolu duyarlılığı değerlendirmek için kullanılırken, diğer sonuçlar ve farklılıkları kadar uzanırastım, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (COPD), amfizem, akciğer fibrozu, akciğer hasarı hem de insan hastalığına benzer patolojilerin transgenik fare modelleri gibi. s içeren patolojiler Bu aracı kullanarak araştırma bulgularının fizyolojik değişiklikler veya hastalık modelleri daha iyi karakterizasyonu ve anlayış yanı sıra yeni araştırma alanları doğru genişlemesine katkıda bulunabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu astım ve diğer akciğer hastalıkları ile ilgili olarak hava yolu disfonksiyonu devam çalışma hastalık ve tedavi seçenekleri gelişiminin altında yatan mekanizmaları anlamak için her şeyden kalır. Model hava yolu hastalığı için farelerin kullanımı bu hastalık mekanizmaları içine anlayış kazanıyor gerekli olmuştur. Akciğer fonksiyonu ölçmek için çok önemlidir hangi güvenilir ve doğru araçları olan, bir fare kadar küçük bir konuda değerlendirme havayolu disfonksiyonu göz önüne alındığında. Ayrıca, havayolu disfonksiyonu veya tedavi edici etkisi yere anlayışlar sağlayabilen araçları olan değeri ölçülemez. FOT teknik tüm bu özellikleri bir araya getiriyor ve fizyolojik değişiklikleri değerlendirmek için güçlü, bütünleştirici ve öteleme bir yaklaşım sağlar.
Farelerde ölçüm bu tür başarılı olması için, özel ilgi, yani bir kaç adım için sistemin kalibrasyonu, endotrakeal ca direnci verilmelidirnnula, nebulizatör türünü (ve faaliyet ayarları gibi) hayvan ve akciğer hacmi tarihin standardizasyon konumlandırma. Buna ek olarak, bu konu solunum sistemi ölçümleri sırasında pasif kalır, bu geçerli bir veri kümeleri elde etmek için zorunludur. Bu apne (bkz. Tablo 1) ikna etmek için konu anestezi derin bir uçak ya da hyperventilating ile çalışan, bir kas felç ajan yönetimi tarafından elde edilebilir. İsterseniz farelerde ölçümler için gerekli becerileri elde edilirken Araştırmacılar, test yükleri ile, mastering sistemi ve işletim yazılımı başlayabilirsiniz. Daha sonra hastalık modelleri ya da tedavi edilen farelerde geçmeden önce naif hayvanlarda tekrarlanabilir sonuçlar üretmek için mantıklı olacaktır. Solunum araştırma hastalık modelleri önemli bir oranda bu alerjenler, toksinler, kirletici, sigara dumanı ya da gaz, ÖLÇME ile elde edilen sonuçlar değişkenlik gibi ajanlara hayvanların maruz içerdiğindenBu makalede açıklanan t tekniği bu nedenle kullanılan maruz kalma prosedürü etkilenmiş olabilir. Anahtar deneysel süreçlerin standardizasyonu (bilgisayar kontrollü maruz kalma ve ölçüm sistemleri 6, 13, 14 kullanarak gibi) potansiyel olarak değişkenlik azaltmada önemli bir etkisi olabilir.
Güçlü hem de teknik sınırlamaları vurgulayarak bu yazıda anlatılan örnekler naif ve klor pozlanmış farenin deneylerden elde edilen tipik sonuçlar bir seçimi temsil eder. Şekil 6, örnek olarak görülebileceği gibi, bu teknik tekrarlanabilir akciğer fonksiyon testleri üretme yeteneğine sahiptir. Benzer temel direnç değerleri fare suşları arasında rapor edilmiştir iken, elastans farklılıklar ancak 15 gözlenmiştir. Önemli değişiklikler bebek ve yetişkin farelerin 16 arasında beklenen de vardır. Böyle inci gibi in vivo fizyolojik değerlendirme, yüksek hassasiyet sonuçlar, diğer gelinceFOT tarafından oluşturulan ose, deneklerin doğal bir durum olarak bir imtiyaz ile birlikte gelir. Fenotiplendirme belirsizlik ilkesi 1 olarak adlandırılır Bu ilke, ölçümler, anestezi yapılan (veya sözlü entübe) tracheotomised ve mekanik konularda havalandırılmalıdır gereken anlamında mevcut protokol için de geçerlidir. Tekniğin bir diğer sınırlama verilerine Sabit Faz Modeli uyum bronkokonstriksiyonun orta düzeyde üzerinde kötü olduğu için veri klor maruz kalan grup için en yüksek konsantrasyonlarda mevcut değildir Şekil 5D-5F olarak gözlemlenebilir. Ancak, ciddi bronchoconstricted hayvanlar doğrudan 15 veya örneğin dikkate mekanik fonksiyonu 17 heterojen alarak, daha karmaşık matematiksel modeller uygun üçüncü taraf sonrası analiz yazılımı kullanarak Zrs analiz ederek değerlendirilebilir. Hayvanın solunum yeterince p değilseniz dışı veri setleri de görülebilirassive veya kanül direnci çok yüksek ise. Genel bir kural olarak, kanül direnç başlangıçta hayvanın direnç geçmemelidir. Büyük iç çapı ve / veya daha kısa uzunlukta bir kanül ile çalışma kanül direncini azaltmaya yardımcı olacaktır. Son olarak, farelerde FOT ölçümleri bugünkü gösteri bir zaman alan ve bu nedenle daha az etkin yöntem veya invaziv teknikler daha az göre uzunlamasına çalışmalara daha az geçerli olarak algılanabilir. Ancak ikinci bunların sonuçları temelinde olarak belirsizlik büyük bir ile ilişkili ve 1 kusurlu olarak birçok kişi tarafından görülüyor. Tekrarlanan invaziv ölçümler teknik olarak daha zor 17 olmasına rağmen, sözlü entübe hayvanlarda mümkündür.
Verilen örneklerden elde edilen sonuçlar bu mekanik solunum ölçümleri üreten flexiVent sisteminin iki nesil denkliği, hem de solunum yolu hyperreac göstermiştirinhale metakoline hassasiyet ve aşırı duyarlılık farelerde klor-maruz kaldıktan sonra. Fizyolojik değişiklikler veya hastalık modelleri, karakterize ya da anlamak için kullanıldığında tekniği ile ilgili detaylı ölçüm yönü bilginin mevcut durumu genişletmek için katkıda bulunabilir.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TKMcG Kanada Toraks Derneği bir öğrencilik tarafından desteklenmektedir.
YAZARLAR 'KATKISI
Tüm yazarlar yazının anlayışı yer aldı. Buna ek olarak, TKMcG, proje başlattı deneysel sonuçlar toplanan, yazının yazı ve eleştirel katkıda bulunmuştur. AR toplanan ve analiz deneysel sonuçlar, el yazması hazırlanan ve eleştirel katkıda bulunmuştur. LF deneysel sonuçlar toplanır ve yazının eleştiri katkıda bulunmuştur. TFS ve JGM yazının eleştirel katkıda bulunmuştur.
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 |
References
- Bates, J. H. T., Irvin, C. G. Measuring lung function in mice: the phenotyping uncertainty principle. J. Appl. Physiol. 94, 1297-1306 (2003).
- Bates, J. H. T. . Lung mechanics. An inverse modeling approach. , (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Amatullah, H., et al. Comparative cardiopulmonary effects of size-fractionated airborne particulate matter. Inhalation Toxicology. 24, 161-171 (2012).
- Salazar, E., Knowles, J. H. An analysis of pressure-volume characteristics of the lungs. J. Appl. Physiol. 19, 97-104 (1963).
- Balakrishna, S., et al. Environmentally persistent free radicals induce airway hyperresponsiveness in neonatal rat lungs. Particle Fibre Tox. 8, 11 (2011).
- 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).
- 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).
- Bozanich, E. M., et al. Developmental changes in airway and tissue mechanics in mice. J. Appl. Physiol. 99, 108-113 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Therien, A. G., et al. Adenovirus IL-13-induced airway disease in mice. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 39, 26-35 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Llop-Guevara, A., et al. In vivo-to-in silico iterations to investigate aeroallergen-host interactions. PloS ONE. 3, e2426 (2008).
