שיטה להשגת תבנית הנשימה בעכברים מרחבי הדרך
Summary
משמש לכמת את תבנית. הנשימה בעכברים ערים אנו מראים כי מקטעים של 15 מתחת לפרוטוקול מתוקננת מציגים ערכים דומים למשך זמן ממושך של נשימה שקטה. מתודולוגיה זו מאפשרת גם הכמת של דום נשימה ונשימות מוגבר במהלך השעה הראשונה בחדר.
Abstract
(UBP) הוא שיטה לכמת את תבנית הנשימה בעכברים, היכן שתדר הנשימה, נפח הגאות והאוורור של הדקה מדווחים באופן שגרתי. כמו-כן, ניתן לאסוף מידע לגבי התפוקה העצבית של הנשימה, כולל קיומה של מרכז apneas ונשימה מורחבת. שיקול חשוב של UBP הוא להשיג קטע נשימה עם השפעה מינימלית של התנהגויות להוט או פעיל, כדי להבהיר את התגובה לאתגרים נשימה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול המאפשר בסיסיות קצרות, שקטות להתקבל בעכברים מיושנים, הדומה להמתנה לתקופות ארוכות יותר של נשימה שקטה. השימוש במקטעי זמן קצרים יותר הוא יקר ערך, כמו כמה זנים של עכברים עשויים להיות יותר ויותר מתרגש או חרד, ותקופות ארוכות יותר של נשימה שקטה לא ניתן להשיג בתוך פרק זמן סביר. הונחו 22 חודשים בן עכברים בחדר UBP והשוו 4 15 s שקטים נשימה מקטעים בין דקות 60 – 120 למשך זמן ארוך יותר 10 דקות נשימה שקטה כי לקח 2 – 3 h כדי לרכוש. כמו כן הצלחנו להשיג ספירות מרכזיות של apneas ונשימות מרושמות לפני מקטעי הנשימה השקטים, לאחר תקופת ההכרות של 30 דקות. אנו מראים כי 10 דקות של נשימה שקטה דומה לשימוש קצר הרבה יותר 15 s משך. בנוסף, את הזמן המוביל של אלה 15 שקטים מגזרי נשימה ניתן להשתמש כדי לאסוף נתונים לגבי apneas של המקור המרכזי. פרוטוקול זה מאפשר לחוקרים לאסוף נתונים של תבנית של נשימה בפרק זמן מוגדר ועושה אמצעים שקטים בסיסיים ריאלי עבור עכברים שעשויים להפגין כמויות מוגברת של התנהגות להתרגש. מתודולוגיית UBP עצמה מספקת דרך שימושית ולא פולשנית לאסוף נתונים של דפוס-of-נשימה ומאפשר לעכברים להיבדק על מספר נקודות זמן.
Introduction
Ubp היא טכניקה נפוצה להערכת דפוסי נשימה1,2,3,4. בשיטה זו, עכברים ממוקמים בתא סגור שבו הבדלים בלחץ בין החדר הראשי (שבו החיה שוכנת) וחדר התייחסות מסוננים באמצעות הינע פנאומטי כדי להשיג ערכים. ההתקנה של UBP וכתוצאה מכך הוא פולשני ולא מרסן ומאפשר אמצעים הנשימה להיות מוערך ללא דרישה של הרדמה או ניתוח. בנוסף, טכניקה זו מתאימה למחקרים המצריכים מדידות מרובות באותו עכבר לאורך זמן. משתנים כגון תדר נשימה, נפח גאות, ואוורור דקה ניתן לכמת עם שיטה זו, במהלך ניסוי אחד או על פני מספר מבחנים. הגוף השלם UBP גם מספק מדדים של זרמי השיא משך מחזור הנשימה. ביחד, הפרמטרים הללו. מכמת את תבנית הנשימה סימני הנשימה המוקלט גם מאפשרים לסקור את הנתונים ולספור את מספר האפניאס המרכזי המוצג בפרק זמן נתון. ניתן להשתמש בספירה זו לצד ניתוח של עוצמת הגאות והinspiratory פעמים כדי לאמוד שינויים אחרים בתבנית הנשימה.
בעוד כמה טכניקות plethysmography לא פולשני קיימים עבור הערכה ישירה של פרמטרים פיזיולוגיים ריאתי, הגוף השלם UBP מאפשר דרך המסך עבור פונקציית הנשימה עם מתח מינימלי מזערי לעכבר. הראש החוצה החוצה, אשר משתמשת באמצעים זרימת הגזים הגאות והוא גם לא פולשני, מסתמך על איפוק, כמו סוגים רבים אחרים של הפלתיגרפיה (למשל, השני הקאמרית בחדר). בעוד שיטות אלה נעשה שימוש במודלים מכרסמים למדוד תגובתיות דרכי הנשימה5, השימוש קולרים צוואר או שפופרות ריסון קטן עלול לקחת עכברים (לעומת מינים אחרים) יותר כדי התאקלם ולהחזיר את הנשימה שלהם כדי לנוח רמות.
השגת קטע אוויר אופטימלי הוא שיקול חשוב עבור השוואות בסיסיות. השימוש המוגבר במערכות הפלתיגרפיה הפנויות מסחרית מאפשר איסוף נתונים של תבנית הנשימה האפשרית במעבדות רבות. וחשוב מכך, דפוס הנשימה משתנה לאורך כל תקופת האיסוף, במיוחד לעכברים. עם זאת, יש צורך לתקנן את הניתוח הבסיסי כאמצעי להבטיח שרמת האימון של הניסויים לא מרמה תוצאות. ישנן דרכים רבות לאיסוף מקטע נושם אוויר, המשמש כתחום אחד של וריאציה בין עיצובים ניסיוניים. דוגמה אחת כוללת חישוב ממוצע של 10 – 30 דקות של נתונים לאחר מערכת זמן שהוגדרה בעבר בתוך חדר1, בעוד ששיטה אחרת כרוכה בהמתנה עד שהעכבר יהיה רגוע בעליל עבור 5 – 10 מינימום6. האחרון יכול לקחת 2 – 3 h כדי להשיג במקרים מסוימים, המשפט עשוי להיות צריך להיות נטוש אם העכבר אינו רגוע מספיק זמן. חשש זה הוא שיקול חשוב במיוחד עבור זנים של עכברים שבהם התנהגויות נצפו הם להוטים יותר ולהתרגש7. עכברים אלה עלולים להימשך זמן רב יותר כדי להסתגל לסביבה הקאמרית ולהישאר רגועים רק להתפרצויות קצרות של זמן. מגביל את הזמן המוקדש האוסף הבסיסי מתקן את הזמן החדר עבור כל עכבר.
זה חיוני כי ניסויים לקבל בסיס מתאים המקיף ערכי התנהגות מנוחה בעכבר, אך גם מתרחשת בזמן. מכאן, המטרה של דו ח זה היא לספק תיאור של שיטות המשמשות להשגת ערכים בסיסיים שקטים קצרים עבור פרמטרים נשימה בעכברים. כמו-כן, אנו מדווחים כי האפנאס והנשימות הרבודה ניתן לכמת בשעה הראשונה בחדר.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול מספק מידע לגבי בסיס נשימה שקט בעכברים, כמו גם איסוף נתונים על מרכזי apneas ונשימות מוגבר. תוצאות הנציג מראים כי 10 דקות הבסיסית שקט יש דפוס דומה של נשימה בהשוואה לממוצע של 4 15 s התקפי עבור קבוצה של עכברים ישנים. וחשוב מכך, התקפי ה-15 אינם שונים מבחינה סטטיסטית, וגם לקבוצות אלה אין הבדלים ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להודות לאנג לה, שרה רובי, ומריסה מיקי על עבודתם בשמירה על מושבות החיות. עבודה זו ממומנת על ידי 1R15 HD076379 (L.R.D.), 3R15 HD076379 (L.R.D. לתמוך CNR), ואת מלגת מחקר לתואר ראשון McDevitt במדעי הטבע (BEE).
Materials
| Carbon Dioxide Analyzer | AEI Technologies | CD-3A | |
| Carbon Dioxide Sensor | AEI Technologies | P-61B | |
| Computer | must be compliant with Ponemah requirements | ||
| Drierite beads | PermaPure LLC | DM-AR | |
| Flow Control | AEI Technologies | R-1 | vacuum |
| Flowmeter | TSI | 4100 | need one per chamber and one for vacuum |
| Gas Mixer | MCQ Instruments | GB-103 | |
| Gas Tanks | Haun | 100% oxygen, 100% carbon dioxide, 100% nitrogen – food grade, or pre-mixed tanks for nomal room air and gas challenges | |
| Oxygen Analyzer | AEI Technologies | S-3A | |
| Oxygen Sensor | AEI Technologies | N-22M | |
| Polyurethane Tubing | SMC | TUS 0604 Y-20 | |
| Ponemah Software | DSI | ||
| Small Rodent Chamber | Buxco/DSI | ||
| Thermometer (LifeChip System) | Destron-Fearing | any type of thermometer to take accurate body temperatures is appropriate, but the use of implantable chips allows for minimal disturbance to animal for taking several body temperature measurements while the animal is still in the UBP chamber | |
| Transducers | Validyne | DP45 | need one per chamber |
| Whole Body Plethysmography System | Data Science International (DSI) | Includes ACQ-7700, pressure/temperature probes, etc. |
References
- DeRuisseau, L. R., et al. Neural deficits contribute to respiratory insufficiency in Pompe disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (23), 9419-9424 (2009).
- Ogier, M., et al. Brain-derived neurotrophic factor expression and respiratory function improve after ampakine treatment in a mouse model of Rett syndrome. Journal of Neuroscience. 27 (40), 10912-10917 (2007).
- Ohshima, Y., et al. Hypoxic ventilatory response during light and dark periods and the involvement of histamine H1 receptor in mice. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 293 (3), 1350-1356 (2007).
- van Schaik, S. M., Enhorning, G., Vargas, I., Welliver, R. C. Respiratory syncytial virus affects pulmonary function in BALB/c mice. Journal of Infectious Diseases. 177 (2), 269-276 (1998).
- Glaab, T., Taube, C., Braun, A., Mitzner, W. Invasive and noninvasive methods for studying pulmonary function in mice. Respiratory Research. 8, (2007).
- Loeven, A. M., Receno, C. N., Cunningham, C. M., DeRuisseau, L. R. Arterial Blood Sampling in Male CD-1 and C57BL/6J Mice with 1% Isoflurane is Similar to Awake Mice. Journal of Applied Physiology. , (2018).
- Receno, C. N., Eassa, B. E., Reilly, D. P., Cunningham, C., DeRuisseau, L. R. The pattern of breathing in young wild type and Ts65Dn mice during the dark and light cycle. FASEB Journal. 32 (1), (2018).
- Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, Inistitute fpr Laboratory Animal Research, Division on Earth and Life Studies, National Research Council of the National Academies. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 8th edition. , (2011).
- Receno, C. N., Glausen, T. G., DeRuisseau, L. R. Saline as a vehicle control does not alter ventilation in male CD-1 mice. Physiological Reports. 6 (10), (2018).
- Shanksy, R. M. Sex differences in behavioral strategies: Avoiding interpretational pitfalls. Current Opinion in Neurobiology. 49, 95-98 (2018).
- Kopp, C. Locomotor activity rhythm in inbred strains of mice: implications for behavioural studies. Behavioural Brain Research. 125 (1-2), 93-96 (2001).
- Teske, J. A., Perez-Leighton, C. E., Billington, C. J., Kotz, C. M. Methodological considerations for measuring spontaneous physical activity in rodents. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 306 (10), 714-721 (2014).
- Kabir, M. M., et al. Respiratory pattern in awake rats: Effects of motor activity and of alerting stimuli. Physiology & Behavior. 101 (1), 22-31 (2010).
- Terada, J., et al. Ventilatory long-term facilitation in mice can be observed during both sleep and wake periods and depends on orexin. Journal of Applied Physiology. 104 (2), 499-507 (2008).
- Friedman, L., et al. Ventilatory behavior during sleep among A/J and C57BL/6J mouse strains. Journal of Applied Physiology. 97 (5), 1787-1795 (2004).
- Drorbaugh, J. E., Fenn, W. O. A barometric method for measuring ventilation in newborn infants. Pediatrics. 16 (1), 81-87 (1955).
- Seifert, E. L., Mortola, J. P. The circadian pattern of breathing in conscious adult rats. Respiration Physiology. 129 (3), 297-305 (2002).
- Receno, C. N., Roffo, K. E., Mickey, M. C., DeRuisseau, K. C., DeRuisseau, L. R. Quiet breathing in hindlimb casted mice. Respiratory Physiology & Neurobiology. , 10 (2018).
