Pletismografia simplificada de corpo inteiro para caracterizar a função pulmonar durante a melioidose respiratória

Calibração do sistemaO software de análise de dados permite a calibração direta de uma cabeça de fluxo personalizada, como a descrita aqui. Isso é realizado ao definir o Fluxo de Espirometria. Conforme descrito na etapa 3.1, existe uma opção para inserir o volume de ar de calibração conhecido, que calcula o coeficiente de correlação tensão-volume dentro do sistema. Isso, no entanto, gera um coeficiente de correlação baseado em uma única leitura, e observou-se que a variação inerente da calibração de um padrão n = 1 tem pouca utilidade. A abordagem atual pode resolver essa deficiência e permite que um usuário execute uma calibração diária usando várias leituras calculadas em média para calcular um coeficiente de calibração. A calibração com 20 μL de ar injetado foi demonstrada aqui, representando um volume de respiração típico de alta qualidade em um rato típico. O software assume um intercepto de origem (0,0) e, portanto, é calibrado de 0-20 μL usando essa abordagem. A metodologia aqui proposta para o sWBP calibra diariamente, contabilizando assim quaisquer flutuações na umidade/temperatura ambiental. Os métodos originais utilizados para a WBP específica, remontam à metodologia de Drorbaugh e Fenn de 1955, que desenvolveram a WBP para medir a ventilação em lactentes humanos5. Os cálculos de Drorbaugh e Fenn explicam as variações de temperatura e umidade do ambiente e do sujeito. A abordagem atual corrige as flutuações ambientais calibrando cada sessão sWBP. Ainda assim, decidiu-se abordar se o aquecimento e a umidificação da respiração através da cavidade nasal / pulmão de um rato afetam a medição de um volume conhecido de ar. Assim, um aparelho artificial foi criado para imitar o efeito do sujeito no aquecimento e umidificação de medições de ar calibrado. Os conectores Luer foram fixados a um tubo cônico de 15 mL e colocados em linha cônica selada entre a câmara de amostra e a seringa de calibração à prova de gás. Uma calibração de 20 μL foi realizada usando um tubo cônico vazio mantido à temperatura ambiente (23 °C). O tubo cônico foi então parcialmente preenchido com água destilada logo abaixo dos conectores Luer, permitindo tempo para equilibrar o espaço cefálico do cônico; o volume de calibração foi então remedido para investigar o efeito da umidade. O tubo cônico foi colocado em bloco de aquecimento e equilibrado a 37 °C em ambiente úmido e, finalmente, equilibrado a 37 °C sem água para avaliar o efeito do aquecimento do sujeito e sem contribuição adicional de umidade. A Figura 2 demonstra que todas as condições testadas não impactaram significativamente a medição calibrada de 20 μL fornecida pela seringa à prova de gás. A partir desse achado, concluiu-se que o sWBP oferece uma abordagem acessível para monitorar a respiração em animais de pesquisa sem a necessidade de cálculos complexos baseados na temperatura e umidade do animal sujeito, uma vez que estes não causam impacto significativo no volume respiratório medido. Monitoramento do assuntoA espa foi utilizada para monitorar a respiração durante a doença de infecções respiratórias letais com o patógeno bacteriano B. pseudomallei. Um desafio de monitorar a respiração em animais conscientes é a curiosidade de animais saudáveis normais que se movem dentro da câmara de amostragem. O movimento do mouse cria uma linha de base em constante movimento que pode ser mitigada em parte pelo pré-condicionamento dos sujeitos à câmara durante um período de vários dias antes da medição. Esse problema afeta principalmente a medição basal em camundongos saudáveis, pois os indivíduos se tornam letárgicos durante a infecção, tornando a sWBP muito mais gerenciável com a atividade reduzida do sujeito. Pode ser tentador tentar usar alguma forma de restrição, seja física ou anestésica. O uso de contenção física pode afetar a respiração natural, causando estresse. Além disso, sabe-se que o uso de anestésicos tem efeitos pronunciados sobre a frequência respiratória e a profundidade10; assim, optou-se por investigar o impacto da anestesia com o aparelho sWBP interno. O isoflurano é comumente usado para realizar imagens diagnósticas in vivo durante os modelos de infecção e, portanto, um camundongo C57BL/6 foi anestesiado e monitorou a progressão até a recuperação da anestesia usando sWBP. Este ensaio foi conduzido com um rato albino C57BL/6J juvenil de 4 semanas de idade para prolongar a janela de recuperação da anestesia. A Figura 3 demonstra que o anestésico preferido faz com que os camundongos exibam uma taxa de respiração lenta com um grande volume corrente de ar. À medida que os ratos começam a se recuperar da sedação, sua taxa de respiração aumenta e o volume de respiração diminui, com o efeito líquido de que o ar total inspirado aumenta lentamente. Neste ensaio, verificou-se que o volume da respiração é restaurado aos níveis pré-anestésicos nos primeiros 30 s de recuperação. A taxa de respiração aumenta constantemente até que a respiração basal seja restaurada para 2-2,5 minutos após a remoção da anestesia. O volume minuto acompanhou de perto os efeitos da frequência respiratória, atingindo o volume minuto basal em 2,5 min após a remoção da anestesia. Esse achado sustenta que a anestesia não deve ser empregada na abordagem da espácea. Isso afeta drasticamente a respiração basal, não surpreendentemente, pois a anestesia retardará o metabolismo do hospedeiro, criando uma demanda reduzida por oxigênio inspirado. O saneamento da câmara de amostra também deve ser considerado entre os sujeitos para abordar o controle de infecção específico do estudo, bem como o impacto dos feromônios da urina ou fezes, o que poderia afetar o estresse entre os indivíduos. A WBP é uma estratégia atraente para monitorar a função pulmonar em modelos de doenças respiratórias de forma não invasiva. A WBP foi utilizada para estudar como a respiração muda durante infecções letais de melioidose respiratória (Figura 4), com pontos de tempo espelhando o monitoramento da bioluminescência no pulmão. Observou-se que esse modelo está associado a um início precoce da letargia, que persiste de forma lentamente progressiva até o desenvolvimento da doença moribunda em aproximadamente 3 dias pós-infecção. Observou-se também que a frequência respiratória e o ar inspirado total (volume minuto) dos camundongos diminuem rapidamente durante o primeiro dia de infecção e permanecem baixos pelo restante do curso da infecção (Figura 4A,C). Este padrão é consistente com a letargia de início precoce, que persiste pelos próximos 2 dias da infecção. Em contraste, o volume da respiração não cai acentuadamente durante as primeiras 24 horas e, em vez disso, tem uma ligeira e constante diminuição, o que se aproxima de um declínio linear ao longo do curso de 3 dias da doença (Figura 4B). Figura 1: Aparelho sWBP. Uma Câmara de Amostra personalizada foi construída a partir de um frasco de vidro quadrado selado com conectores de anteparo em duas faces planas. Uma antepara foi usada para montar um sensor de pressão manométrica conectado a um amplificador de ponte e digitalizador de dispositivo de aquisição de dados através de uma conexão DIN de 8 pinos. A segunda antepara foi equipada com um conector Luer para calibração por uma seringa à prova de gás. O dispositivo foi conectado a um PC que executa o software. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2: Efeito da temperatura e umidade do sujeito sobre o volume de respiração. Um tubo cônico de 15 mL com conectores Luer foi instalado em linha entre a seringa de calibração de 20 μL e a Câmara de Amostragem. O sistema foi calibrado para 20 μL sem contribuição adicional de temperatura/umidade do tubo cônico. Outras medidas foram coletadas pós-equilíbrio com umidade saturada da água destilada e/ou aquecimento do tubo cônico da temperatura ambiente (23 °C) para a temperatura corporal (37 °C). Nenhuma diferença significativa foi detectada a partir de n = 5 medidas de cada condição por ANOVA One-way com o pós-teste de Comparação Múltipla de Tukey. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: Efeito da anestesia gasosa na respiração em camundongos. Dados representativos de uma rata albina C57BL/6J fêmea de 4 semanas de idade (8,6 g) foram sedados por 5 min com isoflurano a 3% em oxigênio e transferidos para uma Câmara de Amostra de WBP. Os dados de pleth foram coletados por 150 s após a remoção da anestesia. O sujeito iniciou a deambulação inicial por volta de 100 s após a remoção da anestesia. (A) Respiração basal antes da anestesia, medindo uma frequência respiratória de 4,97 Hz, volume respiratório de 9,74 μL e volume minuto de 2,91 mL. (B) Os primeiros 60 s de mudanças na respiração durante a recuperação da anestesia. (A-B) Eixo vertical medindo μL por respiração e eixo horizontal em segundos. (C-E) Os dados de ventilação foram coletados durante os 150 s de recuperação da anestesia, em média de ≥3 ciclos de respiração por ponto de tempo para (C) Taxa de Respiração, (D) Volume de Respiração e (E) Volume de Minutos calculado. Os valores basais pré-anestésicos são indicados com uma linha pontilhada horizontal em cada gráfico respectivo. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4: Efeito da melioidose respiratória na respiração do hospedeiro. Cinco camundongos fêmeas C57BL/6 de 8 semanas foram infectados com 4,9 log CFU da cepa bioluminescente de B. pseudomallei JW270. A WBP foi realizada ao longo dos 3 dias de infecção, medindo-se a Taxa de Respiração (A) e o Volume de Respiração (B). O ar total inspirado foi calculado como Volume Minuto (C). Os dados para cada um dos cinco sujeitos são plotados independentemente com regressão polinomial de terceira ordem. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.