اختبار تحمل الجلوكوز داخل، قياس وظيفة الرئة، والتثبيت في الرئة لدراسة تأثير السمنة والايض البصر على النتائج الرئوية
March 15th, 2018
ارتفاع الإصابة بالسمنة ويزيد من خطر الإصابة بالأمراض الرئوية المزمنة. هناك حاجة لإنشاء الآليات الكامنة والاستراتيجيات الوقائية، الحيوان المعالم نماذج. هنا، نحن نقدم ثلاث طرق (اختبار تحمل الجلوكوز، بليثيسموجرافي الجسم، وتثبيت الرئة) لدراسة تأثير السمنة على النتائج الرئوية في الفئران.
الهدف العام للطرق الثلاث التالية هو دراسة تأثير السمنة واضطرابات التمثيل الغذائي على بنية الرئة ووظيفتها. يمكن أن تساعد هذه الأساليب في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال أبحاث الجهاز التنفسي حول تأثير اضطرابات التمثيل الغذائي على بنية الرئة ووظائف الرئة. تتمثل ميزة هذه التقنيات في أنه يمكن دمجها لتقييم الدور الوظيفي لعملية التمثيل الغذائي في التسبب في أمراض الرئة المزمنة واختبار الأساليب العلاجية المختلفة.
تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنيات إلى ما هو أبعد من التنميط الظاهري إلى ما يوضح الدور الوظيفي المحدد للأهداف الأيضية في التسبب في أمراض الرئة. يمكن أيضا تطبيق هذه الطرق على دراسة الهيكل والوظيفة في كل من السليمة مع التعديلات الجينية ولكن أيضا في النماذج الحيوانية لمرض الانسداد الرئوي المزمن والربو. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الأساليب مثل إدخال أنبوب القصبة الهوائية ، ونفخ الرئة وإعطاء التخدير العميق ، وكلهم يحتاجون إلى الخبرة والتدريب.
خطرت لنا فكرة هذه الطرق لأول مرة عندما اكتشفنا أن السمنة المبكرة في الفئران ولكن أيضا في البشر كانت مرتبطة ارتباطا وثيقا بتأثير التمثيل الغذائي وأمراض الرئة المزمنة بعد الطفولة. لقياس تحمل الجلوكوز داخل الصفاق ، قم بتقييد الفأر البالغ الصائم لمدة 12 ساعة برفق من الذيل واستخدم مقصا معقما لشق طرف الذيل. ضع قطرة دم متدفقة على الفور على شريط اختبار جهاز قياس نسبة الجلوكوز في الدم لقياس مستوى الجلوكوز في الدم أثناء الصيام.
ستظهر نتيجة الاختبار على شاشة جهاز قياس السكر بعد أربع ثوان. بعد قياس الجلوكوز لكل ، قم بتسميتها بشكل فردي بعلامات ملونة وقم بوزن. ثم استخدم إبرة قياس 27 متصلة بحقنة سعة ملليلتر واحد لإدارة 100 ميكرولتر من الجلوكوز لكل طن جرام من وزن الجسم لكل عن طريق الحقن داخل الصفاق وقياس مستويات الجلوكوز في الدم بعد 15 و 30 و 60 و 120 دقيقة باستخدام شرائط اختبار جديدة كما هو موضح للتو.
لتقييم وظيفة الرئة ، ضع فأرا بالغا في وضع ضعيف على وسادة وقم بتطبيق المرهم على عيون. بعد التأكد من عدم الاستجابة لقرص إصبع القدم ، بلل الفراء في منطقة الغدة الدرقية بنسبة 70٪ من الإيثانول واستخدم الملقط لرفع الجلد عند خط الوسط بين الشق الوداجي عند القص وتكافل الدرنة في العقل. باستخدام مقص غير حاد ، قم بعمل شق جلدي بطول سنتيمتر واحد بعناية في جلد الخيام لتصور الأنسجة الدهنية تحت الجلد والغدة الدرقية الكامنة وفضح القصبة الهوائية مع فصل حاد دقيق لكل من فصوص الغدة الدرقية عند البرزخ وتشريح عضلات الغدة الدرقية القصية والغدة القصيرة.
باستخدام ملقط حاد ، قم بتمرير خياطة جراحية مضفرة 4-0 بين القصبة الهوائية والمريء وشق القصبة الهوائية بعناية ، وأغلق الحنجرة بين غضاريف القصبة الهوائية بمقص دقيق. قم بالتنبيب باستخدام أنبوب القصبة الهوائية لتأمين الأنبوب بخياطة جراحية ونقل إلى السرير الساخن لغرفة الجسم. قم بتوصيل أنبوب القصبة الهوائية بلوحة الوجه وقم بتشغيل جهاز التنفس الصناعي.
تأكد من حركة الصدر بشكل متزامن مع معدل التهوية لتأكيد الوضع المناسب لأنبوب القصبة الهوائية ومشاهدة إشارة الضغط على شاشة الكمبيوتر. للتحكم في التغيرات في الضغط الرئوي أثناء التهوية، أدخل أنبوب المريء على مستوى الرئتين اللتين تراقب الشاشة لتسهيل وضع الأنبوب حيث يمكن ملاحظة انحراف الضغط الأقصى والحد الأدنى من القطع الأثرية للقلب. ابدأ في الحصول على البيانات وفقا لتعليمات الشركة المصنعة وقم بتطبيق 10 ميكرولترات من PBS على البخاخات.
ابدأ البخاخات بعد خمس دقائق من التزكية متبوعة بمرحلة استجابة مدتها ثلاث دقائق يتم خلالها قياس مقاومة مجرى الهواء والامتثال للجهاز التنفسي. اسمح للحيوان بالتعافي لمدة ثلاث دقائق قبل البدء في البخاخات التالية واتبع تعليمات البرنامج للتطبيق التدريجي لزيادة تركيزات الميثاكولين بمقدار 10 ميكرولتر على جهاز التنفس الصناعي. للتحليل النسيجي الكمي لأنسجة الرئة ، استخدم مقصا حادا لعمل شق صغير في الحجاب الحاجز للفأر البالغ واستخدم مقصا حادا منحنيا لعمل شق تمطيجي على طول القفص الصدري بالكامل لفتح الصدر برفق.
ارفع القفص الصدري لكشف التجويف الجنبي وإزالة الغدة الصعترية. بعد إزالة القلب ، استخدم ملقطا حادا لتحضير القصبة الهوائية وفضحها من أجل تمرير خياطة جراحية مضفرة 4-0 بين القصبة الهوائية والمريء متبوعا بشق دقيق في القصبة الهوائية بالقرب من الحنجرة بين غضاريف القصبة الهوائية. قم بالتنبيب باستخدام قنية وريدية عيار 26 واستخدم عامل مثبت لتضخيم الرئتين عن طريق تثبيت الضغط عند ضغط ثابت يبلغ 20 سم من الماء.
بعد 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة ، اربط القصبة الهوائية وقم بإزالة القنية في نفس الوقت. ثم استئصال الرئتين بعناية دون الإضرار بالأنسجة وتخزين الرئتين في عامل مثبت جديد عند أربع درجات مئوية بين عشية وضحاها. تظهر الفئران البدينة زيادة في مستويات الجلوكوز في الدم بعد 15 و 30 دقيقة من حقن الجلوكوز داخل الصفاق مما يشير إلى ضعف امتصاص الجلوكوز الخلوي مقارنة بالفئران التي تتغذى على النظام الغذائي القياسي.
يظهر تحليل وظائف الرئة الغازية زيادة تصل إلى 1.5 مرة في مقاومة مجرى الهواء لدى الفئران التي تعاني من السمنة المفرطة وعالية الدهون التي تتغذى على الفئران بعد التحفيز بالميثاكولين مقارنة بالحيوانات الضابطة. يكشف تلطيخ الهيماتوكسيلين والأيوزين لأقسام حمة الرئة بعد التثبيت داخل القصبة الهوائية عن مناطق متعددة غير منتفخة ، وحواجز سنخية سميكة وحويصلات هوائية متعددة الأضلاع في الرئتين مغروسة بضغط ضئيل للغاية. في المقابل ، يؤدي ضغط التقطير المفرط إلى تضخم المناطق ذات الحاجز السنخي المدمر.
ومع ذلك ، فإن تطبيق الكمية المناسبة من الضغط أثناء تثبيت الرئة يؤدي إلى تضخم الرئة تماما مع الحويصلات الهوائية المستديرة الشكل. بمجرد إتقان ، يمكن إكمال اختبارات تحمل الجلوكوز داخل الصفاق في ساعتين ونصف. يمكن إكمال اختبارات وظائف الرئة في ساعة واحدة ، ويمكن إكمال نفخ الرئة في أقل من ساعة.
أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن تكييف الفئران وتدريب المحقق والعمل في بيئة هادئة ومنخفضة الإجهاد يوصى بها للحصول على البيانات على النحو الأمثل. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجالات التمثيل الغذائي وأمراض الجهاز التنفسي لاستكشاف الآليات التي ينطوي عليها استراتيجيات علاج أمراض الرئة المزمنة وتقويتها باستخدام نماذج الصغيرة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية التحقيق في تأثير السمنة واضطرابات التمثيل الغذائي على بنية الرئة ووظيفتها.
لا تنس أن العمل مع أو الأدوات الجراحية يمكن أن يسبب إصابات أو تفاعلات جلدية وأنه يجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة أثناء تنفيذ هذه الإجراءات.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
تناقش هذه المقالة أساليب لدراسة تأثير السمنة على بنية الرئة ووظيفتها باستخدام نماذج حيوانية. وتسلط الضوء على أهمية هذه التقنيات في فهم أمراض الرئة المزمنة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- بحوث الجهاز التنفسي
- الاضطرابات الأيضية
الخلفية
- ترتبط السمنة بأمراض الرئة المزمنة.
- يتطلب فهم الآليات نماذج حيوانية محددة جيدًا.
- تهدف الأبحاث إلى استكشاف الدور الوظيفي للأيض في تكوين أمراض الرئة.
- يمكن تطبيق التقنيات على كل من النماذج الصحية والمرضية.
غرض الدراسة
- لتقييم تأثير السمنة على النتائج الرئوية.
- لوضع استراتيجيات وقائية لأمراض الرئة المزمنة.
- لتوضيح الدور الوظيفي للأهداف الأيضية.
الأساليب المستخدمة
- اختبار تحمل الجلوكوز
- قياس حجم الهواء في الرئتين
- تثبيت الرئة
- مزيج من التقنيات لتقييم شامل
النتائج الرئيسية
- توفر الأساليب رؤى حول بنية الرئة ووظيفتها.
- يمكن أن تساعد التقنيات في اختبار النهج العلاجية.
- تمتد النتائج لفهم مرض الانسداد الرئوي المزمن والربو.
- يُطلب الخبرة للتنفيذ السليم للتقنيات.
الاستنتاجات
- تعتبر هذه الأساليب حاسمة لدراسة تأثيرات السمنة على صحة الرئة.
- تسهل استكشاف الاضطرابات الأيضية في أمراض الجهاز التنفسي.
- التدريب ضروري للتطبيق الفعال لهذه التقنيات.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Obesity-related metabolic dysfunction represents a growing risk factor for chronic lung diseases, creating a need for preclinical models that can mechanistically link systemic metabolism to pulmonary outcomes. The integrated assessment of glucose tolerance, lung function, and histological structure enables de-risking of therapeutic hypotheses by providing quantitative, reproducible readouts across metabolic and respiratory domains. This approach supports target validation and predictive confidence in early discovery by elucidating whether metabolic interventions modify lung pathology in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates the functional role of metabolic targets in lung pathogenesis by measuring glucose intolerance as a biomarker of impaired cellular uptake.
- Operational Value: Enables pathway clarification through standardized ipGTT procedures that detect diet-induced metabolic dysregulation in obese models.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by linking metabolic impairment to functional lung outcomes via concurrent airway resistance and compliance measurements.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by fixing lungs at standardized pressure to ensure reproducible alveolar morphology for histomorphometric analysis.
- Operational Value: Addresses assay standardization through stepwise methacholine challenge protocols that quantify dose-dependent bronchoconstriction in obese versus control animals.
- Scalability: Highlights platform reuse across COPD and asthma models, enabling consistent lung structure-function assessment in genetically modified or diseased cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance by connecting systemic inflammatory and metabolic dysregulation to lung structural changes such as thickened septa and polygonal alveoli.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by demonstrating how lung fixation at 20 cm H2O pressure yields round-shaped alveoli, enabling reliable quantitative endpoints.
- Risk-Adjusted Advancement: Addresses mechanistic de-risking by showing that appropriate insufflation pressure prevents overinflation or collapse, reducing artifact-driven variability in histological assessments.
Pipeline & Workflow Integration
The method positions itself within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, supporting iterative evaluation of metabolic interventions on lung structure and function in preclinical models.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing by measuring serum glucose levels at 15 and 30 minutes post-injection to evaluate cellular glucose uptake in obesity models.
- Screening: Describes assay readiness through reproducible airway resistance and compliance measurements following nebulization and methacholine challenge, enabling compound effect comparison.
- Analytics: Highlights quantitative dependent variable measurements such as increased airway resistance (up to 1.5-fold) and altered alveolar morphology that help teams compare metabolic and pulmonary phenotypes.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity by demonstrating lung preparation and fixation protocols that preserve tissue integrity for histological analysis across study groups.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability rather than a single-use technique, applicable to both healthy animals with genetic modifications and disease models of COPD and asthma.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in obesity-lung disease linkages.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of metabolic and functional pulmonary assessments.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk through early metabolic phenotype stratification.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on concordant glucose tolerance, lung function, and histological outcomes.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in surgical procedures including tracheal intubation, lung insufflation, and glucose administration.
- Instrumentation and analytical infrastructure needs such as glucometers, ventilators, pressure monitoring systems, and nebulizers for methacholine delivery.
- Cross-team standardization requirements for consistent animal fasting, injection dosing, and timing of metabolic and functional readouts.
- Adaptation considerations across model systems including healthy, genetically modified, and disease-induced obese mice.
- Practical limitations supported by source material: investigator training and stress-reduced environments are recommended for optimal data acquisition due to technical complexity of surgical steps.
