小鼠肺腺癌进展过程中肺功能与血流动力学的动态变化：基于全身体积描记法与多普勒超声的检测

摘要

本方案采用小鼠肺功能检测和多普勒超声作为研究技术，为肺腺癌的研究提供了一种无创、简便且高效的方法。

摘要

肺腺癌（LUAD）是一种常见的恶性肺部肿瘤，其进展会导致通气和血流的改变，凸显了肺脏在病理状态下的独特功能特征。非侵入性全身体积描记法（WBP）系统能够对清醒小鼠的肺功能和气道反应性进行实时监测，避免了气管切开和麻醉带来的干扰。小型动物多普勒超声（DU）利用高频成像技术，可无创地获取微血管结构及肺血流速度的变化，为研究与LUAD相关的通气和灌注异常提供了重要支持。本研究采用100 mg/kg的4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮（NNK）在A/J小鼠中建立了LUAD模型，并结合WBP与DU技术对小鼠的肺功能及血流动力学参数进行监测。结果显示，在肿瘤进展过程中，模型组的关键指标显著下降（p < 0.05），包括50%呼气流量（EF50）、每分钟通气量（MV）、峰值呼气流速（PEF）、峰值吸气流速（PIF）、增强暂停指数（Penh）和潮气量（TV），同时肺动脉血流速度也明显降低（p < 0.05）。该联合方法有效捕捉了小鼠LUAD病理发展过程中的功能紊乱，为呼吸系统疾病的研究提供了一种无创且高效的手段。

引言

肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌最常见的亚型¹。随着环境污染加剧、吸烟率上升以及人口老龄化，全球LUAD的发病率逐年升高^2,3,4。目前研究表明，随着LUAD病情进展，患者肺功能呈进行性下降，并出现血流动力学紊乱^5,6,7,8。开发无创、高效且经济的方法来监测和评估肺功能及肺动脉血流波动，可为临床LUAD管理提供关键依据。

现有研究表明，肺腺癌（LUAD）肿瘤的生长会逐渐阻塞气道，降低肺容量和通气功能⁹，并触发炎性细胞因子的分泌，通过局部慢性炎症进一步加重气道狭窄¹⁰。因此，肺功能下降会导致低氧血症加剧和血流动力学异常^11,12。这些病理变化在临床上常表现为进行性呼吸困难和胸闷。尽....

方案

本研究中描述的所有动物实验均经成都中医药大学动物福利伦理委员会批准，并遵循相关动物研究伦理的法律法规（20240616IV）。雌性近交系 A/JGpt 小鼠（7-8 周龄）饲养于 20-24 °C 环境中，相对湿度为 40%-70%。在 12 小时明暗循环条件下，小鼠可自由摄取标准动物饲料和纯化水。实验开始前，动物在此环境中适应 7 天。

1. 动物模型的建立与准备

1. 将NNK溶于生理盐水中，配制成浓度为10 mg/mL的储备液。
2. 在第4周（建模后第28天）、第10周（建模后第70天）和第20周（建模后第140天）使用WBP检测肺功能。在第20周（建模后第140天）使用DU测量肺动脉血流速度。每次测量前，将小鼠置于适宜环境中以尽量减少应激反应。

2. 无创肺功能检测

注意：WBP 系统使用专门设计的测量舱，在清醒、自由活动的动物中测量呼吸功能。测量舱装有气流筛，允许空气进出舱内。气流筛造成的空气阻力导致舱内相对于周围环境空气产生微小的压力变化。通过连接一个高灵敏度的压力换能器来测量舱内的这些压力变化，由此可推导出气流（称为箱内气流）。软件可提供流量和容积等呼吸参数，并实现实时报告。

1. 获取以下主要组件：WBP 控制器、控制....

结果

为验证肺功能及肺动脉血流评估方法的可行性、准确性和可重复性，我们绘制了空白组在第4周监测期间每分钟的平均曲线，包括吸气峰流速（PIF）、呼气峰流速（PEF）以及50%肺活量时的呼气流速（EF50，放大10倍）（图1A）。如该图所示，三条对应曲线在形态上表现出高度一致性。尽管绝对变化较小，尤其是EF50，但仍能被准确捕捉，表明全身体积描记法（WBP）在采集小鼠关键呼吸参数方面具有高灵敏度。这三个参数相互独立，无需依赖其他指标进行计算。PIF和PEF主要反映整体气道功能和气流速度，而EF50更侧重于小气道功能的评估¹⁴。PEF通常最高，因为在呼气过程中，肺和胸壁肌肉的快速收缩产生显著的压力差，促使气体迅速排出。相比之下，PIF通常低于PEF，因为吸气是一个主动过程，需克服肺的弹性回缩力，且伴随胸腔扩张所产生的压力差相对较小。EF50在呼气中期测得，通常低于PEF和PIF，因为此时肺容积已减小，导致气流速度降低¹⁵。图1A中三条曲.......

讨论

本研究根据既往报道，选用NNK联合A/J小鼠构建肺腺癌模型。相关研究表明，NNK联合A/J小鼠在第10周开始可出现微小肿瘤形成^th 周，并在第16周形成稳定的肿瘤^th 至 20^th 周^18,19因此，我们选择了在4进行的测试^th 注射后一周观察肿瘤早期发展阶段肺功能和肺动脉血流的变化，并在第10周继续进行检测^th 周，以评估小鼠肿瘤发育初始阶段检测指标的变化，最后在肿瘤发育稳定阶段（第20周）进行最终检测^th 周，以客观比较三种测试的结果。

本研究成功利用全身体积描记技术结合多普勒超声，在NNK诱导的肺腺癌小鼠模型中监测了肿瘤进展过程中肺功能的动态变化。结果表明，随着肿瘤生长，小鼠出现显著的阻塞性通气功能障碍。此外，肺动脉血流速度明显降低，可能提示肺血管阻力增加及肺血流灌注减少，这可能是肿瘤生长及其占位效应共同作用的结果，其中占位效应为.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
A/J 小鼠	GemPharmatech LLC.	N000018
0.5 ml EDTA 管	Labshark	130201070
1-丁酮，4-(甲基亚硝基氨基)-1-(3-吡啶基)	Gu Shi Gong Yuan 医疗设备有限公司	N589770
75% 乙醇	成都 Chron Chemicals 有限公司	2023052901
麻醉诱导室	上海塔湾智能科技有限公司	MZ-MR
脱毛膏	上海宇燕仪器有限公司	20230623
脱毛装置	上海宇燕仪器有限公司	3180
异氟烷	上海杜马生物科技有限公司	DM-M9462
医用胶带	北京兰博康斯科技有限公司	19-5023
医用三录仪	MedChemexpress	69652
PBS 缓冲液	上海福生有限公司	A-RY5256
生理盐水（药品）	北京百奥莱科技术有限公司	GL1736‌
超声耦合剂	启盛（上海）医疗设备有限公司	20212060273