マウス肺における圧力 - 容積曲線の測定

この手順の全体的な目標は、マウスの肺圧体積曲線を測定および分析する方法を実証することです。これは、まずシリンジポンプをセットアップして、マウスの肺の膨張と収縮を一定の割合で生成することによって達成されます。第2ステップでは、動物に供給される空気量を測定できるようにポンプを適合させ、その後、システムがガス圧縮を補正します。

最後に、気道内圧を測定し、圧力体積曲線をデジタルで記録します。最終的に、圧力体積曲線の評価により、肺疾患で発生する構造変化を反映できる複数の変数を評価できます。この方法の主な利点は、マウスモデルで標準化されたことはありませんが、肺疾患の拡張性が、さまざまな肺疾患、特に肺気腫や線維症に関連する肺構造の病理学的変化を反映していることです。

この方法は簡単に実行でき、肺疾患に関連する変化に関連する重要な質問に答えるのに役立ちます。肺活量の測定には、圧力限界に達した後にポンプをすばやく反転させて肺の一定の膨張と収縮を発生させるスイッチ付きのシリンジポンプを使用します。マウスの圧力体積曲線には、膨張前の体積が設定された5ミリリットルのガラスシリンジを使用します。

空気が3ミリリットルの場合、移動シリンジプランジャーに接続された小さなセンサーロッドを使用して、リニアディファレンシャルトランスをポンプハウジングに取り付け、ポンプによって供給される体積を測定します。肺圧の測定には、0〜60センチメートルの範囲の標準的な安価な圧力計を使用します。H2Oです。圧力体積曲線を記録するには、XY機能を備えたデジタルレコーダーを使用します。

1つのチャンネルを補正されたボリューム信号を記録するように設定し、別のチャンネルを設定して経肺圧を記録するには、レコーダーに接続するブリッジプリアンプを使用して圧力を測定します。圧力チャネルを0から30センチメートルH2Oまで校正し、ボリュームチャネルをゼロから1ミリリットルまで校正します。この図は、30センチメートルH2Oの圧力の段階的変化と、1ミリリットルのシリンジポンプからの体積注入を示しています。

未処理のボリュームチャンネルと補正されたボリュームチャンネルは、このキャリブレーション中にシステムが空気に開放されているため、同じキャリブレーションを示しています。圧力が上昇するとガス量が減少し、マウスに供給される空気量がシリンジバリアの変位よりもますます低くなるため、ガス圧縮の補正はセットアップの重要な最初のステップです。ガスの圧縮を補正する前に、圧力ボリュームシステムを肺に接続するストップコックを閉じて、ガスがシステムから出ないようにします。

次に、注入を開始し、レコーダーの補正されたボリュームチャネルが、圧力が約40センチメートルに増加したときに測定可能な変化を示しているかどうかを確認します。H2Oは、この体積補正に1分間に1ミリリットルのポンプ速度を使用します。このトレースは、適切に補正されたシステムを示しており、圧力の上昇によって空気が圧縮されると生の体積は変化しますが、補正された体積チャネルは体積の変化を示しません。

これは、システムがDegas肺を持つマウスに接続されている場合、肺容積の変化が正確になることを意味します。開始シリンジの容量とチューブが常に同じである場合、システムガス圧縮のこの補正はやり直す必要はありませんマウスの圧力体積曲線を測定するために、つま先のピンチに対する反応の欠如により6〜12週齢の麻酔マウスの完全な鎮静を確認した後、動物の気管を覆う皮膚に小さな切開を行います。 次に、気管の位置を特定し、組織に小さなスリットを入れます。18ゲージのスタブニードルカニューレをスリットに挿入し、カニューレを糸で固定します。

マウスが少なくとも5分間100%の酸素を呼吸できるようにし、人工呼吸器は名目上0.2ミリリットル、毎分150回の呼吸で設定されます。次に、気管カニューレを閉じて、マウスが3〜4分間すべての酸素を吸収できるようにします。数分の間に、肺の容積がゼロになると、肺の酸素が吸収されます。

この間、心拍数は止まり、マウスは死にます。これは、マウスの心臓が3〜4分で停止したことを示すECG記録で心拍数を測定することで確認できます。ECG電極で心拍の停止を確認した後、肺活量はゼロになり、肺PV曲線の膨張は毎分3ミリリットルの速度で開始できます。

デジタルレコーダーの圧力トレースを監視します。圧力が35センチメートルに達すると、H2Oはポンプを逆転させます。圧力がマイナス10センチメートルに達するまで、収縮曲線をたどります。

H2Oは、その時までに気道が崩壊しているはずで、すぐにポンプを再び逆転させ、虚脱した気道が開くときに肺が再膨張するのを許しますが、これはこの2回目の膨張の最初の部分で騒々しく見える膨張肢によって明らかです。圧力が35センチメートルH2Oに戻ったら、ポンプの方向を再び逆にして、この2番目の収縮肢がゼロセンチメートルH2Oに達するまで肺を収縮させ続けます。次に、ポンプを停止します。

最後に、圧力と流量のチャート記録、および圧力体積曲線を分析して、さまざまな実験的肺病変内で発生した肺実質の表現型の変化を評価します。圧力体積曲線から得られた変数を以下に示します。ただし、これらの変数を決定するために必要な生データは、チャートレコードから直接簡単に取得できます。

この図に示すように、RVは最初のデフレーション終了時の体積として測定され、TLCは2回目のインフレーション終了時の体積として測定されます。また、V 10は、2回目のデフレーションで10センチメートルH2Oの体積として測定します。デフレ肺コンプライアンスは、3センチメートルと8センチメートルで肺の容積を測定することにより、第2のデフレ肢でも測定され、H2O PV曲線は、対照マウスおよび実験的に誘発された肺線維症によって引き起こされるマウスで測定されます。

この図は、これら3つの条件下で得られる典型的なPV曲線を示しています。線維症モデルの圧力体積曲線から測定された変数の結果を次の図に示します。測定されたすべての変数で非常に有意な減少が見られました。

これは、肺気腫マウスの圧力体積曲線から測定された変数の結果を示しています。図2回のエラスターゼ投与は、2つの異なる程度の肺損傷を引き起こすために使用されました。TLC、RVパーセント、V 10、およびコンプライアンスの有意な用量依存的な増加と、特定のコンプライアンスの用量依存的な減少が見られました。

この表は、両方の肺疾患モデルにおけるこれらの変数の変化をまとめたもので、これらのデータをまとめると、肺圧体積曲線の測定が罹患マウス肺の機械的特性の変化を検出するのに有用であることが確認されています。一度マスターすると、この手順はマウスあたり約10分で完了することができますが、多くの時間が換気と酸素ガスの通信につながるため、重度のマウスを並行して実行できます。このビデオを見れば、マウスの肺PV曲線の測定方法についてよく理解できるはずです。

このような曲線は、さまざまな肺の病状の範囲を表現型化するために使用することができ、これらの標準化された手順では、他のラボの結果と比較できるデータを生成できます。