本协议提供了一个详细的一步一步的程序需要执行呼吸系统力学测量以及使用强迫振荡技术在小鼠吸入乙酰甲胆碱气道反应性的评估(flexiVent的描述; SCIREQ公司,蒙特利尔,加拿大)。
强迫振荡技术(FOT)是一个强大的,综合和翻译工具,允许实验小鼠在一个全面,细致,精确和可重复的方式评估肺功能。它提供了呼吸系统力学的测量,通过分析压力与容积采集的信号反应预定义的,小幅度的振荡气流波形,这是典型的适用于主体的气道开放。本协议所需的步骤,以充分执行在使用计算机控制的活塞呼吸(flexiVent公司SCIREQ,蒙特利尔,QC,加拿大)的小鼠强迫振动测量。的说明,分为四个部分:预备步骤,机械通气,肺功能测量,和数据分析。它还包括如何评估麻醉小鼠吸入乙酰甲胆碱气道反应,常见的应用本techniquE,这也延伸到其他的成果和各种肺部病症。天真的小鼠获得的测量以及气道损伤的氧化应激的驱动模型都说明这个工具可以有助于更好的研究生理变化或疾病模型的表征和理解以及应用新的研究领域。
足够小动物的肺中的力学性能表征已成为必不可少的,因为在呼吸道科学蓬勃发展的小鼠模型。当进行强迫振荡技术(FOT),这种技术也可用于人类受试者,这些测量提供了一个强大的,综合性和平移的方法来研究有意义的生理变化。 FOT测量通常是通过分析得到的压力和体积反应一个预定义的,小振幅振荡气流波形(也称为作为扰动或输入信号)施加在被检者的气道开放1获取的信号。在其最简单的形式中,一个FOT扰动在一个明确定义的频率将是一个单一的正弦波波形。更复杂的扰动通常包括一个涵盖广泛的选择特定的(互质)频率波形叠加。分解的多频他们的组成部分,使用傅立叶变换的输入和输出信号转换成允许呼吸系统的输入阻抗(Zrs的)的计算, 即输入和输出信号之间的传递函数,在每一频率中包含的扰动2。因此,在一个范围内的频率在一个单一的机动2 FOT允许同时评估呼吸力学。进入呼吸道(中枢和外周)和肺实质组织相关的参数1,3,安装先进的数学模型( 如恒定阶段模型3)的阻抗数据,然后允许分割响应。由于有很多因素影响的生理反应( 例如,呼吸频率,潮气量,肺容积,上呼吸道,自主呼吸努力,定时测量)的控制和标准的测量系统和实验程序,帽1的技术是能够产生精确和可重复的测量,它是正确执行。这篇文章的目的是为了执行测量小鼠所需的程序提供了一个详细的,按时间顺序描述。该协议包括四个部分:准备步骤(试剂,设备和学科),机械通气,肺功能测量和数据分析。呼吸系统力学的例子具有代表性的结果产生,使用一台电脑控制的活塞的呼吸(flexiVent,公司SCIREQ,蒙特利尔,QC,加拿大)提供。在这些得到从天真的小鼠,以及从气道损伤,其特征在于气道炎症,上皮细胞的损伤及气道反应性增加雾化乙酰甲胆碱吸入4的氧化应激的驱动模型。虽然该协议通常被用来评估吸入乙酰甲胆碱的气道反应性,它延伸到其他的结果和各种Ş的病症,包括哮喘,慢性阻塞性肺疾病(COPD),肺气肿,肺纤维化,肺损伤,以及类似于人类疾病的病理学的转基因小鼠模型。研究发现,使用此工具可以促进一个更好的特性和生理变化或疾病模型的理解,以及对新的研究领域进军。
持续气道功能障碍,因为它涉及到哮喘和其他肺部疾病的研究仍然是最重要的了解相关疾病和治疗方案的发展机制。利用小鼠模型气道疾病已经逐渐认识到这些疾病的机制至关重要。当考虑为小鼠标在某一学科评价气道功能障碍,具有可靠和准确的工具来衡量肺功能关键。此外,有工具,能够提供见解的位置上气道功能障碍或治疗效果是非常宝贵的。 FOT技术结合所有这些属性,并且提供了强大的,综合和翻译的方法来评估生理变化。
为了取得成功,这种类型的测量小鼠,应特别注意几个步骤,即校准系统,气管CA的阻力nnula,雾化器(以及它的工作设置)不同的动物和标准化的肺容积历史的定位。此外,它是必要的,以获得有效的数据集,被检者的呼吸系统,在测量过程中保持被动。肌肉瘫痪剂的管理,可以实现深的麻醉平面或过度换气的主题,引起呼吸暂停( 见表1)。研究者可以开始掌握了系统和操作软件,如果需要的话,试验载荷,同时获得必要的技能,在小鼠测量。然后,它将逻辑之前在天真的动物疾病模型或治疗的小鼠产生重复性的结果。由于疾病模型的一个重要比例在呼吸道的研究涉及动物暴露剂,如过敏原,毒素,污染物,香烟烟雾或气体,得到的结果与测量 – 变异吨在这篇文章中描述的技术,因此可使用曝光程序的影响。标准化的关键实验过程( 例如,使用电脑控制曝光和测量系统6,13,14),可能有一个显着减少变异的影响。
在这篇文章中提出的例子代表了天真和氯气暴露小鼠实验的典型结果,而选择突出的强项,以及该技术的局限性。例如,在图6中可以看出,该技术是能够产生可重复的肺功能测量。虽然类似的基准电阻 值之间的小鼠品系,不同的顺应性然而观察15。实质性的变化也是可以预期的婴儿和成年小鼠16之间。至于其他的在体内的生理评估,精度高的结果,如第OSE所产生的FOT,让步为主体的自然状态。这条原则,这被称为表型的不确定性原理1,适用于本协议,在这个意义上,测量需要进行麻醉,tracheotomised(或口头气管插管)和机械通风科目。该技术的另一个限制是观察图5D-5F如果没有数据可在最高浓度氯气暴露组,因为恒定相位模型数据的拟合较差中等以上水平的支气管收缩。然而,可以评估严重bronchoconstricted动物,分析Zrs的直接15,或者使用第三方分析软件,以适应更复杂的数学模型, 例如考虑到机械功能的异质性17。也可以观察到,如果动物的气道不能充分p排除的数据集assive或如果所述套管的电阻过高。作为一个经验法则,在套管的电阻不应超过动物的电阻在基准。插管内径较大和/或长度较短工作将有助于减少套管电阻。最后,本示范FOT测量小鼠可能会被看作是一个耗时的,因此效率较低的方法或不太适用于纵向相比,微创技术的研究。但是后者具有很大的不确定性,他们的成果的基础上,被视为由许多硬伤1。口服插管的动物有可能在反复创测量,虽然技术上更具挑战性的17。
从提供的例子,结果表明两代的flexiVent系统的等价性呼吸力学测量,以及呼吸道hyperreac的吸入乙酰甲胆碱的灵敏度和过敏氯曝光后的作用。当用于表征或理解的生理变化或疾病模型,有关的技术的详细的测量方面可以向延长的当前状态的知识。
The authors have nothing to disclose.
TKMcG支持由从加拿大胸科学会的助学金。
作者的贡献
所有参加中意境的手稿。此外,TKMcG发起的项目,收集了实验结果,撰写的稿件和严格审查作出了贡献。 AR收集和分析实验结果,起草的手稿,并严格审查作出了贡献。 LF收集的实验结果,并严格审查的稿件做出了贡献。 TFS和JGM严格审查的手稿。
Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
REAGENTS | |||
Acetyl-β-methylcholine chloride | Sigma-Aldrich | A-2251 | Methacholine |
Micro-Adson forceps, serrated 12 cm | Fine Science Tools | 11018-12 | |
Moria MC31 forceps, serrated-curved | Fine Science Tools | 11370-31 | |
Iris scissors-tough cut, straight 11.5 cm | Fine Science Tools | 14058-11 | |
Spring scissors-2.5 mm blades, straight | Fine Science Tools | 15000-08 | |
Non-sterile blunt needle (18g x ½”) | Brico Medical Supplies Inc. | BN1805 | Endotracheal cannula |
Non-sterile 5-0 silk suture | Seraflex | IDI58000 | |
Phosphate buffered solution | Gibco | 14190-144 | |
15 ml conical tubes | Starstedt | SS-4001 | |
1 ml TB syringes | Becton Dickinson | 309626 | |
200 μl filter tips | Biosphere | 70.760.211 | |
EQUIPMENT | |||
flexiVent FX | SCIREQ Inc. | sales@scireq.com | www.scireq.com |
Aerogen Aeroneb nebulizer | SCIREQ Inc. | sales@scireq.com | www.scireq.com |