Abstract
בעשורים האחרונים העכבר הפך מודל החיה העיקרי של מגוון רחב של מחלות ריאה. במודלים של אמפיזמה או סיסטיק, שינויי פנוטיפי החיוניים מוערכים ביותר על ידי מדידה של השינויים בגמישות ריאות. כדי להבין הטוב ביותר מנגנונים מיוחדים המונחים ביסוד פתולוגיות כגון בעכברים, זה חיוני כדי לבצע מדידות פונקציונליות שיכול לשקף את הפתולוגיה הפיתוח. למרות שיש דרכים רבות למדוד גמישות, בשיטה הקלסית היא שמסך ריאות לחץ-נפח העקומה (PV) נעשתה על פני הטווח של כרכי ריאות השלם. מדידה זו נעשתה על ריאות מבוגרות מכמעט כל מיני יונקים שראשיתה כמעט 100 שנים, ועקומות PV כזה גם שיחקו תפקיד מרכזי בגילוי וההבנה של הפונקציה של פעילי שטח ריאתי בהתפתחות ריאות של העובר. לרוע המזל, הכולל עיקולי PV כזה לא דווחו בהרחבה בעכבר, למרות העובדה שהם יכולים לספק מידע שימושי על macroscהשפעות OPIC של שינויים מבניים בריאות. למרות שלפעמים הם דיווחו עקומות PV חלקיות מדידה רק את השינויים בנפח ריאות, בלי מידה של נפח מוחלט, הטבע לא לינארית של כוללת עקומת PV הופך חלקיים אלה אלה קשים מאוד לפרש. במחקר הנוכחי, אנו מתארים את דרך סטנדרטית למדידה הכוללת עקומת PV. אז אנחנו צריכים לבדוק את היכולת של עקומות אלה כדי לזהות שינויים במבנה ריאות עכבר בשתי פתולוגיות ריאה נפוצה, אמפיזמה וסיסטיק. תוצאות הראו שינויים משמעותיים במספר משתנה בקנה אחד עם שינויים מבניים צפויים עם פתולוגיות אלה. מדידה זו של עקומת PV ריאות בעכברים ובכך מספקת אמצעי פשוט לעקוב אחר ההתקדמות של שינויי pathophysiologic לאורך זמן ואת ההשפעה הפוטנציאלית של הליכים טיפוליים.
Introduction
העכבר הוא עכשיו מודל החיה העיקרי של מגוון רחב של מחלות ריאה. במודלים של אמפיזמה או סיסטיק, שינויי פנוטיפי החיוניים מוערכים ביותר על ידי מדידת השינויים בגמישות ריאות. למרות שיש דרכים רבות למדוד גמישות, בשיטה הקלסית היא זה של העקומה כולל לחץ-נפח (PV) הנמדדת מהנפח שיורית (RV) לקיבולת כוללת ריאות (TLC). מדידה זו נעשתה על ריאות מבוגרות מכמעט כל מיני יונקים שראשיתה כמעט 100 שנים 1-3. עקומות PV כזה גם שיחקו תפקיד מרכזי בגילוי וההבנה של הפונקציה של פעילי שטח ריאתי בהתפתחות ריאות של העובר 4-7. למרות החשיבות של עקומת PV כמדידה של פנוטיפ של הריאות, לא חל כל אופן תקני לבצע מדידה זו. זה כבר נעשה פשוט על ידי ניפוח וניכוי הריאות בצעדים בדידים (מחכה זמן משתנה לאיזון אחרי כל אחד) או עם משאבות שברציפות יכול לנפח ולהוציא את האוויר מהריאות. עקומת PV נעשה לעתים קרובות על פני טווח נפח בין אפס וכמה קיבולת ריאות למשתמש להגדיר, אבל משך הזמן של כל לולאת לחץ נפח שדווחה על ידי מעבדות שונות הזמן היה משתנה באופן קיצוני, שונה מכמה שניות 8 עד שעה 2. חוקרים מסוימים מתייחסים לעקומת PV הריאות כוללת זה כסטטי או quasistatic, אבל אלה הם תנאים איכותיים המציעים תובנה קטנה, והם לא בשימוש כאן. בנוסף, עקומת PV לא דווחה בהרחבה בעכבר, למרות שזה יכול לספק מידע שימושי על ההשפעות מקרוסקופית של שינויים מבניים בריאות.
כמה בעיות גרמו לשונות ברכישת עקומת PV כולל: 1) את שיעור אינפלציה והדפלציה; 2) טיולי לחץ אינפלציה ודפלציה; ו 3) האמצעים כדי לקבוע מדידת נפח ריאות מוחלטת. בהווה השיטה כאן, בשיעור של 3 מיליליטר / דקה נבחרה כcompromisדואר, להיות לא יותר מדי קצר שישקף את הגמישות הדינמית הקשורים לאוורור תקין ולא איטי מדי כדי לבצע את המדידה מעשית, במיוחד כאשר בודקים קבוצות גדולות. מאז קיבולת ריאות כוללת נומינלית ב/ 6 עכבר בריא C57BL היא בסדר הגודל של 1.2 מיליליטר 9, שיעור זה בדרך כלל מאפשר לשתי מלאים סגור PV לולאות להיעשות בכ -1.5 דקות.
בספרות המורחבת שבה דווחו עקומות PV, לחץ האינפלציה השיא בשימוש היה מאוד משתנה, משתנה מנמוך כמו 20 ליותר מ 40 סנטימטרים H 2 O. חלק משונות זו עשויה להיות קשור למין, אבל מטרה העיקרית של קביעת הגבול העליון ללחץ עקומות PV היא לנפח את הריאות לקיבולת כוללת ריאות (TLC), או מקסימאלי נפח ריאות. TLC בבני האדם מוגדר על ידי המאמץ מרצון המקסימאלי אדם יכול לעשות, אבל לצערי זה לא יכול להיות מועתק בכל מודל של בעלי חיים. לפיכך, ההיקף המקסימאלי בעקומות PV ניסיוניות הוא להרתיענכרה על ידי לחץ מקסימאלי שנקבע באופן שרירותי על ידי החוקר. המטרה היא לקבוע את לחץ שבו עקומת PV היא שטוחה, אבל לרוע המזל איבר האינפלציה של עקומת PV ריאות של יונקים הוא לא שטוח. כך שרוב החוקרים להגדיר לחץ שבו עקומת האינפלציה מתחילה לרדד באופן משמעותי, בדרך כלל 30 סנטימטרים H 2 O. בעכבר, לעומת זאת, העקום PV הוא עוד יותר מורכב עם דבשת כפולה על איבר האינפלציה, ושבו איבר אינפלציה זו הוא לעתים קרובות עדיין עולה בתלילות ב-30 סנטימטרים H 2 O 10, כך 30 היא לא נקודת סיום טובה ל עקומת PV. מסיבה זו, אנו משתמשים 35 סנטימטרים H 2 O כגבול לחץ לעקומת PV העכבר, שהוא לחץ שבו הגפיים האינפלציה של כל הזנים שנבחנו מתחילים לרדד.
מאז עקומת PV עצמו היא מאוד לא קוי, את המראה של לולאת PV יהיה תלוי בנפח מהמקום שבי העקומה מתחילה. כמה מאווררים מסחריים מאפשרים למשתמשים לעשות לולאות PV גדולות, החל מFRC, אבל אם FRC הנפח אינו ידוע אז זה בלתי אפשרי לפרש שינויים בעקומת PV כזה עם כל פתולוגיה, שכן שינויים אלה פשוט יכולים לנבוע שינוי במתחיל נפח, ולא שינויים מבניים בריאות. כך ללא מדידת נפח מוחלטת, עקומות PV הן כמעט בלתי אפשריות לפרש ולכן יש כלי קטן. אמנם, יש כמה דרכים למדוד כרכי ריאות, אלה הם לעתים קרובות מסורבלים ודורשים ציוד מיוחד. בגישה הפשוטה שתוארה כאן, עקומת PV מתחילה באפס הנפח לאחר in vivo הליך סילוק גזים.
לסיכום, מאמר זה מדגים שיטה פשוטה לתקן מדידת עקומת PV ריאות בעכבר הריאות, ומגדיר מספר מדדים שניתן לחשב מעקום זה שצמוד למבנה ריאות. עקומת PV כך מספקת בדיקת תפקוד ריאתי שיש לו תחולה ישירה ביכולת לזהות שינויים מבניים פנוטיפי בעכברים עם commעל פתולוגיות ריאה כגון אמפיזמה וסיסטיק.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ועדת בעלי החיים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס הטיפול ושימוש בבעלי החיים אושרה בכל הפרוטוקולים.
1. ציוד
מערכת מרוכבים להגדיר, מוכן למדוד את עקומת PV מוצגת באיור 1.
- מדידת נפח:
- צור קצב קבוע של אינפלציה ודפלציה באמצעות משאבת מזרק עם מתג המאפשר למשתמש להפוך במהירות את המשאבה לאחר שהגיע לגבולות הלחץ. לעקומות PV עכבר, להשתמש במזרק זכוכית 5 מיליליטר משומן מאוד קל עם הנפח הראשוני (לפני אינפלציה) נקבע על 3 מיליליטר של אוויר. 3 מיליליטר הוא גדול מספיק כדי למדוד היקפים כמעט בכל עקומות PV העכבר.
- מדוד את הנפח נמסר על ידי המשאבה על ידי הצמדת שנאי דיפרנציאלי ליניארי לדיור המשאבה, עם מוט חיישן קטן מחובר לבוכנת המזרק נעה.
הערה: אמצעי אמפירי לתקן לדחיסת גז במערכת מתוארת תחת מ"ק PVסעיף הקלטת RVE.
- מדידה לחץ:
- השתמש במד לחץ זול סטנדרטי עם מגוון של 0-60 סנטימטר H (PSI 0-1) 2 O.
- הקלטת מדידה:
- כדי להקליט את עקומת PV להשתמש בכל מכשיר הקלטה דיגיטלית עם יכולות XY (למשל, PowerLab). הגדר ערוץ אחד כדי להקליט את אות הנפח תיקנה וערוץ אחר כדי להקליט את לחץ transpulmonary (PTP), על מנת גרף העקום PV. השתמש במגבר קדם גשר שמתחבר לPowerlab העיקרי למדידת הלחץ. כייל את ערוץ לחץ 0-40 סנטימטר H 2 O, ולכייל את ערוץ הנפח 0-3 מיליליטר.
2. תיקון לדחיסת גז
שים לב: זהו צעד ראשון קריטי בהגדרה, שכן כפי שמגביר את הלחץ, ירידת נפח גז, ולכן נפח האוויר שנמסר לעכבר יהיה יותר ויותר פחות מעקירתם של SYRחבית אינגה.
- סגור את השסתום שיחבר מערכת PV לריאות, ולכן אין גז יכול לעזוב את המערכת. התחל העירוי ולבחון אם ערוץ הנפח תיקן את המכשיר מציג לכ -40 סנטימטרים H 2 O. כל שינויים מדידים כמו העלייה בלחץ אם כן, אז נכון בשלבים הבאים.
- נכון לדחיסת גז באופן אמפירי על ידי הפחתה ממדידת תזוזת בוכנה (כלומר, הנפח שלא תוקן) טווח פרופורציונאלי ללחץ האינפלציה. לעשות את זה בערוץ Powerlab (VC נקרא) כדי להראות את אותות נפח מינוס מקדם פעמים הלחץ.
- לקבוע את המקדם במשוואה. ראשית, להפוך את הניחוש ראשוני, להפוך את תרשים הקלטה על, ולהתחיל את המשאבה. מאז צינורות האינפלציה אטומים, להתאים את המכפיל מקדם לחץ להפוך את ערוץ Vc לקרוא אפס כלחץ עולה 0-40 סנטימטר H 2 O. אם זה הולך למעלה או למטה, פשוט להתאים את גורם התיקון עד שנשאר שטוח מעל טווח הלחץ הזה. גורם תיקון זה תמיד יהיה אותו הדבר, אם אותו 3 מיליליטר החל נפח במזרק אינו משתנה.
3. בדיקות ניסויי בעכברים
- הליך למדידת עקומת PV בעכברים. כל הפרוטוקולים של בעלי החיים אושרו על ידי ועדת בעלי החיים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס הטיפול ושימוש.
- הרדימי עכברים (C57BL / 6 עכברים ב6-12 שבועות של גיל) עם קטמין (90 מ"ג / קילוגרם) ו xylazine (15 מ"ג / קילוגרם), ולאשר הרדמה על ידי היעדר תנועת רפלקס.
הערה: עקומת PV יכולה להסתיים בעכברים מורדמים בפחות מ -10 דקות והיא הליך מסוף. - Tracheostomize העכברים עם צינורית מחט בדל 18 G. עושה זאת על ידי ביצוע חתך קטן בעור שמעל קנה הנשימה, איתור קנה הנשימה, ואז עושה חתך קטן בקנה הנשימה, שבו מחט הבדל יכולה להיות מוכנסת. לאבטח את הצינורית על ידי קשירה בחוט.
- לאפשר לעכברים לנשימה 1חמצן 00% לפחות 4 דקות. זה יכול להיות באמצעות נשימה ספונטנית משקית או עם מאוורר להלכה שנקבע בנפח של גאות ושפל של 0.2 מיליליטר ב 150 נשימות / דקה.
- סגור את הצינורית לקנה הנשימה ומאפשר 3-4 דקות לעכבר כדי לקלוט את כל החמצן. הליך קליטת חמצן תוצאת מותם של בעלי החיים ובסילוק גזים של הריאה 11 כמעט מלאים. לאשר מותו של העכבר על ידי מדידת הפסקת פעימות הלב עם אלקטרודות א.ק.ג. או תצפית ישירה.
- ברגע שdegassing של הריאה שלם ונפח הריאות הוא אפס, מתחיל לנפח את הריאות באוויר חדר במשאבת המזרק בשיעור של 3 מיליליטר / דקה. לפקח על עקבות לחץ על המקליט הדיגיטלי, וכאשר הוא מגיע 35 סנטימטרים H 2 O, להפוך את המשאבה.
- בצע את עקומת הדפלציה עד שלחץ מגיע H השלילי 10 סנטימטר 2 O, ועד אז את דרכי הנשימה קרסו, לכידת אוויר בalveoli מניעת הפחתת נפח נוספת. מייד להפוך tהוא לשאוב שוב, ומאפשר לריאות reinflate כדרך הנשימה קרסה לפתוח. פתיחה הטרוגנית זו היא בדרך כלל לכאורה על ידי איבר האינפלציה מחפש הרועש בחלק הראשוני של אינפלציה 2 זה.
- כאשר הלחץ שוב מגיע 35 סנטימטרים H 2 O, להפוך את כיוון המשאבה, וממשיך להוציא את האוויר הריאות עד איבר דפלציה 2 זה מגיע ל- 0 סנטימטרים H 2 O. ואז לעצור את המשאבה.
- להציג את שיא תרשים PowerLab של לחץ וזרימה ועקומת PV. לאחר מכן לנתח את עקומת PV כדי לזהות שינויי פנוטיפי בparenchyma ריאות המתרחשים עם פתולוגיות שונות ריאות.
- הרדימי עכברים (C57BL / 6 עכברים ב6-12 שבועות של גיל) עם קטמין (90 מ"ג / קילוגרם) ו xylazine (15 מ"ג / קילוגרם), ולאשר הרדמה על ידי היעדר תנועת רפלקס.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
למרות ההליך לעקומות PV מודגם בסרטון רק לעכברים בריאים שליטה, בדקנו את היכולת של עקומת PV כדי לזהות שינויים תפקודיים ופתולוגיים בעכברים עם שתי פתולוגיות נפוצות שונות, אמפיזמה וסיסטיק. פרטים של מודלים המסורתיים אלה מתוארים במקומות אחרים 12,13. לזמן קצר מאוד, לאחר הרדמה עם isoflurane 3% אמפיזמה נגרמה על ידי 3 או 6 elastase לבלב חזירי U החדיר לתוך קנה הנשימה ולמדה 3 שבועות לאחר מכן, וסיסטיק נגרם על ידי 0.05 U בליאומיצין החדיר לתוך קנה הנשימה ולמד 2 שבועות אחרי זה עלבון.
איור 2 מראה עקום PV טיפוסי מעכבר שליטה. מעקומת PV כגון, למדוד משתנים כי קלים לכמת, לשחזור מעכבר לעכבר, ונציג של שינויים מבניים המתרחשים במחלת ריאות. אלה מוצגים בטבלה 1 ומוצגים באופן גרפי באיור 2 טבלת 1 המשתנים הללו, ואיור 2 מדגים כיצד הם נמדדים על פי עקומת PV. הרציונל מאחורי כל אחד מהם נדון בהמשך.
איור 3 מראה עקום PV טיפוסי משליטת נציג, emphysematous, ועכברים fibrotic, בהתאמה. משתנים נמדדים מהעקומות שנוצרו בשליטה נשית ועכברים fibrotic מוצגים באיור 4. משתנים נמדדים מהעקומות שנוצרו בעכברי שליטה גבריים ואלו עם 2 דרגות חומרת אמפיזמה מוצגים באיור 5. סטטיסטי השוואות בין הקבוצות נותחו גם עם מבחן t מזווג (מודל סיסטיק) או רמת ANOVA ומשמעות בכיוון אחד העריכה עם התיקון של Tukey להשוואות מרובות (מודל אמפיזמה). P <0.01 נחשב משמעותי.
תוצאות אלו מראות כי האמצעים שננקטו כאן כדי לקבל o מדידהעקומות f ריאות PV שימושיות ביכולת לזהות שינויים בdistensibility של הריאה בפתולוגיות שונות שבם שינויים מבניים כגון תוארו קליניים. הגישה והניתוח יוצר מספר משתנה המאפיינים את ההיבטים שונים של עקומת PV. הפרשנות של מה שכל אחד ממשתנים נמדדים אלה משמעותו נדונה ביתר פירוט בסעיף הבא.
איור 1:. הניסיון להגדיר מראה משאבת מזרק עם מתמרי נפח ולחץ אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: עקומת PV נציג מראה כיצד ה משתנים שונים דואר בטבלה 1 נמדדים. V3, V8, V10 והם כרכי ריאות על איבר הדפלציה הראשון בבית 3, 8, ו -10 סנטימטרים H 2 O, בהתאמה. V35 הוא סנטימטרים H 2 O נפח 35 ומוגדר כסך קיבולת הריאות (TLC). RV הוא הנפח שיורית, מוגדר כנפח של גז לכוד בen של עקומת הדפלציה הראשונה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3:. עקומות PV עכבר נציג משליטה, emphysematous, וריאות fibrotic שיפוע מקטע הקו הכהה מציין את עמידת איבר הדפלציה, ג אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
class = "jove_content" fo: לשמור-together.within-page = "תמיד"> 
איור 4:. שינויים במשתנים נמדדים מעקומות PV בשליטה והעכברים fibrotic מוצגים הם אמצעי ± SEM, n = 9 עבור כל קבוצה. כל המשתנים בריאות fibrotic היו שונים באופן משמעותי מריאות שליטה עם P <0.01. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5:. שינויים במשתנים נמדדים מעקומות PV בשליטה והעכברים emphysematous מוצגים הם אמצעי ± SEM, n = 9 עבור כל קבוצה. כל המשתנים בריאות emphysematous באו מידת החומרה היו שונים באופן משמעותי מריאות שליטה ואחד את השני עם P &# 60;. 0.01 אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
| מדידה | מה זה מכמת | שינויים עם פתולוגיות |
| TLC | אינפלציה "מקסימלי"; שהוגדר בעכברים כנפח ריאות בגיל 35 סנטימטר H 2 O | מגביר באמפיזמה; ירידות בסיסטיק |
| RV | לאחר קריסת דרכי הנשימה על דפלציה לכוד נפח אוויר | מגביר באמפיזמה; ירידות בסיסטיק |
| % V10 | צורתו של איבר הדפלציה | עולה עם התפתחות ריאות; יורד עם עיכוב פעילי שטח; מגביר באמפיזמה; ירידות בסיסטיק |
| C | מדרון quasistatic של איבר הדפלציה | מגביר באמפיזמה; Decreases בסיסטיק |
| Cs | תאימות ספציפית מאיבר הדפלציה = C / V3 | ירידות באמפיזמה; ירידות בסיסטיק |
טבלה 1: רישום של המשתנים השונים שנמדדו מעקומות PV העכבר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
במאמר זה שיטה לשחזור פשוטה שתוארה למדוד בעכברי שיטה קלסית של גמישות ריאות phenotyping, הכוללת את עקומת PV ריאות. עקומות כזה היו גורם משמעותי בגילוי של פעילי שטח ריאתי וחשיבותה במתן יציבות ריאות. כאן הוא הראה כיצד עקומת PV שימושית גם במתן אמצעים למדידה כמה משתנים הקשורים לגמישות ריאות ריאות עכבר בוגרות. חלו שינויים משמעותיים ביותר בכל המשתנים בשני מודלים של עכברים נפוצים המשמשים ליצירת שינויים פתולוגיים בריאות עכבר. הסעיף הבא דן בקצרה את המשמעות של השינויים בכל אחד מהמשתנים שנמדדו.
TLC הוא מדד המקסימאלי נפח ריאות, או באופן מדויק יותר, בנפח בלחץ מקסימאלי מוגדר, שבו איבר האינפלציה מתחיל לרדד. כפי שכבר צוין, איבר האינפלציה של עקומת PV אף פעם לא באמת משטח, והעכבר הוא קיצוני במיוחד בזההתנהגות 10. למרות TLC מוגדר בבני אדם כנפח בסוף מאמץ שאיפת רצון מקסימאלי, בכל מודל חיה הוא מוגדר כנפח בלחץ מוגדר על ידי משתמש שרירותי כמה. עם המודלים פתולוגיים שמוצגים במאמר זה, עלייה הדרגתית בTLC עם אמפיזמה הגדלת נצפתה כמו גם ירידה בסיסטיק. תצפיות אלה משקפים ביטויים קליניים עם כל אחד מהתנאים הללו ולכן הם מה שניתן היו לצפות במודל של עכברים שימושי.
RV הוא משתנה המשקף את האוויר שנלכד בשייר alveoli כדרך הנשימה קרובה בפקיעה מקסימלי. משתנה זה משקף אפוא את אותה תופעה בבני אדם ומודלים של בעלי חיים. RV ידוע להגדיל בבני אדם באסתמה ו- COPD 14,15. עלייה בRV זה קשור לעובדה שדרכי הנשימה הקטנה קרוב במוקדם על איבר הדפלציה גם עם טונוס שרירים חלקים מוגברים או אובדן תמיכת קשירה מsurrounding parenchyma הריאה 16. בשני המודלים פתולוגיים משמשים כאן, השפעות הפוכות נמצאו. חל גידול משמעותי בRV עם הגדלת פציעת emphysematous, אבל עם סיסטיק, היה RV ירד, מאז ריאות בדרכי הנשימה ומקיף נוקשה נסגרו בכרכי ריאות נמוכים יותר בדפלציה.
V10% הוא גורם צורה שבו נעשה שימוש על מנת לשקף את היציבות של הריאות על דפלציה, ובתחילה שימש למשקף את ההבשלה של המערכת פעילי השטח 17. כריאות של העובר מתבגרת, שינויי איבר דפלציה מעקום יחסית ישרה לאחד שהוא קמור כלפי ציר הנפח, עם גידול מקביל ב% V10 18. הצורה הסופית במבוגרים משתנה במידה ניכרת בין מיני יונקים, עם V10% משתנים בין 75 ו 90% 19. V10% ידוע גם כדי להקטין בהדרגה כפעילה שטח הריאה הופך פחות יעיל 20,21. בדגמי פתולוגיים למד כאן ג, גדולhanges בחומרים פעילי שטח לא היו צפוי, אבל הצורה של העקומה היא גם תלויה בגמישות רקמת ריאה. למעשה היו עליה משמעותי בV10% עם אמפיזמה וירידה משמעותית בסיסטיק סביר משקף שינויים המבניים אלה. למרות שמדד זה הוא בדרך כלל לא נמדד בבני אדם, זה יכול להיות מאוד שימושי במודלים של בעלי חיים כמשתנה פנוטיפי הקשורים לשינויים פתולוגיים במבנה ספציפי ריאות.
הציות (C) הוא מדד שניתן להשיג מכל אזור לינארית של עקומת PV קוי. בעכבר, הגפיים דפלציה מרוב הזנים הם ליניארית למדי בין 3 ל 8 סנטימטרים H 2 O, ומסיבה זו היא קל להגדיר C שחזור מעל טווח זה. אחד הנושאים הקריטיים בשימוש בכל מדידת מדרון מעקום PV הוא שהערך תלוי מאוד בשני הטווח של לחץ על שהיא נמדדת וההיסטוריה הנפח הקודמת (כלומר, איך הקטעעקומה נוצרה), כך העקביות חשובה מאוד אם השוואות הולכים להתבצע בין שליטה ודגמים פתולוגיים. בשני המודלים פתולוגיים שימשו במחקר זה, עלייה משמעותית בC באמפיזמה וירידה משמעותית בסיסטיק נצפו; ממצאים המחקים את מה שהם נצפו קליניים בבני אדם.
התאימות הספציפית, Cs יש קלסי נעשה שימוש כדי לתקן את העובדה שריאות גדולות יותר עם אותו המבנה כמו ריאות קטנות יותר תהיה שינוי גדול יותר בנפח ריאות על אותו השינוי בלחץ, ובכך וכתוצאה מכך תאימות גדולה יותר 22. Cs הוא גם שווה ערך לההופכי של מודול הנפח של אלסטיות של הריאות. מבחינה קלינית זה נמדד כעמידה מחולקת בFRC, אבל מאז בעכבר שאנחנו לא יודעים FRC, בחרנו להשתמש בנפח 3 סנטימטרים H 2 O. על ידי נרמול להיקף של 3 סנטימטר H 2 O (כלומר, באמצעות השינוי החלקי בנפח),אז אפשר היה לחשב את אותו הציות ספציפי בריאות גדולות או קטנות, אם הריאות הגדולות פשוט כללו עוד מאותו דבר ריאות קטנות. תוצאות בעבודה הנוכחית מראות כי חלה ירידה בCs במודל סיסטיק, מצביע על כך שהשינוי נמדד בC לא היה פשוט בגלל הריאות להיות קטנים יותר הנפח. במקום זאת, parenchyma הריאה עצמו היה נוקשה באופן משמעותי. במודל אמפיזמה, לעומת זאת, Cs גם ירד, שהיא ההפך מהגידול בג ירידה מחושבת זה בCs התרחשה בגלל העלייה בנפח ריאות הייתה גדולה יותר מהעלייה בC. עם זאת, עובדה מתמטית זה אינה מספקת כל תובנה השינויים המבניים שהובילו לשינויים אלה. נכון לעכשיו, תובנות פתולוגיים נוספות אינן ברורות, ובהמשך עבודה הניסויית היא מעבר להיקף של נייר שיטות זה.
הסיבות שבבסיס שינויים אלה במשתני PV תלויות בשינויים פתולוגיים במודל שונהs. באמפיזמה, אובדן קירות מכתשי מקטין את רתיעת הרקמה הכוללת ומגדיל את גודל מרחב אווירי היקפי. הרחבה זו של airspaces השייר תגדיל רדיוס עקמומיות של פני השטח במרחב האווירי, ומקטינה את הרתיעה אלסטית בשל פני השטח מתח נוסף. שני הגורמים הללו יובילו לעלייה בTLC נצפה. במודל fibrotic, בתצהיר של קולגן ואלמנטי מטריצה אחרים מוביל להחמרה כמו גם עיבוי של כל הרקמות שניתן לזהות מבחינה קלינית ובעכברים כיכולת לשדר מופחתת 13,23. שינויים פתולוגיים אלה משתקפים בTLC הוריד באופן משמעותי. העלייה בRV ראתה במודל אמפיזמה סבירה נובעת מירידה בתמיכת הקשירה של דרכי הנשימה, שבאה לידי ביטוי על ידי סגירת נתיב אוויר מוקדם יותר באיבר הנשיפה. בסיסטיק, את דרכי הנשימה נוקשה להתנגד קריסה עד שיגיע ללחץ נמוך יותר בפקיעה, ובכך להקטין את הנפח שיורית. שינויי התאימותמשקף פתולוגיות דומות המשפיעות על היקפי ריאות. הפסד של אלמנטים אלסטיים בקירות parenchymal יגרום ציות מוגבר, שבו בתצהיר קולגן בדרכי נשימה וparenchyma יוביל לריאות נוקשה עם הירידה בעמידה. העלייה הקלה בV10% במודל אמפיזמה והירידה עם סיסטיק אינן קלים להסביר. אין מחקרים דומים בספרות שבה להשוות את התוצאות הללו. מאז הרתיעה אלסטית עם אמפיזמה היא נמוכה, מרבית נפח הריאות הוא כנראה תוכל להישאר גבוה מהרגיל אפילו כלחץ יורד, וזה בא לידי ביטוי על ידי V10% המוגבר. עם סיסטיק, הרתיעה אלסטית נותרת גבוהה גם בלחצים גבוהים, כך הנפח נופל מהר יותר ככל שהלחץ יורד מ TLC. זה יהיה גם עולה בקנה אחד עם השפלה של פעילי שטח ריאתי, אך אין ספרות שבו זה הוערך בסיסטיק. לכן, למרות שV10% לא היה בשימוש לפנוטיפ אדם בוגרריאות, התוצאות שהוצגו כאן מראות שהוא עשוי להיות רגיש משתנה שיכול לעקוב אחר שינויים מתקדמים לפחות בשתי פתולוגיות למדו. עד לימודים מלאים יותר נעשים, לעומת זאת, שבו יחסי מנה-תגובה עם elastase או בליאומיצין נעשים, הרגישות של משתנה זה תישאר ספקולטיבי.
חשיבותו של תיקון לדחיסת גז לא יכולה להדגיש יתר על מידה. זהו צעד ראשון קריטי בעד להגדיר, מאז שמגביר את הלחץ, נפח הגז יורד, וכך נפח האוויר נמסר לעכבר יהיה יותר ויותר פחות מעקירתם של חבית המזרק. ההליך לתיקון באופן אמפירי לזה הוצג בו פרוטוקול לעיל. ראוי לציין שאם התקנת PV הנפח אינו משתנה, אז הליך תיקון אמפירי זה צריך להיעשות רק פעם אחת. ואם המקדם כתוב למטה, ניתן להזין אותו באופן ידני במידת הצורך אי פעם. יודגש, עם זאת, thi שהשיטה של עובדת רק מאז הריאות מתחילה ממצב degassed. אם עקומת PV הייתה התחילה מרגיל הסוף-נשיפה נפח ריאות (FRC), זה לא יהיה אפשרי לתקן לדחיסת הגז, אלא אם כן אחד לא ידע את גודל הנפח ש. בנוסף, הצורה של עקומת PV תהיה די תלויה במתחיל נפח הריאות, כך שאם היו שינויים שנצפו בריאות פתולוגיים החל מFRC, זה לא יהיה אפשרי לפרש שינויים אלה עד FRCs השליטה ופתולוגיים היו ידוע . זהו עוד יתרון של תמיד מתחיל מאפס נפח ריאות. לבסוף, ראוי לציין כי עקומות PV נעשו בעכברים עם חזה ללא פגע. זה מפשט את ההליך כולו ומקטין באופן משמעותי את האפשרות של טעויות בשל צורה מעוותת ריאות או טעויות כירורגית. למרבה המזל, את נוכחותו של קיר חזה רגיל יש השפעה זניחה על עקומת PV 9, כך עקום PV לעשות עם חזה שלם מספקת אמצעי פשוט ואמיןכדי להעריך את distensibility של הריאה.
לסיכום, מאמר זה מראה כיצד פשוט לבצע מדידה לשחזור של עקומת PV ריאות בעכברים. יש עקומת PV יכולת ייחודית לתעד שינוי מבני בשתי הריאות בבעלי חיים עם ריאות שינו גנטי, כמו גם עם עלבונות סביבתיים אחרים. לפיכך, כפי שמוצג כאן, מדידה זו יכולה לספק תובנה פנוטיפי לביטוי של שינויים מבניים ספציפיים בריאה עם אמפיזמה וסיסטיק, וזה יכול להיות בשימוש באופן דומה מדי להעריך כל פתולוגיות אחרות שעשויים להשפיע על גמישות ריאות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 55-2226 | Infuse/withdraw syringe pump |
| Pump 22 reversing switch | Harvard Apparatus | 552217 | Included with pump |
| Linear displacement transformer | Trans-Tek, Inc. | 0244-0000 | |
| 5 ml glass syringe | Becton Dickenson | Several other possible vendors | |
| Digital recorder | ADInstruments | PL3504 | Several other possible vendors |
| Bridge amp signal conditioner | ADInstruments | FE221 | |
| Gas tank, 100% oxygen | Airgas, Inc | Any supplier or hospital source will work | |
| Pressure transducer: 0 - 1 psi mV output | Omega Engineering | PX-137 | Range ≈ 0 - 60 cm H2O |
References
- Neergaard, K. v Neue Auffasungen über einn Grundbergriff der Atemtechnik. Die Retraktionskraft der unge, abhangig von den Oberflachenspannung in den Alveolen. (New interpretations of basic concepts of respiratory mechanics. Correlation of pulmonary recoil force with surface tension in the alveoli.). Zeitschrift Fur Gesamte Experi Medizin. 66, 373-394 (1929).
- Hildebrandt, J. Pressure-volume data of cat lung interpreted by a plastoelastic, linear viscoelastic model. J. Appl. Physiol. 28, 365-372 (1970).
- West, J. B. Bioengineering Aspects of the Lung. , Marcel Dekker. New York, NY. 83-162 (1977).
- Avery, M. E., Mead, J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease). AMA. J. Dis. Child. 97, 517-523 (1959).
- Clements, J. A., Hustead, R. F., Johnson, R. P., Gribetz, I. Pulmonary surface tension and alveolar stability. Tech Rep CRDLR US Army Chem. Res. Dev. Lab. 3052, 1-24 (1961).
- Radford, E. P. Tissue Elasticity. Remington, J. W. , American Physiological Society. Bethesda, MD. 177-190 (1957).
- Mitzner, W., Johnson, J. W. C., Scott, R., London, W. T., Palmer, A. E. Effect of betamethasone on the pressure-volume relationship of fetal rhesus monkey lung. Journal of Applied Physiology. 47, 377-382 (1979).
- Smaldone, G. C., Mitzner, W., Itoh, H. The role of alveolar recruitment in lung inflation: Influence on pressure-volume hysteresis. Journal of Applied Physiology. 55, 1321-1332 (1983).
- Tankersley, C. G., Rabold, R., Mitzner, W. Differential lung mechanics are genetically determined in inbred murine strains. Journal of Applied Physiology. 86, 1764-1769 (1999).
- Soutiere, S. E., Mitzner, W. On defining total lung capacity in the mouse. J. Appl. Physiol. 96, 1658-1664 (2004).
- Stengel, P. W., Frazer, D. G., Weber, K. C. Lung degassing: an evaluation of two methods. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48, 370-375 (1980).
- Limjunyawong, N., Mitzner, W., Horton, M. A mouse model of chronic idiopathic pulmonary fibrosis. Physiol Rep. 2, e00249 (2014).
- Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung. J. Appl. Physiol. 110, 1455-1459 (2011).
- Brown, R. H., et al. The structural basis of airways hyperresponsiveness in asthma. J. Appl. Physiol. 101 (1), 30-39 (2006).
- Smargiassi, A., et al. Ultrasonographic Assessment of the Diaphragm in Chronic Obstructive Pulmonary Disease Patients: Relationships with Pulmonary Function and the Influence of Body Composition - A Pilot Study. Respiration: International Review of Thoracic Diseases. 87 (5), 364-371 (2014).
- Mitzner, W. Airway-parenchymal interdependence. Comprehensive Physiol. 2, 1921-1935 (2012).
- Johnson, J. W., Permutt, S., Sipple, J. H., Salem, E. S. Effect of Intra-Alveolar Fluid on Pulmonary Surface Tension Properties. J. Appl. Physiol. 19, 769-777 (1964).
- Palmer, S., Morgan, T. E., Prueitt, J. L., Murphy, J. H., Hodson, W. A. Lung development in the fetal primate, Macaca nemestrina. II. Pressure-volume and phospholipid changes. Pediatr. Res. 11, 1057-1063 (1977).
- Lum, H., Mitzner, W. A species comparisonof alveolar size and surface forces. Journal of Applied Physiology. 62, 1865-1871 (1987).
- Faridy, E. E. Effect of distension on release of surfactant in excised dogs' lungs. Respir. Physiol. 27, 99-114 (1976).
- Faridy, E. E., Permutt, S., Riley, R. L. Effect of ventilation on surface forces in excised dogs' lungs. J. Appl. Physiol. 21, 1453-1462 (1966).
- Comroe, J. H., Forster, R. E., Dubois, A. B., Briscoe, W. A., Carlsen, E. The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. , Year Book Medical Publishers, Inc. New York, NY. (1962).
- Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).
