מטרת המאמר הנוכחי היא לספק תיאור מפורט של נהלים מומלצים כדי להעריך את תפקוד מערכת הנשימה בעכברים בהכרה מאת כפול-תא plethysmography.
שינויים נפח אוויר שנוצרו על ידי נושא בהכרה נושם באופן ספונטני בתוך תיבת הגוף הינם הבסיס של plethysmography, טכניקה המשמשת כדי לא פולשני להעריך כמה תכונות של הפונקציה הנשימה אצל בני אדם, גם כן כמו חיות מעבדה. המאמר הנוכחי מתמקד היישום של plethysmography כפולה תאיים (DCP) בבעלי חיים קטנים. זה מספק מידע רקע על המתודולוגיה, כמו גם נוהל מפורט שלב אחר שלב כדי בהצלחה להעריך תפקוד מערכת הנשימה אצל בהכרה, נושם באופן ספונטני חיות בצורה לא פולשנית. DCP יכול לשמש כדי לנטר את תפקוד מערכת הנשימה מרובים בעלי חיים במקביל, כמו גם באשר לזהות שינויים המושרה על ידי חומרים aerosolized על פני תקופת זמן שבחרת באופן חוזר ונשנה. ניסויים על שליטה ועכברים אלרגית משמשים בזאת כדי להדגים את התועלת של הטכניקה, להסביר את הפרמטרים הקשורים לתוצאה, כמו גם דיון את היתרונות הקשורים ואת חסרונותיו. בסך הכל, DCP מספק המפרט חוקי וסאונד תיאורטית זה יכול להיות מהימן להעריך את הפונקציה הנשימה של חיות קטנות בהכרה בנקודת ההתחלה והן לאחר אתגרים עם חומרים שידורה.
השימוש הגובר חיות קטנות למחלות בדרכי הנשימה האנושית דגם האיץ את התפתחות טכניקות להעריך באופן כמותי את הפונקציות של מערכת הנשימה בבעלי חיים אלה. כיום, הטכניקה תנודה בכפייה (פינג) מזוהה כמספר הגישה המדויקת ביותר להערכת מכניקת הנשימה חיות קטנות1,2. עם זאת, כאמור על ידי עיקרון חוסר הוודאות phenotyping, מה הושג בדיוק מדידה עם פינג נסחרת מחוץ כנגד הפסד noninvasiveness3. אכן, מדידות FOT נרכשים בתנאים ניסיוני מבוקרת מאוד מחייבים הרדמה, פיום קנה או צנרור שבעל-פה, כמו גם אוורור מכני; תרחיש רחוק בחיים האמיתיים.
במצבים שבהם הדרישות ניסיוני proscribe השימוש של סוכנים הרדמה או להזעיק מעט או ללא חריגה ממצב פיזיולוגי טבעי של החיה, כפול-תא plethysmography (DCP) יכול להיחשב. כפי ששמו מעיד, מלכודת DCP מורכב של שני חללים מחוברים נוקשה נבנה כדי לבודד הרמטית ככל האפשר ראשה (או האף), בתא הקדמי, מתוך החזה שלו, בחדר האחורי. תוך הגדרת, החיה בהכרה, נושם באופן ספונטני תוך מרוסן. כי קירות התאים לא יכול להרחיב או לסגת, תנועת האוויר פנימה והחוצה של החיה יוצרת מקביל אבל waveform הנגדי בתוך החדר האחורי, עקב הדחיסה/ביטול דחיסה של אוויר שמסביב. Waveform עקב זרימת האף התא הקדמי, האחד קשור התנועה בית החזה בחדר האחורי ובכך להיות מופרדים, שנתפסו בעת ובעונה אחת. בהתאם לעיצוב של ההתקנה DCP, ואת אלה ניתן לרכוש באמצעות קבוצת לחץ מתמרים או pneumotachographs לתעד את השינויים קאמרית הלחץ או זרימת האוויר פנימה והחוצה של התאים בהתאמה כפונקציה של הזמן. הגישה השנייה היא שכיחה יותר כיום.
בעוד תדירות הנשימה של בעל החיים ניתן לקבוע במדויק על ידי כל סוג של טכניקות plethysmography, המצב אינו זהה עבור קביעת נפח ואת הפרמטרים אוורור קשורות שלה (למשל, אוורור דקה, נפח expiratory, וכו ‘). לעומת הטכניקה היא תגלה לכל הגוף (WBP), שבו נפח של בעל החיים מוערך בין תיבת אות4,5, הטכניקה DCP מספקת הערכות מדויקות של נפח. זה קשור רכישה ישירה של תנועת בית החזה של החיה בחדר האחורי, אשר הם יחסיים שינויי נפח הריאות במהלך הנשימה.
בנוסף מדויק ventilatory פרמטרים אלה (למשל, נפח, תדירות נשימה ו אוורור דקה), הפרעות בצורת מחזור נשימה יכול לשמש גם כדי לחקור היבטים עצביים השולטים נסיעה בדרכי הנשימה או רפלקסים במערכת הנשימה. דוגמה ספציפית יישום זה יהיה הערכת פוטנציאל גירוי של חומרים נשאפים על דרכי הנשימה העליונות החישה הניריונים6. . כאן, משך השהיה עם תחילת תפוגה נקבעת באמצעות פרמטר שנקרא שתיקה סוף-inspiratory (EIP), המכונה גם משך בלימה6. הארכה של הפסקה הזאת על ידי חומר מגרה מזוהה עם סגירתו של glottis של החיה, גורם תקופת מדידה בלימה בחלק הראשון של תפוגה6,7.
יתרון חשוב נוסף של DCP הוא שהיא מספקת שני פרמטרים מאומתים, ללא עוררין הרגישים שיבוש זרימת אוויר. אחד נקרא הזרם בווליום expiratory אמצע-גאות והוא מקוצר EF508,9,10. זה זרימת האוויר בווליום באמצע הדרך של כל נשימה גאות במהלך תפוגה. EF50 מופק מן המעקב זרימה בית החזה, ובכך ניתן למדוד ללא התא הקדמי (קרי, בתצורה של הראש-out). השני נקרא התנגדות מסוימת דרכי הנשימה והוא מקוצר sRaw11,12,13. הקביעה של sRaw דורש את ההקלטה סימולטני תזרימי האף ואת בית החזה של החיה כפי הוא מחושב של העיכוב בין אלה עקבות הנשימה נפרד בנקודת אפס זרימה בקצה של השראה. הרציונל המתארת את הבסיס שלפיו עיכוב זה מתייחס sRaw היה expatiated בעבר11. במילים פשוטות, שינויי נפח הריאות להקדים את תנועת האוויר מאז הדרגתי הלחץ צריך לפתח על מנת לכונן זרימת אוויר. חיים בריא לנשום בשקט, עיכוב זה הוא בדרך כלל מאוד קטן. עם זאת, מעבר הצבע הלחץ הנדרש כדי להכיל זרימה נתונה (למשל, זרם מספיק אוורור מספיק) היא מושפעת את מידת ההתנגדות דרכי הנשימה. במהלך bronchoconstriction, לדוגמה, ה גרדיאנט הלחץ הדרוש כדי להכיל זרימה נתונה גדול, מה שמרמז כי החיה יש לעבוד קשה עבור הנשימה. מעבר הדרגתי יותר בלחץ החזה של החיה של מרמזת כי חלק גדול יותר של הזרם ולצאת לחדר האחורי הוא עקב דחיסה/ביטול דחיסה של אוויר בתוך בית החזה, המהווה החלק של סה כ בית החזה ההרחבה/הכחשה זה את שלב עם הזרם האף. עמידות מוגברת עקב bronchoconstriction ובכך יגדיל את העיכוב בין החלק האחורי של צ’יימברס קבלה, ובכך מגדילה את sRaw. ה גרדיאנט לחץ שמניע את זרימת האוויר פנימה והחוצה של הריאה היא מושפעת גם האחסון הראשונית גז בית החזה (TGV). -רכבת TGV יותר לדוגמה, ההרחבה/הכחשה של בית החזה הדרושים כדי ליצור מעבר הדרגתי נתון בלחץ גדול (פשוט כי העקירה אמצעי האחסון הנדרש כדי ליצור מעבר הדרגתי נתון בלחץ גדול), אשר גם מרמז על זה בעלי חיים יש לעבוד קשה יותר על הנשימה. שוב, אלה displacements תוספת בית החזה הם אלה נדרש כדי להפחית לחץ/דחיסה של אוויר בבית החזה, ובכך את שלב עם הזרם האף. כך, TGV מוגברת יהיה גם להגדיל את ההשהיה בין התאים, ובכך מגדילה את sRaw. כפי שניתן לראות, הן bronchoconstriction והן TGV מוגבר כתוצאה במאמץ יותר חשוב האוויר פנימה והחוצה של הריאה. זהו, בעצם, המשמעות הפיזיולוגית של sRaw. זה מייצג את העבודה הדרושה נושם5,14.
לכן חשוב להבין כי שני גורמים נפרדים להשפיע sRaw: ההתנגדות דרכי הנשימה וה -TGV. למעשה, ניתן לבטא sRaw התוצר של TGV11והתנגדות דרכי הנשימה. חיות בהכרה ניתן לשנות שלהם TGV כרצונו, כדי להסתגל שלהם אוורור לסביבה נתונה. בתנאים כאלה, שם מצב פיזיולוגי טבעי של החיה הוא שההודעה, ולכן אי אפשר להבחין בין אם שינוי sRaw נובעת מן שינוי בהתנגדות דרכי הנשימה, שינוי ב- TGV, או שילוב של השניים. לפיכך, מומלץ להשלים את ההערכה DCP עם מדידות פולשניים יותר של מכניקת הנשימה ו/או אמצעי אחסון ריאות, כגון אלה הניתנים על ידי ה-1,FOT15.
עד כה, שימש את DCP ביישומים שונים של מחקר. הטכניקה ניתן להשתמש עם או בלי תא ראש כדי באופן כמותי, בצורה מדויקת להעריך את ההשפעה של חומרים שונים, כגון סוכני תרופות, אלרגנים, המגרים או מתווכים אחרים, על תפקוד הנשימה אצל חיות קטנות בהכרה 1617,,18. התא הקדמי יכול גם לשמש חדר-חשיפת חומרים aerosolized או גז בדרגות שונות ריכוזי (היפוקסיה, hypercapnia, וכו ‘)19. . נוח, היא מאפשרת אחד/ת למדוד את ההשפעות חריפה של חשיפות אלה. למעשה, אחד השימושים הנפוצים של DCP הוא להעריך את מידת היענות aerosolized בדיקת אתגור במודלים שונים של מחלות נשימה20,21,22,23, 24 , 25.
הטכניקה DCP אמנם לכאורה פשוטה, כמה אתגרים מעשי יכול באופן פוטנציאלי להרתיע משתמשים לא מנוסים או לפגום את הדיוק ואת הפארמצבטית של התוצאות. המאמר הנוכחי מספק תיאור מפורט של נהלים מומלצים לתפקוד הנשימה להקליט בהצלחה על ידי DCP בעכברים בהכרה, מאופק, נושם באופן ספונטני. התיאור הוא ספציפי הציוד האמור (עיין טבלה של חומרים). השירות והערך של DCP הוא גם הפגינו מודל נפוץ של ריאות דלקת אלרגית שני זנים של עכברים נבדק בנקודת ההתחלה בתגובה בדיקת אתגור שידורה.
היכולת למדוד את תפקוד הריאות בבעלי חיים בהכרה יש הצדקה בבירור במחקר בדרכי הנשימה. באופן כללי, DCP היא גישה מעניינת להעריך את הפונקציה אוורור של מערכת הנשימה בהכרה, נושם באופן ספונטני חיות26. ליתר דיוק, את DCP או variant הראש-אאוט שלו, לעיתים קרובות מכה איזון נכון בין האיכות של המידע הניתן את הרמה הרצויה של invasiveness3 (טבלה 2). הטכניקה ניתן להתאים מינים (למשל, עכבר, חולדה, קביה) או חיה בגדלים שונים, ניתן להשתמש ביישומי מחקר רבים. זה שימושי במיוחד להעריך בעלי חיים רבים בבת אחת בתכנון מחקר מקביל, כדי לנטר את פונקציית מערכת הנשימה בצורה חוזרת ונשנית וכדי ללכוד את קינטיקה של תגובה לאורך זמן. בנוסף, הטכניקה פשוטה, ניתן ללמוד באופן מסודר יחסית. נוהל העסקת DCP מדידות בעכברים המאמר הנוכחי, שימשה דוגמה לתיאור ההיבטים תרגולים של זה מרוסן plethysmography הטכניקה גם דיון לשלבים הקריטיים, הקשורים תוצאות.
בעת עבודה עם חיות בהכרה, זה חיוני כדי לשלוט לתנאי הסביבה (למשל, חדר שקט עם מספר מצומצם של אנשים או פעילות) על מנת ליצור תוצאות לשחזור. מאז restrainers בממדים שונים, חשוב להתחיל עם הגודל המתאים, כך שהתנועות נשימה בשלוות נפש. זה גם לעתים קרובות נדרש להסתגלות, לחיות הגדרת הניסוי ואת הנהלים, ומסייע גם היא מבוססת היטב בעכברים כי הרחקה משפיעה על תדירות נשימה12. בהתאם הנבחנים או תנאים, הפעלות מרובות של משכי הזמן המצטבר עשוי להיות נחוץ. לבסוף, המאפשר זמן תחילת ניסוי בבעלי חיים להתאים החדר שינוי וטיפול הנחוצים היא שיקול פשוטה אשר הוכיח יעיל להבטיח דפוס הנשימה באופן עקבי רגיל ונינוח בנקודת ההתחלה. עבודה בתנאים איפה החיות רגוע, סטוש נוחים גם יהיה מועיל מבחינת התוצאה השתנות ואיכות. זה גם מגביל כל מפגינות לשחרור קטכולאמין, אשר עשויים להגדיל את קוטר דרכי הנשימה, מטיילים bronchoconstriction המושרה.
חשוב להבין כי יש צורך להפריד כמו הרמטית ככל האפשר את האף ואת בית החזה הזורם. בהתאם למערכת או מינים למד, מנגנון איטום יכול להשתנות גם צורה כמו היעילות. ב- DCP אנו המתואר במסמך זה, החותם נוצר בין החוטם של החיה להתקן מרסנת. בעת הערכת פונקציית מערכת הנשימה על ידי DCP, זה גם חיוני לספק זרם הסטייה מספיק ומתמשך, כמו ירידה ברמת החמצן הזמינים לחיה יגרום תופעות משמעותיות. לקחת בחשבון לרווחתם של בעל החיים restrainer גבולות של הנטייה דליפות אוויר שנוצרו על-ידי עצבנות, ובכך מגדיל את איכות הנתונים. . Contrastingly, שבירת ב החותם תגרום datasets נדחה או על underestimation של מספר פרמטרים.
בנוסף כדי להפעיל את ההקלטה נפרדים של האות זרימה האף, לחדר הראשי משמש בדרך כלל כדי לחשוף את החיה לחומרים שידורה. כפי שמוצג במאמר זה, זה יכול להיות מנוצל כדי לבצע בדיקה bronchoprovocation להפגין דרגות שונות של תגובתיות. בניסויים כאלה, התאמת טווח ריכוזים שנבדקו עשוי להיות נחוץ בהתאם מינים, המתח, או מין החיות למד. כפי שהוכח בעבר8,9,10,27, נוכח התוצאות מציגות כי השינויים הנוצרות על-ידי בדיקת אתגור sRaw בקורלציה עם מדידות FOT פולשנית ההתנגדות דרכי הנשימה. התוצאות גם להוכיח כי הטכניקה DCP אינה רגישה כמו FOT בשל יכולתו לזהות חוסר תפקוד מערכת הנשימה, וכן לזיהוי מענה שינו לשפות אחרות בתוך התאים התחתון של הריאות (רקמת הריאה ו/או קטנים איירווייז היקפיים) . מאז איירווייז של החיה ללא פגע, הנוכחות של דרכי הנשימה העליונות, אשר מהווה החלק הגדול ביותר של המחתרת הנשימה הכולל זרימת האוויר28, יכול להשפיע על תרסיס הפצה ועל התצהיר בנוסף כדי לצנן את התרומה של דרכי הנשימה התחתונה כדי מדידה. 3 טבלה מסכמת הבדלים נוספים בין הטכניקה DCP את פינג. לבסוף, בעוד שזה יהיה באופן תיאורטי ניתן לאמוד את ההתנגדות הכוללת את דרכי הנשימה של החיה (כולל דרכי הנשימה העליונות) מיחידת מידה sRaw, מומלץ בדרך כלל כדי להשלים את ההערכה DCP עם שיטת מדידה פולשניות כגון FOT29 כדי לקבל מדידות ישירה של מכניקת הנשימה מפורט. בהתאם מטרות המחקר, מדידות של דרכי הנשימה העליונות התנגדות יכול להיות גם נחשב30,31,32.
מסקנה
בשל שלה מידה מוגבלת של invasiveness, DCP הוא טכניקה שיגשים צריך חשובה במחקר בדרכי הנשימה. הוא מסוגל לספק קריאות מדויקות של אוורור דפוס בבעלי בהכרה במקביל כמה אינדקסים הבלתי מעורער של שיבוש זרימת אוויר. המידע הנקלט משלים זה גם באמת גישות פולשניות יותר.
The authors have nothing to disclose.
SML נתמך על-ידי studentship מן המכון הקנדי של בריאות המחקר, MG נתמך על-ידי bursary מן הרשת בריאות הנשימה של FRQS (Fonds דה קוויבק רשרש – Santé) י. ב הוא תלמיד מחקר מ- FRQS.
התרומה םירצוי
כל המחברים תרמו התפיסה של כתב היד ו/או הוידאו. נ ו LD אסף את הנתונים. SML, LD, י. ב, מיט, DB ו- AR תרמו ניתוח נתונים, הדור של ספרות וכתיבה כתב היד. י. ב, AR, KL ו- MG היו מעורבים בהכנת קובץ ה-script וידאו. המהלך בוצע על ידי י. ב. כהן, מ ג.
Acetyl-β-methylcholine chloride | Sigma-Aldrich | A-2251 | Methacholine |
Phosphate buffered saline | Multicell | 311-506-CL | PBS 10X |
House dust mite extract | GREER | 290902 | HDM |
DCP complete system | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
iox software | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
Aerogen Aeroneb nebulizer | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
flexiVent FX complete system | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES |