تقييم ميكانيكا الجهاز التنفسي في الفئران باستخدام تقنية التذبذب القسري

* These authors contributed equally
Biology
 

Summary

يوفر هذا البروتوكول وصفا خطوة بخطوة مفصل للإجراءات المطلوبة لتنفيذ القياسات الميكانيكا الجهاز التنفسي وكذلك تقييم استجابة مجرى الهواء المستنشق إلى ميثاكولين في الفئران باستخدام تقنية التذبذب القسري (flexiVent؛ SCIREQ المؤتمر الوطني العراقي، مونتريال، QC ، كندا).

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

McGovern, T. K., Robichaud, A., Fereydoonzad, L., Schuessler, T. F., Martin, J. G. Evaluation of Respiratory System Mechanics in Mice using the Forced Oscillation Technique. J. Vis. Exp. (75), e50172, doi:10.3791/50172 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

أسلوب التذبذب القسري (FOT) هي قوية وأداة تكاملية ومتعدية السماح بتقييم التجريبية من وظيفة الرئة في الفئران في مفصل، بطريقة شاملة ودقيقة وقابلة للتكرار. أنها توفر قياسات الميكانيكا الجهاز التنفسي من خلال تحليل الضغط وحجم الإشارات المكتسبة في رد فعل على معرفة مسبقا، والسعة الصغيرة، متذبذبة تدفق الهواء الطول الموجي، والتي يتم تطبيقها عادة في هذا الموضوع في مجرى الهواء الافتتاح. تفاصيل البروتوكول الخطوات المطلوبة لتنفيذ القياسات على نحو كاف التذبذب القسري في الفئران باستخدام جهاز التنفس الصناعي مكبس الكمبيوتر التي تسيطر عليها (flexiVent؛ SCIREQ المؤتمر الوطني العراقي، مونتريال، QC، كندا). وينقسم إلى أربعة أجزاء الوصف: الخطوات التحضيرية، والتهوية الميكانيكية، وقياسات وظائف الرئة، وتحليل البيانات. وهو يتضمن أيضا تفاصيل عن كيفية تقييم استجابة مجرى الهواء المستنشق إلى ميثاكولين في تخدير الفئران، تطبيق شيوعا لهذا التقنيهه الذي يمتد أيضا إلى النتائج الأخرى ومختلف الأمراض الرئة. يتم عرض القياسات التي تم الحصول عليها في الفئران السذاجة وكذلك من نموذج يحركها من الإجهاد التأكسدي الضرر مجرى الهواء لتوضيح كيفية هذه الأداة يمكن أن تسهم في توصيف وفهم التغيرات الفسيولوجية درس أو نماذج المرض بشكل أفضل وكذلك للتطبيقات في مجالات بحثية جديدة.

Introduction

أصبح توصيف كاف من الخواص الميكانيكية للالرئتين في الحيوانات الصغيرة الأساسية منذ المزدهرة في نماذج الفئران في علم الجهاز التنفسي. عندما أجريت باستخدام تقنية التذبذب القسري (FOT)، وهي تقنية تستخدم أيضا في البشر، هذه القياسات توفير نهج قوي، تكاملية ومتعدية لدراسة التغيرات الفسيولوجية ذات مغزى. وعادة ما يتم الحصول على قياسات FOT من خلال تحليل الضغط وحجم الإشارات المكتسبة في رد فعل على معرفة مسبقا، والسعة الصغيرة، متذبذبة تدفق الهواء الموجي (ويشار إلى اضطراب أو إشارة المدخلات أيضا) المطبقة في هذا الموضوع في مجرى الهواء الافتتاح 1. في أبسط أشكالها، فإن اضطراب FOT يكون الموجي الجيبية واحد على تردد محددة جيدا. تتكون اضطرابات أكثر تعقيدا عادة من تراكب مجموعة مختارة من معين (رئيس متبادل) تردد الطول الموجي تغطي طيفا واسعا. التحلل من متعدد الترددالمدخلات والمخرجات الإشارات إلى ناخبيهم باستخدام تحويل فورييه يسمح حساب الجهاز التنفسي مقاومة المدخلات (ZRS)، أي وظيفة النقل بين المدخلات والمخرجات الإشارات، في كل تردد المدرجة في اضطراب 2. ولذلك، FOT يسمح تقييم في وقت واحد لميكانيكا الجهاز التنفسي أكثر من مجموعة من الترددات في 2 مناورة واحدة. النماذج الرياضية المتقدمة المناسب (مثل المرحلة نموذج ثابت 3) لبيانات مقاومة ثم تسمح لتقسيم الاستجابة إلى مجرى الهواء (المركزية والطرفية) ومتني الرئة المعلمات تعتمد الأنسجة 1 و 3. لأن العديد من العوامل التي تؤثر على الاستجابة الفسيولوجية (على سبيل المثال تردد في التنفس، وحجم المد والجزر، وحجم الرئة، بالممرات الهوائية العليا، الجهود التنفس العفوي، توقيت القياسات) يتم التحكم وموحدة من قبل نظام القياس والإجراءات التجريبية، 1 والتقنية هي قبعةقادرة على توليد قياسات دقيقة وقابلة للتكرار شريطة أن يتم تنفيذ ذلك بشكل صحيح. الهدف من هذه المقالة هو لتوفير تفصيلا، وصف التسلسل الزمني للإجراءات اللازمة لتنفيذ هذه القياسات في الفئران. يتكون البروتوكول من أربعة أجزاء هي: الخطوات التحضيرية (الكواشف والمعدات والمواد الدراسية)، والتهوية الميكانيكية، وقياسات وظائف الرئة، وتحليل البيانات. ولدت أمثلة من نتائج ممثل ميكانيكا الجهاز التنفسي باستخدام جهاز التنفس الصناعي مكبس الكمبيوتر التي تسيطر عليها (flexiVent، SCIREQ المؤتمر الوطني العراقي، مونتريال، QC، كندا) وتقدم. تم الحصول على هذه الفئران من السذاجة وكذلك من نموذج يحركها من الإجهاد التأكسدي الضرر الهوائية يتميز التهاب الشعب الهوائية، تلف الخلايا الظهارية وزيادة الاستجابة لمجرى الهواء المستنشق ميثاكولين رذاذ 4. في حين غالبا ما يستخدم هذا البروتوكول لتقييم استجابة مجرى الهواء المستنشق إلى ميثاكولين، بل يمتد إلى نتائج والمتنوع أخرىق الأمراض بما فيها الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)، وانتفاخ الرئة، تليف الرئة، إصابة الرئة فضلا عن نماذج الماوس المعدلة وراثيا من الأمراض مماثلة لمرض الإنسان. نتائج البحوث باستخدام هذه الأداة يمكن أن تسهم في توصيف وفهم أفضل للتغيرات الفسيولوجية أو نماذج المرض، وكذلك إلى التوسع في مجالات بحثية جديدة.

Protocol

تمت الموافقة على الإجراءات الموضحة أدناه من قبل لجنة جامعة ماكغيل المؤسسي رعاية الحيوان وفقا للمبادئ التوجيهية للمجلس الكندي للرعاية الحيوان (CCAC).

1. الخطوات التحضيرية

  1. الحلول:
    1. ميثاكولين: إعداد محلول المخزون بنسبة 50 ملغ / مل وجعل التخفيفات المتسلسلة (1:1) استنادا إلى تركيزات لفحصها 5. تسمح الحلول للوصول إلى درجة حرارة الغرفة قبل nebulizing 5.
    2. وكلاء مخدر: تم الإبلاغ عن بنظم مختلفة في الأدب في سلالات مختلفة من الفئران (الجدول 1) ملاحظة: 1 حمية استخدمت في إطار هذا البروتوكول.
  2. المعدات: يتم تطبيق هذا البروتوكول إلى أي من الأجيال flexiVent اثنين يدعمها البرنامج flexiWare 7. يتم تجميع وظائف البرنامج بموجب ثلاث وحدات: تعريف الدراسات والتخطيط والتجريب Sessioن ومراجعة وإعداد التقارير.
    1. بدوره على نظام (flexiVent FX فقط) و / أو بدء تشغيل البرنامج.
    2. في الدورة الأولى التجريب أو في أي وقت قبل ذلك، فتح تعريف دراسة وحدة التخطيط إلى تحديد مسبق لهيكل الدراسة.
    3. انقر على زر دراسة جديدة إنشاء واتبع المعالج لإنشاء دراسة، الخطوط العريضة للبروتوكول وتحديد المجموعات التجريبية والموضوعات المراد دراستها.
    4. بدء جلسة التجريب من خلال فتح وحدة الدورة التجريب وبعد تسلسل بدء التشغيل للدراسة واختيار القالب.
    5. تعيين الموضوع إلى موقع القياس وتأكيد وزنه.
    6. المضي قدما في معايرة النظام عن طريق اتباع الخطوات الموضحة في البرنامج التشغيل. سيطلب منك عند نقطة واحدة لإرفاق قنية لاستخدامها (الخطوة 1.3.3) إلى Y-أنابيب للمعايرة.
    7. خطوة حاسمة. Repeaر الخطوة 1.2.6 إذا كانت القيم المعايرة التي تم الحصول عليها هي خارج النطاق المقبول. (يرجى الرجوع إلى flexiVent FX أو flexiWare 7 دليل المستخدم للحصول على وحدة نطاقات مقبولة محددة من القيم المعايرة).
    8. إلغاء المطالبات لبدء التهوية وتسجيل البيانات ما لم يكن على استعداد لبدء التجربة. ويمكن البدء في هذه في وقت لاحق.
  3. المواضيع:
    1. تخدير موضوع باستخدام جرعات مناسبة من وكلاء مخدر (الجدول 1).
    2. تحقق من أن هذا الموضوع قد وصلت إلى مستوى من التخدير الجراحي. هذا الموضوع يجب أن لا تظهر أي رد فعل لقرصة أخمص قدميها، ويجب أن يكون التنفس العادية وليس جاهد.
    3. إجراء القصبة الهوائية ويقني؛ يدخل القنية القصبة الهوائية.
      1. وضع الحيوان على ظهرها وتوفير مصدر للحرارة (مثل درجة الحرارة التي تسيطر عليها بطانية التدفئة أو مصباح مع لمبة 60 واط يقع ما يقرب من 45 سم من الماوس لتجنب الإفراط في التدفئة).
      2. ال نظيفةمنطقة الحلق ه مع الكحول وفضح القصبة الهوائية عن طريق إجراء شق الجلد وفصل بلطف الغدة تحت الفك العلوي وطبقة العضلات التي تغطي ذلك.
      3. رفع بلطف القصبة الهوائية باستخدام زوج من ملقط الصغرى وتمرير الخيط تحته.
      4. قطع ما بين حلقتين من غضروف الحنجرة أقرب إلى إجراء شق صغير في القصبة الهوائية دون باجتزاء ذلك.
      5. إدراج قنية معايرة سابقا في شق ودفع برفق داخل القصبة الهوائية طول ما يقرب من 5 حلقات ملاحظة: أجريت التجارب الحالية باستخدام 1.2 سم طويل معدنية قياس 18 قنية.
      6. خطوة حاسمة. تأمين قنية في مكانها باستخدام الخيط. المرفق ينبغي أن تشكل ختم محكم حول قنية.

2. التهوية الميكانيكية

  1. جلب هذا الحيوان على مقربة من التنفس الصناعي.
  2. بدء التهوية الميكانيكية عن طريق اختيار محددة سلفاأو لمحة التهوية مخصص في عامل ميناء التهوية.
  3. ربط الحيوان إلى التنفس الصناعي عن طريق Y-الأنابيب.
  4. خطوة حاسمة. محاذاة الحيوان إلى التنفس الصناعي والتأكد من أن قنية القصبة الهوائية هو في نفس المستوى مثل جهاز التنفس الصناعي لتجنب احتمال انسداد قنية أو تحريف القصبة الهوائية.
  5. خطوة حاسمة. تنفيذ اضطراب عميق التضخم عن طريق النقر المزدوج على اسم اضطراب للتحقق من الإدراج قنية والمرفقات. في حالة عدم وجود تسرب، يجب أن يكون النظام قادرا على اجراء الضغط من 30 CMH 2 O لمدة 3 ثانية دون الإفراط في حجم الإزاحة (الشكل 1). وينبغي أيضا أن يكون حجم تسجيلها وآثار ضغط على نحو سلس مع عدم وجود علامات على تعويض أو تشوه لأن هذه يمكن أن تشير إلى وجود انسداد قنية أو في غير موضعها.
  6. إذا لزم الأمر، وربط محولات علامة حيوية لمعدل ضربات القلب ورصد درجة حرارة الجسم. ويمكن البدء في تسجيل البيانات eitheR يدويا أو تلقائيا عن طريق برنامج نصي.

3. وظيفة الرئة المقاييس

قياسات أو الأوامر (على سبيل المثال تفعيل البخاخات، وعلامات الحدث) يمكن الآلي باستخدام البرامج النصية المعرفة مسبقا أو المخصصة لعملية تجريبية رقابة شديدة ومتكررة (الشكل 2). ست عائلات من الاضطرابات التي أدت إلى عدد من المعلمات يمكن استخدامها لوصف موضوع ميكانيكا الجهاز التنفسي في الأساس، وبعد التحدي معين (الجدول 2).

  1. خطوة حاسمة. عندما تصبح جاهزة للبدء في اتخاذ القياسات، تشغيل التضخم العميق لتجنيد المناطق المغلقة الرئة وتوحيد الرئة التاريخ حجم.
  2. خطوة حاسمة. التحقق من عدم وجود جهود الشهيق العفوي عن طريق تشغيل اختبار القياس (مثل المحاضر الحرفية أو المحاضر الحرفية-P-V). مراقبة آثار إشارة الضغط في عرض مجموعة البيانات المحددة. مع منحنيات PV متدرج،الهضاب الضغط يجب أن يتم تعريف بشكل جيد مع أي أسفل الانحرافات. ومن شأن التحول نحو الانخفاض في ضغط تشير إلى وجود جهد الشهيق من الحيوان (الشكل 3).
  3. بدء البرنامج النصي المحدد من قبل النقر المزدوج على لقبها. النصوص المستخدمة في هذه الدراسة شملت عموما لقياس:
    • A سلسلة من قياسات خط الأساس في ثلاث نسخ.
    • تفعيل البخاخات لتقييم استجابة مجرى الهواء لاستنشاق ميثاكولين ملاحظة: عند المطالبة من قبل النظام، وتحميل ما يقرب من 100 ميكرولتر من المياه المالحة أو من محلول ميثاكولين في البخاخات. وسوف تبدأ إرذاذ وتتوقف تلقائيا.
    • A سلسلة من قياسات متباعدة عن كثب (كل 10-15 ثانية) لمدة حوالي 3 دقائق بعد تفعيل البخاخات.
    • موجه لأداء تحديا آخر وتكرار سلسلة من القياسات ملاحظة: تجفيف داخل البخاخات جبل مع مسحة في بيمكن أن التحديات إلى صف تساعد على منع قطرات أو التكثيف من بناء ما يصل في خط الشهيق.
  4. في نهاية التجربة، ووقف التهوية وفصل هذا الموضوع.
  5. التبديل إلى الموضوع التالي في برنامج التشغيل وتأكد من وزنه.
  6. خطوة حاسمة. شطف وتجفيف البخاخات، محول، Y-الأنابيب، وقنية بين الموضوعات.
  7. كرر الخطوات من 1.2.6 إلى 3.6.
  8. في نهاية اليوم، إغلاق جلسة تجريبية. تذكر لشطف وتجفيف البخاخات، محول، Y-الأنابيب، وقنية وتنظيف صمام الزفير نظام قبل مغادرته المختبر باتباع إرشادات الشركة المصنعة.

4. تحليل البيانات

البرنامج تلقائيا بحساب ويعرض المعلمات المرتبطة اضطراب. كما يوفر معامل التحديد (COD) الذي يعكس نوبة من النموذج الرياضي للبيانات. كل مجموعة بيانات مع تأمهو المسمى COD fficient كما استبعدت من قبل البرنامج. استعراض الدورات التجريبية، وتتم إعادة تحليل البيانات وإنشاء سيناريوهات التصدير في وحدة ومراجعة التقارير من البرنامج.

  1. فتح وحدة مراجعة وإعداد التقارير وإنشاء السيناريو التصدير، مع الحرص على أن تشمل قواعد البيانات فقط وجود COD كافية.
  2. تصدير كمعلمات حاجة للضغط أو تدفق حجم منحنى، وإشارات مجموعة البيانات الخام أو معلومات تخضع لتطبيق جدول بيانات (انظر الجدول 3).
  3. متوسط ​​قياسات خط الأساس لكل معلمة ومؤامرة جميع القياسات بوصفها وظيفة من الزمن (انظر الشكل 4). ثم قد اخترت لحساب المساحة تحت منحنى، وتحليل الوضع العام للمنحنيات أو إجراء التحليل الإحصائي.
  4. للتعبير عن النتائج استجابة مجرى الهواء كدالة للتركيز ميثاكولين، وتحديد لكل موضوع، والمعلمة حالة تجريبية إما محددةنقطة (على سبيل المثال الذروة) أو وقت محدد بعد كل تحد ميثاكولين. حساب المتوسطات مجموعة والتقرير أو نتائج مؤامرة لكل حالة تجريبية (الجدول 4، الشكل 5).
  5. يمكنك أيضا التفكير في حساب تركيز إنتاج مضاعفة قيمة خط الأساس معلمة معينة (PC 200؛ الشكل 5C)، وتطبيق التطبيع (على سبيل المثال٪ خط الأساس) أو إجراء التحليل الإحصائي.

Representative Results

الجهاز التنفسي الميكانيكا القياسات. الجدول 4 يبين نتائج نموذجية من السذاجة A / J الفئران التي تم الحصول عليها في الأساس، والشعب الهوائية ميثاكولين التالية التي يسببها (12.5 ملغ / مل) باستخدام أي من الأجيال flexiVent اثنين يدعمها البرنامج flexiWare 7. تم تقييم الميكانيكا في الجهاز التنفسي، أي في ظل ظروف الصدر مغلقة، بالتناوب الاضطرابات من وتيرة التذبذب أسر واحد واسع النطاق أجبرت بطريقة متباعدة عن كثب (لقطة-150، سريعة رئيس-3 على التوالي). منذ التهوية بشكل مؤقت خلال القياسات، وسريعة رئيس-3، التي تغطي مجموعة وتردد مماثلة لرئيس-8 ولكن لديه مدة أقصر (3 ضد 8 ثانية)، وقد تم اختيار من أجل تقصير فترة انقطاع التنفس، وتقليل تأثير الاضطراب على غازات الدم وتوفير أفضل قرار للاستجابة. وحسبت المعلمات المرتبطة بكل اضطراب ل ticaLLY بواسطة برنامج التشغيل. توضح النتائج أن الجيلين من النظام flexiVent أنتجت القياسات يعادل ميكانيكا الجهاز التنفسي.

موقع من استجابة الرئة. تميز موقع من استجابة الرئة يسمح للمحقق لمواصلة تحديد المناطق المتضررة وكذلك لتحديد النقاط المحتملة من التدخل الدوائي 6. على سبيل المثال، تظهر السذاجة A / J الفئران بزيادة قدرها مقاومة خط الأساس عندما يتم زيادة الضغط زفيري نهاية أساسها يتم إجراء قياسات 3-9 CMH 2 O (الشكل 6A، لقطة-150). في المثال الحالي، شريطة أن يكون استخدام القياسات FOT النطاق العريض (سريعة رئيس-3) التفاصيل لتوضيح الأساس للتغيير في المقاومة: نتج عن تغير في نهاية الزفير الضغط في الانخفاض في مقاومة مجرى الهواء (R N) بما يتفق مع آثار bronchodilating من حجم الرئة أعلى والصحافة التضخم أكبرلدى عودتهم (الشكل 6D) وزيادة في الأنسجة التخميد (G؛ الشكل 6E)، معلمة ترتبط ارتباطا وثيقا مقاومة الأنسجة التي تعكس زوجة مطاطية الأنسجة وربما المقاومة في الشعب الهوائية الصغيرة 7. ومن المعروف أن هذه الأخيرة إلى زيادة مع زيادة حجم الرئة.

فرط الاستجابة مجرى الهواء. بعد التعرض للغاز الكلور، والاستجابة لمجرى الهواء المستنشق ميثاكولين الزيادات مقارنة مع التعرض الجوي في الفئران BALB / ج نتيجة للضرر مجرى الهواء 4 (الشكل 2). ومن المعروف الكلور للحث على الاكسدة، مما يؤدي إلى تدمير خلايا هيكلية في الشعب الهوائية، وبخاصة الخلايا الظهارية، وحفزه تجنيد خلايا التهابية. كما هو ممثل في الشكل (5)، ويمكن رؤية التغييرات في جميع المعلمات واصفا ميكانيكا الجهاز التنفسي استجابة لتحديات متزايدة ميثاكولين. بالمقارنة مع الفئران المعرضة للهواء، الفئران المعرضة إلى chloriعرض الغاز شمال شرق الردود القصوى أكبر في جميع المعلمات FOT (الشكل 5A، 5B، 5D-5F)، وكذلك التحول باتجاه اليسار ذات دلالة إحصائية من منحنى تركيز الاستجابة أمثلته تخفيض تركيز ميثاكولين المطلوبة ليتسبب في مضاعفة في المقاومة ومرانية (PC 200؛ الشكل 5C). توضح تلك النتائج، على التوالي، فرط الاستجابة الهوائية وفرط الحساسية للميثاكولين بعد التعرض لاستنشاق غاز الكلور.

القياسات الأخرى. بالإضافة إلى FOT، ويمكن أيضا أن تستخدم نظام flexiVent لجمع أنواع أخرى من 8-10 وظيفة الرئة أو القلب والأوعية الدموية 11 القياسات. يعرض الشكل 7 متدرج، يحركها ضغط منحنى الضغط الحجم ممثل في السذاجة A / J الفئران في ظل ظروف خط الأساس . وتناسب الجزء العلوي من أطرافهم الانكماش من منحنى إلى المعادلة سالازار-نولز 12 سوب> وتحسب المعلمات تلقائيا من قبل البرنامج.

الجدول 1
الجدول 1. أمثلة من نظم مخدر يستخدم في الفئران. انقر هنا لعرض جدول أكبر .

الجدول 2
الجدول 2. الاضطرابات المستخدمة لقياس وظائف الرئة في الفئران. * ملحق اللازمة لهذا النظام. يحتاج هذا الموضوع أيضا أن يكون في غرفة مغلقة مخطاط التحجم خلال القياسات.ضامر "> اضغط هنا لمشاهدة الجدول أكبر.

الجدول 3
الجدول 3. مثال المعلمات تصديرها من وتيرة التذبذب تضطر الأسر اضطراب واحد واسع النطاق. انقر هنا لمشاهدة الجدول أكبر .

الجدول 4
الجدول 4. مقارنة النظام. مقارنة بين الرئة ميكانيكا المعلمات التي تم جمعها باستخدام اثنين من الأجيال من النظام flexiVent تشغلها البرامج flexiWare 7. وقد تم توليد النتائج في السذاجة A / J الفئران (ن = 5 / المجموعة) في الأساس والشعب الهوائية ميثاكولين التالية التي يسببها (صحة الأم والطفل 12.5 ملغ / مل). وتمت مقارنة * المجموعات باستخدام ANOVA اتجاهين للقياسات المتكررة وسجل 10 من الاستجابات الفردية للتجانس الفروق (GraphPad بريزم، الإصدار 5.03؛ GraphPad البرامج، سان دييغو، الولايات المتحدة الأمريكية).

الشكل 1
الشكل 1. قطة لتضخم الرئة العميقة. تعرض اللوحة العلوية حجم شردهم مكبس من التنفس الصناعي (التتبع الحمراء) وحجم تسليمها الى موضوع (تتبع الرمادي). تعرض لوحة انخفاض ضغط الأسطوانة المتزايد لضغط مجموعة من 30 شركة بيت إدارة المال 2 O على مدى فترة من 3 ثوان، وثبات لنفس الفترة الزمنية.

172/50172fig2.jpg "بديل =" الشكل 2 "/>
الشكل 2. مثال نموذجي النصي المستخدمة لتقييم ميكانيكا الجهاز التنفسي في الأساس.

الشكل (3)
الشكل (3). جهود الشهيق عفوية أثناء تنفيذ متدرج على منحنى الضغط الحجم.

الشكل 4
الشكل 4. الوقت طبعا التالية استجابة تحديات متزايدة ميثاكولين المستنشقة. يتم التعبير عن النتائج كما يعني (± الانحراف المعياري) من مجموعة من 5 السذاجة رد الفعل الزائد بشكل عفوي A / J الفئران. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

<ف الطبقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "دائما"> الرقم 5
الشكل 5. التغييرات في الميكانيكا الجهاز التنفسي بعد تزايد التحديات ميثاكولين في الكلور والهواء تتعرض الفئران BALB / ج. تم تحديد قيمة الذروة لكل معلمة في كل موضوع وحالة تجريبية. ثم تم حساب المتوسطات مجموعة (يعني ± الانحراف المعياري، ن = 4-6). تم تقييم الاختلافات بين الجماعات بواسطة تحليل التباين باستخدام سجل 10 من الاستجابات الفردية للتجانس الفروق. تم الحصول على تركيز ميثاكولين إنتاج مضاعفة خط الأساس (PC 200) من المناسب متعدد الحدود من الدرجة الثانية إلى الفردية منحنيات الاستجابة للجرعة والاستيفاء من منحنى المجهزة. نقاط البيانات مفقودة في D، E و F في الفئران المعرضة الكلورفي تركيزات أعلى ميثاكولين اثنين بسبب معاملات عالية بالقدر الكافي من تقرير يعكس تناسب الفقراء من النموذج الرياضي للبيانات. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل (6)
الشكل (6). تقسيم لاستجابة الجهاز التنفسي في مجرى الهواء والميكانيكا أنسجة الرئة. تتبع التجريبية من السذاجة A / J الفئران تبين تردد واحد (2.5 هرتز) والنطاق العريض (1-20.5Hz) اضطر القياسات التذبذب ميكانيكا الجهاز التنفسي في ثلاث نسخ في اثنين من مختلف الضغوط نهاية الزفير (3 و 9 CMH 2 O). انقر هنا لعرض أكبر شخصية

الرقم 7
الرقم 7. وقد تم توليد منحنى الضغط الحجم في السذاجة A / J الفئران في ظل ظروف خط الأساس. منحنيات الضغط الحجم باستخدام اضطراب يحركها الضغط المتدرج (ص ف-P) للتأكد من أن كل الرئتين الماوس تم نفخه إلى نفس الضغط، بصرف النظر عن حالتها. تم سالازار-نولز أيضا بلغ متوسط ​​معلمات المعادلة المستخرجة من فرد منحنيات الضغط حجم وذكرت في شكل جدول. يتم التعبير عن النتائج على النحو الانحراف المتوسط ​​± القياسية (ن = 6).

Discussion

الدراسة استمرار ضعف مجرى الهواء من حيث صلته الربو وأمراض الرئة الأخرى لا تزال قصوى لفهم الآليات الكامنة وراء المرض وتطوير خيارات العلاج. وقد تم استخدام الفئران لنموذج المرض الهوائية أساسي في الحصول على فهم آليات المرض في هذه. عند النظر في تقييم ضعف مجرى الهواء في موضوع صغيرة مثل الماوس، وجود أدوات موثوقة ودقيقة يمكن من خلالها قياس وظائف الرئة أمر بالغ الأهمية. وعلاوة على ذلك، وجود أدوات قادرة على تقديم رؤى على موقع مجرى الهواء أو ضعف التأثير العلاجي لا تقدر بثمن. يجمع بين تقنية FOT كل هذه الصفات ويوفر نهجا قوية، تكاملية ومتعدية لتقييم التغيرات الفسيولوجية.

لكي تنجح مع هذا النوع من القياس في الفئران، وينبغي إيلاء اهتمام خاص لبضع خطوات، وهي معايرة النظام، ومقاومة CA القصبة الهوائيةnnula، نوع من البخاخات (وكذلك إعدادات التشغيل) لتحديد المواقع من الحيوان وتوحيد الرئة التاريخ حجم. وبالإضافة إلى ذلك، لا بد من أجل الحصول على مجموعات البيانات صالحة أن الجهاز التنفسي هذا الموضوع لا يزال السلبي خلال القياسات. ويمكن تحقيق ذلك من خلال إدارة وكيل تشل العضلات، ويعمل في الطائرة عميقة من التخدير أو عن طريق اللهاث هذا الموضوع للحث على توقف التنفس أثناء (انظر الجدول 1). يمكن للمحققين تبدأ من خلال اتقان النظام والبرامج التشغيلية، إذا رغبت في ذلك، مع الأحمال اختبار، في حين اكتساب المهارات اللازمة للقياسات في الفئران. وسيكون من المنطقي ثم لتوليد نتائج قابلة للتكرار في الحيوانات ساذجة قبل أن ينتقل إلى نماذج المرض أو الفئران المعالجة. إذ أن نسبة هامة من نماذج مرض في الجهاز التنفسي تشمل البحوث تعريض الحيوانات لعوامل مثل المواد المثيرة للحساسية، والسموم والملوثات، ودخان السجائر أو الغازات، وتقلب في النتائج المتحصل عليها مع measuremenيمكن بالتالي ر تقنية الموضحة في هذه المقالة أن يتأثر الإجراء التعرض المستخدمة. توحيد العمليات التجريبية الرئيسية (مثل التعرض باستخدام الكمبيوتر التي تسيطر عليها ونظم قياس 6، 13، 14) يمكن أن يكون لها تأثيرا كبيرا في الحد من التباين.

الأمثلة المقدمة في هذه المقالة تمثل مجموعة مختارة من نتائج نموذجية من السذاجة والكلور المعرضة للفئران التجارب مع تسليط الضوء على نقاط القوة وكذلك القيود المفروضة على تقنية. كما يمكن أن يرى على سبيل المثال في الشكل (6)، والتقنية هي قادرة على توليد استنساخه قياسات وظائف الرئة. في حين تم الإبلاغ عن قيم المقاومة خط الأساس مماثلة بين سلالات الفئران، ولكن لوحظ اختلاف في مرانية 15. تغييرات كبيرة هي أيضا من المتوقع بين الرضع والفئران البالغة 16. أما بالنسبة للأخرى في الجسم الحي تقييم الفسيولوجية، ونتائج عالية الدقة، مثل البيئة نظام التشغيل التي تم إنشاؤها بواسطة FOT، وتأتي مع تنازل عن الحالة الطبيعية من الموضوعات. هذا المبدأ، الذي يشار إليه على أنه مبدأ عدم اليقين phenotyping ينطبق على هذا البروتوكول، بمعنى أن القياسات تحتاج إلى أن يتم في تخدير، tracheotomised (أو مدخل أنبوب شفويا) والتهوية ميكانيكيا المواضيع. يتم ملاحظتها الحد آخر من تقنية في الشكل 5D-5F حيث لم تكن البيانات متاحة على أعلى تركيزات للمجموعة الكلور المعرضة لأن نوبة من المرحلة ثابت نموذج للبيانات ضعيفة فوق مستويات معتدلة من ضيق الشعب الهوائية. ومع ذلك، يمكن تقييم الحيوانات bronchoconstricted بشدة من خلال تحليل ZRS مباشرة 15، أو باستخدام طرف ثالث البرمجيات في مرحلة ما بعد التحليل لتناسب النماذج الرياضية أكثر تعقيدا، على سبيل المثال مع مراعاة عدم تجانس وظيفة الميكانيكية 17. ويمكن أيضا ملاحظة مجموعات البيانات استبعادها اذا الخطوط الجوية الحيوان ليست كافية فassive أو إذا كانت المقاومة للقنية عالية جدا. وكقاعدة عامة من الإبهام، وينبغي مقاومة قنية لا تتجاوز مقاومة الحيوان في الأساس. وسوف تعمل مع قنية من القطر الداخلي أكبر و / أو أقصر طول يساعد على التقليل من مقاومة قنية. وأخيرا، قد ينظر إلى المظاهرة الحالية للقياسات FOT في الفئران كمنهجية تستغرق وقتا طويلا، وبالتالي أقل كفاءة أو أقل ينطبق على دراسات طولية مقارنة مع تقنيات أقل الغازية. ومع ذلك ترتبط هذه الأخيرة مع قدر كبير من عدم اليقين فيما يتعلق أساس نتائجها وينظر إليها من قبل العديد على أنها معيبة 1. القياسات الغازية المتكررة ممكنة في الحيوانات مدخل أنبوب شفويا، على الرغم من أن أكثر تحديا من الناحية التقنية 17.

من الأمثلة المقدمة، أظهرت النتائج تكافؤ الجيلين من النظام flexiVent في إنتاج قياسات الميكانيكا الجهاز التنفسي، وكذلك مجرى الهواء hyperreactivity وفرط الحساسية للميثاكولين استنشاق الكلور بعد التعرض في الفئران. عندما تستخدم لوصف أو فهم التغيرات الفسيولوجية أو نماذج المرض، فإن الجانب قياس التفصيلية المتصلة تقنية يمكن أن تساهم في تمديد الوضع الحالي للمعرفة.

Disclosures

AR، LF، ويعمل TFS بواسطة SCIREQ أجهزة تنفسية العلمية وشركة TFS كما تملك الأوراق المالية.
وترعى حرية الوصول إلى هذه المقالة عن طريق SCIREQ أجهزة تنفسية العلمية، وشركة

Acknowledgements

ويدعم TKMcG من قبل دراسية لمن جمعية أمراض الصدر الكندية.

مساهمة المؤلفين

اخذ كل جزء من الكتاب في مفهوم المخطوطة. وبالإضافة إلى ذلك، شرع TKMcG المشروع، جمعت النتائج التجريبية، ساهم في كتابة المخطوطة واستعراضها حرجة. AR جمعها وتحليل النتائج التجريبية، صياغة المخطوط وساهم في استعراضه حرجة. LF جمعت النتائج التجريبية وساهم في مراجعة نقدية للمخطوطة. TFS وJGM ساهم في مراجعة نقدية للمخطوطة.

Materials

Name Company Catalog 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bates, J. H. T., Irvin, C. G. Measuring lung function in mice: the phenotyping uncertainty principle. J. Appl. Physiol. 94, 1297-1306 (2003).
  2. Bates, J. H. T. Lung mechanics. An inverse modeling approach. Cambridge University Press. New York. (2009).
  3. Hantos, Z., Daroczy, B., Suki, B., Nagy, S., Fredberg, J. J. Input impedance and peripheral inhomogeneity in dog lungs. J. Appl. Physiol. 72, 168-178 (1992).
  4. McGovern, T. K., et al. Dimethylthiourea protects against chlorine induced changes in airway function in a murine model of irritant induced asthma. Respir. Res. 11, 138 (2010).
  5. Hayes, R. D., Beach, J. R., Rutherford, D. M., Sim, M. R. Stability of methacholine chloride solutions under different storage conditions over a 9 month period. Eur. Respir. J. 11, 946-948 (1998).
  6. North, M. L., et al. Augmentation of arginase 1 expression by exposure to air pollution exacerbates the airways hyperresponsiveness in murine models of asthma. Respir. Res. 12, (2011).
  7. Siddiqui, S., et al. Site of allergic airway narrowing and the influence of exogenous surfactant in the brown norway rat. PloS ONE. 7, e29381 (2012).
  8. Cohen, J. C., Lundblad, L. K. A., Bates, J. H. T., Levitzky, M., Larson, J. E. The "Goldilocks Effect" in cystic fibrosis: identification of a lung phenotype in the cftr knockout and heterozygous mouse. BMC Genetics. 5, 21 (2004).
  9. Shalaby, K. H., Gold, L. G., Schuessler, T. F., Martin, J. G., Robichaud, A. Combined forced oscillation and forced expiration measurements in mice for the assessment of airway hyperresponsiveness. Respir Res. 11, 82 (2010).
  10. Thiesse, J., et al. Lung structure phenotype variation in inbred mouse strains revealed through in vivo micro-CT imaging. J. Appl. Physiol. 109, 1960-1968 (2010).
  11. Amatullah, H., et al. Comparative cardiopulmonary effects of size-fractionated airborne particulate matter. Inhalation Toxicology. 24, 161-171 (2012).
  12. Salazar, E., Knowles, J. H. An analysis of pressure-volume characteristics of the lungs. J. Appl. Physiol. 19, 97-104 (1963).
  13. Balakrishna, S., et al. Environmentally persistent free radicals induce airway hyperresponsiveness in neonatal rat lungs. Particle Fibre Tox. 8, 11 (2011).
  14. Fahmy, B., et al. In vitro and in vivo assessment of pulmonary risk associated with exposure to combustion generated fine particles. Environ. Toxicol. Pharmacol. 29, 173 (2010).
  15. Duguet, A., et al. Bronchial responsiveness among inbred mouse strains. Role of airway smooth-muscle shortening velocity. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 161, 839-848 (2000).
  16. Bozanich, E. M., et al. Developmental changes in airway and tissue mechanics in mice. J. Appl. Physiol. 99, 108-113 (2005).
  17. Schwartz, B. L., et al. Effects of central airway shunting on the mechanical impedance of the mouse lung. Ann. Biomed. Eng. 39, 497-507 (2011).
  18. De Vleeschauwer, S. I., et al. Repeated invasive lung function measurements in intubated mice: an approach for longitudinal lung research. Lab Anim. 45, 81-89 (2011).
  19. Takubo, Y., et al. α1-Antitrypsin determines the pattern of emphysema and function in tobacco smoke-exposed mice. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 166, 1596-1603 (2002).
  20. Salerno, F. G., et al. Effect of PEEP on induced constriction is enhanced in decorin-deficient mice. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 293, L1111-L1117 (2007).
  21. Therien, A. G., et al. Adenovirus IL-13-induced airway disease in mice. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 39, 26-35 (2008).
  22. Bates, J. H. T., Cojocaru, A., Lundblad, L. K. A. Bronchodilatory effect of deep inspiration on the dynamics of bronchoconstriction in mice. J. Appl. Physiol. 103, 1696-1705 (2007).
  23. Wagers, S. S., et al. Intrinsic and antigen-induced airway hyperresponsiveness are the result of diverse physiological mechanisms. J. Appl. Physiol. 102, 221-230 (2007).
  24. Collins, R. A., Sly, P. D., Turner, D. J., Herbert, C., Kumar, R. K. Site of inflammation influences site of hyperresponsiveness in experimental asthma. Respir. Physiol. Neurobiol. 139, 51-61 (2003).
  25. Bishai, J. M., Mitzner, W. Effect of severe calorie restriction on the lung in two strains of mice. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 295, L356-L362 (2008).
  26. Song, W., et al. Postexposure administration of β2-agonist decreases chlorine-induced airway hyperreactivity in mice. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 45, 88-94 (2011).
  27. Hirota, J. A., Ellis, R., Inman, M. D. Regional differences in the pattern of airway remodeling following chronic allergen exposure in mice. Respir. Res. 7, 120 (2006).
  28. Llop-Guevara, A., et al. In vivo-to-in silico iterations to investigate aeroallergen-host interactions. PloS ONE. 3, e2426 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics