Evaluatie van Respiratory System Mechanics in Muizen met behulp van de Gedwongen Oscillatie techniek

* These authors contributed equally
Biology
 

Summary

Het huidige protocol bevat een gedetailleerde stap-voor-stap beschrijving van de vereiste om metingen van de ademhalingswegen mechanica, alsmede de beoordeling van de luchtwegen voor geïnhaleerde methacholine in muizen met behulp van de geforceerde oscillatie techniek (flexiVent voeren procedures; SCIREQ Inc, Montreal, Qc , Canada).

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

De geforceerde oscillatie techniek (FOT) is een krachtige, integratieve en translationeel instrument toelaat de experimentele beoordeling van de longfunctie bij muizen in een uitgebreide, gedetailleerde, nauwkeurige en reproduceerbare wijze. Het biedt metingen van ademhalingswegen monteurs van de analyse van druk en volume signalen verworven in reactie op vooraf bepaalde, kleine amplitude, oscillerende luchtstroom golfvormen, die typisch worden toegepast bij luchtwegopening het onderwerp. Het huidige protocol beschrijft de stappen die nodig zijn om adequaat te voeren gedwongen oscillatie metingen in muizen met behulp van een computer-gestuurde zuiger ventilator (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada). De omschrijving is verdeeld in vier delen: voorbereidende stappen, mechanische ventilatie, longfunctie metingen, en de data-analyse. Het bevat ook informatie over hoe u luchtwegreactiviteit beoordelen geïnhaleerde methacholine in verdoofde muizen, een veel voorkomende toepassing van deze technique, die zich ook uitstrekt tot andere uitkomsten en diverse long pathologieën. Meetresultaten naïeve muizen en van een oxidatieve spanning gedreven model van luchtweg schade worden te illustreren hoe dit instrument kan bijdragen tot een beter begrip van de karakterisering en bestudeerde fysiologische veranderingen of ziektemodellen en voor toepassingen in nieuwe onderzoeksgebieden.

Introduction

Afdoende karakterisering van de mechanische eigenschappen van de longen in kleine dieren is sinds de ontluikende van muismodellen in respiratoire wetenschap essentieel geworden. Wanneer deze wordt uitgevoerd met behulp van de geforceerde oscillatie techniek (FOT), een techniek die ook wordt gebruikt bij menselijke proefpersonen, deze metingen geven een krachtige, integratieve en translationele benadering om zinvolle fysiologische veranderingen te bestuderen. FOT metingen worden meestal verkregen door analyse van druk en volume signalen verworven in reactie op een vooraf bepaalde, kleine amplitude, oscillerende luchtstroom golfvorm (ook wel storing of ingangssignaal) toegepast op het onderwerp luchtwegopening 1. In zijn eenvoudigste vorm, zou een FOT verstoring een sinusvormige golfvorm op een welbepaalde frequentie. Meer complexe verstoringen bestaan ​​meestal uit een superpositie van een selectie van specifieke (onderling prime) frequentie golfvormen die een breed spectrum. De ontleding van de multifrequentieen uitgangssignalen in hun bestanddelen, met gebruik van de Fourier transformatie kan de berekening van de ademhalingsorganen ingangsimpedantie (Zrs), dwz de overdrachtsfunctie tussen de ingangs-en uitgangssignalen, bij elke frequentie in de verstoring 2. Daarom FOT maakt de gelijktijdige beoordeling van ademhalingsmechanica over een bereik van frequenties in een manoeuvre 2. Fitting geavanceerde wiskundige modellen (bv. het Constant Fase Model 3) om de impedantie gegevens mogelijk dan een opdeling van de reactie in de luchtwegen (centrale en perifere) en parenchymaal longweefsel afhankelijke parameters 1, 3. Omdat veel factoren die de fysiologische respons (bijv. ademhaling frequentie, ademvolume, longvolume, bovenste luchtwegen, spontane ademhaling inspanningen, de timing van de metingen) worden gecontroleerd en geijkt door het meetsysteem en experimentele procedures, 1 is de techniek dopstaat van het genereren van nauwkeurige en reproduceerbare metingen op voorwaarde dat het correct wordt uitgevoerd. Het doel van dit artikel is een gedetailleerd, chronologische beschrijving van de procedure nodig om dergelijke metingen uit te voeren bij muizen verschaffen. Het protocol bestaat uit vier delen: voorbereidende stappen (reagentia, apparatuur en onderwerpen), mechanische ventilatie, longfunctie metingen, en de data-analyse. Voorbeelden van representatieve resultaten van de ademhalingswegen monteurs gegenereerd met behulp van een computergestuurde zuiger ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada) zijn aanwezig. Deze werden verkregen van naïeve muizen als van een oxidatieve spanning gedreven model van de luchtwegen schade gekenmerkt door luchtwegontsteking, epitheelcel-beschadiging en hogere luchtwegen voor geïnhaleerde aerosol methacholine 4. Hoewel dit protocol wordt vaak gebruikt om de luchtwegen voor geïnhaleerde methacholine beoordelen, het strekt zich uit tot andere uitkomsten en various ziekten waaronder astma, chronische obstructieve longziekte (COPD), emfyseem, longfibrose, longbeschadiging alsmede transgene muismodellen van ziekten die lijkt op humane ziekte. Onderzoeksresultaten met behulp van deze tool kan bijdragen aan een beter karakterisering en begrip van fysiologische veranderingen of ziekte modellen evenals aan expansie in nieuwe onderzoeksgebieden.

Protocol

De hieronder beschreven procedures werden door McGill University Institutional Animal Care Comite goedgekeurd in overeenstemming met de richtlijnen van de Canadese Raad over Animal Care (CCAC).

1. Voorbereidende stappen

  1. Oplossingen:
    1. Methacholine: Bereid een stockoplossing van 50 mg / ml en vul seriële verdunningen (1:01) gebaseerd op de te testen 5 concentraties. Laat de oplossing op kamertemperatuur komen vóór het vernevelen 5.
    2. Anesthetica: Verschillende schema's zijn gemeld in de literatuur in verschillende stammen van muizen (tabel 1). Opmerking: Regime 1 werd gebruikt onder het huidige protocol.
  2. Uitrusting: Het huidige protocol is van toepassing op een van de twee flexiVent generaties ondersteund door flexiWare 7 software. De software functies zijn ondergebracht in drie modules: Studie Definitie & Planning, Experimenteren Session en Review & Reporting.
    1. Schakel het systeem (alleen flexiVent FX) en / of start de software.
    2. Bij de eerste experimenten sessie of enige tijd voordat het, open de Studie Definitie & Planning module aan de studie structuur vooraf definiëren.
    3. Klik op de een nieuwe studie knop Maken en volg de wizard om een studie te maken, schetsen het protocol en definiëren van de experimentele groepen en de te volgen vakken.
    4. Initiëren van een sessie experimenteren door het openen van de Experimenteren Session module en na de opstart volgorde voor studie en template selectie.
    5. Wijs een voorwerp aan de meetplaats en bevestigt zijn gewicht.
    6. Ga verder met de kalibratie van het systeem door de in de besturingssoftware beschreven stappen. U wordt gevraagd op een punt om de canule te gebruiken (stap 1.3.3) hechten aan de Y-buis voor de kalibratie.
    7. Kritische stap. Repeat stap 1.2.6 indien de kalibratie waarden verkregen zijn buiten het toegestane bereik. (Raadpleeg de flexiVent FX of flexiWare 7 handleiding voor de module specifieke aanvaardbare bereiken van calibratie waarden).
    8. Annuleren aanwijzingen om ventilatie en data opname te starten, tenzij bereid om het experiment te starten. Deze kunnen worden gestart op een later tijdstip.
  3. Onderwerpen:
    1. Verdoven van het onderwerp met behulp van de geschikte doses anesthetica (tabel 1).
    2. Controleer of het onderwerp een chirurgisch niveau van anesthesie heeft bereikt. Het onderwerp mag geen reacties tonen aan een teen knijpen en haar ademhaling moet regelmatig en niet gewerkt worden.
    3. Voer een tracheotomie canule en de luchtpijp.
      1. Plaats het dier op zijn rug en een warmtebron (bijv. temperatuur geregelde verwarming deken of een lamp met een 60 watt lamp op ongeveer 45 cm van de muis overmatige oververhitting te voorkomen).
      2. Schoon the keel gebied met alcohol en bloot de luchtpijp door het maken van een incisie in de huid en zachtjes het scheiden van de onderkaak klier en de spierlaag te bedekken.
      3. Til de luchtpijp met behulp van een paar micro-pincet en doorgeven hechtdraad eronder.
      4. Snijd twee ringen van kraakbeen dichtst bij de larynx een kleine incisie in de trachea zonder te snijden.
      5. Steek de eerder gekalibreerde canule in de incisie en vooruit het voorzichtig in de luchtpijp van de lengte van ongeveer 5 ringen. Opmerking: De huidige experimenten werden uitgevoerd met behulp van een 1,2 cm lange metalen 18 gauge canule.
      6. Kritische stap. Maak de canule op zijn plaats met behulp van de hechtdraad. De bevestiging moet een luchtdichte afsluiting rond de canule te vormen.

2. Mechanische ventilatie

  1. Breng het dier dicht bij de ventilator.
  2. Begin mechanische ventilatie door het selecteren van een vooraf gedefinieerdeof een aangepaste ventilatie profiel in de ventilatie havenarbeider.
  3. Sluit het dier naar de ventilator via de Y-buis.
  4. Kritische stap. Lijn het dier naar de ventilator en dat de tracheale canule op hetzelfde niveau als de ventilator een mogelijke canule of tracheale occlusie twist te vermijden.
  5. Kritische stap. Uitvoeren van een Deep Inflatie verstoring door dubbel te klikken op de naam van storing van de canule inbrengen en bevestiging controleren. Bij afwezigheid van een lek, moet het systeem in staat zijn tot een druk van 30 cmH 2 O gedurende een 3 tweede periode te houden zonder te hoge volume verplaatsing (figuur 1). De opgenomen volume en druk sporen ook glad zijn zonder tekenen van verspringing of vervorming als deze kunnen wijzen op een canule obstructie aan draden.
  6. Indien nodig, sluit levensteken transducers voor hartslag en lichaamstemperatuur controle. Gegevensregistratie kan eithe worden gestartr handmatig of automatisch via een script.

3. Metingen van de longfunctie

Metingen of bedieningselementen (bijv. vernevelaar activatie event markers) kunnen worden geautomatiseerd met vooraf gedefinieerde of aangepaste scripts voor een hoog gecontroleerde en reproduceerbare experimentele werkwijze (figuur 2). Zes families van storingen waardoor een aantal parameters kan worden gebruikt om een onderwerp ademhalingswegen mechanica bij basislijn beschrijven en na een bepaalde uitdaging (Tabel 2).

  1. Kritische stap. Als u klaar bent om te beginnen met het uitvoeren van metingen, lopen een diepe inflatie tot gesloten longgebieden werven en te standaardiseren longvolume geschiedenis.
  2. Kritische stap. Controleer de afwezigheid van spontane inspiratoire inspanningen door het uitvoeren van een test meet (bijv. PV-P of PV-V). Let op de druk-signaal sporen in de Selected Dataset uitzicht. Met stapsgewijze PV curves,druk plateaus moeten goed worden gedefinieerd, zonder naar beneden te verleggen. Een neerwaartse schommeling in druk zou wijzen op een inspiratoire inspanning van het dier (Figuur 3).
  3. Start de gekozen script door te dubbelklikken op de titel. Scripts die in de onderhavige studie algemeen opgenomen voor metingen:
    • Een opeenvolging van nulmetingen in drievoud.
    • Activering van de vernevelaar voor de beoordeling van de luchtwegen voor geïnhaleerde methacholine. Opmerking: Wanneer op het systeem, plaatst ongeveer 100 pi zoutoplossing of een oplossing van methacholine in de vernevelaar. Verneveling start en stopt automatisch.
    • Een reeks kleine afstand metingen (elke 10-15 sec) gedurende een periode van ongeveer 3 min na de activering van de vernevelaar.
    • Een prompt om een andere uitdaging te voeren en herhaal een reeks metingen. Opmerking: Het drogen van de binnenkant van de vernevelaar mount met een wattenstaafje in de bussen uitdagingen kan helpen druppels of condens uit bouw-up voorkomen in de inspiratoire lijn.
  4. Aan het einde van het experiment, stop ventilatie en los het onderwerp.
  5. Schakel over naar het volgende onderwerp in de besturingssoftware en bevestigt zijn gewicht.
  6. Kritische stap. Spoel en droog vernevelaar, adapter, Y-slangen, en canule tussen onderwerpen.
  7. Herhaal de stappen 1.2.6 tot 3.6.
  8. Aan het eind van de dag, sluit de experimentele sessie. Vergeet niet te spoelen en te drogen vernevelaar, adapter, Y-slangen, en canule en het systeem uitademingsklep schoon achter te laten het laboratorium door het volgen van instructies van de fabrikant.

4. Data Analysis

De software berekent automatisch en toont de parameters in verband met een storing. Het biedt ook een determinatiecoëfficiënt (COD) die de pasvorm van het wiskundige model van de data weerspiegelt. Elke dataset met een isolatiefficient COD wordt aangeduid als uitgesloten door de software. Beoordeling van de experimentele sessies, zijn gegevens opnieuw te analyseren en creëren van export scenario's gebeurt in de Review & Reporting module van de software.

  1. Open het Review & Reporting module en maak een export-scenario, de zorg om alleen datasets een voldoende COD.
  2. Exporteren als nodig parameters, druk-of flow-volume curve, ruwe dataset signalen of vakinformatie naar een spreadsheetprogramma (zie tabel 3).
  3. Gemiddelde nulmetingen voor elke parameter en plot alle metingen als functie van de tijd (zie figuur 4). U kunt dan kiezen om het gebied onder de curve te berekenen, analyseren het algemeen profiel van de bochten of het uitvoeren van een statistische analyse.
  4. Om luchtwegreactiviteit resultaten als een functie van de concentratie van methacholine drukken, bepalen voor elk onderwerp, parameter en experimentele conditie of een bepaaldpunt (bv. piek) of een bepaalde tijd na elke methacholine uitdaging. Bereken groep gemiddelden en verslag of plot resultaten voor elke experimentele conditie (Tabel 4, Figuur 5).
  5. U kunt ook overwegen het berekenen van de concentratie produceren van een verdubbeling van een bepaalde parameter basiswaarde (PC 200; figuur 5C), het aanbrengen van een normalisering (bv% uitgangswaarde) of het uitvoeren van een statistische analyse.

Representative Results

Ademhalingswegen mechanica metingen. Tabel 4 toont typische resultaten van naïeve A / J muizen verkregen bij aanvang en volgende methacholine bronchoconstrictie (12,5 mg / ml) met behulp van een van de twee flexiVent generaties ondersteund door flexiWare 7 software. Mechanica van de luchtwegen, dat wil zeggen onder gesloten borst voorwaarden, werden beoordeeld door afwisselende verstoringen van de interne en breedband frequentie gedwongen oscillatie gezinnen in een dicht op elkaar staande wijze (Snapshot-150, Quick Prime-3, respectievelijk). Aangezien ventilatie wordt gepauzeerd metingen de Quick Prime-3, die een soortgelijke frequentiebereik covers Prime-8 maar een kortere (3 vs 8 sec), werd gekozen om de apneu te verkorten, het minimaliseren van het effect van de storing op bloedgassen en zorgen voor een betere resolutie van de respons. Parameters die bij elke storing werden berekend automatically door de besturingssoftware. Resultaten illustreren dat beide generaties van de flexiVent systeem geproduceerde equivalente metingen van de respiratoire mechanica.

Site van long respons. Onderscheid de plaats van long response kan de onderzoeker verder lokaliseren getroffen gebieden alsmede mogelijke punten van farmacologische interventie 6 identificeren. Zo naïef A / J muizen laten een toename van de uitgangswaarde weerstand bij het ​​uitademingsdruk tegen waarbij metingen worden verricht wordt verhoogd van 3 tot 9 cmH 2 O (figuur 6A, SnapShot-150). In het onderhavige voorbeeld, het gebruik van breedband FOT metingen (Quick Prime-3) ontvangen gegevens de basis voor de weerstandsverandering verduidelijkt: De gewijzigde uitademingsdruk resulteerde in een afname van de luchtwegweerstand (RN) in overeenstemming met de bronchiënverwijdende effecten van hogere longvolume en de grotere inflatie drukure (Figuur 6D) en een toename in weefsel demping (G, fig. 6E), een parameter nauw verwant aan weefselweerstand dat weefsel visco-elasticiteit en mogelijk de weerstand van de kleine luchtwegen 7 reflecteert. Deze bekend te nemen met toenemende longvolume.

Luchtweghyperresponsiviteit. Naar aanleiding van chloorgas blootstelling, de luchtwegen voor geïnhaleerde methacholine stijgt in vergelijking met blootstelling aan lucht in Balb / c muizen als gevolg van luchtweg schade 4 (Figuur 2). Chloor is bekend dat oxidatieve stress veroorzaken, wat leidt tot vernietiging van structurele cellen in de luchtwegen, in het bijzonder epitheliale cellen en induceren rekrutering van ontstekingscellen. Zoals weergegeven in figuur 5, kunnen alle veranderingen in parameters die ademhalingswegen mechanica zichtbaar voor de groeiende methacholine uitdagingen. In vergelijking met de lucht-blootgestelde muizen, muizen die zijn blootgesteld aan chloorhoudendene gas weergegeven grotere maximale respons op alle parameters FOT (figuur 5A, 5B, 5D-5F) en een statistisch significante verschuiving naar links van de concentratie-respons curve geïllustreerd door een verlaging van de concentratie van methacholine vereist een verdubbeling in weerstand veroorzaken en elastantie (PC 200; figuur 5C). Deze resultaten illustreren, respectievelijk luchtroutehyperresponsiveness en overgevoeligheid voor geïnhaleerde methacholine na blootstelling aan chloorgas.

Andere metingen. Naast FOT, kan het flexiVent systeem ook worden gebruikt om andere soorten longfunctie 8-10 of 11 cardiovasculaire metingen te verzamelen. Figuur 7 toont een representatief stapsgewijze drukgedreven druk-volume curve in naïve A / J muizen onder basislijnomstandigheden . Het bovenste gedeelte van de deflatie onderdeel van de curve geschikt is voor het Salazar-Knowles vergelijking 12 sup> en parameters worden automatisch berekend door de software.

Tabel 1
Tabel 1. Voorbeelden van verdoving behandelingen gebruikt bij muizen. Klik hier om een grotere tafel te bekijken .

Tabel 2
Tabel 2. Verstoringen voor longfunctie metingen in muizen. * Extension nodig om het systeem. Het onderwerp moet ook in een gesloten ruimte plethysmograaf tijdens de metingen.lank "> Klik hier om een grotere tafel te bekijken.

Tabel 3
Tabel 3. Voorbeeld van uitgevoerde parameters uit de enkele en breedband frequentie gedwongen oscillatie verstoring families. Klik hier om een grotere tafel te bekijken .

Tabel 4
Tabel 4. Systeem Vergelijking. Vergelijking van longmechanica parameters verzameld met behulp van de twee generaties van de flexiVent systeem bediend door flexiWare 7 software. Resultaten werden gegenereerd in naïeve A / J muizen (n = 5 / groep) bij aanvang en volgende methacholine bronchoconstrictie (Mch 12,5 mg / ml). * Groepen werden vergeleken met behulp van een twee-weg ANOVA voor herhaalde metingen en de log 10 van de individuele antwoorden van homogeniteit van variantie (GraphPad Prism, versie 5.03, GraphPad Software, San Diego, USA).

Figuur 1
Figuur 1. Schermafbeelding van een diepe long inflatie. Het bovenste paneel toont het volume gevormd door de zuiger van de ventilator (rode spoor) en de geleverde hoeveelheid van het onderwerp (grijze spoor). Het onderste paneel toont de cilinder druk verhogen om een ingestelde druk van 30 cmH 2 O over een periode van 3 seconden en constant gehouden voor de zelfde periode.

172/50172fig2.jpg "alt =" Figuur 2 "/>
Figuur 2. Voorbeeld van een typische script gebruikt voor de ademhalingswegen monteurs beoordelen op baseline.

Figuur 3
Figuur 3. Spontane inspiratoire inspanningen tijdens de uitvoering van een stapsgewijze druk-volume curve.

Figuur 4
Figuur 4. Time-gangen respons volgende verhoging van de geïnhaleerde methacholine uitdagingen. Resultaten worden uitgedrukt als het gemiddelde (± standaarddeviatie) van een groep van 5 naïeve spontaan hyperresponsive A / J muizen. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "altijd"> Figuur 5
Figuur 5. Veranderingen in de luchtwegen mechanica na toenemende metacholine uitdagingen in chloor-en air-blootgestelde Balb / c muizen. Piekwaarde werd geïdentificeerd voor elke parameter in elk onderwerp en experimentele conditie. Gemiddelden groep werden vervolgens berekend (gemiddelde ± standaarddeviatie; n = 4-6). Verschillen tussen groepen werden beoordeeld door variantie-analyse met behulp van de log 10 van de individuele antwoorden van homogeniteit van variantie. De concentratie van methacholine produceren van een verdubbeling van de baseline (PC 200) werd verkregen door het aanbrengen van een tweede orde polynoom om individuele dosis-respons curves en interpolatie van de gepaste curve. Gegevenspunten ontbreken in D, E en F in de chloor-blootgestelde muizenbij de twee hoogste metacholine concentraties als gevolg van onvoldoende hoge coëfficiënten van de bepaling als gevolg van een slechte pasvorm van het wiskundig model om de gegevens. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 6
Figuur 6. Partitioneren van de respiratoire respons in luchtwegen en longweefsel mechanica. Experimentele trace van een naïeve A / J muizen illustreren enkele (2.5 Hz) en breedband (1-20.5Hz) frequentie gedwongen oscillatie metingen van respiratoire mechanica in drievoud op twee verschillende eindexpiratoire drukken (3 & 9 cmH 2 O). Klik hier voor een grotere afbeelding te bekijken

Figuur 7
Figuur 7. Druk-volume curve in naïve A / J muizen onder basislijnomstandigheden. Druk-volume curven werden gegenereerd met behulp van een stapsgewijze drukgestuurde perturbatie (PV-P), zodat elke muis longen opgepompt tot dezelfde druk, ongeacht hun toestand. Salazar-Knowles vergelijking parameters geëxtraheerd uit individuele druk-volume curves werden gemiddeld en gerapporteerd in een tabelvorm. De resultaten worden uitgedrukt als het gemiddelde ± standaardafwijking (n = 6).

Discussion

De voortdurende studie van de luchtwegen disfunctie in relatie tot astma en andere longaandoeningen blijft cruciaal belang voor het begrijpen van de onderliggende mechanismen van ziekten en de ontwikkeling van behandelingen. Het gebruik van muizen om model luchtwegaandoeningen is van essentieel belang bij het verkrijgen van inzicht in deze ziektemechanismen geweest. Bij het overwegen evaluatie luchtwegen disfunctie bij een patiënt zo klein als een muis, met betrouwbare en nauwkeurige middelen waarmee aan longfunctie meten is essentieel. Overigens vormt gereedschap staat om inzichten over de locatie van de luchtwegen disfunctie of therapeutisch effect onschatbaar. De FOT techniek combineert al deze eigenschappen en biedt een krachtige, integratieve en translationele benadering van fysiologische veranderingen te evalueren.

Om te slagen met dit soort meting in muizen, moet speciale aandacht worden besteed aan een paar stappen, namelijk de kalibratie van het systeem, de weerstand van de endotracheale cannula, het soort vernevelaar (evenals de werkstanden) het positioneren van het dier en de standaardisering van longvolume geschiedenis. Bovendien is het noodzakelijk om geldige datasets verkrijgen dat luchtwegen van de patiënt passief blijft tijdens de meting. Dit kan worden bereikt door de toediening van een spier verlammende middel, werkzaam bij een diepe vlak van anesthesie of door hyperventileren het onderworpen aan apneu (zie tabel 1) te induceren. Onderzoekers kunnen beginnen met het beheersen van het systeem en de besturingssoftware, indien gewenst, met testwaarden, terwijl het verwerven van de nodige vaardigheden voor metingen bij muizen. Het zou dan logisch zijn om reproduceerbare resultaten in naïeve dieren te genereren voordat hij naar de ziekte van modellen of behandelde muizen. Omdat een belangrijk deel van ziektemodellen in respiratoire betreft onderzoek bloot dieren middelen zoals allergenen, toxinen, verontreinigende, sigarettenrook of gassen, variabiliteit van de resultaten verkregen met de METINGt techniek beschreven in dit artikel kan derhalve worden beïnvloed door de procedure belichting gebruikt. Standaardisatie van de belangrijkste experimentele processen (bijv. met behulp van computergestuurde belichting en meetsystemen 6, 13, 14) zou kunnen hebben een aanzienlijke invloed op het verminderen van variabiliteit.

Voorbeelden in dit artikel zijn een selectie van typische resultaten van naïeve en chloor-blootgestelde muizen experimenten terwijl het benadrukken van de sterke punten, alsmede de beperkingen van de techniek. Zoals bijvoorbeeld in figuur 6, de techniek kan genereren reproduceerbare metingen van de longfunctie. Terwijl vergelijkbare baselineweerstand waarden gerapporteerd tussen muizenstammen, werden verschillen in elasticiteit echter waargenomen 15. Substantiële wijzigingen zijn ook te verwachten tussen kind en volwassen muizen 16. Zoals voor andere in vivo fysiologische beoordeling hoge precisie resultaten, zoals those gegenereerd door de FOT, komen met een concessie met betrekking tot de natuurlijke staat van de proefpersonen. Dit principe, dat wordt aangeduid als de fenotypering onzekerheidsprincipe 1, is van toepassing op het huidige protocol in de zin dat de metingen moeten worden gemaakt in verdoofde, tracheotomised (of oraal geïntubeerd) en mechanisch geventileerde onderwerpen. Een andere beperking van de techniek is waarneembaar in figuur 5D-5F waar gegevens zijn bij de hoogste concentraties van de chloor-blootgestelde groep niet beschikbaar omdat de pasvorm van de Constant fase model om de gegevens slecht is boven de gematigde niveaus van bronchoconstrictie. Echter aanzienlijk kunnen bronchoconstrictie dieren worden beoordeeld door het analyseren Zrs direct 15 of door derden na analyse software past meer complexe wiskundige modellen, bijvoorbeeld rekening houdend met de heterogeniteit van mechanische functie 17. Uitgesloten datasets kunnen ook worden waargenomen wanneer de luchtwegen van de dieren zijn niet voldoende passive of als de weerstand van de canule te hoog. Als vuistregel geldt, moet de weerstand van de canule niet bij aanvang hoger zijn dan de weerstand van het dier. Werken met een canule van grotere binnendiameter en / of kortere lengte zal helpen de canule weerstand. Tenslotte kan de onderhavige aangetoond FOT metingen in muizen worden gezien als een tijdrovende en dus minder efficiënte methode of minder voor longitudinale studies vergeleken met minder invasieve technieken. Maar de laatste worden geassocieerd met een grote mate van onzekerheid over de basis van hun resultaten en worden door velen gezien als zijnde gebrekkig 1. Herhaalde invasieve metingen zijn mogelijk in oraal geïntubeerd dieren, hoewel technisch meer uitdagende 17.

Uit de voorbeelden, resultaten toonden de equivalentie van de twee generaties van de flexiVent systeem produceert metingen van respiratoire mechanica, alsmede luchtwegen hyperreacteit en overgevoeligheid voor geïnhaleerde methacholine na chloor-blootstelling bij muizen. Bij gebruik te karakteriseren of te begrijpen fysiologische wijzigingen of ziektemodellen, de gedetailleerde meting verbonden aspecten van de techniek kan bijdragen tot de huidige kennis verlengen.

Disclosures

AR, LF, worden TFS dienst van SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc TFS ook eigenaar voorraad.
Gratis toegang tot dit artikel wordt gesponsord door SCIREQ Wetenschappelijk Respiratory Equipment, Inc

Acknowledgements

TKMcG wordt ondersteund door een studentship van de Canadese Thoracic Society.

BIJDRAGE AUTEURS '

Alle auteurs namen deel aan de opvatting van het manuscript. Daarnaast TKMcG gestart van het project, experimentele resultaten verzameld, heeft bijgedragen aan het schrijven van het manuscript en de kritische beoordeling. AR verzameld en geanalyseerd experimentele resultaten, de opstellers van het manuscript en bijgedragen aan de kritische beoordeling. LF verzamelde experimentele resultaten en heeft bijgedragen aan de kritische beoordeling van het manuscript. TFS en JGM bijgedragen aan de kritische beoordeling van het manuscript.

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