Evaluering af åndedrætssystemet Mechanics i Mus bruger Forced Oscillation Technique

* These authors contributed equally
Biology
 

Summary

Den nuværende protokol giver en detaljeret trin-for-trin beskrivelse af de procedurer, der er nødvendige for at udføre målinger af åndedrætsorganerne mekanik samt vurdering af luftvejs lydhørhed over for inhaleret methacholin hos mus ved hjælp af tvungen svingning teknik (flexiVent, 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

Den tvungne svingning teknik (FOT) er en kraftfuld, integrativ og translationel værktøj tillader den eksperimentelle vurdering af lungefunktionen hos mus i en omfattende, detaljeret, præcis og reproducerbar måde. Det giver målinger af åndedrætsorganerne mekanik gennem en analyse af tryk og volumen signaler erhvervet i reaktion på foruddefinerede, lille amplitude, oscillerende luftstrøm kurveformer, der typisk anvendes på emnet luftveje åbning. Denne protokol beskriver de nødvendige skridt til at tilstrækkeligt udføre tvungen svingning målinger hos mus ved hjælp af en computerstyret stempel ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada). Beskrivelsen er opdelt i fire dele: indledende skridt mekanisk ventilation, lungefunktion målinger og dataanalyse. Det omfatter også oplysninger om, hvordan man vurderer luftvejsreaktivitet for inhaleret methacholin i bedøvede mus, en fælles anvendelse af dette technique, der også omfatter andre resultater og forskellige lunge patologier. Målinger opnået i naive mus samt fra en oxidativ stress drevet model af luftvejs skader præsenteres for at illustrere, hvordan dette værktøj kan bidrage til en bedre karakterisering og forståelse af de undersøgte fysiologiske ændringer eller sygdomsmodeller samt applikationer i nye forskningsområder.

Introduction

Fyldestgørende karakterisering af de mekaniske egenskaber af lungerne i små dyr er blevet afgørende, da den spirende af murine modeller i luftvejene videnskab. Når den udføres efter tvungen svingning teknik (FOT), en teknik anvendes også i mennesker, disse målinger giver en kraftfuld, integrativ og translationel tilgang til at studere meningsfulde fysiologiske ændringer. FOT målinger opnås typisk ved at analysere tryk og volumen signaler erhvervet som reaktion på en foruddefineret, lille amplitude, oscillerende luftstrøm bølgeform (også kaldet forstyrrelse eller indgangssignal) anvendes på individets luftveje åbning 1.. I sin enkleste form, ville en FOT perturbation være en enkelt sinusformet bølgeform på en veldefineret frekvens. Mere komplekse perturbationer består typisk af en superposition af et udvalg af specifik (gensidigt prime) frekvens kurver, der dækker et bredt spektrum. Nedbrydningen af ​​multi-frekvensinput og output signaler til deres vælgere ved hjælp af Fouriertransformation giver mulighed for beregning af åndedrætssystemet indgangsimpedans (ZRS), dvs overførsel funktion mellem input og output signaler, ved hver frekvens inkluderet i perturbation 2.. Derfor FOT tillader samtidig vurdering af respiratoriske mekanik over et område af frekvenser i en enkelt manøvre 2.. Montering af avancerede matematiske modeller (f.eks Constant Phase Model 3) til de impedansdata derefter tillade, at en opdeling af respons i luftvejene (centrale og perifere), og parenkym lungevæv afhængige parametre 1, 3. Fordi mange faktorer fysiologiske respons (fx vejrtrækning frekvens, tidalvolumen, lungevolumen, øvre luftveje, spontane vejrtrækning indsats, tidspunkt for målinger) kontrolleres og standardiseret af målesystemet og eksperimentelle procedurer, 1. teknikken er capstand til at generere præcise og reproducerbare målinger, forudsat at den udføres korrekt. Formålet med denne artikel er at give en detaljeret, kronologisk beskrivelse af proceduren er nødvendig for at udføre sådanne målinger i mus. Protokollen består af fire dele: forberedende trin (reagenser, udstyr og fag), mekanisk ventilation, lungefunktion målinger og dataanalyse. Eksempler på repræsentative resultater af åndedrætsorganerne mekanikere genereres ved hjælp af en computer-styret stempel ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada) er forudsat. Disse blev opnået fra naive mus samt fra en oxidativ stress drevet model af luftvejs skader karakteriseret ved luftvejsinflammation, epitelcelle skader og øget luftvejsreaktivitet til inhaleret aerosoliseret methacholin 4.. Mens dette protokol bruges ofte til at vurdere luftvejsreaktivitet overfor inhaleret methacholine det breder sig til andre resultater og various patologier, herunder astma, kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL), emfysem, lungefibrose, lunge skade samt transgene musemodeller for patologier svarende til human sygdom. Forskningsresultater hjælp af dette værktøj kan bidrage til en bedre karakterisering og forståelse af fysiologiske ændringer eller sygdomsmodeller samt ekspansion på nye forskningsområder.

Protocol

De nedenfor beskrevne procedurer blev godkendt af McGill University Institutional Animal Care udvalg i overensstemmelse med retningslinjerne i den canadiske Råd om Animal Care (CCAC).

1.. Forberedende skridt

  1. Løsninger:
    1. Methacholin: Forbered en stamopløsning på 50 mg / ml og gøre serielle fortyndinger (1:1) baseret på koncentrationer skal testes 5.. Lad løsninger stuetemperatur før nebulizing 5..
    2. Anæstesimidler: Forskellige regimer er blevet rapporteret i litteraturen i forskellige stammer af mus (Tabel 1) Bemærk:. Regimen 1 blev anvendt under den nuværende protokol.
  2. Udstyr: Den nuværende protokol gælder en af de to flexiVent generationer understøttes af flexiWare 7 software. Den software-funktioner er grupperet i tre moduler: Undersøgelse Definition & Planning, Eksperimenter Session og Review & Reporting.
    1. Tænd for systemet (flexiVent FX) og / eller starte softwaren.
    2. Ved det første forsøg session eller nogen tid, før det, skal du åbne Study Definition & Planning modul til at foruddefinere undersøgelsen struktur.
    3. Klik på Opret en ny undersøgelse knap og følg guiden for at oprette en undersøgelse, skitsere protokollen og definere de eksperimentelle grupper og emner der skal undersøges.
    4. Indlede en eksperimenter session ved at åbne Eksperimenter Session modulet og efter opstart sekvens for studie-og skabelon valg.
    5. Tildel et emne til målestedet og bekræfte sin vægt.
    6. Fortsæt med kalibrering af systemet ved at følge trinene beskrevet i drifts-software. Du vil blive bedt på et tidspunkt til at fastgøre kanylen skal anvendes (trin 1.3.3) til Y-rør til kalibrering.
    7. Kritisk skridt. Repeat trin 1.2.6 Hvis kalibreringen opnåede værdier er uden for det acceptable område. (Se flexiVent FX eller flexiWare 7 brugsanvisning for modulet specifikke acceptable intervaller for kalibreringsværdier).
    8. Annuller kan starte ventilation og dataregistrering medmindre klar til at starte eksperimentet. Disse kan iværksættes på et senere tidspunkt.
  3. Fag:
    1. Bedøver emnet ved hjælp af passende doser af anæstesimidler (tabel 1).
    2. Kontrollere, at emnet har nået et kirurgisk niveau af anæstesi. Emnet skal vise ingen reaktion på en tå knivspids og dens vejrtrækning bør være regelmæssig og ikke anstrengt.
    3. Udfør en tracheotomi og cannulate luftrøret.
      1. Placer dyret på ryggen og give en varmekilde (f.eks temperatur kontrolleret varmetæppe eller en lampe med en 60 watt pære ligger cirka 45 cm fra musen for at undgå overdreven opvarmning).
      2. Clean the hals område med alkohol og eksponere luftrøret ved at lave en incision i huden og forsigtigt adskille mandibulære kirtel og muskel lag, der dækker det.
      3. Løft forsigtigt luftrøret hjælp af et par mikro-pincet og videregive sutur under den.
      4. Skær mellem to ringe af brusk nærmest strubehovedet at lave et lille snit i luftrøret uden sektionering det.
      5. Indsæt tidligere kalibreret kanyle ind i indsnittet og rykke det forsigtigt ind i luftrøret længden af cirka 5 ringe Note:. De nuværende eksperimenter blev udført ved hjælp af en 1,2 cm lang metal 18 gauge kanyle.
      6. Kritisk skridt. Fastgør kanylen på plads ved hjælp af sutur. Den vedhæftede fil skal danne en lufttæt forsegling omkring kanylen.

2.. Mekanisk ventilation

  1. Bringe dyret tæt til ventilatoren.
  2. Start mekanisk ventilation ved at vælge en foruddefinereteller en tilpasset ventilation profil i ventilations havnearbejder.
  3. Slut dyret til ventilatoren via Y-slangen.
  4. Kritiske trin. Juster dyret til ventilatoren og sikre, at den trachealkanyle er på samme niveau som ventilatoren for at undgå en eventuel kanyle okklusion eller luftrør twist.
  5. Kritisk Step. Udfør en Deep Inflationen perturbation ved at dobbeltklikke på den forstyrrelse navn for at kontrollere kanyleindføringsdel og tilknytning. I mangel af en lækage, skal systemet være i stand til at holde et tryk på 30 cmH 2 O over en 3 sekunders periode uden overdreven lydstyrke forskydning (Figur 1). Den indspillede volumen og tryk spor skal også være glat med ingen tegn på offset eller deformation, da disse kan indikere en kanyle obstruktion eller forveksling.
  6. Hvis det er nødvendigt, tilsluttes livstegn transducere for hjertefrekvens og kropstemperatur overvågning. Dataregistrering kan igangsættes either manuelt eller automatisk via et script.

3.. Lungefunktion Målinger

Målinger eller kommandoer (f.eks forstøver aktivering, event markører) kan automatiseres ved hjælp af foruddefinerede eller tilpassede scripts til en meget kontrolleret og gentagelig eksperimenterende proces (figur 2). Seks familier af forstyrrelser, der giver anledning til en række parametre kan bruges til at beskrive emnet luftveje mekanikere ved baseline og efter en given udfordring (tabel 2).

  1. Kritisk skridt. Når du er klar til at begynde at tage målinger, køre en Deep Inflationen at rekruttere lukkede lungeområder og standardisere lungevolumen historie.
  2. Kritisk skridt. Kontroller fravær af spontane inspiratoriske indsats ved at køre en test måling (f.eks PVS-P eller solceller-V). Overhold tryksignalet spor i Selected Datasæt view. Med trinvis PV kurver,pres plateauer skal være veldefineret med nogen nedad omlægninger. En nedadgående swing i tryk ville indikere en inspiratorisk indsats fra dyret (figur 3).
  3. Starte den valgte script ved at dobbeltklikke på på dens titel. Scripts, der anvendes i nærværende undersøgelse indgår generelt til målinger:
    • En sekvens af basismålinger i tre eksemplarer.
    • Aktivering af forstøver til vurdering af luftvejs lydhørhed over for inhaleret methacholin Note:. Når du bliver bedt af systemet, indlæse ca 100 ul saltvand eller af en opløsning af methacholin i forstøveren. Nebulization vil starte og stoppe automatisk.
    • En sekvens af tætsiddende målinger (hver 10-15 sek) i en periode på omkring 3 minutter efter aktivering af forstøveren.
    • En hurtig til at udføre en anden udfordring, og gentage en sekvens af målinger Bemærk:. Tørring inde forstøveren mount med en vatpind i between udfordringer kan hjælpe med at forhindre dråber eller kondens opbygning i inspiratorisk linje.
  4. Ved afslutningen af ​​forsøget, stoppe ventilation og frigøre emnet.
  5. Skift til det næste emne i operativsystemet software og bekræfte sin vægt.
  6. Kritisk skridt. Skyl og tør forstøver, adapter, Y-slange og kanyle mellem fag.
  7. Gentag trin 1.2.6 til 3.6.
  8. I slutningen af ​​dagen, lukker den eksperimentelle session. Husk at skylle og tørre forstøver, adapter, Y-rør, og kanylen og at rense systemet eksspirationsventil før de forlader laboratoriet ved at følge producentens anvisninger.

4.. Dataanalyse

Softwaren automatisk beregner og viser parametre knyttet til en perturbation. Det giver også en determinantkoefficient (COD), som afspejler pasform af den matematiske model til dataene. Hvert datasæt med et isolefficient COD er ​​mærket som udelukket af softwaren. Anmeldelse af eksperimentelle sessioner er data re-analyse og skabelse af eksport scenarier gjort i Review & Reporting modul af softwaren.

  1. Åbn Review & Reporting modul og skabe en eksport scenario, idet man kun indeholde datasæt har en tilstrækkelig COD.
  2. Eksporter som nødvendige parametre, tryk-eller flow-volumen kurve, rå datasæt signaler eller undergivet information til et regneark (se tabel 3).
  3. Gennemsnitlige baseline målinger for hvert parameter og plot alle målinger som en funktion af tiden (se figur 4). Du kan så vælge at beregne arealet under kurven, analysere generelle profil af kurverne eller udføre en statistisk analyse.
  4. For at udtrykke luftvejsreaktivitet resultater som en funktion af koncentrationen af ​​methacholin, bestemme for hvert emne, parameter og eksperimentel tilstand enten en specifikpoint (f.eks peak) eller et bestemt tidspunkt efter hver methacholin udfordring. Beregn gruppe gennemsnit og rapport eller plot resultater for hver eksperimentel betingelse (tabel 4, figur 5).
  5. Du kan også overveje at beregne koncentrationen producerer en fordobling af en given parameter baseline værdi (PC 200, figur 5C), anvende en normalisering (fx% baseline) eller udførelse af en statistisk analyse.

Representative Results

Åndedrætsorganerne mekanik målinger. Tabel 4 viser typiske resultater fra naive A / J mus ved baseline og efter methacholin bronkokonstriktion (12,5 mg / ml) ved hjælp af en af de to flexiVent generationer understøttes af flexiWare 7 software. Mechanics i åndedrætsorganerne, IE under lukkede brystet betingelser, blev vurderet ved vekslende forstyrrelser af de enkelte og bredbånd frekvens tvunget svingning familier på en tætpakket måde (Snapshot-150, Quick Prime-3, henholdsvis). Da ventilation er sat på pause under målingerne, Quick Prime-3, som dækker et lignende frekvensområde som Prime-8, men har en kortere varighed (3 vs 8 sek), blev valgt med henblik på at forkorte apnø periode minimere effekten af den forstyrrelse på blodgasser og give en bedre opløsning af svaret. Parametre knyttet til hver forstyrrelse blev beregnet automatically af operativsystemet software. Resultaterne illustrerer, at de to generationer af flexiVent systemet producerede tilsvarende målinger af respiratoriske mekanik.

Site of lunge respons. At skelne stedet for lunge reaktion tillader investigator til yderligere lokalisere de berørte områder samt at identificere potentielle punkter farmakologisk intervention 6.. For eksempel viser naive A / J mus en stigning i baseline modstand, når den slutekspirationstryk mod hvilken der foretages målinger øges 3-9 cmH 2 O (figur 6A, SnapShot-150). I det foreliggende eksempel, forudsat at anvendelse af bredbånd FOT målinger (Quick Prime-3) detaljer at klarlægge grundlaget for ændringen i modstand: Ændringen i slutekspirationstryk resulterede i et fald i luftvejsmodstand (R N) stemte overens med bronkodilaterende virkninger af et højere lungevolumen og større inflation presseUre (6D) og en stigning i væv dæmpning (G, figur 6E), et parameter nært beslægtet med væv modstand, der afspejler væv viskoelasticitet og eventuelt modstanden af de små luftveje 7.. Sidstnævnte er kendt for at stige med stigende lungevolumen.

Luftvejshyperfølsomhed. Efter chlorgas eksponering luftvejsreaktivitet til inhaleret methacholin stigninger sammenlignet med lufteksponering i Balb / c-mus som et resultat af luftvejs skade 4 (figur 2). Klor vides at inducere oxidativt stress, hvilket fører til ødelæggelse af strukturelle celler i luftvejene, især epitelceller, og inducere rekruttering af inflammatoriske celler. Som vist i figur 5, kan ændringer i alle parametre, som beskriver åndedrætsorganerne mekanik ses som reaktion på stigende metakolin udfordringer. I forhold til luft-eksponerede mus, eksponeret mus klorne gas viste større maksimale respons på alle FOT parametre (figur 5A, 5B, 5D-5F), samt en statistisk signifikant venstregående forskydning af koncentration-respons-kurve eksemplificeret ved en nedsættelse af koncentrationen af methacholin kræves for at forårsage en fordobling i modstand og elastans (PC 200 og 5C). Disse resultater illustrerer henholdsvis luftvejshyperfølsomhed og overfølsomhed over for inhaleret methacholin efter udsættelse for klor gas.

Andre målinger. Ud over at FOT kan flexiVent systemet også bruges til at indsamle andre typer lungefunktion 8-10 eller kardiovaskulære 11 målinger. Figur 7 viser en repræsentativ trinvis, tryk-drevet tryk-volumen kurve i naive A / J-mus under udgangsbetingelserne . Den øverste del af deflation lemmer af kurven er egnet til Salazar-Knowles ligning 12 sup> og parametre beregnes automatisk af softwaren.

Tabel 1
Tabel 1. Eksempler på anæstesiteknikker anvendes i mus. Klik her for at se større tabel .

Tabel 2
Tabel 2. Forstyrrelser anvendes til lungefunktionsmålinger i mus. * Udvidelse kræves til systemet. Emnet skal også være i et lukket plethysmograf kammer under målingerne.Lank "> Klik her for at se større tabel.

Tabel 3
Tabel 3. Eksempel på eksporterede parametre fra de enkelte og bredbånd frekvens tvunget svingning perturbationsmetoder familier. Klik her for at se større tabel .

Tabel 4
Tabel 4. System Sammenligning. Sammenligning af lunge mekanik parametre indsamles ved hjælp af de to generationer af flexiVent system, der drives af flexiWare 7 software. Resultater blev genereret på naive A / J-mus (n = 5 / gruppe) ved baseline og efter methacholin bronkokonstriktion (Mch 12,5 mg / ml). * Grupper blev sammenlignet ved hjælp af en to-vejs ANOVA for gentagne målinger og den log 10 af individuelle svar til varianshomogenitet (GraphPad Prism, version 5.03, GraphPad Software, San Diego, USA).

Figur 1
Figur 1. Skærmbillede af en dyb lunge inflation. Den øvre panel viser volumen fortrænges af stemplet af ventilatoren (rød trace) og den leverede mængde til emnet (grå trace). Det nederste panel viser cylinderen trykforøgelse til en sæt tryk på 30 cmH 2 O over en periode på 3 sekunder og holdt konstant i den samme periode.

172/50172fig2.jpg "alt =" Figur 2 "/>
Figur 2. Eksempel på et typisk script anvendes til at vurdere åndedrætsorganerne mekanik ved baseline.

Figur 3
Figur 3. Spontane inspiratoriske indsats under udførelsen af en trinvis tryk-volumen-kurve.

Figur 4
Figur 4.. Time-kursus respons efter stigende inhalerede metakolin udfordringer. Resultaterne udtrykkes som middelværdien (± standardafvigelse) på en gruppe af 5 naive spontant hyperresponsive A / J-mus. Klik her for at se større figur .

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "altid"> Figur 5
Figur 5. Ændringer i åndedrætsorganerne mekanik efter stigende metakolin udfordringer i klor-og air-eksponerede Balb / c mus. Peak værdi blev identificeret for hver parameter i hvert emne og eksperimentel tilstand. Gruppe-gennemsnit blev derefter beregnet (middelværdi ± standardafvigelse, n = 4-6). Forskelle mellem grupper blev vurderet ved variansanalyse ved hjælp af loggen 10 individuelle svar til varianshomogenitet. Koncentrationen af methacholin producerer en fordobling af baseline (PC 200) blev opnået ved at montere en anden ordens polynomium til individuelle dosis-respons kurver og interpolation af den tilpassede kurve. Datapunkter mangler i D, E og F i de klor-eksponerede muspå de to højeste metakolin koncentrationer på grund utilstrækkeligt høje koefficienter af beslutsomhed afspejler en dårlig pasform af den matematiske model til dataene. Klik her for at se større figur .

Figur 6
Figur 6.. Partitionering af luftvejene respons i luftveje og lungevæv mekanik. Experimental spor fra en naiv A / J mus illustrerer single (2,5 Hz) og bredbånd (1-20.5Hz) frekvens tvang svingning målinger af respiratoriske mekanik i tre eksemplarer på to forskellige ende ekspiratoriske pres (3 & 9 cmH 2 O). Klik her for at se større figur

Figur 7
Figur 7. Pressure-volumen kurve i naive A / J mus under udgangsbetingelserne. Pressure-lydstyrkekurver blev genereret ved hjælp af en trinvis tryk-drevet perturbation (PV-P) for at sikre, at hver mus lunger var pumpes op til det samme tryk, uafhængigt af deres tilstand. Salazar-Knowles ligning parametre udvundet fra de enkelte tryk-volumen kurver blev også gennemsnit og rapporteres i en tabel format. Resultater udtrykkes som middelværdi ± standardafvigelse (n = 6).

Discussion

Den fortsatte undersøgelse af luftvejene dysfunktion som det vedrører astma og andre lungesygdomme er altoverskyggende for forståelsen af ​​de underliggende mekanismer af sygdommen og udvikling af behandlingsmuligheder. Brugen af ​​mus model luftvejssygdom har været afgørende i at få forståelse ind i disse sygdomsmekanismer. Når man overvejer evaluere luftveje dysfunktion i et emne så lille som en mus, der har pålidelige og nøjagtige værktøjer til måling af lungefunktionen er kritisk. Desuden har værktøjer kan levere indsigt på placeringen af ​​luftvejene dysfunktion eller terapeutisk effekt er uvurderlig. Den FOT teknik kombinerer alle disse egenskaber og giver en kraftfuld, integrativ og translationel tilgang til at evaluere fysiologiske ændringer.

For at få succes med denne type måling i mus, bør man være særlig opmærksom på et par skridt, nemlig kalibrering af systemet, modstanden i endotrakeale cannula, typen af ​​forstøveren (såvel som dets drift indstillinger) positionering af dyret og standardisering af lungevolumen historie. Desuden er det bydende nødvendigt for at opnå gyldige datasæt fagets åndedrætsorganerne forbliver passiv under målingerne. Dette kan opnås ved indgivelse af en muskel lammende agent, der arbejder på et dybt plan af anæstesi eller ved hyperventilating emnet at inducere apnø (se tabel 1). Efterforskere kan starte ved at mestre systemet og dets operativsystem software, hvis det ønskes, med prøvebelastninger, mens erhverve de nødvendige færdigheder for målinger i mus. Det ville da være logisk at generere reproducerbare resultater i naive dyr før du flytter til sygdomsmodeller eller behandlede mus. Da en vigtig del af sygdomsmodeller i luftvejene forskning indebærer udsætter dyrene stoffer såsom allergener, toksiner, forurenende stoffer, cigaretrøg eller gasser, foranderlighed i de opnåede resultater med measurement teknik beskrevet i denne artikel kan derfor blive påvirket af eksponeringen anvendte procedure. Standardisering af centrale eksperimentelle processer (fx anvendelse af computer-kontrollerede eksponering og målesystemer 6, 13, 14) kan potentielt have en betydelig indvirkning på at reducere variabilitet.

Eksemplerne i denne artikel repræsenterer et udvalg af typiske resultater fra naive og klor-eksponerede mus eksperimenter samtidig fremhæver de stærke samt begrænsninger i teknik. Som det kan ses for eksempel i figur 6, at teknikken er i stand til at generere reproducerbare lungefunktionsmålinger. Mens lignende baseline modstandsværdier blev rapporteret mellem musestammer blev forskelle i elastans dog observeret 15. Væsentlige ændringer er også forventes mellem spædbarn og voksne mus 16. Som for andre in vivo fysiologiske vurdering høj præcision resultater, såsom those genereret af FOT, kommer med en indrømmelse med hensyn til den naturlige tilstand af fagene. Dette princip, der er benævnt fænotypebestemmelse ubestemthedsprincippet 1, finder anvendelse i nærværende protokol i den forstand, at målingerne skal foretages i bedøvede, tracheotomised (eller mundtligt intuberet) og mekanisk ventilerede patienter. En anden begrænsning af teknikken observeres i figur 5D-5F, hvor data ikke er tilgængelige ved de højeste koncentrationer for klor-eksponerede gruppe, fordi tilpasningen af Constant Phase Model til data er dårlig over moderate niveauer af bronkokonstriktion. Imidlertid kunne alvorligt bronchoconstricted dyr vurderes ved at analysere ZRS direkte 15, eller ved at bruge tredjeparts post-analyse software til at passe mere komplekse matematiske modeller, fx under hensyntagen til uensartethed mekaniske funktion 17.. Udelukkede datasæt kan også observeres, hvis dyrets luftveje ikke er tilstrækkeligt passive eller hvis modstanden af ​​kanylen er for høj. Som en tommelfingerregel bør modstanden af ​​kanylen ikke overstige dyrets modstand ved baseline. Arbejde med en kanyle af større indre diameter, og / eller kortere længde vil hjælpe med at reducere kanylen modstand. Endelig kan den nuværende demonstration af FOT målinger i mus blive opfattet som en tidskrævende og derfor mindre effektive metode eller mindre gældende for longitudinelle studier sammenlignet med mindre invasive teknikker. Men de sidstnævnte er forbundet med en stor usikkerhed med hensyn til grundlaget for deres udfald og er set af mange som værende fejlbehæftet 1.. Gentagne invasive målinger er mulige i oralt intuberede dyr, selv om de teknisk mere udfordrende 17.

Fra de givne eksempler, viste resultater ligestilling af de to generationer af flexiVent systemet at producere målinger af respiratoriske mekanik, samt luftvejs hyperreactivitet og overfølsomhed over for inhaleret methacholin efter klor-eksponering i mus. Når det bruges til at karakterisere eller forstå fysiologiske ændringer eller sygdom modeller, detaljeret måling aspekt relateret til teknikken kan bidrage til at forlænge den nuværende viden.

Disclosures

AR, LF er TFS ansat af SCIREQ videnskabelige åndedrætsværn Inc. TFS også ejer lager.
Fri adgang til denne artikel er sponsoreret af SCIREQ Scientific Respiratory Equipment, Inc.

Acknowledgements

TKMcG understøttes af en studentship fra den canadiske Thoracic Society.

Forfatternes BIDRAG

Alle forfattere deltog i udformningen af ​​manuskriptet. Desuden indledte TKMcG projektet indsamlede eksperimentelle resultater, har bidraget til at skrive manuskriptet, og en kritisk undersøgelse. AR indsamlet og analyseret eksperimentelle resultater, udarbejdet manuskriptet og bidrog til en kritisk undersøgelse. LF indsamlede eksperimentelle resultater og bidrog til kritisk gennemgang af manuskriptet. TFS og JGM bidraget til kritisk gennemgang af manuskriptet.

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