Evaluering av luftveiene Mechanics hos mus ved Forced Oscillation Technique

* These authors contributed equally
Biology
 

Summary

Den nåværende protokollen gir en detaljert steg-for-steg beskrivelse av prosedyrene som kreves for å utføre målinger av luftveiene mekanikk samt vurdering av luftveiene respons på inhalert methacholine hos mus ved hjelp av tvungen svingning teknikk (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

Tvungen svingning teknikk (FOT) er et kraftig, integrerende og translasjonsforskning verktøy som tillater den eksperimentelle vurdering av lungefunksjon hos mus i en omfattende, detaljert, presis og reproduserbar måte. Det gir målinger av luftveiene mekanikk gjennom analyse av trykk og volum signaler ervervet i reaksjon på forhåndsdefinert, liten amplitude, oscillatoriske luftstrøm bølgeformer, som vanligvis anvendes ved faget luftveier åpning. Denne protokoll detaljer trinnene som kreves for å tilstrekkelig utføre tvungen svingning målinger hos mus ved hjelp av en datastyrt stempel ventilator (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, QC, Canada). Beskrivelsen er delt inn i fire deler: forberedende skritt, mekanisk ventilasjon, lungefunksjon målinger, og dataanalyse. Det inkluderer også informasjon om hvordan du vurdere luftveiene respons på inhalert methacholine i bedøvede mus, en vanlig anvendelse av denne technique som også strekker seg til andre utfall og ulike lunge patologi. Målinger innhentet hos naive mus samt fra en oksidativ-stress drevet modell av luftveiene skade presenteres for å illustrere hvordan dette verktøyet kan bidra til en bedre karakterisering og forståelse av studert fysiologiske forandringer eller sykdom modeller samt til programmer i nye forskningsområder.

Introduction

Tilstrekkelig karakterisering av de mekaniske egenskapene til lungene hos små dyr har blitt viktig siden det spirende av murine modeller i luftveiene vitenskap. Når utført ved forsert pendling teknikken (FOT), en teknikk som også brukes i mennesker, disse målingene gir en kraftig, integrerende og translasjonell tilnærming for å studere meningsfulle fysiologiske endringer. FOT målinger er vanligvis oppnås ved å analysere trykk og volum signaler ervervet i reaksjon på en forhåndsdefinert, liten amplitude, oscillatory luftstrøm bølgeform (også referert til som perturbation eller signalkilden) brukes mot motivet luftveier åpning en. I sin enkleste form vil en FOT perturbasjon være en enkelt sinusformet bølgeform ved en veldefinert frekvens. Mer komplekse perturbasjoner typisk bestå av en superposisjon av et utvalg av spesifikke (gjensidig prime) frekvens bølgeformer som dekker et bredt spektrum. Dekomponeringen av multi-frekvensinngangs-/utgangssignaler inn sine velgere ved hjelp av Fourier transform tillater beregning av luftveiene inngangsimpedans (Zrs), dvs. overføringsfunksjonen mellom input og output signaler, på hver frekvens inngår i endringen to. Derfor tillater den samtidige FOT vurdering av respiratoriske mekanikk over et område av frekvenser i et enkelt manøver 2.. Montering av avanserte matematiske modeller (f.eks Constant fase Model 3) til impedans data så tillater en oppdeling av respons i luftveiene (sentrale og perifere) og parenchymal lungevev avhengige parametere 1, 3. Fordi mange faktorer som påvirker fysiologiske respons (f.eks puste frekvens, respirasjonsvolum, lungevolum, øvre luftveier, spontane pust innsats, timing av målinger) er kontrollert og standardisert av målesystemet og eksperimentelle prosedyrer, er en teknikk capstand til å generere nøyaktige og reproduserbare målinger forutsatt at den er utført riktig. Formålet med denne artikkelen er å gi en detaljert, kronologisk beskrivelse av prosedyren som trengs for å utføre slike målinger i mus. Protokollen består av fire deler: forberedende trinn (reagenser, utstyr og fag), mekanisk ventilasjon, lungefunksjon målinger, og dataanalyse. Eksempler på representative resultatene av luftveiene mekanikk generert ved hjelp av en datastyrt stempel ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, QC, Canada) er gitt. Disse ble oppnådd fra naive mus så vel som fra et oksidativt-stress drevet modell av luftveier skade karakterisert ved luftveisinflammasjon, epitelcelle skade og luftveier med reaktivitet overfor inhalert aerosolisert metakolin 4.. Mens denne protokollen blir ofte brukt for å vurdere luftveiene respons til inhalert methacholine, strekker det i andre utfall og various patologier inkludert astma, kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS), emfysem, lungefibrose, lunge-skade, samt transgene musemodeller av patologier tilsvarende human sykdom. Forskningsresultater ved hjelp av dette verktøyet kan bidra til en bedre karakterisering og forståelse av fysiologiske forandringer eller sykdom modeller samt til ekspansjon i nye forskningsområder.

Protocol

Prosedyrene som er beskrevet nedenfor ble godkjent av McGill University Institutional Animal Care komité i samsvar med retningslinjene fra den kanadiske Council on Animal Care (CCAC).

En. Forberedende trinn

  1. Løsninger:
    1. Methacholine: Forbered en stamløsning på 50 mg / ml og gjøre seriefortynning (01:01) basert på konsentrasjonene som skal testes fem. Tillate løsninger for å nå romtemperatur før Nebulizing fem.
    2. Anestetika: Ulike regimer har blitt rapportert i litteraturen i ulike stammer av mus (Tabell 1). Merk: Regime 1 ble benyttet under nåværende protokollen.
  2. Utstyr: Denne protokoll gjelder for en av de to flexiVent generasjoner støttes av flexiWare 7-programvaren. Programvaren er gruppert under tre moduler: Study Definisjon og planlegging, Eksperimentering session og gjennomgang og rapportering.
    1. Slå på systemet (flexiVent FX only) og / eller starte programvaren.
    2. Ved første eksperimentering økt eller helst før det, åpner Study Definisjon og planlegging modul for å forhåndsdefinere studien struktur.
    3. Klikk på Opprett en ny studie-knappen og følg veiviseren for å lage en studie, skissere protokollen og definere de eksperimentelle gruppene og fag som skal studeres.
    4. Iverksette en eksperimentering sesjon ved å åpne Eksperimentering Session modulen og følge oppstart sekvens for studier og malvalg.
    5. Tildele et emne til målestedet og bekrefte sin vekt.
    6. Fortsett med kalibrering av systemet ved å følge fremgangsmåten som er beskrevet i drifts-programvare. Du vil bli bedt på ett punkt å feste kanylen skal brukes (trinn 1.3.3) til Y-rør for kalibrering.
    7. Kritisk punkt. Repeat trinn 1.2.6 Hvis kalibreringen verdiene oppnådd er utenfor det akseptable området. (Se flexiVent FX eller flexiWare 7 bruksanvisningen for modulen spesifikke akseptable nivåer av kalibrering verdier).
    8. Cancel velges for å starte ventilasjon og data opptak med mindre klar til å starte forsøket. Disse kan initieres på et senere tidspunkt.
  3. Fag:
    1. Anesthetize faget ved hjelp av egnede doser av anestesimidler (tabell 1).
    2. Kontroller at faget har nådd et kirurgisk nivå av anestesi. Faget skal vise noen reaksjon på en tå klype og dens Pusten trekkes og ikke anstrengt.
    3. Utfør en tracheotomy og cannulate luftrøret.
      1. Plasser dyret på ryggen og gi en kilde til varme (for eksempel temperatur kontrollert oppvarming teppe eller en lampe med en 60 watts pære som ligger ca 45 cm fra musen for å unngå overdreven oppvarming).
      2. Clean the hals området med alkohol og avsløre luftrøret ved å lage et snitt i huden og forsiktig skille kjertler under kjertel og muskel lag som dekker det.
      3. Løft forsiktig luftrøret ved hjelp av et par av mikro-pinsett og passere sutur under den.
      4. Skjær mellom to ringer av brusk nærmeste strupehodet å lage et lite snitt i luftrøret uten seksjonering det.
      5. Sett tidligere kalibrert kanylen inn i snittet og fremme den forsiktig inne i luftrøret lengden på ca fem ringer. Merk: De nåværende forsøkene ble utført med en 1,2 cm lang metall 18 gauge kanyle.
      6. Kritisk punkt. Fest kanylen på plass med sutur. Vedlegget bør danne en lufttett forsegling rundt kanyle.

2. Mekanisk ventilasjon

  1. Bringe dyret i nærheten av ventilatoren.
  2. Begynn mekanisk ventilasjon ved å velge en forhåndsdefinerteller en tilpasset ventilasjon profil i ventilasjon docker.
  3. Koble dyret til respiratoren via Y-slangen.
  4. Kritisk punkt. Juster dyret til ventilator og sikre at trakealkanyle er på samme nivå som ventilator for å unngå en mulig kanyle okklusjon eller Tracheal vri.
  5. Kritisk Step. Utfør en Deep Inflasjon forstyrrelse ved å dobbeltklikke på perturbation navn for å verifisere kanylen innsetting og vedlegg. I fravær av en lekkasje, må systemet være i stand til å holde et trykk på 30 2 O CMH over en 3 sekunders periode uten overdreven forskyvning volum (figur 1). Den innspilte volum og trykk spor bør også være jevn med ingen tegn til offset og deformering da disse kan indikere en kanyle obstruksjon eller feilplassering.
  6. Hvis det er nødvendig, kobler vitale tegn transdusere for hjertefrekvens og kroppstemperatur overvåking. Dataregistrering kan startes either manuelt eller automatisk via et skript.

3. Lungefunksjonsmålinger

Målinger eller kommandoer (f.eks forstøveren aktivering, hendelsesmarkører) kan automatiseres ved hjelp av forhåndsdefinerte eller tilpasset skript for en meget kontrollert og repeterbar eksperimentell prosess (figur 2). Seks familier av perturbasjoner som gir opphav til en rekke parametere kan benyttes for å beskrive de foreliggende luftveiene mekanikk før behandling og etter en gitt utfordring (Tabell 2).

  1. Kritisk punkt. Når du er klar til å begynne å ta målinger, kjøre en Deep Inflasjonen å rekruttere lukkede lunge områder og standardisere lungevolum historie.
  2. Kritisk punkt. Verifisere fraværet av spontane inspiratorisk innsats ved å kjøre en test måling (f.eks PVS-P eller musikkvideoer-V). Observer trykksignal spor i Valgt Dataset visning. Med trinnvise PV kurver,press platåer bør være godt definert med ingen nedover avklaringer. En nedadgående sving i trykket ville indikert innåndingsforsøk fra dyret (figur 3).
  3. Initiere valgte skriptet ved å dobbeltklikke på tittelen. Skript som brukes i denne studien generelt inkludert for målinger:
    • En sekvens av basismålinger i triplikat.
    • Aktivering av forstøveren for vurdering av luftveienes reaktivitet overfor metakolin inhalert forhånd. Ved bedt av systemet, legger Omkring 100 jil av saltvann eller av en oppløsning av metakolin inn i forstøveren. Nebulization vil starte og stoppe automatisk.
    • En sekvens med tett innbyrdes avstand målinger (hver 10-15 sek) i en periode på omlag 3 minutter etter aktivering av forstøveren.
    • En melding om å utføre en annen utfordring, og gjenta en sekvens av målingene. Merk: Tørking innsiden forstøveren mount med en vattpinne i between utfordringer kan bidra til å forhindre dråper eller kondens fra bygg-up i inspiratorisk linje.
  4. På slutten av forsøket, stoppe ventilasjon og ta faget.
  5. Bytte til neste emne i drift programvare og bekrefte sin vekt.
  6. Kritisk punkt. Skyll og tørk nebulizer, adapter, Y-tubing, og kanylen mellom fag.
  7. Gjenta trinn 1.2.6 til 3.6.
  8. På slutten av dagen, lukker den eksperimentelle sesjonen. Husk å skyll og tørk nebulizer, adapter, Y-tubing, og kanyle og å rense systemet ekspiratorisk ventil før du forlater laboratoriet ved å følge instruksjonene fra produsenten.

4. Data Analysis

Programmet beregner automatisk og viser parametere forbundet med en perturbasjon. Det gir også en determinasjonskoeffisient (COD) som gjenspeiler tilpasning av den matematiske modellen til dataene. Hvert datasett med en forsikringsfficient COD er ​​merket som ekskludert av programvaren. Gjennomgang av eksperimentelle økter, er data re-analyse og etablering av eksport scenarier gjort i gjennom og rapportering modulen av programvaren.

  1. Åpne gjennomgang og rapportering modulen og lage en eksport scenario, ta vare å bare inkludere datasett med en tilstrekkelig COD.
  2. Eksporter som nødvendige parametrene, trykk-eller flow-volum kurve, rå datasett signaler eller underlagt informasjon til et regnearkprogram (se tabell 3).
  3. Gjennomsnittlig baseline målinger for hver parameter og plotte alle målinger som funksjon av tid (se figur 4). Du kan da velge å beregne arealet under kurven, analysere den generelle profilen på kurvene eller utføre en statistisk analyse.
  4. For å uttrykke luftveienes reaktivitet resultatene som en funksjon av konsentrasjonen av methacholine, bestemme for hvert fag, parameter og eksperimentell tilstand enten en spesifikkpunkt (f.eks peak) eller en bestemt tid etter hvert methacholine utfordring. Beregn gruppe gjennomsnitt og rapportere eller tomt resultater for hver eksperimentell betingelse (tabell 4, figur 5).
  5. Du kan også vurdere å beregne konsentrasjonen produsere en dobling av en gitt parameter baseline verdi (PC 200, figur 5C), bruke en normalisering (f.eks% baseline) eller utfører en statistisk analyse.

Representative Results

Luftveiene mekanikere målinger. Tabell 4 viser typiske resultater fra naive A / J mus innhentet ved baseline og etter methacholine bronkokonstriksjon (12,5 mg / ml) ved hjelp av en av de to flexiVent generasjoner støttes av flexiWare 7-programvaren. Mekanikken i luftveiene, dvs. med lukket bryst forhold, ble vurdert av vekslende forstyrrelser av den enkelte og bredbånd frekvens tvunget svingning familier i et tett linjeavstand måte (Stillbilde-150, Quick Prime-3, henholdsvis). Siden ventilasjon er satt på pause under målinger, Quick Prime-3, som dekker en tilsvarende frekvensområde som Prime-8, men har kortere varighet (3 vs 8 sek), ble valgt for å forkorte apneic perioden, minimere effekten av forstyrrelse på blodgasser og gi en bedre oppløsning av responsen. Parametere knyttet til hver forstyrrelse ble beregnet automatically av operativsystemet programvare. Resultatene viser at de to generasjoner av flexiVent system produsert tilsvarende målinger av respiratorisk mekanikk.

Site of lunge respons. Skille stedet av lunge responsen lar etterforsker for å ytterligere presisere berørte regionene, samt å identifisere mulige poeng av farmakologisk intervensjon seks. For eksempel, naive A / J mus viser en økning av baseline motstand når slutten ekspiratorisk trykk mot der målinger er gjort er økt 3-9 CMH 2 O (Figur 6A, snapshot-150). I det foreliggende eksempel, tilveiebrakt anvendelse av bredbånd FOT målinger (Hurtig Prime-3) detaljer for å klargjøre grunnlaget for endringen i motstanden: Endringen i enden utåndingstrykk resulterte i en reduksjon i luftveismotstand (R N) var i overensstemmelse med den bronkodilaterende effekten av en økt lungevolum og større inflasjon trykkure (figur 6D) og en økning i dempingen vev (G, Fig. 6E), en parameter nær beslektet med vev motstand som skyldes vev viskoelastisitet og muligens motstanden i de små luftveiene 7.. Den sistnevnte er kjent for å øke med økende lungevolum.

Luftveier hyperreaktivitet. Etter klorgass eksponering, luftveienes reaktivitet overfor metakolin inhalert øker sammenlignet med luft eksponering i Balb / c-mus som følge av luftveiene skade 4 (figur 2). Klor er kjent for å indusere oksidativt stress, som fører til ødeleggelse av strukturelle celler i luftveiene, spesielt epitelceller, og indusering av rekruttering av inflammatoriske celler. Som representert i figur 5, kan forandringer i alle parametre som beskriver luftveiene mekanikk sees i respons til økende metakolin utfordringer. I forhold til luft-eksponerte mus, mus eksponert for kloreringne gass viste større maksimal respons i det hele tatt FOT parametere (Figur 5A, 5B, 5D-5F), så vel som en statistisk signifikant venstrerettet forskyvning av konsentrasjon-respons kurven for eksemplifisert ved en reduksjon av konsentrasjonen av metakolin som kreves for å forårsake en fordobling av motstanden og elastance (PC 200, figur 5C). Disse resultatene illustrerer henholdsvis luftveier hyperreaktivitet og overfølsomhet for inhalert methacholine etter eksponering for klorgass.

Andre målinger. I tillegg til fot, kan det flexiVent systemet også brukes til å samle inn andre typer av lungefunksjon 8-10 eller hjerte-11 målinger. Figur 7 viser et representativt trinnvis, trykkdrevet trykk-volum kurve hos naive A / J mus i henhold grunnlinjeforhold . Det øvre parti av den lem deflasjon av kurven er skikket til Salazar-Knowles ligning 12 sup> og parametere blir automatisk beregnet av programvaren.

Tabell 1
Tabell 1. Eksempler på bedøvende regimer som brukes i mus. Klikk her for å se større tabell .

Tabell 2
Tabell 2. Perturbasjoner som benyttes for lungefunksjonsmålinger i mus. * Forlengelse kreves til systemet. Faget må også være i et lukket plethysmograph kammer under målingene.Lank "> Klikk her for å se større tabell.

Tabell 3
Tabell 3. Eksempel på eksporterte parametere fra de enkle og bredbånd frekvens tvunget svingning forstyrrelsene familier. Klikk her for å se større tabell .

Tabell 4
Tabell 4. System Sammenligning. Sammenligning av lungemekanikk parametere samlet inn ved hjelp av to generasjoner av flexiVent system som drives av flexiWare 7-programvaren. Resultatene ble generert på naive A / J-mus (n = 5 / gruppe) ved baseline og etter methacholine bronkokonstriksjon (Mch 12,5 mg / ml). * Grupper ble sammenlignet ved hjelp av en to-veis ANOVA for gjentatte målinger og log 10 av individuelle svar for homogenitet av avvik (GraphPad Prism, versjon 5.03, GraphPad Software, San Diego, USA).

Figur 1
Figur 1. Skjermbilde av en dyp lunge inflasjon. Øvre panelet viser volumet som fortrenges av stempelet på ventilatoren (rød kurve) og volumet levert til emnet (grå kurve). Det undre panelet viser sylindertrykket øker til et innstilt trykk på 30 CMH 2 O over en periode på 3 sekunder og holdt konstant i den samme tidsperiode.

172/50172fig2.jpg "alt =" Figur 2 "/>
Figur 2. Eksempel på en typisk script brukes til å vurdere luftveiene mekanikk ved baseline.

Figur 3
Figur 3. Spontane inspiratorisk innsats under utførelse av en trinnvis trykk-volum kurve.

Figur 4
Figur 4. Tid-retters respons etter økende inhalerte methacholine utfordringer. Resultatene er uttrykt som gjennomsnittlig (± standardavvik) av en gruppe på fem naive spontant hyperresponsive A / J mus. Klikk her for å se større figur .

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "always"> Figur 5
Figur 5. Endringer i luftveiene mekanikk følgende økende methacholine utfordringer i klor-og air-eksponerte Balb / c mus. Peak verdi ble identifisert for hver parameter i alle fag og eksperimentell tilstand. Gruppe gjennomsnitt ble deretter beregnet (gjennomsnitt ± standardavvik, n = 4-6). Forskjeller mellom grupper ble bestemt ved varians-analyse ved hjelp av loggen 10 av individuelle responser for homogeniteten av variansene. Konsentrasjonen av metakolin produsere en fordobling av basislinje (PC-200) ble oppnådd ved å montere en andre ordens polynom til individuelle dose-responskurver og interpolering av den monterte kurve. Datapunkter mangler i D, E og F i klor-eksponerte muspå de to høyeste methacholine konsentrasjoner på grunn av utilstrekkelig høye koeffisienter av besluttsomhet reflekterer en dårlig tilpasning av den matematiske modellen til dataene. Klikk her for å se større figur .

Figur 6
Figur 6. Partisjonering av respiratoriske responsen i luftveier og lungevev mekanikk. Experimental spor fra en naiv A / J mus illustrerer single (2,5 Hz) og bredbånd (1-20.5Hz) frekvens tvunget svingning målinger av respiratorisk mekanikk i tre eksemplarer på to forskjellige end ekspiratoriske press (3 og 9 CMH 2 O). Klikk her for å se større figur

Figur 7
Figur 7. Trykk-volum kurve i naive A / J mus i henhold grunnlinjeforhold. Trykk-volum-kurver ble generert ved hjelp av en trinnvis trykkdrevet perturbasjon (PV-P) for å sikre at hver muselunger var oppblåst til det samme trykk, uavhengig av deres tilstand. Salazar-Knowles ligningen parametre hentet fra individuelle trykk-volum-kurver ble også gjennomsnitt og rapportert i en tabell format. Resultatene er uttrykt som middelverdien ± standardavvik (n = 6).

Discussion

Den fortsatte studiet av luftveiene dysfunksjon som gjelder astma og andre lungesykdommer er fortsatt viktig for forståelsen av underliggende mekanismer av sykdom og utvikling av behandlingstilbud. Bruken av mus til modellen luftveissykdom har vært avgjørende for å få forståelse inn i disse sykdomstilstander mekanismer. Når du vurderer å evaluere luftveier dysfunksjon i et fag så liten som en mus, ha pålitelige og nøyaktige verktøy ved å måle lungefunksjonen er kritisk. Videre har verktøy som er i stand til å gi innsikt om plasseringen av luftveiene dysfunksjon eller terapeutisk effekt er uvurderlig. Den FOT teknikken kombinerer alle disse egenskapene og gir en kraftig, integrerende og translasjonell tilnærming for å evaluere fysiologiske endringer.

For å lykkes med denne type måling i mus, må spesiell oppmerksomhet gis til noen få trinn, nemlig kalibrering av systemet, kan holdbarheten av det endotrakeale CAnnula, type forstøver (så vel som sine operative innstillinger) plassering av dyr og standardisering av lungevolum historie. I tillegg, er det absolutt nødvendig for å oppnå gyldige datasett at motivets luftveiene seg passivt under målingene. Dette kan oppnås ved administrering av en muskel lammende agent, jobber på et dypt plan av bedøvelse eller ved å hyperventilere faget å indusere apné (se tabell 1). Etterforskerne kan begynne med å mestre systemet og dets drift programvare, hvis ønskelig, med prøvelaster, mens anskaffe de nødvendige ferdigheter for målinger i mus. Det ville da være logisk å generere reproduserbare resultater i naive dyr før han flyttet til sykdom modeller eller behandlede mus. Siden en viktig del av sykdom modeller i luftveiene forskning innebærer å utsette dyr for å agenter som allergener, toksiner, forurensing, sigarettrøyk eller gasser, variabilitet i resultatene oppnådd med de measurement teknikk beskrevet i denne artikkelen kan derfor bli påvirket av eksponering prosedyren brukes. Standardisering av sentrale eksperimentelle prosesser (f.eks ved hjelp av datastyrt eksponering og målesystemer 6, 13, 14) kan potensielt ha en betydelig effekt i å redusere variabilitet.

Eksemplene som presenteres i denne artikkelen representerer et utvalg av typiske resultater fra naive og klor-eksponerte mus eksperimenter mens fremhever styrken samt begrensninger i teknikken. Som det kan ses for eksempel i figur 6, er teknikken i stand til å generere lungefunksjon reproduserbare målinger. Mens lignende baseline motstand verdier ble rapportert mellom musestammer, ble forskjeller i elastance imidlertid observert 15. Betydelige endringer er også å forvente mellom spedbarn og voksne mus 16. Som for andre in vivo fysiologisk vurdering, høy presisjon resultater, slik som those generert av FOT, kommer med en innrømmelse som den naturlige tilstanden av fagene. Dette prinsippet, som er referert til som den phenotyping usikkerhetsprinsippet 1, gjelder den foreliggende protokoll i den forstand at målingene må gjøres i bedøvede, tracheotomised (eller oralt intubert) og mekanisk ventilert fag. En annen begrensning av teknikken er observerbare i figur 5D-5F hvor data er ikke tilgjengelig på de høyeste konsentrasjonene for klor-eksponerte gruppen fordi tilpasning av Constant fase modell til dataene er dårlig over moderate nivåer av bronkokonstriksjon. Imidlertid kan alvorlig bronchoconstricted dyr skal vurderes ved å analysere Zrs direkte 15, eller ved å bruke tredjeparts post-analyse programvare for å få plass til mer komplekse matematiske modeller, for eksempel tar hensyn til heterogenitet av mekanisk funksjon 17. Ekskluderte datasett kan også observeres hvis dyrets luftveiene er ikke tilstrekkelig passive eller hvis motstanden av kanylen for høyt. Som en tommelfingerregel bør motstanden av kanylen ikke overskride dyrets motstand ved utgangspunktet. Arbeide med en kanyle av større indre diameter og / eller kortere lengde vil bidra til å redusere kanylen motstand. Til slutt kan foreliggende demonstrasjon av FOT målinger i mus bli oppfattet som en tidkrevende og derfor mindre effektiv metode eller mindre anvendelig for longitudinelle studier sammenlignet med mindre invasive teknikker. Men sistnevnte er forbundet med stor usikkerhet knyttet til grunnlaget for sine resultater, og blir sett på av mange som feilaktig en. Gjentatte invasive målinger er mulig i muntlig intubert dyr, selv om teknisk mer utfordrende 17.

Fra eksemplene, viste resultatene at ekvivalensen av de to generasjoner av flexiVent system ved fremstilling av målinger av respiratoriske mekanikk, samt airway hyperreacvitet og overfølsomhet for inhalert methacholine etter klor-eksponering hos mus. Når den brukes til å karakterisere eller forstå fysiologiske forandringer eller sykdom modeller, detaljert måling aspektet knyttet til teknikken kan bidra til å forlenge den nåværende tilstand av kunnskap.

Disclosures

AR, LF, er TFS ansatt SCIREQ Vitenskapelige åndedrettsvern Inc. TFS eier også lager.
Fri tilgang til denne artikkelen er sponset av SCIREQ Scientific Respiratory Equipment, Inc.

Acknowledgements

TKMcG er støttet av en studieplass fra den kanadiske Thoracic Society.

FORFATTERE 'BIDRAG

Alle forfattere deltok i unnfangelsen av manuskriptet. I tillegg TKMcG initiert prosjektet, samlet eksperimentelle resultater, bidro til skriving av manuskript og kritisk gjennomgang. AR samlet og analysert eksperimentelle resultater, utarbeidet manuskriptet og bidratt til dens kritisk gjennomgang. LF samlet eksperimentelle resultater og bidratt til kritisk gjennomgang av manuskriptet. TFS og jgm bidratt til kritisk gjennomgang av 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