Utvärdering av Andningsvägar Mechanics i möss med användning av Forced Oscillation Technique

* These authors contributed equally
Biology
 

Summary

Det nuvarande protokollet ger en detaljerad steg-för-steg beskrivning av de förfaranden som krävs för att utföra mätningar av andningsorganen mekanik samt bedömning av luftvägarna lyhördhet för inhalerad metakolin i möss med användning av påtvingad svängning tekniken (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, Qc , Kanada).

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 tvingades svängning teknik (FOT) är en kraftfull, integrativ och translationell verktyg tillåter experimentell bedömning av lungfunktion hos möss i en omfattande, detaljerad, exakt och reproducerbart sätt. Det ger mätningar av andningsorganen mekanik genom analys av tryck och volym signaler som förvärvats i reaktion på fördefinierade, liten amplitud, oscillerande luftflödet vågformer, vilka vanligtvis används vid patientens luftvägar öppning. Detta protokoll föreskrivs de steg som krävs för att adekvat utföra forcerade oscillationsmetoden mätningar i möss med användning av en dator-styrd kolv ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, QC, Kanada). Beskrivningen är uppdelad i fyra delar: förberedelser, mekanisk ventilation, lung mätningar funktion och analys av data. Den innehåller också information om hur man skall bedöma luftvägarna lyhördhet för inhalerad metakolin i sövda möss, en gemensam tillämpning av denna technique som även omfattar andra resultat och olika patologier lunga. Mätningar som erhållits i naiva möss samt från en oxidativ-stress driven modell av luftvägarna skador presenteras för att illustrera hur detta verktyg kan bidra till en bättre karakterisering och förståelse av studerade fysiologiska förändringar eller modeller sjukdom samt tillämpningar inom nya forskningsområden.

Introduction

Tillräcklig karakterisering av de mekaniska egenskaperna i lungorna i små djur har blivit avgörande eftersom den spirande av musmodeller i luftvägarna vetenskap. När utförs med påtvingad svängning teknik (FOT), en teknik som också används på människor, dessa mätningar ger ett kraftfullt, integrativ och translationell metod att studera meningsfulla fysiologiska förändringar. FOT mätningar erhålles vanligen genom analys av tryck och volym signaler som förvärvats i reaktion till en fördefinierad, liten amplitud, oscillerande luftflödet vågform (även kallad störning eller insignal) appliceras på patientens luftvägar öppning 1. I sin enklaste form skulle en FOT störning vara en enda sinusformad vågform vid en väldefinierad frekvens. Mer komplexa störningar består typiskt av en överlagring av ett urval av specifik (ömsesidigt prime) frekvens vågformer som täcker ett brett spektrum. Nedbrytningen av den multi-frekvensin-och utsignaler i sina beståndsdelar med hjälp av Fouriertransformen möjliggör beräkning av andningsorganen ingångsimpedans (Zrs), dvs överföringsfunktionen mellan in-och utsignaler, vid varje frekvens som ingår i den störning 2. Därför medger FOT samtidig bedömning av andningsmekanik över ett område av frekvenser i en enda manöver 2. Montering avancerade matematiska modeller (t.ex. konstant fas Model 3) med impedansen uppgifter möjliggör då en uppdelning av svaret i luftvägarna (centrala och perifera) och lungparenkym vävnad beroende parametrarna 1, 3. Eftersom många faktorer som påverkar fysiologiska reaktioner (t.ex. andningsfrekvens, tidalvolym, lungvolym, övre luftvägarna, spontan andning insatser, tidpunkt för mätningarna) kontrolleras och kalibreras av mätsystemet och experimentella procedurer är 1 tekniken capmöjlighet att generera exakta och reproducerbara mätningar förutsatt att det utförs korrekt. Syftet med denna artikel är att ge en detaljerad, kronologisk beskrivning av det förfarande som krävs för att utföra sådana mätningar i möss. Protokollet består av fyra delar: förberedande steg (reagenser, utrustning och ämnen), mekanisk ventilation, lung mätningar funktion och analys av data. Exempel på representativa resultat av andningsorganen mekanik genereras med hjälp av en datorstyrd kolv ventilator (flexiVent, SCIREQ Inc, Montreal, QC, Kanada) tillhandahålls. Dessa erhölls från naiva möss samt från en oxidativ-stress driven modell av luftvägarna skador kännetecknas av luftvägsinflammation, epitelcellskada och ökad luftvägarna lyhördhet för inhalerad aerosol metacholin 4. Även om detta protokoll används ofta för att bedöma luftvägskänslighet för inhalerad metakolin, sträcker den sig till andra resultat och various patologier inklusive astma, kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL), emfysem, lungfibros, lungskada samt transgena musmodeller av patologier som liknar mänsklig sjukdom. Forskningsresultat som använder detta verktyg kan bidra till en bättre karakterisering och förståelse av fysiologiska förändringar eller modeller sjukdom samt expansion till nya forskningsområden.

Protocol

De förfaranden som beskrivs nedan har godkänts av McGill University Institutional Animal Care kommittén i enlighet med riktlinjerna för den kanadensiska rådet om Animal Care (CCAC).

Ett. Förberedande steg

  1. Lösningar:
    1. Metakolin: Bered en stamlösning på 50 mg / ml och gör seriella spädningar (1:1) baserat på koncentrationerna som skall testas 5. Låt lösningarna för att uppnå rumstemperatur innan finfördelning 5.
    2. Anestesimedel: Olika regimer har rapporterats i litteraturen på olika stammar av möss (tabell 1) Anmärkning:. Regim 1 användes enligt detta protokoll.
  2. Utrustning: Det nuvarande protokollet gäller för endera av de två flexiVent generationer stöds av flexiWare 7 mjukvara. Programvaran fungerar är grupperade under tre moduler: Study Definition och planering, experiment Session och Review & Reporting.
    1. Slå på systemet (flexiVent FX endast) och / eller starta programmet.
    2. Vid det första experiment sessionen eller helst innan det, öppnar Study Definition & Planning modul för att fördefiniera studien struktur.
    3. Klicka på Skapa en ny studie knappen och följ guiden för att skapa en studie, beskriva protokoll och fastställa experimentella grupper och ämnen som ska studeras.
    4. Initiera ett experimenterande session genom att öppna modulen Experimentation session och efter startsekvensen för studier och mall val.
    5. Tilldela ett ämne till mätplatsen och bekräfta sin vikt.
    6. Fortsätt med kalibreringen av systemet genom att följa stegen som beskrivs i den operativa programvaran. Du kommer att bli tillfrågad vid ett tillfälle för att fästa kanylen skall användas (steg 1.3.3) på Y-slang för kalibrering.
    7. Kritiska steg. Repeat steg 1.2.6 om kalibrering erhållna värdena är utanför det tillåtna området. (Se flexiVent FX eller flexiWare 7 instruktionsbok för modulen specifika acceptabla intervall av kalibreringsvärden).
    8. Avbryt informerar att starta ventilationen och dataregistrering inte redo att starta experimentet. Dessa kan initieras vid en senare punkt.
  3. Ämnen:
    1. Söva ämnet med lämpliga doser av anestesimedel (tabell 1).
    2. Kontrollera att ämnet har nått en kirurgisk nivå av anestesi. Ämnet bör visa någon reaktion på en tå nypa och dess andning ska vara regelbunden och inte ansträngd.
    3. Utför en trakeotomi och kanylera luftstrupen.
      1. Placera djuret på rygg och ger en värmekälla (t.ex. temperatur kontrollerad uppvärmning filt eller en lampa med en 60 watts glödlampa som ligger ca 45 cm från musen för att undvika överhettning).
      2. Ren the halsområdet med alkohol och exponera luftstrupen genom att göra ett snitt i huden och försiktigt separera käklymfknutorna körtel och muskel skikt som täcker det.
      3. Lyft försiktigt luftstrupen med hjälp av ett par mikro-pincett och passera sutur undertill.
      4. Klipp mellan två ringar av brosk närmast struphuvudet att göra ett litet snitt i luftstrupen utan sektionering det.
      5. Sätt i den föregående kalibreringen kanylen in i snittet och matar det försiktigt inuti luftstrupen den längd av ungefär 5 ringar Anm. Föreliggande experiment utfördes med användning av en 1,2 cm lång metall 18 gauge kanyl.
      6. Kritiska steg. Fäst kanylen på plats med hjälp av sutur. Infästningen bör bilda en lufttät tätning runt kanylen.

2. FLÄKTVENTILATION

  1. Ta djuret nära till ventilatorn.
  2. Börja mekanisk ventilation genom att välja en fördefinieradeller en anpassad ventilation profil i ventila dockningsfönstret.
  3. Anslut djuret till ventilatorn via Y-slangen.
  4. Kritiska steg. Rikta djuret till ventilatorn och se till att den trakealkanylen är på samma nivå som ventilatorn för att undvika en eventuell kanyl ocklusion eller luftrör twist.
  5. Kritiska steg. Utför en djup Inflationen störning genom att dubbelklicka på den störning namnet för att kontrollera kanylen insättning och fastsättning. I avsaknad av en läcka, ska systemet kunna hålla ett tryck på 30 cm H2O över en 3 sekunders period utan överdriven volym förskjutning (Figur 1). Den inspelade volym och spår tryck bör också vara smidig med några tecken förskjutning eller deformation eftersom dessa kan indikera en kanyl obstruktion eller felplacering.
  6. Om det behövs, anslut vitala givare för hjärtfrekvens och kroppstemperatur övervakning. Data inspelning kan initieras either manuellt eller automatiskt via ett skript.

Tre. Lungfunktion Mätningar

Mätningar eller kommandon (t.ex. nebulisatorn aktivering, händelsemarkörer) kan automatiseras med hjälp av fördefinierade eller anpassade skript för en mycket kontrollerad och repeterbar experimentell process (Figur 2). Sex familjer av störningar som ger upphov till ett antal parametrar kan användas för att beskriva ämnet mekanik andningsorganen vid baslinjen och efter en viss utmaning (tabell 2).

  1. Kritisk steg. När du är redo att börja mäta, köra en djup Inflationen att rekrytera stängda lung områden och standardisera historia lungvolym.
  2. Kritisk steg. Verifiera frånvaron av spontana inspiratoriska insatser genom att köra ett test mätningen (t.ex. PVS-P eller PV-V). Följ spåren trycksignal i Selected Dataset vyn. Med stegvis PV kurvor,tryck platåer bör väl definierad utan nedåt nedböjningar. En nedåtgående svängning i trycket skulle indikera en inandningsansträngning från djuret (figur 3).
  3. Initiera markerade skriptet genom att dubbelklicka på dess titel. Skript som används i föreliggande studie inkluderade vanligen för mätningar:
    • En sekvens av baslinjemätningar i tre exemplar.
    • Aktivering av nebulisatorn för bedömning av luftvägarna lyhördhet för inhalerad metakolin Anmärkning:. När du uppmanas av systemet, lasta ca 100 pl saltlösning eller i en lösning av metakolin i nebulisatorn. Nebulisering startar och stannar automatiskt.
    • En sekvens av tätt åtskilda mätningar (varje 10-15 sek) under en period av ca 3 min efter aktiveringen av nebulisatorn.
    • En uppmaning att utföra en annan utmaning och upprepa en sekvens av mätningar Obs. Torkning inuti nebulisatorn fästet med en tuss i between utmaningar kan hjälpa till att förhindra droppar eller kondens bygga upp i inspiratorisk linjen.
  4. Vid slutet av experimentet, sluta ventilation och lossa ämnet.
  5. Växla till nästa ämne i operativsystem och bekräfta sin vikt.
  6. Kritiska steg. Skölj och torka nebulisatorn, adapter, Y-slang, och kanylen mellan individer.
  7. Upprepa steg 1.2.6 till 3,6.
  8. Vid slutet av dagen, stänger den experimentella sessionen. Kom ihåg att skölja och torka nebulisatorn, adapter, Y-slang, och kanyl och för att rengöra systemet expiratory ventilen innan det lämnar laboratoriet genom att följa tillverkarens anvisningar.

4. Data Analysis

Programmet beräknar automatiskt och visar parametrar associerade med en störning. Det ger också en koefficient för bestämning (COD) som återspeglar passningen av den matematiska modellen till data. Varje uppsättning data med ett försäkfficient COD är märkt som uteslutas genom programvaran. Översyn av laborationer, är uppgifter re-analys och skapande av export scenarier görs i Review & rapportering modul av programvaran.

  1. Öppna Review & Reporting-modulen och skapa en export scenario, var noga med att endast omfatta datamängder som har en tillräcklig COD.
  2. Exportera som nödvändiga parametrarna, tryck-eller flödes-volym-kurva, råa signaler dataset eller föremål uppgifter till ett kalkylprogram (se tabell 3).
  3. Genomsnittlig baslinjemätningar för varje parameter och tomt alla mätningar som en funktion av tiden (se diagram 4). Du kan sedan välja att beräkna arean under kurvan, analysera allmänna profil kurvorna eller utföra en statistisk analys.
  4. För att uttrycka resultaten luftvägsresponsivitet som en funktion av koncentrationen av metakolin, fastställa för varje försöksperson, parameter och experimentell betingelse antingen en specifikled (t.ex. topp) eller en viss tid efter varje metakolin utmaning. Beräkna gruppgenomsnitt och rapportera eller resultat plot för varje experimentell tillstånd (tabell 4, figur 5).
  5. Du kan också överväga att beräkna koncentrationen producerar en fördubbling av en viss parameter baslinjevärde (PC 200, figur 5C), applicera en normalisering (t.ex.% baslinjen) eller utföra en statistisk analys.

Representative Results

Andningsorganen mekanik mätningar. Tabell 4 visar typiska resultat från naiva A / J-möss erhölls vid baslinjen och efter metacholin bronkkonstriktion (12,5 mg / ml) med hjälp av någon av de två flexiVent generationer stöds av flexiWare 7 mjukvara. Mekanik i luftvägarna, dvs under slutna bröstet förhållanden, bedömdes genom omväxlande störningar av den inre och bredband tvingade familjer frekvens oscillation i ett nära avstånd sätt (snapshot-150, Quick Prime-3, respektive). Eftersom ventilationen pausas under mätningarna, Quick Prime-3, som omfattar en liknande frekvensområde som Prime-8 men har en kortare duration (3 vs 8 sek), valdes i syfte att förkorta apnéiska perioden, minimera effekten av den störning på blodgaser och ger en bättre upplösning hos svaret. Parametrar associerade med varje störning beräknades Automatically av operativsystem. Resultaten visar att de två generationer av flexiVent systemet fram likvärdiga mätningar av andningsmekanik.

Site of lung svar. Skilja platsen av lung svar låter utredaren att ytterligare precisera drabbade regionerna samt att identifiera potentiella punkter av farmakologisk intervention 6. Till exempel, naiva A / J-möss visar en ökning med baseline resistens när slututandningstrycket mot vilka mätningar görs höjs från 3 till 9 cm H2O (Figur 6A, snapshot-150). I föreliggande exempel, förutsatt att användningen av bredband FOT mätningar (Quick Prime-3) detaljer att klargöra grunden för förändringen i resistans: Förändringen i slututandningstrycket resulterade i en minskning av luftvägsmotståndet (R N) överensstämmer med bronkvidgande effekten av en högre lungvolym och större inflation pressure (figur 6D) och en ökning i vävnad dämpning (G, fig. 6E), en parameter nära besläktad med vävnadsmotståndet som speglar vävnad viskoelasticitet och eventuellt motståndet av de små luftvägarna 7. Den senare är känd för att öka med ökande lungvolym.

Luftvägshyperresponsivitet. Efter klorgas exponering luftvägskänslighet för inhalerad metakolin ökar jämfört med luftexponering i Balb / c-möss som en följd av luftvägarna skada 4 (figur 2). Klor är känt för att framkalla oxidativ stress, vilket leder till förstörelse av strukturella celler i luftvägarna, i synnerhet epitelceller, och inducerar rekryteringen av inflammatoriska celler. Såsom visas i figur 5, kan förändringarna i alla parametrar som beskriver andningsorganen mekanik ses som svar på ökande metakolin utmaningar. I jämförelse med luft-exponerade möss, möss exponerades för kloreradene gas visade större maximala svar vid alla FOT parametrar (figur 5A, 5B, 5D-5F) samt en statistiskt signifikant vänstervridning av koncentration-responskurvan exemplifieras av en minskning av koncentrationen av metakolin som krävs för att orsaka en fördubbling i motstånd och elastans (PC 200, figur 5C). Dessa resultat belyser respektive luftvägshyperresponsivitet och överkänslighet mot inhalerad metakolin efter exponering för klorgas.

Övriga mätningar. Förutom FOT, kan flexiVent systemet också användas för att samla in andra typer av 8-10 lungfunktion eller kardiovaskulära 11 mätningar. Figur 7 visar en representativ stegvis, tryckdriven tryck-volym-kurva på naiva A / J-möss enligt huvudscenariot . Den övre delen av deflation delen av kurvan passar till Salazar-Knowles ekvation 12 sup> och parametrarna beräknas automatiskt av programvaran.

Tabell 1
Tabell 1. Exempel på anestesiregimer används i möss. Klicka här för att se större tabell .

Tabell 2
Tabell 2. Störningar som används för mätningar lungfunktion hos möss. * Förlängning krävs för systemet. Ämnet måste också vara i en sluten pletysmograf kammaren under mätningarna.Lank "> Klicka här för att se större tabell.

Tabell 3
Tabell 3. Exempel på exporterade parametrar från de enskilda och bredband tvingade störningsmetoder frekvens oscillerings familjer. Klicka här för att se större tabell .

Tabell 4
Tabell 4. System Jämförelse. Jämförelse av lungmekanik parametrar samlas in med hjälp av två generationer av flexiVent systemet drivs av flexiWare 7 mjukvara. Resultaten genererades på naiva A / J-möss (n = 5 / grupp) vid baslinjen och efter metacholin bronkkonstriktion (Mch 12,5 mg / ml). * Grupper jämfördes med en tvåvägs ANOVA för upprepade mätningar och log 10 av individuella svar för homogenitet av avvikelser (GraphPad Prism, version 5.03, GraphPad Software, San Diego, USA).

Figur 1
Figur 1. Skärmbild av en djup lung inflation. Det övre fältet visar den volym av kolven av ventilatorn (röd spår) och levererad volym till ämnet (grå spår). Den undre panelen visar cylindertrycket ökar till en uppsättning tryck på 30 cm H2O under en period av tre sekunder och hålls konstant under samma tidsperiod.

172/50172fig2.jpg "alt =" Bild 2 "/>
Figur 2. Exempel på en typisk skript som används för att bedöma andningsorganen mekanik vid baslinjen.

Figur 3
Figur 3. Spontana inspiratoriska insatser under genomförandet av en stegvis tryck-volym-kurva.

Figur 4
Figur 4. Time-kurs respons efter ökad inhalerad metakolin utmaningar. Resultaten uttrycks som medelvärdet (± standardavvikelse) av en grupp av 5 naiva spontant hyperresponsive A / J-möss. Klicka här för att visa en större bild .

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-sida = "alltid"> Figur 5
Figur 5. Förändringar i andningsorganen mekanik efter ökande metakolin utmaningar i klor-och luft-exponerade Balb / c-möss. Toppvärde identifierades för varje parameter i varje ämne och experimentell skick. Gruppgenomsnitt beräknades sedan (medelvärde ± standardavvikelse, n = 4-6). Skillnader mellan grupperna utvärderades genom analys av varians med hjälp av samtalslistan 10 av individuella svar för homogenitet av varianser. Koncentrationen av metakolin producera en fördubbling av baslinjen (PC 200) erhölls genom att anpassa en andra ordningens polynom till individuella dos-responskurvor och interpolering av den anpassade kurvan. Datapunkter saknas i D, E och F i klor-exponerade mössvid de två högsta metakolin koncentrationer på grund av otillräckligt höga koefficienter för bestämning återspeglar en dålig passning av den matematiska modellen till data. Klicka här för att visa en större bild .

Figur 6
Figur 6. Partitionering av respiratoriska svaret i luftvägarna och lungmekanik vävnad. Från en naiv Experimental spår A / J-möss illustrerar singel (2,5 Hz) och bredband (1-20.5Hz) frekvens tvingade svängningsmoder mätningar av andningsmekanik i tre exemplar på två olika slutexspiratoriska tryck (3 & 9 cm H2O). Klicka här för att visa en större bild

Figur 7
Figur 7. Tryck-volym-kurva i naiva A / J-möss enligt huvudscenariot. Tryck-volym kurvor genererades genom ett stegvis tryckdriven störning (PV-P) för att säkerställa att varje mus lungorna pumpade till samma tryck, oberoende av deras tillstånd. Salazar-Knowles ekvationsparametrar extraherade från enskilda tryck-volym kurvor också medelvärdet och redovisas i tabellform. Resultaten uttrycks som medelvärdet ± standardavvikelsen (n = 6).

Discussion

Den fortsatta undersökningen av luftvägarna dysfunktion eftersom det gäller astma och andra sjukdomar i lungorna förblir avgörande för förståelsen av bakomliggande sjukdomsmekanismer och utveckling av behandlingsalternativ. Användningen av möss till modellen luftvägssjukdom har varit viktigt att få förståelse i dessa sjukdomsmekanismer. När man överväger att utvärdera luftvägarna dysfunktion i ett ämne så liten som en mus, med tillförlitliga och exakta verktyg för att mäta lungfunktionen är kritisk. Dessutom har verktyg som kan ge insikter om placeringen av luftvägarna dysfunktion eller terapeutisk effekt är ovärderlig. Den FOT Tekniken kombinerar alla dessa attribut och ger ett kraftfullt, integrativ och translationell metod för att utvärdera fysiologiska förändringar.

För att lyckas med denna typ av mätning i möss, bör särskild uppmärksamhet ägnas åt ett par steg, nämligen kalibrering av systemet, motståndet av endotracheala cannula, vilken typ av nebulisator (liksom dess operativa inställningar) placeringen av djuret och standardisering av lungvolym historia. Dessutom är det absolut nödvändigt för att erhålla giltiga datamängder att en persons andningssystem förblir passiv under mätningarna. Detta kan uppnås genom administrering av en muskel förlamande medel, som arbetar på ett djupt plan av anestesi eller genom hyperventilerar motivet att inducera apné (se tabell 1). Utredarna kan börja genom att bemästra systemet och dess operativsystem, om så önskas, med provningsbelastningar, samtidigt förvärva de kunskaper som krävs för mätningar i möss. Det skulle då vara logiskt att generera reproducerbara resultat i naiva djur innan de flyttar till sjukdom modeller eller möss. Eftersom en stor del av sjukdomen modeller i luftvägarna forskning innebär att utsätta djur för medel såsom allergener, toxiner, föroreningar, cigarettrök eller gaser, variationer i de erhållna resultaten med de MÄTNINGt teknik som beskrivs i den här artikeln kan därför påverkas av den använda exponeringen förfarandet. Standardisering av viktiga experimentella processer (t.ex. med datorstyrd exponering och mätsystem 6, 13, 14) skulle kunna ha en betydande inverkan på att minska variabilitet.

Exemplen presenteras i denna artikel utgör ett urval av typiska resultat från naiva och klor-exponerade möss experiment samtidigt belysa styrkor samt begränsningar av tekniken. Såsom framgår exempelvis i fig. 6, är den teknik som kan generera reproducerbara mätningar lungfunktionen. Medan liknande baslinjen resistansvärdena rapporterades mellan musstammar, olikheter i elastance dock observeras 15. Stora förändringar är också att vänta mellan spädbarn och möss vuxen 16. Som för andra in vivo fysiologiska bedömning, höga resultat precision, såsom thOSE genereras av FOT, kommer med en koncession om det naturliga tillståndet av ämnena. Denna princip, som kallas fenotypning osäkerheten principen 1, gäller för detta protokoll i den meningen att mätningarna måste göras i sövda, tracheotomised (eller oralt intuberade) och mekaniskt ventilerade patienter. En annan begränsning av tekniken kan observeras i figur 5D-5F där data inte är tillgängliga vid de högsta koncentrationerna för klor-exponerade gruppen eftersom passningen av konstant fas modell till data som är dålig över måttliga nivåer av bronkkonstriktion. Men, skulle allvarligt bronkokonstringerade djur bedömas genom att analysera Zrs direkt 15 eller med hjälp av tredje part efter analysprogram för att passa mer komplexa matematiska modeller, t.ex. med hänsyn till heterogenitet mekanisk funktion 17. Uteslutna datamängder kan också iakttas om djuret luftvägar inte är tillräckligt passive eller om resistansen hos kanylen är för hög. Som en tumregel bör motståndet av kanylen inte överstiga djurets resistens vid baslinjen. Att arbeta med en kanyl av större innerdiameter och / eller kortare längd bidrar till att minska kanylen motstånd. Slutligen kan den aktuella demonstrationen av FOT mätningar i möss uppfattas som en tidskrävande och därmed mindre effektiv metod eller mindre tillämpliga på longitudinella studier jämfört med mindre invasiva tekniker. Men de senare är förknippade med stor osäkerhet utifrån sina resultat och ses av många som bristfällig 1. Upprepade invasiva mätningar är möjliga i oralt intuberade djur, även om det tekniskt mer utmanande 17.

Från de givna exemplen visade resultaten är likvärdiga de två generationer av flexiVent systemet på att producera mätningar av andningsmekanik, liksom luftvägarna hyperreacvitet och överkänslighet mot inhalerad metakolin efter klor-exponering hos möss. När det används för att karakterisera eller förstå fysiologiska förändringar eller modeller sjukdom, den detaljerad mätning aspekt relaterad till tekniken kan bidra till att förlänga det nuvarande kunskapsläget.

Disclosures

AR, LF, är TFS anställda av SCIREQ Scientific Inc. Andningsskydd TFS äger också stock.
Fri tillgång till den här artikeln är sponsrad av SCIREQ Scientific Andningsskydd, Inc.

Acknowledgements

TKMcG stöds av ett studentship från den kanadensiska Thoracic Society.

FÖRFATTARE BIDRAG

Samtliga författare deltog i utformningen av manuskriptet. Dessutom TKMcG initierat projektet, samlade experimentella resultat, bidragit till skrivandet av manuskriptet och dess kritiska granskning. AR har sammanställt och analyserat experimentella resultat, utarbetade manuskriptet och bidragit till sin kritiska granskning. LF samlade experimentella resultat och bidragit till kritisk granskning av manuskriptet. TFS och JGM bidragit till kritisk granskning 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