قياس منحنى الضغط الحجم في الرئتين ماوس

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Limjunyawong, N., Fallica, J., Horton, M. R., Mitzner, W. Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs. J. Vis. Exp. (95), e52376, doi:10.3791/52376 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

في العقود الأخيرة أصبح الماوس على نموذج حيواني الرئيسي لمجموعة متنوعة من أمراض الرئة. في نماذج من انتفاخ الرئة أو تليف، وأفضل طريقة لتقييم التغيرات المظهرية الأساسية من خلال قياس التغيرات في مرونة الرئة. لفهم أفضل آليات محددة الكامنة وراء مثل هذه الأمراض في الفئران، فمن الضروري إجراء قياسات الوظيفية التي يمكن أن تعكس علم الأمراض النامية. على الرغم من أن هناك العديد من الطرق لقياس مرونة، وطريقة الكلاسيكي هو أن من مجموع الرئة الضغط حجم (PV) منحنى القيام به خلال مجموعة كاملة من وحدات التخزين الرئة. أحرز هذا القياس على الرئتين الكبار من كل ما يقرب من أنواع الثدييات التي يعود تاريخها ما يقرب من 100 سنة، ولعب مثل هذه المنحنيات PV أيضا دورا كبيرا في اكتشاف وفهم وظيفة الفاعل بالسطح الرئوي في تطوير رئة الجنين. للأسف، لم يتم الإبلاغ عن مثل هذه الكلية منحنيات PV على نطاق واسع في الماوس، على الرغم من حقيقة أنها يمكن أن توفر معلومات مفيدة عن macroscآثار OPIC من التغييرات الهيكلية في الرئة. وعلى الرغم من منحنيات PV جزئية فقط قياس التغيرات في حجم الرئة وذكرت أحيانا، من دون مقياس الحجم المطلق، وطبيعة غير الخطية من منحنى PV الكلي يجعل هذه منها جزئية من الصعب جدا تفسير. في هذه الدراسة، ونحن تصف طريقة موحدة لقياس منحنى PV الكلي. لقد ثم اختبار قدرة هذه المنحنيات للكشف عن تغيرات في بنية الرئة الماوس في اثنين من أمراض الرئة شيوعا وانتفاخ الرئة والتليف. وأظهرت النتائج تغيرات كبيرة في العديد من المتغيرات بما يتفق مع التغييرات الهيكلية المتوقع مع هذه الأمراض. هذا قياس منحنى PV الرئة في الفئران مما يوفر وسيلة واضحة لمراقبة تطور التغيرات الفسيولوجية المرضية مع مرور الوقت والتأثير المحتمل للإجراءات العلاجية.

Introduction

الماوس هو الآن نموذج حيواني الرئيسي لمجموعة متنوعة من أمراض الرئة. في نماذج من انتفاخ الرئة أو تليف، وأفضل طريقة لتقييم التغيرات المظهرية الأساسية عن طريق قياس التغيرات في مرونة الرئة. على الرغم من أن هناك العديد من الطرق لقياس مرونة، وطريقة الكلاسيكي هو أن من إجمالي حجم الضغط (PV) منحنى يقاس من حجم المتبقية (RV) لقدرة الرئة الكلية (TLC). أحرز هذا القياس على الرئتين الكبار من كل ما يقرب من أنواع الثدييات التي يعود تاريخها تقريبا 100 سنة 1-3. لعبت هذه المنحنيات PV أيضا دورا كبيرا في اكتشاف وفهم وظيفة الفاعل بالسطح الرئوي في تطوير رئة الجنين 4-7. وعلى الرغم من أهمية منحنى PV باعتبارها قياس النمط الظاهري الرئة، ولم يكن هناك طريقة موحدة لتنفيذ هذا القياس. وقد فعلت ذلك ببساطة عن طريق تضخيم ونزع فتيل الرئة مع خطوات منفصلة (تنتظر وقتا المتغير للموازنة بعد كل) أو مع المضخات التييمكن تضخيم مستمر وفرغ الرئة. ويتم ذلك غالبا منحنى PV على نطاق وحجم بين صفر وبعض قدرة الرئة تعريف المستخدم، ولكن كانت المدة الزمنية لكل حلقة حجم الضغوط التي أبلغ عنها مختبرات مختلفة متغير للغاية، تتراوح بين بضعة ثانية 8 إلى 2 ساعة. بعض المحققين تشير إلى هذا المنحنى إجمالي PV الرئة وثابت أو quasistatic، ولكن هذه هي الناحية النوعية التي تقدم نظرة قليلا، وأنها لا تستخدم هنا. وبالإضافة إلى ذلك، لم يتم الإبلاغ عن منحنى PV على نطاق واسع في الماوس، على الرغم من أنه يمكن أن توفر معلومات مفيدة عن الآثار العيانية للتغيرات الهيكلية في الرئة.

وقد أدت العديد من القضايا في تقلب في PV اكتساب منحنى بما في ذلك: 1) معدل التضخم والانكماش. 2) الرحلات ضغط التضخم والانكماش. و3) الوسائل لتحديد وقياس حجم الرئة المطلق. في طريقة الحاضر هنا، بمعدل 3 مل / دقيقة تم اختياره باعتباره ترضويه، ويجري ليس قصيرة جدا لتعكس مرونة الديناميكية المرتبطة تهوية طبيعية وليس بطيئا جدا لجعل قياس غير عملي، خاصة عند دراسة الأفواج الكبيرة. منذ القدرة الإجمالية للرئة الاسمية في C57BL / 6 الماوس صحي هي بناء على أمر من 1.2 مل هذا المعدل عادة سمحت لاثنين من كامل مغلقة PV حلقات ينبغي القيام به في حوالي 1.5 دقيقة.

في الأدب موسعة حيث تم الإبلاغ عن منحنيات PV، وضغط التضخم ذروة استخدامها كان المتغير للغاية، تتراوح بين ما يصل الى 20 لأكثر من 40 سم H 2 O. جزء من هذا التباين قد تكون ذات صلة إلى الأنواع، ولكن الهدف الأساسي من وضع حد الضغط العلوي لمنحنيات PV هو لتضخيم الرئة إلى سعتها الإجمالية الرئة (TLC)، أو حجم الرئة القصوى. يتم تعريف TLC في البشر من جهد طوعي القصوى يمكن للفرد جعل، ولكن للأسف هذا لا يمكن أبدا أن تتكرر في أي نموذج حيواني. وهكذا، فإن حجم القصوى في منحنيات PV التجريبية هو ردعالملغومة قبل الضغط القصوى ضبط تعسفي من قبل المحقق. والهدف هو وضع ضغوط حيث منحنى PV مسطح، ولكن للأسف الطرف التضخم منحنى PV الرئة الثدييات أبدا مسطح. لذلك وضعت معظم المحققين الضغط حيث يبدأ منحنى التضخم لشد بشكل كبير، وعادة 30 سم H 2 O. في الماوس، ومع ذلك، فإن منحنى PV هو أكثر تعقيدا مع سنام مرتين على أطرافهم التضخم، وأين هذا الطرف التضخم وغالبا ما زالت ترتفع بشكل حاد في 30 سم H 2 O 10، حتى 30 ليست نقطة نهاية جيدة لل منحنى PV. لهذا السبب، ونحن نستخدم 35 سم H 2 O كحد الضغط لمنحنى الماوس PV، وهو الضغط الذي أطرافه التضخم من جميع سلالات قمنا بفحص تبدأ لشد.

منذ منحنى PV نفسه هو غير الخطية للغاية، وظهور حلقة PV تعتمد على حجم من حيث يبدأ منحنى. بعض مراوح التجارية تسمح للمستخدمين القيام حلقات PV كبيرة، بدءا من FRC، ولكن إذا كان حجم FRC غير معروف ثم فإنه من المستحيل تفسير التغييرات في منحنى PV هذا مع أي علم الأمراض، حيث أن هذه التغييرات قد تؤدي ببساطة عن التغير في حجم ابتداء، وليس التعديلات الهيكلية في الرئة. هكذا دون قياس الحجم المطلق، والمنحنيات PV تكاد تكون مستحيلة لتفسير وبالتالي يكون فائدة تذكر. وعلى الرغم من ذلك، هناك العديد من الطرق لقياس حجم الرئة، وهذه غالبا ما تكون مرهقة وتتطلب معدات خاصة. في مقاربة بسيطة وصفها هنا، يبدأ منحنى PV في حجم الصفر بعد في الجسم الحي الإجراء التفريغ.

وباختصار، توضح هذه الورقة طريقة مباشرة لتوحيد PV الرئة قياس منحنى في الرئة الماوس، وتعرف عدة المقاييس التي يمكن أن تحسب من هذا المنحنى التي ترتبط بنية الرئة. وبالتالي يوفر منحنى PV اختبار وظيفة الرئة لديه التطبيق المباشر في القدرة على اكتشاف التغيرات الهيكلية المظهرية في الفئران مع بالاتصالاتعلى أمراض الرئة مثل انتفاخ الرئة وتليف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وافقت اللجنة رعاية واستخدام الحيوان جامعة جونز هوبكنز جميع البروتوكولات الحيوان.

1. معدات

يتم عرض نظام مركب اقامة، وعلى استعداد لقياس منحنى PV في الشكل 1.

  1. قياس حجم:
    1. توليد معدل ثابت من التضخم والانكماش باستخدام ضخ حقنة مع التحول التي تسمح للمستخدم لعكس بسرعة المضخة بعد وصوله الى حدود الضغط. لمنحنيات الماوس PV، استخدم جدا مدهون خفيفا 5 مل حقنة زجاجية مع حجم الأولي (قبل التضخم) وضعت في 3 مل من الهواء. 3 مل هي كبيرة بما فيه الكفاية لقياس حجم في منحنيات الماوس PV تقريبا.
    2. قياس حجم ألقاها المضخة عن طريق ربط محول التفاضلية الخطية إلى السكن مضخة، مع قضيب صغير استشعار متصلة تتحرك حقنة الغطاس.
      ملاحظة: وهناك وسيلة تجريبية لتصحيح ضغط الغاز في نظام يوصف تحت مكعب PVRVE تسجيل القسم.
  2. قياس الضغط:
    1. استخدام معيار قياس الضغط غير مكلفة مع مجموعة من 0-60 سم H 2 O (0-1 PSI).
  3. تسجيل القياس:
    1. لتسجيل منحنى PV استخدام أي مسجل رقمي مع قدرات XY (على سبيل المثال، PowerLab). تعيين قناة واحدة لتسجيل إشارة حجم تصحيح وقناة أخرى لتسجيل الضغط transpulmonary (PTP)، من أجل رسم بياني لمنحنى PV. استخدام المضخم الجسر الذي يربط إلى Powerlab الرئيسي لقياس الضغط. معايرة قناة ضغط 0-40 سم H 2 O، ومعايرة قناة حجم 0-3 مل.

2. تصحيح لضغط الغاز

ملاحظة: هذا هو الخطوة الأولى الحاسمة في إعداد، منذ كلما زاد الضغط، وانخفاض حجم الغاز، وبالتالي فإن حجم الهواء تسليمها إلى الماوس سيكون أقل على نحو متزايد من تهجير SYRإنجي برميل.

  1. إغلاق محبس الذي سيربط النظام PV إلى الرئتين، لذلك لا غاز يمكن ترك النظام. بدء ضخ ومراقبة إذا كانت قناة حجم تصحيح على مسجل معارض أية تغييرات يمكن قياسها كما يزيد الضغط إلى حوالي 40 سم H 2 O. إذا كان الأمر كذلك، ثم صحيحة كما في الخطوات التالية.
    1. الصحيح لضغط الغاز تجريبيا من خلال طرح من قياس المكبس التشريد (أي حجم دون تصحيح) مصطلح يتناسب مع ضغط التضخم. القيام بذلك على قناة Powerlab (وتسمى اتفاقية فيينا) لإظهار إشارة حجم ناقص مرات معامل الضغط.
    2. تحديد معامل في المعادلة. أولا، وجعل تخمين الأولي، وتحويل الرسم البياني على تسجيل، والبدء في المضخة. منذ وختم الأنبوب التضخم، وضبط مضاعف معامل الضغط لجعل القناة الرأسمالي قراءة الصفر مع ارتفاع ضغط 0-40 سم H 2 O. إذا كان يذهب صعودا أو هبوطا، ببساطة ضبط عامل التصحيح حتىيبقى شقة على هذا النطاق الضغط. وهذا عامل التصحيح يكون دائما هو نفسه، وإذا كان نفس 3 مل بدءا حجم في المحقنة لا يتم تغيير.

3. الاختبارات التجريبية في الفئران

  1. إجراءات لقياس منحنى PV في الفئران. وتمت الموافقة على جميع البروتوكولات الحيوان من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان جامعة جونز هوبكنز.
    1. تخدير الفئران (C57BL / 6 الفئران في 6-12 أسابيع من العمر) مع الكيتامين (90 ملغ / كلغ) وزيلازين (15 ملغ / كلغ)، وتأكيد التخدير بسبب عدم وجود حركة لا ارادي.
      ملاحظة: منحنى PV يمكن أن تكتمل في الفئران تخدير في أقل من 10 دقيقة و هو إجراء نهائي.
    2. يفغر الرغامى الفئران مع 18 G كعب إبرة قنية. القيام بذلك عن طريق شق صغير في الجلد المغطي القصبة الهوائية، وتحديد مكان القصبة الهوائية، ثم جعل شق صغير في القصبة الهوائية، حيث يمكن إدخال إبرة كعب. تأمين قنية من خلال ربط مع الموضوع.
    3. السماح للفئران على التنفس 100٪ أكسجين لمدة 4 دقائق على الأقل. هذا يمكن أن يكون عن طريق التنفس من تلقاء أنفسهم من كيس أو مع جهاز التنفس الصناعي تحديد أبعاده مع حجم المد والجزر من 0.2 مل في 150 الأنفاس / دقيقة.
    4. إغلاق قنية القصبة الهوائية والسماح 3-4 دقيقة للماوس على استيعاب جميع الأكسجين. أسفر هذا الإجراء امتصاص الأكسجين وفاة الحيوانات وفي التفريغ الكامل تقريبا في الرئة 11. تأكيد وفاة الماوس عن طريق قياس وقف ضربات القلب مع أقطاب ECG أو الملاحظة المباشرة.
    5. وبمجرد أن التفريغ في الرئة كاملة وحجم الرئة هي صفر، والبدء تضخيم الرئة مع هواء الغرفة في ضخ حقنة بمعدل 3 مل / دقيقة. مراقبة أثر الضغط على مسجل رقمي، وعندما يصل إلى 35 سم H 2 O، عكس المضخة.
    6. اتبع منحنى الانكماش حتى يصل الضغط السلبي 10 سم H 2 O، وهو الوقت الذي انهارت الشعب الهوائية، محاصرة الهواء في الحويصلات الهوائية منع المزيد من الحد من حجم. عكس فورا رانه ضخ مرة أخرى، والسماح للرئة لreinflate كما فتح الشعب الهوائية انهارت. هذا الانفتاح غير متجانسة واضح عادة صاخبة تبحث الطرف التضخم في الجزء الأول من هذا التضخم 2.
    7. عندما تصل الضغط مرة أخرى 35 سم H 2 O، عكس اتجاه المضخة، والاستمرار في انكماش الرئة حتى يصل هذا الطرف الانكماش 2 0 سم H 2 O. ثم توقف المضخة.
    8. عرض السجل PowerLab الرسم البياني من الضغط والتدفق ومنحنى PV. ثم تحليل منحنى PV للكشف عن التغيرات المظهرية في حمة الرئة التي تحدث مع أمراض الرئة المختلفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

على الرغم من أن الإجراء لمنحنيات PV هو موضح في الفيديو فقط للسيطرة على الفئران صحية، درسنا قدرة منحنى PV للكشف عن تغيرات وظيفية ومرضية في الفئران مع اثنين من الأمراض المشتركة مختلفة، وانتفاخ الرئة وتليف. تفاصيل هذه النماذج التقليدية وصفت في أماكن أخرى 12،13. باختصار شديد، بعد التخدير مع 3٪ الأيزوفلورين ان سبب انتفاخ الرئة بنسبة 3 أو 6 U إيلاستاز البنكرياس الخنازير تغرس في القصبة الهوائية ودرس في وقت لاحق 3 أسابيع، وكان سبب التليف بنسبة 0.05 U بليوميسين تغرس في القصبة الهوائية ودرس 2 أسابيع بعد هذا الإهانة.

ويبين الشكل 2 منحنى PV نموذجي من الماوس السيطرة. من هذا منحنى PV، وقياس المتغيرات التي يسهل قياسها كميا، استنساخه من الماوس لفأرة الحاسوب، وممثل من التغييرات الهيكلية التي تحدث في أمراض الرئة. يتم سرد هذه في الجدول (1) ويظهر بوضوح في الشكل 2 الجدول 1 قوائم هذه المتغيرات، والشكل 2 كيف يتم قياسها من منحنى PV. ويناقش الأساس المنطقي وراء كل وقت لاحق.

ويبين الشكل 3 منحنيات PV نموذجية من السيطرة التمثيلية، نفاخي، والفئران تليفي، على التوالي. وتعرض المتغيرات المقاسة من منحنيات ولدت في السيطرة الإناث والفئران متليفة في الشكل 4. المتغيرات تقاس من المنحنيات ولدت في السيطرة على الفئران الذكور والذين يعانون من 2 درجة من انتفاخ الرئة شدة ترد في الشكل 5. الإحصائية وقد تم تحليل المقارنات بين الجماعات إما مع أونبايريد اختبار t (نموذج التليف) أو في اتجاه واحد ANOVA وأهمية تقييم مستوى مع تصحيح توكي للمقارنات متعددة (نموذج انتفاخ الرئة). واعتبر أن p <0.01 كبيرة.

وتشير هذه النتائج إلى أن الطرق المستخدمة هنا للحصول على قياس سمنحنيات و الرئة PV مفيدة في أن تكون قادرة على كشف التغيرات في قابلية التمدد في الرئة في أمراض مختلفة حيث مثل هذه التغييرات الهيكلية وقد وصفت سريريا. النهج وتحليل يولد العديد من المتغيرات التي تميز مختلف جوانب منحنى PV. يدل ويناقش تفسير ما كل من هذه المتغيرات المقاسة بمزيد من التفصيل في القسم التالي.

الشكل (1)
الشكل 1: وضع التجريبية حتى تظهر ضخ حقنة مع حجم والضغط محولات الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: منحنى PV الممثل تظهر كيف عشر يتم قياس المتغيرات المختلفة ه في الجدول 1. V3، V8، وV10 هي حجم الرئة في أول أطرافهم الانكماش في 3 و 8 و 10 سم H 2 O، على التوالي. V35 هو سم H 2 O حجم 35 وتعرف بأنها قدرة الرئة الكلية (TLC). RV هو حجم المتبقي، الذي يعرف بأنه حجم الغاز المحاصرين في أون لمنحنى الانكماش الأول. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3: منحنيات الماوس PV التمثيلية من السيطرة، نفاخي، والرئتين تليفي يشير المنحدر من خط الجزء المظلم امتثال الأطراف الانكماش، C. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الطبقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> الشكل (4)
الرقم 4: التغيرات في المتغيرات المقاسة من منحنيات PV في السيطرة والفئران تليفي المعروضة هي الوسائل ± SEM، ن = 9 لكل مجموعة. وكانت جميع المتغيرات في الرئتين تليفي مختلفة إلى حد كبير من السيطرة الرئتين مع P <0.01. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الشكل 5: التغيرات في المتغيرات المقاسة من منحنيات PV في السيطرة والفئران النفاخي المعروضة هي الوسائل ± SEM، ن = 9 لكل مجموعة. وكانت جميع المتغيرات في الرئتين النفاخي في أي درجة من الشدة تختلف كثيرا عن السيطرة الرئتين وكل أخرى مع P &# 60؛ 0.01 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

قياس ما الكمي التغييرات مع الأمراض
TLC "القصوى" التضخم. المعرفة في الفئران، حيث بلغ حجم الرئة في 35 سم H 2 O يزيد في انتفاخ الرئة. النقصان في التليف
RV حجم الهواء المحبوس بعد انهيار مجرى الهواء على الانكماش يزيد في انتفاخ الرئة. النقصان في التليف
٪ V10 شكل الطرف الانكماش يزيد مع نمو الرئة. يقلل التوتر السطحي مع تثبيط. يزيد في انتفاخ الرئة. النقصان في التليف
C المنحدر quasistatic من الطرف الانكماش يزيد في انتفاخ الرئة. Decreaإس إي إس في التليف
خدمات العملاء الامتثال معين من الطرف الانكماش = C / V3 النقصان في انتفاخ الرئة. النقصان في التليف

الجدول 1: قائمة من المتغيرات المختلفة تقاس من منحنيات الماوس PV.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذه الورقة وقد وصفت طريقة استنساخه واضحة لقياس في الفئران طريقة الكلاسيكي للمرونة phenotyping الرئة، منحنى إجمالي PV الرئة. وكانت مثل هذه المنحنيات دور فعال في اكتشاف الفاعل بالسطح الرئوي وأهميته في توفير الاستقرار الرئة. ومن هنا يظهر كيف أن منحنى PV مفيد أيضا في توفير وسيلة لقياس العديد من المتغيرات المتعلقة مرونة الرئة في الرئتين الماوس الكبار. كانت هناك تغييرات كبيرة جدا في جميع المتغيرات في نموذجين الماوس تستخدم عادة لتوليد تغيرات مرضية في الماوس الرئتين. القسم التالي يناقش بإيجاز أهمية التغيرات في كل المتغيرات المقاسة.

وTLC هو مقياس حجم القصوى الرئة، أو بشكل أكثر دقة، وحجم عند ضغط القصوى المحددة، حيث يبدأ الطرف التضخم لشد. كما لوحظ بالفعل، أطرافهم التضخم منحنى PV يسطح أبدا حقا، والماوس المتطرفة بشكل خاص في هذاالسلوك 10. على الرغم من أن TLC يتم تعريفها في البشر، حيث بلغ حجم في نهاية جهد الشهيق الطوعي القصوى، في كل نموذج حيواني يتم تعريفه حيث بلغ حجم في بعض الضغط المعرفة من قبل المستخدم التعسفي. مع نماذج مرضية هو مبين في هذه الورقة، لوحظ وجود زيادة مطردة في TLC مع زيادة انتفاخ الرئة وكذلك انخفاض التليف. هذه الملاحظات تعكس المظاهر السريرية مع كل من هذه الظروف وبالتالي فهي ما يمكن توقعه في نموذج الفأر مفيد.

وRV هو المتغير الذي يعكس الهواء المتبقي المحاصرين في الحويصلات الهوائية كما الشعب الهوائية قرب على انتهاء القصوى. وبالتالي يعكس هذا المتغير نفس الظاهرة لدى البشر والنماذج الحيوانية. ومن المعروف أن RV إلى زيادة في البشر في الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن 14،15. ويرتبط هذا زيادة في RV إلى حقيقة أن الشعب الهوائية صغيرة قريبة عاجلا على الطرف الانكماش مع أي زيادة قوة العضلات الملساء أو فقدان الدعم الربط من SURRounding حمة الرئة 16. في اثنين من النماذج المرضية المستخدمة هنا، تم العثور على آثار عكسية. كانت هناك زيادة كبيرة في RV مع زيادة الإصابة النفاخي، ولكن مع التليف، كان هناك انخفاض RV، منذ أغلقت أشد الهوائية والرئة المحيطة بها في انخفاض أحجام الرئة على الانكماش.

وV10٪ هو عامل الشكل الذي تم استخدامه لتعكس الاستقرار في الرئة على الانكماش، وكان يستخدم في البداية لتعكس نضج النظام السطحي 17. كما نضوج الرئة الجنين، والتغيرات الانكماش أطرافهم من منحنى على التوالي نسبيا لأحد أن محدب باتجاه المحور الحجم، مع زيادة مصاحبة في 18٪ V10. الشكل النهائي في البالغين اختلافا كبيرا بين أنواع الثدييات، مع٪ V10 تتراوح بين 75 و 90٪ 19. ومن المعروف أن V10٪ أيضا لخفض تدريجيا كما يصبح الفاعل بالسطح الرئوي أقل فعالية 20،21. في نماذج مرضية درس هنا، ج الرئيسيةلم يتوقع hanges في السطحي، ولكن شكل المنحنى هو أيضا يعتمد على مرونة أنسجة الرئة. حقيقة كانت هناك زيادات كبيرة في٪ V10 مع انتفاخ الرئة وانخفاض كبير مع التليف المرجح يعكس هذه التغييرات الهيكلية. على الرغم من أن لا يقاس هذا المقياس عادة في المواد البشرية، قد يكون من المفيد جدا في النماذج الحيوانية كمتغير المظهري المتصلة بالتغيرات مرضية معينة في بنية الرئة.

امتثال (C) هو مقياس التي يمكن الحصول عليها من أي منطقة خطي من منحنى PV غير الخطية. في الماوس، وأطرافه الانكماش من معظم السلالات هي الخطية تماما بين 3 و 8 سم H 2 O، ولهذا السبب فإنه من السهل تحديد استنساخه C على هذا النطاق. واحدة من القضايا الحاسمة في استخدام أي من قياس المنحدر من منحنى PV هو أن القيمة تعتمد بشكل كبير على كل من مجموعة من الضغط على الذي يقاس عليه وتاريخ حجم السابقة (أي، كيف قسمتم إنشاء منحنى)، لذلك الاتساق هو في غاية الأهمية إذا مقارنات تسير ليكون بين السيطرة ونماذج مرضية. في اثنين من النماذج المرضية المستخدمة في هذه الدراسة، لوحظت زيادات كبيرة في C في انتفاخ الرئة وانخفاض كبير في التليف. النتائج التي تحاكي ما لوحظ سريريا في البشر.

التزام معين، وقد كلاسيكي استخدمت جيم لتصحيح حقيقة أن الرئة أكبر مع هيكل نفسه باعتباره الرئة أصغر سيكون تغييرا أكبر في حجم الرئة خلال نفس التغيير في الضغط، مما أدى إلى أكبر الامتثال 22. وخدمات العملاء هو أيضا ما يعادل معكوس معامل الجزء الأكبر من مرونة في الرئة. سريريا تقاس على أنها الامتثال مقسوما FRC، ولكن منذ ذلك الحين في الماوس نحن لا نعرف FRC، اخترنا لاستخدام وحدة التخزين في 3 سم H 2 O. قبل تطبيع مع حجم في 3 سم H 2 O (أي باستخدام تغيير جزئي في الحجم)،يمكن للمرء ثم حساب نفس الامتثال معين في الرئة كبيرة أو صغيرة، وإذا كان الرئة كبيرة ببساطة تتكون من أكثر من نفس الرئة الصغيرة. وتظهر النتائج في هذه الورقة أن هناك انخفاضا في خدمات العملاء في نموذج التليف، مشيرا إلى أن التغيير في قياس C لم يكن ببساطة نظرا لحجم الرئة كونها أصغر. بدلا من ذلك، كانت لحمة الرئة نفسها أشد بكثير. في النموذج انتفاخ الرئة، ولكن، أيضا انخفضت خدمات العملاء، وهو عكس الزيادة في C. حدث هذا الانخفاض المحسوب في خدمات العملاء وذلك لأن الزيادة في حجم الرئة كانت أكبر من الزيادة في C. ومع ذلك، هذه الحقيقة الرياضي لا تقدم أي فكرة عن التغييرات الهيكلية التي أدت إلى هذه التغييرات. في الوقت الحاضر، ورؤى مرضية إضافية ليست واضحة، وزيادة العمل التجريبي هو خارج نطاق هذه الورقة الأساليب.

الأسباب الكامنة وراء هذه التغيرات في المتغيرات PV تعتمد على التغيرات المرضية في نموذج مختلفالصورة. في انتفاخ الرئة، وفقدان الجدران السنخية يقلل من الارتداد الأنسجة عموما ويزيد من هامشية حجم المجال الجوي. وهذا من شأنه توسيع المجالات الجوية المتبقية زيادة نصف قطر انحناء سطح الجوي، مما يقلل من مرونة الارتداد يرجع ذلك إلى التوتر السطحي. كل من هذه العوامل من شأنها أن تؤدي إلى زيادة في احظ TLC. في النموذج متليفة، وترسب الكولاجين وعناصر المصفوفة الأخرى يؤدي إلى تشنج فضلا عن سماكة كل الأنسجة التي يمكن كشفها سريريا والفئران كما قدرة نشرها انخفاض 13،23. وتنعكس هذه التغيرات المرضية في خفضت بشكل ملحوظ TLC. من المحتمل النتائج الزيادة في RV يرى في نموذج انتفاخ الرئة من انخفاض في دعم الربط في الشعب الهوائية، والتي تتجلى من قبل إغلاق مجرى الهواء في وقت سابق على الطرف الزفير. في التليف، وأشد مقاومة انهيار الممرات الهوائية حتى يتم التوصل إلى ضغط أقل على انتهاء الصلاحية، مما يقلل من حجم المتبقية. التغييرات الامتثالتعكس الأمراض المشابهة التي تؤثر على حجم الرئة. وهناك فقدان للعناصر المرنة في جدران متني يؤدي إلى زيادة الامتثال، حيث وسوف ترسب الكولاجين في الشعب الهوائية وحمة يؤدي إلى الرئة أكثر صرامة مع انخفاض الامتثال. الزيادة الطفيفة في٪ V10 في نموذج انتفاخ الرئة وانخفاض التليف ليست سهلة كما أن أشرح. لا توجد دراسات مقارنة في الأدب التي لمقارنة هذه النتائج. منذ الارتداد المرن مع انتفاخ الرئة هو أقل، وحجم الرئة القصوى على ما يبدو قادرا على البقاء أعلى من المعتاد حتى يقلل من الضغط، وهذا يتجلى من خلال زيادة٪ V10. مع التليف، يبقى نكص مرونة عالية حتى في الضغوط العالية، حتى يسقط حجم بسرعة أكبر كما يقلل من الضغط من TLC. وهذا من شأنه أيضا أن تكون متسقة مع تدهور بالسطح الرئوي، ولكن ليس هناك أدب حيث تم تقييم هذا في التليف. وهكذا، على الرغم من أن V10٪ لم تستخدم لالنمط الظاهري الإنسان البالغالرئتين، فإن النتائج المعروضة هنا تشير إلى أنه قد يكون متغير حساس قادر على رصد التغيرات التقدمية على الأقل في اثنين من الأمراض التي شملتها الدراسة. حتى تتم دراسات أكثر اكتمالا، ولكن، حيث العلاقات بين الجرعة والاستجابة مع الإيلاستاز أو بليوميسين تتم، وحساسية هذا المتغير ستبقى المضاربة.

لا يمكن المبالغة في أهمية تصحيح لضغط الغاز. وهذه خطوة أولية حاسمة في تعيين ما يصل، لأن كما يزيد الضغط، يقلل من حجم الغاز، وبالتالي فإن حجم الهواء تسليمها إلى الماوس سيكون أقل على نحو متزايد من تشريد للبرميل حقنة. الإجراء لتصحيح تجريبيا لهذا كان هو مبين في انه بروتوكول أعلاه. ومن الجدير بالذكر أنه إذا لم يغير حجم الإعداد PV، ثم تحتاج أن يتم هذا الإجراء تصحيح التجريبية فقط مرة واحدة. وإذا هو مكتوب معامل أسفل، فإنه يمكن إدخالها في يدويا عند الحاجة من أي وقت مضى. وينبغي التأكيد عليه، مع ذلك، أن ثيالصورة الأسلوب يعمل فقط منذ الرئة بدأ من دولة نزع الغاز. إذا كان بدأ منحنى PV من نهاية الزفير حجم الرئة العادي (FRC)، فإنه لن يكون من الممكن تصحيح لضغط الغاز ما لم يكن أحد يعرف حجم هذا الحجم. وبالإضافة إلى ذلك، فإن شكل منحنى PV أن تعتمد تماما على حجم الرئة ابتداء، حتى لو كانت هناك التغيرات الملحوظة في الرئة المرضية بدءا من FRC، فإنه لن يكون من الممكن تفسير هذه التغييرات حتى كانت معروفة السيطرة ومرضية للشهادات الإبقاء . وهذه ميزة أخرى من بدء دائما من الصفر حجم الرئة. وأخيرا، تجدر الإشارة إلى أن المنحنيات PV أجريت على الفئران مع جدار الصدر سليمة. هذا يبسط الإجراء بأكمله ويقلل كثيرا من احتمال وجود أخطاء بسبب مشوهة الشكل الرئة أو الأخطاء الجراحية. لحسن الحظ، فإن وجود جدار الصدر العادي له تأثير يذكر على منحنى PV وبالتالي فإن منحنى PV القيام به مع الصدر سليمة يوفر وسيلة بسيطة وموثوق بهالتقييم قابلية التمدد في الرئة.

وفي الختام، تعرض هذه الورقة كيفية تنفيذ ببساطة قياس استنساخه من منحنى PV الرئة في الفئران. منحنى PV لديه قدرة فريدة على توثيق التغيير الهيكلي في الرئة سواء في الحيوانات مع الرئة المعدلة وراثيا، وكذلك مع الشتائم البيئية الأخرى. وهكذا، كما هو موضح هنا، وهذا يمكن قياس تقدم البصيرة المظهرية إلى مظهر من مظاهر التغيرات الهيكلية المحددة في الرئة مع انتفاخ الرئة وتليف، وأنه يمكن بالمثل أن تستخدم أيضا تقييم أي الأمراض الأخرى التي قد تؤثر على مرونة الرئة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Syringe pump Harvard Apparatus 55-2226 Infuse/withdraw syringe pump
Pump 22 reversing switch Harvard Apparatus 552217 Included with pump
Linear displacement transformer Trans-Tek, Inc. 0244-0000
5 ml glass syringe Becton Dickenson Several other possible vendors
Digital recorder ADInstruments PL3504 Several other possible vendors
Bridge amp signal conditioner ADInstruments FE221
Gas tank, 100% oxygen Airgas, Inc Any supplier or hospital source will work
Pressure transducer: 0 - 1 psi mV output Omega Engineering PX-137 Range ≈ 0 - 60 cm H2O

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Neergaard, K. v Neue Auffasungen über einn Grundbergriff der Atemtechnik. Die Retraktionskraft der unge, abhangig von den Oberflachenspannung in den Alveolen. (New interpretations of basic concepts of respiratory mechanics. Correlation of pulmonary recoil force with surface tension in the alveoli.). Zeitschrift Fur Gesamte Experi Medizin. 66, 373-394 (1929).
  2. Hildebrandt, J. Pressure-volume data of cat lung interpreted by a plastoelastic, linear viscoelastic model. J. Appl. Physiol. 28, 365-372 (1970).
  3. West, J. B. Bioengineering Aspects of the Lung. Marcel Dekker. New York, NY. 83-162 (1977).
  4. Avery, M. E., Mead, J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease). AMA. J. Dis. Child. 97, 517-523 (1959).
  5. Clements, J. A., Hustead, R. F., Johnson, R. P., Gribetz, I. Pulmonary surface tension and alveolar stability. Tech Rep CRDLR US Army Chem. Res. Dev. Lab. 3052, 1-24 (1961).
  6. Radford, E. P. Tissue Elasticity. Remington, J. W. American Physiological Society. Bethesda, MD. 177-190 (1957).
  7. Mitzner, W., Johnson, J. W. C., Scott, R., London, W. T., Palmer, A. E. Effect of betamethasone on the pressure-volume relationship of fetal rhesus monkey lung. Journal of Applied Physiology. 47, 377-382 (1979).
  8. Smaldone, G. C., Mitzner, W., Itoh, H. The role of alveolar recruitment in lung inflation: Influence on pressure-volume hysteresis. Journal of Applied Physiology. 55, 1321-1332 (1983).
  9. Tankersley, C. G., Rabold, R., Mitzner, W. Differential lung mechanics are genetically determined in inbred murine strains. Journal of Applied Physiology. 86, 1764-1769 (1999).
  10. Soutiere, S. E., Mitzner, W. On defining total lung capacity in the mouse. J. Appl. Physiol. 96, 1658-1664 (2004).
  11. Stengel, P. W., Frazer, D. G., Weber, K. C. Lung degassing: an evaluation of two methods. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48, 370-375 (1980).
  12. Limjunyawong, N., Mitzner, W., Horton, M. A mouse model of chronic idiopathic pulmonary fibrosis. Physiol Rep. 2, e00249 (2014).
  13. Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung. J. Appl. Physiol. 110, 1455-1459 (2011).
  14. Brown, R. H., et al. The structural basis of airways hyperresponsiveness in asthma. J. Appl. Physiol. 101, (1), 30-39 (2006).
  15. Smargiassi, A., et al. Ultrasonographic Assessment of the Diaphragm in Chronic Obstructive Pulmonary Disease Patients: Relationships with Pulmonary Function and the Influence of Body Composition - A Pilot Study. Respiration: International Review of Thoracic Diseases. 87, (5), 364-371 (2014).
  16. Mitzner, W. Airway-parenchymal interdependence. Comprehensive Physiol. 2, 1921-1935 (2012).
  17. Johnson, J. W., Permutt, S., Sipple, J. H., Salem, E. S. Effect of Intra-Alveolar Fluid on Pulmonary Surface Tension Properties. J. Appl. Physiol. 19, 769-777 (1964).
  18. Palmer, S., Morgan, T. E., Prueitt, J. L., Murphy, J. H., Hodson, W. A. Lung development in the fetal primate, Macaca nemestrina. II. Pressure-volume and phospholipid changes. Pediatr. Res. 11, 1057-1063 (1977).
  19. Lum, H., Mitzner, W. A species comparisonof alveolar size and surface forces. Journal of Applied Physiology. 62, 1865-1871 (1987).
  20. Faridy, E. E. Effect of distension on release of surfactant in excised dogs' lungs. Respir. Physiol. 27, 99-114 (1976).
  21. Faridy, E. E., Permutt, S., Riley, R. L. Effect of ventilation on surface forces in excised dogs' lungs. J. Appl. Physiol. 21, 1453-1462 (1966).
  22. Comroe, J. H., Forster, R. E., Dubois, A. B., Briscoe, W. A., Carlsen, E. The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. Year Book Medical Publishers, Inc. New York, NY. (1962).
  23. Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics