Die Messung der Druck-Volumen-Kurve in der Mäuselunge

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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).

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Abstract

In den letzten Jahrzehnten hat die Maus hat sich die primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messung der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Um bestimmte Mechanismen, die solche Krankheiten in Mäusen am besten verstehen, ist es wichtig, Funktionsmessungen, die die Entwicklung der Pathologie reflektieren kann zu machen. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamt-Lungen Druck-Volumen (PV) Kurve über den gesamten Bereich der Lungenvolumina erfolgt. Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahren unternommen wurden, und solche PV Kurven spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung. Leider sind solche Gesamtleistungskennlinie nicht weit verbreitet in der Maus berichtet, trotz der Tatsache, dass sie nützliche Informationen über die macrosc liefernopic Auswirkungen der strukturellen Veränderungen in der Lunge. Obwohl Teil PV Kurven misst nur die Änderungen des Lungenvolumens gelegentlich berichtet, ohne ein gewisses Maß des absoluten Volumens, die nichtlineare Natur des gesamten PV-Kurve macht diese Teil diejenigen sehr schwer zu interpretieren. In der vorliegenden Studie beschreiben wir eine standardisierte Art und Weise, um die gesamte PV-Kurve zu messen. Wir haben nun untersuchten die Fähigkeit dieser Kurven auf Änderungen in Mauslunge Struktur in zwei gemeinsame Lungenerkrankungen, Emphysem und Fibrose zu detektieren. Die Ergebnisse zeigten signifikante Änderungen in mehreren Variablen mit den erwarteten strukturellen Veränderungen bei diesen Pathologien. Diese Messung des Lungen PV-Kurve bei Mäusen stellt somit eine relativ einfache Möglichkeit, um das Fortschreiten der pathophysiologischen Veränderungen über die Zeit und die mögliche Wirkung von therapeutischen Verfahren zu überwachen.

Introduction

Die Maus ist nun der primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messen der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamtdruck-Volumen (PV) Kurve vom Restvolumen (RV), gemessen bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC). Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahre 1-3 vorgenommen. Solche Leistungskennlinie spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung 7.4. Trotz Bedeutung der PV-Kurve als Maß der Phänotyp der Lunge, hat es keine standardisierte Möglichkeit, diese Messung durchzuführen. Es wurde einfach durch Aufblasen und Entleeren der Lunge mit diskreten Schritten (Wartezeit für eine variable Gleichgewichtseinstellung nach jedem) oder mit Pumpen gemacht, dasskontinuierlich aufzublasen und zu entleeren die Lunge. Die PV-Kurve wird oft über einen Volumenbereich zwischen Null und einigen benutzer definieren Lungenkapazität getan, aber die Zeitdauer jedes Druckvolumen Schleife durch verschiedene Labors berichtet extrem variabel gewesen, variierend von ein paar Sekunden bis 8 Stunden 2. Einige Forscher bezeichnen diese totale Lungen PV-Kurve als statische oder quasistatische, aber diese sind qualitativ die kleinen Einblick bieten und sie nicht benutzt werden hier. Darüber hinaus ist die Leistungskennlinie nicht sehr stark in der Maus angegeben, ungeachtet der Tatsache, dass sie nützliche Informationen zu den makroskopischen Auswirkungen der strukturellen Veränderungen der Lunge bereitzustellen.

Mehrere Probleme wurden in Variabilität der PV-Kurve Akquisition einschließlich geführt: 1) die Rate der Inflation und Deflation; 2) die Druck Ausflüge für Inflation und Deflation; und 3) das Mittel zur Bestimmung eines absoluten Lungenvolumenmessung. Bei dem Verfahren hier anwesend, eine Rate von 3 ml / min wurde als compromis gewählte, da nicht zu kurz, um die dynamische Elastizität mit normaler Belüftung und nicht zu langsam widerspiegelte, wie um die Messung nicht praktikabel, vor allem, wenn das Studium großen Kohorten. Da eine nominale totale Lungenkapazität in einer C57BL / 6 gesunden Maus ist in der Größenordnung von 1,2 ml 9 ermöglicht diese Rate in der Regel zwei komplett geschlossen PV-Loops, um in etwa 1,5 Minuten durchgeführt werden.

In der erweiterten Literatur, wo PV Kurven berichtet, hat die Spitzeninflationsdruck sehr variabel war, variierend von so niedrig wie 20 bis über 40 cm H 2 O. Teil dieser Variabilität kann zu Spezies verwandt, aber ein primäres Ziel der Festlegung der oberen Druckgrenze für PV-Kurven an die Lunge bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC) oder maximalen Lungenvolumen aufzublasen. Die TLC beim Menschen wird von der maximalen willkürlichen Anstrengung ein Individuum machen definiert, aber leider nie in irgendeiner Tiermodell dupliziert werden. Somit ist die maximale Lautstärke in experimentellen PV Kurven abzuschreckenvon einem Maximaldruck willkürlich vom Prüfer eingestellt abgebaut. Das Ziel ist, einen Druck in dem die PV-Kurve ist flach eingestellt, aber leider ist die Inflation Schenkel eines Säugetier-Lungen-PV-Kurve ist nicht flach. So sind die meisten Forscher setzen einen Druck, wo der Inflationskurve beginnt, deutlich abflachen, in der Regel 30 cm H 2 O Bei der Maus ist jedoch der PV-Kurve noch komplexer mit einem doppelten Buckel an der Inflations Glied, und wo diese Inflation Schenkel oft noch steil auf 30 cm H 2 O 10 steigt, so 30 ist keine gute Endpunkt für die PV-Kurve. Aus diesem Grund verwenden wir 35 cm H 2 O als die Druckgrenze für die Maus PV-Kurve, die einen Druck, bei dem das Aufblasen Gliedmaßen aller Stämme von uns untersuchten beginnen zu glätten ist.

Da das DV-Kurve selbst ist sehr nichtlinear ist, wird das Auftreten eines PV-Schleife auf das Volumen, von wo die Kurve beginnt abhängen. Einige kommerzielle Ventilatoren können Benutzer große PV-Loops zu tun, beginnend mit FRC, aber wenn der FRC Volumen nicht bekannt, so ist es unmöglich, Änderungen solcher DV-Kurve mit jeder Pathologie zu interpretieren, da diese Veränderungen könnten einfach durch eine Veränderung der Ausgangsvolumen ergeben, und nicht die strukturellen Veränderungen in der Lunge. So ohne absolute Volumenmessung, sind PV-Kurven fast unmöglich zu interpretieren und somit wenig Nutzen. Zwar gibt es mehrere Möglichkeiten, um Lungenvolumen messen, diese sind oft umständlich und erfordern eine spezielle Ausrüstung. In der hier beschriebenen einfachen Ansatz, beginnt die Leistungskennlinie bei Nullvolumen nach einer in vivo-Entgasungsverfahren.

Zusammenfassend ist dieses Papier zeigt eine einfache Methode, um Lungen PV Kurvenmessung in der Mauslunge zu standardisieren, und definiert eine Reihe von Kennzahlen, die aus dieser Kurve, die Lungenstruktur geknüpft sind, berechnet werden kann. Die PV-Kurve stellt somit ein Lungenfunktionstest, die direkte Anwendung in der Lage, phänotypische Strukturveränderungen bei Mäusen mit comm erkennen istLungenerkrankungen wie Emphysem und Fibrose.

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Protocol

Die Johns Hopkins University Animal Care und Verwenden Committee genehmigt alle Tier Protokolle.

1. Ausrüstung

Das Verbundsystem einzurichten bereit, den PV-Kurve zu messen, ist in Abbildung 1 dargestellt.

  1. Volumenmessung:
    1. Erzeugen Sie eine konstante Rate der Inflation und Deflation durch Verwendung einer Spritzenpumpe mit einem Schalter, der es dem Benutzer, schnell umzukehren die Pumpe nach Erreichen der Druckgrenzen ermöglicht. Für Maus Leistungskennlinie, mit einem sehr leicht eingefettet 5 ml Glasspritze mit dem Anfangsvolumen (vor der Inflation) in 3 ml Luft gesetzt. 3 ml ausreichend groß ist, um Mengen in fast allen Maus-Leistungskennlinie zu messen.
    2. Messen des von der Pumpe geförderten durch Anbringen eines linearen Differentialtransformators mit dem Pumpengehäuse, mit einem kleinen Sensorstab mit dem beweglichen Spritzenkolben verbunden Volumen.
      Hinweis: Eine empirische Mittel zur Gaskompression im System zu beheben unter der PV cu beschriebenrve Aufzeichnungsteil.
  2. Druckmessung:
    1. Verwenden Sie ein Standard kostengünstige Druckmessgerät mit einer Reichweite von 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI).
  3. Aufnahme-Messung:
    1. So nehmen Sie die PV-Kurve verwenden jede Digitalrekorder mit XY-Funktionen (zB PowerLab). Stellen Sie einen Kanal, um den korrigierten Volumensignal und einen weiteren Kanal, den Transpulmonardruck (PTP) aufzunehmen, um die PV-Kurve grafisch aufzuzeichnen. Verwenden Sie eine Brücke Vorverstärker, die mit dem Haupt Powerlab verbindet, um den Druck zu messen. Kalibrieren Sie den Druckkanal 0-40 cm H 2 O, und kalibrieren Sie die Lautstärke Kanal 0-3 ml.

2. Korrektur für Gasverdichtung

Hinweis: Dies ist ein entscheidender erster Schritt in der Einrichtung, da bei steigendem Druck, die Gasvolumen abnimmt, und damit das Luftvolumen auf die Maus geliefert werden immer weniger als die Verschiebung des syringe Barrel.

  1. Schließen Sie den Hahn, die die PV-Anlage in die Lunge angeschlossen werden, so dass kein Gas kann das System verlassen. Starten Sie die Infusion und beobachten, ob der korrigierte Volumen Kanal des Recorders zeigt keine messbaren Veränderungen bei steigendem Druck auf etwa 40 cm H 2 O. Wenn ja, dann korrekt, wie in den folgenden Schritten.
    1. Korrigieren für Gaskompression empirisch ermittelt, indem vom Kolben Wegmessung (dh der unkorrigierten Volumen) ein Term proportional zu dem Luftdruck. Tun Sie dies auf einem Powerlab Kanal (genannt Vc), um den Lautstärkesignal minus einem Koeffizienten mal der Druck zeigen.
    2. Bestimmen die Koeffizienten in der Gleichung. Stellen Sie zunächst eine erste Vermutung, schalten Sie das Diagramm der Aufnahme auf, und starten Sie die Pumpe. Da die Inflation Schlauch verschlossen ist, stellen Sie die Druck Koeffizientenmultiplizierer, um die Vc Kanal gelesen Null steigt der Druck von 0 bis 40 cm H 2 O. Geht es nach oben oder unten, einfach den Korrekturfaktor einstellen, bis esbleibt flach über diesem Druckbereich. Dieser Korrekturfaktor wird immer die gleiche sein, wenn die gleichen 3 ml Ausgangsvolumen in der Spritze wird nicht verändert.

3. Experimentelle Tests bei Mäusen

  1. Verfahren zur Messung der PV-Kurve bei Mäusen. Alle Tier Protokolle wurden von der Johns Hopkins University Animal Care und Verwenden Committee genehmigt.
    1. Anesthetize Mäusen (C57BL / 6-Mäuse im Alter von 6-12 Wochen) mit Ketamin (90 mg / kg) und Xylazin (15 mg / kg), und bestätigen Narkose durch das Fehlen von Rückbewegung.
      Hinweis: Der PV-Kurve kann an narkotisierten Mäusen in weniger als 10 Minuten abgeschlossen sein und eine endständige Verfahren.
    2. Tracheostomize die Mäuse mit einer 18 G-Stub Nadelkanüle. Dies geschieht durch einen kleinen Schnitt in der Haut, die über der Luftröhre, der Lokalisierung der Luftröhre, dann einen kleinen Spalt in der Luftröhre, wobei der Stub-Nadel eingeführt werden kann. Sichern Sie die Kanüle durch die Kopplung mit Gewinde.
    3. Lassen Sie die Mäuse zu atmen 100% Sauerstoff für mindestens 4 min. Dies kann über die Spontanatmung aus einem Beutel oder mit einer Beatmungs nominell mit einem Atemvolumen von 0,2 ml bei 150 Atemzügen / min eingestellt sein.
    4. Schließen Sie die Trachealkanüle und innerhalb von 3-4 min für die Maus, um den gesamten Sauerstoff zu absorbieren. Dieses Sauerstoffabsorptionsverfahren ergibt den Tod der Tiere und in einer nahezu vollständigen Entgasung der Lungen 11. Tod der Maus bestätigen, indem die Einstellung der Herzschlag mit EKG-Elektroden oder die direkte Beobachtung.
    5. Nachdem die Entgasung der Lunge ist abgeschlossen und das Lungenvolumen gleich Null ist, beginnt das Aufblasen der Lunge mit der Raumluft in die Spritzenpumpe bei einer Rate von 3 ml / min. Überwachen Sie die Druckspur auf dem Digital-Recorder, und wenn es 35 cm H 2 O erreicht, kehren Sie die Pumpe.
    6. Folgen Sie der Kurve, bis die Deflation Druck erreicht negativen 10 cm H 2 O, in welcher Zeit die Atemwege sind zusammengebrochen, das Einschließen von Luft in Alveolen Verhinderung weiterer Volumenreduzierung. Unmittelbar Reverse ter wieder zu pumpen, so dass die Lunge zu bergen, da die kollabierte Atemwege zu öffnen. Diese heterogene Öffnung ist normalerweise durch die laute suchen Inflation Glied in der Anfangsteil des zweiten Inflation deutlich.
    7. Wenn der Druck wieder 35 cm H 2 O erreicht, kehren Sie die Pumprichtung, und halten Sie die Luft aus der Lunge, bis dieser zweite Deflation Gliedmaßen erreicht 0 cm H 2 O. Dann die Pumpe stoppen.
    8. Sehen Sie sich die PowerLab-Chart Rekord von Druck und Volumenstrom und der PV-Kurve. Dann analysieren die PV-Kurve auf phänotypische Veränderungen im Lungenparenchym, die mit verschiedenen Lungenerkrankungen auftreten, zu erkennen.

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Representative Results

Obwohl das Verfahren für die Leistungskennlinie wird in dem Video nur für Steuer gesunden Mäusen gezeigt, untersuchten wir die Fähigkeit der PV-Kurve, um funktionelle und pathologische Veränderungen bei Mäusen mit zwei unterschiedlichen gemeinsamen Pathologien, Emphysem und Fibrose zu detektieren. Einzelheiten zu diesen traditionellen Modellen beschrieben an anderer Stelle 12,13. Ganz kurz nach der Narkose mit 3% Isofluran das Emphysem wurde von 3 oder 6 U Schweine-Pankreas-Elastase in die Luftröhre eingeimpft verursacht und studierte nach 3 Wochen, und der Fibrose wurde von 0,05 U Bleomycin in die Luftröhre eingeimpft verursacht und studierte von 2 Wochen nach dieser Beleidigung.

Figur 2 zeigt eine typische Leistungskennlinie von einer Kontrollmaus. Aus einer solchen PV-Kurve, gemessen Variablen, die leicht zu quantifizieren, reproduzierbar aus Maus Maus sind, und Vertreter der strukturellen Veränderungen, die in Lungenkrankheit auftreten. Diese sind in Tabelle 1 aufgeführt und graphisch in Figur 2 gezeigt In Tabelle 1 sind die Variablen, und Figur 2 zeigt, wie sie von der PV-Kurve gemessen. Das Grundprinzip hinter jeder wird später diskutiert.

Abbildung 3 zeigt typische PV-Kurven von repräsentativen Steuer, emphysematösen und fibrotische Mäusen auf. Variablen aus den in der weiblichen Steuerung und fibrotische Mäuse generiert Kurven gemessen, sind in Abbildung 4 Variablen aus den bei männlichen Kontrollmäusen und solche mit 2 Grad von Emphysem Schweregrad erzeugt Kurven gemessen vorgestellt sind in Abbildung 5 dargestellt Statistische Vergleiche zwischen den Gruppen wurden entweder mit einem ungepaarten t-Test (Fibrose-Modell) oder eine Einweg-ANOVA und Signifikanzniveau mit Tukey-Korrektur für Mehrfachvergleiche (Emphysem-Modell) bewertet analysiert. Ein p <0,01 wurde als signifikant angesehen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die verwendeten Methoden hier, um Mess o erhaltenf Lungen PV-Kurven sind in der Lage, Veränderungen der Dehnbarkeit der Lunge bei verschiedenen Pathologien, wo solche strukturellen Änderungen klinisch beschrieben erfassen. Der Ansatz und die Analyse erzeugt mehrere Variablen, die verschiedene Aspekte der PV-Kurve charakterisieren. Die Interpretation, was jede dieser Meßgrößen bedeutet detaillierter im folgenden Abschnitt diskutiert.

Figur 1
Abb. 1: Versuchsaufbau, die Spritzenpumpe mit Volumen und Druckaufnehmer Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 2
Abbildung 2: Vertreter PV-Kurve zeigt, wie the verschiedenen Variablen in der Tabelle 1 gemessen. V3, V8 und V10 sind die Lungenvolumen auf dem ersten Schenkel Deflation in 3, 8 und 10 cm H 2 O auf. V35 ist das Volumen 35 cm H 2 O und als Gesamtlungenkapazität (TLC) bestimmt. RV ist das Restvolumen, definiert als das Volumen der eingeschlossenen Gases an der en der ersten Kurve Deflation. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Figur 3
Abb. 3: Vertreter Maus PV Kurven aus Kontroll, emphysematösen und fibrotische Lungen Die Steigung der dunklen Liniensegment gibt die Deflation Gliedmaßen Compliance, C Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.


Fig. 4: Änderungen der Variablen von den PV-Kurven in der Steuerung und fibrotische Mäusen gezeigt, gemessen sind Mittelwerte ± SEM, n = 9 für jede Gruppe. Alle Variablen in der fibrotischen Lungen waren signifikant verschieden von Kontrolle Lungen mit p <0,01. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 5
Fig. 5: Veränderung der Variablen von den PV-Kurven in der Steuerung und emphysematous Mäusen gezeigt, gemessen sind Mittelwerte ± SEM, n = 9 für jede Gruppe. Alle Variablen, die in den Lungen bei jedem emphysematous Schweregrad waren signifikant verschieden von der Kontroll Lungen und einander mit P &# 60;. 0,01 Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Messung Was es quantifiziert Änderungen mit Pathologien
TLC "Maximal" Inflation; bei Mäusen als Lungenvolumen bei 35 cm H 2 O definiert, Erhöht in Emphysem; Das Absinken der Fibrose
RV Gefangen Luftvolumen nach Atemwegskollaps auf Deflation Erhöht in Emphysem; Das Absinken der Fibrose
% V10 Form der Deflation Gliedmaßen Erhöht mit Lungenentwicklung; Nimmt mit Tensid Hemmung; Erhöht in Emphysem; Das Absinken der Fibrose
C Die quasistatische Neigung der Deflation Gliedmaßen Erhöht in Emphysem; Decreases in Fibrose
Cs Besondere Beachtung von der Deflation Extremität = C / V3 Das Absinken der Emphysem; Das Absinken der Fibrose

Tabelle 1: Auflistung der verschiedenen Variablen aus Maus PV Kurven gemessen.

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Discussion

In diesem Artikel wird eine einfache reproduzierbare Methode wurde beschrieben, dass in Mäusen messen eine klassische Methode der Phänotypisierung Lungenelastizität, der Gesamtlungen PV-Kurve. Solche Kurven sind massgeblich an der Entdeckung von Lungensurfactant und seine Bedeutung bei der Bereitstellung von Lungen Stabilität. Hier wird gezeigt, wie die PV-Kurve ist auch nützlich bei der Bereitstellung einer Einrichtung, um verschiedene Variablen, um Lungenelastizität in erwachsenen Mauslungen genau gemessen. Es gab sehr signifikante Veränderungen in allen Variablen in zwei häufig verwendete Mausmodellen zu pathologischen Veränderungen in der Mäuselunge zu generieren. Im folgenden Abschnitt wird kurz auf die Bedeutung der Veränderungen in den einzelnen Messgrößen.

Die TLC ist ein Maß der maximalen Lungenvolumen, oder genauer gesagt, das Volumen zu einem definierten Maximaldruck, wobei die Inflations Schenkels beginnt abzuflachen. Wie bereits erwähnt, die Inflation Schenkel eines PV-Kurve nie wirklich flach, und die Maus ist besonders extrem in diesemVerhalten 10. Obwohl die TLC bei Menschen, da das Volumen am Ende eines maximalen willkürlichen Einatmungsanstrengung definiert ist, in jedem Tiermodell wird es als das Volumen bei einem willkürlichen benutzerdefinierten Druck. Mit der in dieser Veröffentlichung gezeigten pathologischen Modellen wurde eine progressive Zunahme der TLC mit zunehmender Emphysem sowie einer Abnahme mit Fibrose beobachtet. Diese Beobachtungen spiegeln klinischen Manifestationen mit jedem dieser Bedingungen und sind daher, was in einer nützlichen Mausmodell zu erwarten.

Die RV ist eine Variable, die Restluft in Alveolen Atemwegs nahe an einem maximalen Verfalls eingeschlossen widerspiegelt. Diese Variable gibt somit die gleiche Phänomen in Menschen und Tiermodellen. Der RV ist bekannt, dass bei Menschen in Asthma und COPD 14,15 erhöhen. Diese Zunahme der RV ist mit der Tatsache zusammen, dass die kleinen Atemwege in der Nähe eher auf der Deflation des Körpers mit erhöhtem Tonus der glatten Muskulatur oder den Verlust von Tethering Unterstützung der surrgründung Lungenparenchym 16. In den beiden pathologischen Modellen zum Einsatz, wurden gegenteilige Effekte gefunden. Es gab einen signifikanten Anstieg in RV mit zunehmender emphysematous Verletzung, aber mit Fibrose, gab es eine verringerte RV, da die Steifigkeit in die Atemwege und Lunge umgibt bei niedrigeren Lungenvolumina Deflations geschlossen.

Die% V10 ist ein Formfaktor, der verwendet wurde, um die Stabilität der Lunge Deflations reflektieren, und wurde zunächst verwendet, um die Reifung der Tensid-System 17 zu reflektieren. Wie der fetalen Lunge reift, die Deflation des Körpers ändert sich von einer relativ geraden Kurve, eine, die in Richtung der Volumenachse konvex ist, mit einem gleichzeitigen Anstieg der% V10 18. Die endgültige Form bei Erwachsenen variiert deutlich zwischen Säugetierspezies, mit V10% variierte zwischen 75 und 90% 19. Die% V10 ist auch bekannt, progressiv abnehmen, wenn das Lungensurfactant wird weniger effektiv 20,21. In den pathologischen Modellen untersucht hier, großen cHanges in Tensid wurde nicht erwartet, aber die Form der Kurve ist auch abhängig von der Lungengewebeelastizität. Die Tatsache, gab es deutliche Zuwächse in% V10 mit Emphysem und eine signifikante Abnahme mit Fibrose wahrscheinlich spiegelt diese Strukturveränderungen. Obwohl dieser Metrik wird in der Regel nicht am Menschen gemessen, kann es sehr nützlich, in Tiermodellen als phänotypische Variable auf spezifische pathologische Veränderungen der Lungenstruktur in Zusammenhang stehen.

Die Compliance (C) ist ein Messwert, der von jeder linearisierte Bereich der nichtlinearen Leistungskennlinie erhalten werden kann. Bei der Maus Deflationierungsverfahren Glieder von den meisten Stämmen ziemlich linear zwischen 3 und 8 cm H 2 O, und aus diesem Grund ist es einfach, eine reproduzierbare C über diesen Bereich zu definieren. Einer der kritischen Punkte bei der Verwendung jedweder Neigungsmessung aus der PV-Kurve ist, dass der Wert hängt stark sowohl von der Druckbereich, über die sie gemessen wird und dem vorhergehenden bändige Geschichte (dh wie der AbschnittKurve wurde erzeugt), so dass die Konsistenz ist von entscheidender Bedeutung, wenn Vergleiche gehen, um zwischen Steuerung und pathologischen Modellen hergestellt werden. In den beiden pathologischen Modellen in dieser Studie verwendet wurden, wurden signifikante Erhöhungen der C bei Emphysemen und einer signifikanten Abnahme der Fibrose; Erkenntnisse, was sind klinisch bei Menschen beobachtet imitieren.

Die spezifische Compliance, Cs auf klassisch verwendet worden, um die Tatsache, dass eine größere Lunge mit der gleichen Struktur wie eine kleinere Lungen eine größere Veränderung des Lungenvolumens über die gleiche Druckänderung haben, was zu einer größeren Übereinstimmung 22 zu korrigieren. Der Cs ist auch äquivalent zu der Inversen der Volumenelastizitätsmodul der Lunge. Klinisch wird es als der Einhaltung geteilt durch FRC messen, aber da in der Maus, die wir nicht wissen, die FRC, die wir gewählt haben, um die Lautstärke zu 3 cm H 2 O verwenden Durch Normalisieren des Volumens an 3 cm H 2 O (dh unter Verwendung der teilweise Änderung in Volumen),würde man dann berechnen die gleiche spezifische Compliance in einem großen oder kleinen Lunge, wenn die großen Lungen einfach bestand aus mehr von der gleichen kleinen Lunge. Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit zeigen, dass es eine Abnahme der Cs in der Fibrose-Modell, was darauf hinweist, dass die gemessene Änderung in C war nicht nur wegen der Lungenvolumen kleiner ist. Vielmehr Lungenparenchym sich deutlich steifer. Im Emphysem-Modell jedoch der Cs verringert auch die gegenüber der Zunahme der C ist Dieser berechnete Abnahme Cs aufgetreten, da die Zunahme des Lungenvolumens war größer als die Zunahme des C jedoch diese mathematische Tatsache nicht zur Verfügung stellt jeder Einblick in die strukturellen Veränderungen, die sich diesen Veränderungen geführt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind weitere pathologische Erkenntnisse nicht klar, und weitere experimentelle Arbeit geht über den Rahmen dieses Methodenpapier.

Die diese Veränderungen in PV Variablen zugrundeliegenden Ursachen sind abhängig von den pathologischen Veränderungen in dem unterschiedlichen Modells. Beim Emphysem der Verlust Alveolarwände verringert die Gesamtgeweberückstoß und erhöht Umfangs Luftraum Größe. Diese Vergrößerung des Restlufträume würde der Krümmungsradius des Luftraums Oberfläche zu erhöhen, das ferner die Verringerung der elastischen Rückstellung aufgrund der Oberflächenspannung. Beides würde den Anstieg führen in TLC beobachtet. Im fibrotische Modell, der Ablagerung von Collagen und andere Matrixelemente führt zu einer Versteifung sowie eine Verdickung allen Geweben, die nachweisbar ist klinisch und bei Mäusen als reduzierte Diffusionskapazität 13,23. Diese pathologischen Veränderungen sind in deutlich gesenkt TLC reflektiert. Die Zunahme der RV in dem Emphysem-Modell gesehen wahrscheinlich resultiert aus einer Abnahme der Anbindungs ​​Unterstützung der Luftwege, die sich von einem früheren Atemwegsverschluss am Ausatmungszweig manifestiert. In Fibrose, die steiferen Luftwege wider Zusammenbruch, bis ein niedrigerer Druck nach Ablauf erreicht wird, wodurch die Restvolumen verringert. Die Compliance-Änderungenspiegeln ähnliche Krankheiten, die die Lungenvolumina auswirken. Ein Verlust der elastischen Elemente in den parenchymatösen Wände werden zu einer erhöhten Compliance, wo, wie Kollagenablagerung in den Atemwegen und Parenchym führt zu einer steiferen Lunge führen mit verminderter Compliance führen. Der leichte Anstieg der% V10 in der Emphysem-Modell und die Abnahme mit Fibrose sind nicht so einfach zu erklären. Es sind keine vergleichbaren Studien in der Literatur, mit denen, um diese Ergebnisse zu vergleichen. Da die elastische Rückfederung mit Emphysem niedriger ist, ist die maximale Lungenvolumen offenbar in der Lage höher als normal zu bleiben, selbst wenn der Druck abnimmt, und dies wird durch die erhöhte% V10 manifestiert. Fibrose, bleibt die elastische Rückfederung hoch ist, selbst bei hohen Drücken, so dass das Volumen schneller als der Druck von TLC abnimmt fällt. Dies wäre auch mit einer Verschlechterung der Lungen Tensid sein, aber es gibt keine Literatur, wo dies in Fibrose beurteilt. Obwohl also die% V10 wurde nicht zur Behandlung von erwachsenen menschlichen phänotypisierenLungen, die hier vorgelegten Ergebnisse deuten darauf hin, es kann eine empfindliche Variable, progressive Veränderungen zumindest in den beiden untersuchten Krankheits überwachen kann. Bis umfassendere Studien werden durchgeführt, aber in denen die Dosis-Wirkungs-Beziehungen zu Elastase oder Bleomycin fertig sind, die Empfindlichkeit dieser Variable wird spekulativ bleiben.

Die Bedeutung der Korrektur für die Gaskompression kann nicht überbetont werden. Dies ist ein kritischer Schritt bei der anfänglichen Einrichtung, da, wenn der Druck ansteigt, wird das Gasvolumen verringert und so die Luftmenge zu der Maus geliefert wird immer weniger als die Verschiebung des Spritzenzylinders. Das Verfahren empirisch, dies zu korrigieren wurde er Protokoll oben gezeigt. Bemerkenswert ist, dass, wenn die PV-Setup Volumen nicht ändert, dann ist dieser empirische Korrekturvorgang muss nur einmal vorgenommen werden. Und wenn der Koeffizient niedergeschrieben ist, kann manuell eingegeben werden, wenn überhaupt erforderlich ist. Es sollte jedoch betont werden, dass this Methode funktioniert nur, weil die Lunge ausgehend von einer entgasten Zustand. Wenn die DV-Kurve wurden von einem normalen endexspiratorischen Lungenvolumen (FRC) gestartet wird, würde es nicht möglich sein, für die Gaskompression zu korrigieren, wenn man nicht wußte, die Grße dieses Volumens. Darüber hinaus wird die Form eines PV-Kurve ziemlich abhängig von der Ausgangslungenvolumen sein, so dass, wenn es Veränderungen in einer pathologischen Lunge beobachtet ab FRC, wäre es nicht möglich, diese Veränderungen zu interpretieren, bis die Steuerung und pathologischen FRCs bekannt waren . Dies ist ein weiterer Vorteil, immer ausgehend von Null Lungenvolumen. Schließlich ist es erwähnenswert, dass die PV-Kurven wurden in Mäusen mit intaktem Brustwand gemacht. Dies vereinfacht das gesamte Verfahren und reduziert die Möglichkeit von Fehlern aufgrund von verzerrten Lungenform oder chirurgische Fehler erheblich. Glücklicherweise ist die Anwesenheit von einer normalen Brustwand hat einen vernachlässigbaren Effekt auf die Leistungskennlinie 9, so daß die DV-Kurve mit intakter Brust gemacht bietet eine einfache und zuverlässige Einrichtungdie Dehnbarkeit der Lunge zu beurteilen.

Zusammenfassend diesem Artikel zeigt, wie man einfach führen eine reproduzierbare Messung der Lungen PV-Kurve bei Mäusen. Die PV-Kurve hat eine einzigartige Fähigkeit, den Strukturwandel in der Lunge sowohl bei Tieren, die mit genetisch veränderten Lungen sowie andere Umwelteinflüsse zu dokumentieren. Somit ist, wie hier dargestellt, kann diese Messung phänotypischen Einblick in die Offenbarung der spezifischen strukturellen Veränderungen in der Lunge mit Emphysem und Fibrose bereitzustellen, und es kann in ähnlicher Weise verwendet zu einem der anderen Pathologien, die Lungenelastizität beeinflussen könnten beurteilen.

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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

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References

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