Meting van de druk-volume curve in muizenlongen

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

In de afgelopen decennia is de muis wordt de primaire diermodel van verschillende longziekten. In modellen van emfyseem of fibrose, worden de essentiële fenotypische veranderingen beste beoordeeld door het meten van de veranderingen in de longen elasticiteit. Om zo goed begrijpen specifieke mechanismen die een dergelijke pathologieën bij muizen, is het essentieel om functionele metingen die de ontwikkeling pathologie kan reflecteren maken. Hoewel er vele manieren om elasticiteit te meten, de klassieke methode is dat de totale long druk-volume (PV) curve uitgevoerd over het gehele bereik van longvolumes. Deze meting is uitgevoerd op volwassen longen uit bijna alle soorten zoogdieren dateert uit bijna 100 jaar, en dergelijke PV bochten speelde ook een belangrijke rol in de ontdekking en het begrip van de functie van pulmonaire oppervlakteactieve stof in de foetale ontwikkeling van de longen. Helaas, zoals totale PV curves zijn niet uitgebreid in de muis, hoewel zij nuttige informatie over de macrosc kan biedenOPIC effecten van structurele veranderingen in de longen. Hoewel gedeeltelijke PV curves van slechts veranderingen in longvolume soms worden gerapporteerd, zonder maat absolute termen, de niet-lineaire aard van de totale PV kromme maakt deze gedeeltelijke aard moeilijk te interpreteren. In deze studie beschrijven we een gestandaardiseerde manier om de totale PV curve gemeten. We hebben vervolgens getest het vermogen van deze curves veranderingen in muizenlong structuurverschillen in twee algemene long pathologieën, emfyseem en fibrose. De resultaten toonden significante veranderingen in verscheidene variabelen in overeenstemming met de verwachte structurele veranderingen van deze pathologieën. Deze meting van de long PV kromme bij muizen verschaft aldus een eenvoudige manier om de progressie van de pathofysiologische veranderingen in de tijd en het potentiële effect van therapeutische procedures volgen.

Introduction

De muis is nu de belangrijkste diermodel van verschillende longziekten. In modellen van emfyseem of fibrose, worden de essentiële fenotypische veranderingen beste beoordeeld door het meten van de veranderingen in de longen elasticiteit. Hoewel er vele manieren om elasticiteit te meten, de klassieke methode is dat de totale druk-volume (PV) curve gemeten van residuale volume (RV) tot de totale longcapaciteit (TLC). Deze meting is uitgevoerd op volwassen longen uit bijna alle soorten zoogdieren dateert uit bijna 100 jaar 1-3. Dergelijke PV curves speelde ook een belangrijke rol in de ontdekking en het begrip van de functie van pulmonaire oppervlakteactieve stof in de foetale ontwikkeling van de longen 4-7. Ondanks het belang van het PV-curve als een meting van het fenotype van de long, is er geen gestandaardiseerde manier om deze meting uit te voeren. Het is gewoon gedaan door het opblazen en leeg laten lopen van de long met discrete stappen (wacht een variabele tijd evenwichtstoestand na elk) of met pompen diekan continu opblazen en leeglopen van de long. De PV kromme wordt vaak gedaan via een volumebereik tussen nul en enkele door de gebruiker te definiëren longcapaciteit, maar de tijdsduur van elke druk volume curve gerapporteerd door verschillende laboratoria is zeer wisselend, variërend van enkele seconden tot 8 uur 2. Sommige onderzoekers verwijzen naar dit totaal long PV-curve als statische of quasi-statische, maar deze zijn kwalitatieve termen die weinig inzicht bieden, en ze zijn hier niet gebruikt. Bovendien, de PV curve niet uitgebreid in de muis, hoewel zij nuttige informatie over de macroscopische effecten van structurele veranderingen in de longen kan bieden.

Verschillende problemen hebben geleid tot variabiliteit in PV curve verwerven, waaronder: 1) de inflatie en deflatie; 2) de druk excursies voor inflatie en deflatie; en 3) middelen om een ​​absolute longvolume gemeten bepalen. In de onderhavige hier werkwijze een snelheid van 3 ml / min werd gekozen als een compromise, het zijn niet te kort om de dynamische elasticiteit geassocieerd met normale ventilatie en niet te langzaam weerspiegelen met betrekking tot de meting onpraktisch maken, in het bijzonder bij het bestuderen van grote cohorten. Aangezien een nominale totale longcapaciteit in een C57BL / 6 gezonde muis in de orde van 1,2 ml 9 Dit percentage kan typisch twee volledig gesloten PV lussen worden gedaan in ongeveer 1,5 minuten.

In de uitgebreide literatuur waarin PV curves gemeld, is de piek bandenspanning gebruikt uiterst variabel zijn, variërend van zo laag als 20 tot meer dan 40 cm H2O Een deel van deze variabiliteit kan worden gerelateerd aan soorten, maar een primair doel van het instellen van de bovenste druklimiet voor PV krommen de long totale longcapaciteit (TLC) of maximale longvolume blazen. De TLC bij mensen wordt bepaald door de maximale vrijwillige inspanning een individu, maar helaas kan nooit worden gedupliceerd in een diermodel. Zo is het maximale volume experimentele PV krommen afschrikkenbepaald door een maximale druk willekeurig door de onderzoeker ingesteld. Het doel is om een ​​druk waar de PV-curve vlak ingesteld, maar helaas is de inflatie onderdeel van een zoogdier long PV-curve is nooit vlak. Dus de meeste onderzoekers stellen een druk waar de inflatie curve begint te substantieel plat, meestal 30 cm H 2 O. In de muis, maar de PV curve nog ingewikkelder met dubbele bult op de inflatie lidmaat, en indien inflatie onderdeel wordt vaak nog sterk stijgende 30 cm H2O 10, dus 30 geen goed eindpunt voor de PV curve. Daarom gebruiken we 35 cm H2O als de druk voor de muis PV curve, een druk waarbij de inflatie ledematen van alle stammen we onderzocht beginnen te vlakken.

Aangezien de PV curve zelf is zeer lineair, het uiterlijk van een PV lus afhankelijk van het volume waar de curve begint. Sommige commerciële ventilatoren gebruikers in staat om grote PV lussen doen, te beginnen met FRC, maar als de FRC volume bekend is het onmogelijk om veranderingen in zulke PV kromme met elke pathologie interpreteren, aangezien deze veranderingen eenvoudig kan resulteren uit een verandering in startvolume en niet structurele veranderingen in de longen. Dus zonder een absolute volume meting, PV curves zijn bijna onmogelijk te interpreteren en hebben dus weinig nut. Hoewel er verschillende manieren om longvolumes meten, deze vaak omslachtig en vereisen speciale uitrusting. In de eenvoudige benadering beschreven, de PV curve begint bij nul volume na een in vivo ontgassingsprocedure.

Kortom, dit document toont een eenvoudige methode long PV curve meting standaardiseren in de muizenlong en definieert verschillende metrieken die kunnen worden berekend uit deze curve die verband houden longstructuur. De PV kromme verschaft aldus een longfunctie test die rechtstreeks in het te kunnen fenotypische structurele veranderingen te detecteren in muizen met comm heefton long ziekten zoals emfyseem en fibrose.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De Johns Hopkins University Animal Care en gebruik Comite alle dierlijke protocollen.

1. apparatuur

Het samengestelde opgezet, klaar om de PV curve meten wordt getoond in figuur 1.

  1. Volume meting:
    1. Genereer een constante snelheid van inflatie en deflatie met behulp van een injectiespuit pomp met een schakelaar die het mogelijk maakt de gebruiker snel achteruit de pomp na het bereiken van de druk grenzen. Voor muis PV curves, gebruik maken van een zeer licht ingevette 5 ml glazen injectiespuit met het oorspronkelijke volume (voorafgaand aan de inflatie), vastgesteld op 3 ml lucht. 3 ml voldoende grote volumes in bijna alle muizen PV curves meten.
    2. Meet het volume van de pomp door het aanbrengen van een lineaire differentiaal transformator op het pomphuis, met een kleine sensor stang verbonden met de bewegende zuiger.
      Opmerking: Een empirische middelen voor het corrigeren van gascompressoren in het systeem beschreven onder PV curve opname afdeling.
  2. Drukmeting:
    1. Gebruik een standaard goedkope manometer met een bereik van 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI).
  3. Het opnemen van de meting:
    1. Om op te nemen van de PV-curve gebruik een digitale recorder met XY-mogelijkheden (bijv PowerLab). Stel de ene kanaal naar het gecorrigeerde volume signaal en een ander kanaal om de transpulmonaire druk (Ptp) opnemen, zodat de PV curve grafiek opgenomen. Gebruik een brug voorversterker die verbinding maakt met de belangrijkste Powerlab om de druk te meten. Kalibreer het perskanaal 0-40 cm H2O en kalibreren het volume kanaal 0-3 ml.

2. Correctie voor Gas Compression

Opmerking: Dit is een belangrijke eerste stap bij het opzetten, aangezien de druk toeneemt, het volume gas afneemt en daarmee de hoeveelheid lucht geleverd aan de muis steeds minder dan de verplaatsing van de Syr zijninge vat.

  1. Sluit de kraan die de PV-systeem maakt verbinding met de longen, zodat geen gas kan het systeem te verlaten. Start de infusie en observeren als de gecorrigeerde Volume kanaal op de recorder geeft geen meetbare veranderingen als de druk toeneemt tot ongeveer 40 cm H 2 O. Zo ja, dan correct in de volgende stappen.
    1. Correct zijn voor gas compressie empirisch door het aftrekken van de zuiger verplaatsing meting (dwz, de ongecorrigeerde volume) een term evenredig met de bandenspanning. Doe dit op Powerlab kanaal (genaamd Vc) om het volume signaal minus een coëfficiënt maal de druk vertonen.
    2. Bepaal de coëfficiënt in de vergelijking. Maak eerst een initiële gok, draai de grafiek opname op, en start de pomp. Aangezien de inflatie buis wordt afgedicht, passen de druk coëfficiëntvermenigvuldiger om de Vc kanaal gelezen nul als de druk stijgt 0-40 cm H 2 O. Als het omhoog of omlaag gaat, gewoon de correctiefactor toe te passen totdat hetblijft vlak boven dit drukgebied. Deze correctiefactor wordt altijd dezelfde zijn als dezelfde 3 ml startvolume in de spuit niet is veranderd.

3. Experimentele Tests in Muizen

  1. Procedure voor het meten van de PV curve bij muizen. Alle dierlijke protocollen werden goedgekeurd door de Johns Hopkins University Animal Care en gebruik Comite.
    1. Verdoven muizen (C57BL / 6 muizen van 6-12 weken oud) met ketamine (90 mg / kg) en xylazine (15 mg / kg), en bevestig verdoofd door de afwezigheid van reflex beweging.
      Opmerking: De PV curve kan in verdoofde muizen worden voltooid in minder dan 10 min en een terminal procedure.
    2. Tracheostomize de muizen met een 18 G stomp naaldcanule. Doe dit door een kleine incisie in de huid die over de trachea, lokaliseren de luchtpijp, dan een kleine spleet in de luchtpijp, waarbij de stomp naald worden ingebracht. Zet de canule door koppelverkoop met schroefdraad.
    3. Laat de muizen om te ademen 100% zuurstof gedurende ten minste 4 minuten. Dit kan via spontane ademhaling uit een zak of een ventilator nominaal set met een tidal volume van 0,2 ml 150 ademhalingen / min.
    4. Sluit de tracheale canule en laat 3-4 minuten voor de muis om alle zuurstof te absorberen. Dit zuurstofopname procedure leidt de dood van de dieren en in een vrijwel volledige ontgassing van de long 11. Bevestigen de dood van de muis door het meten van de stopzetting van de hartslag met ECG-elektroden of directe waarneming.
    5. Zodra de ontgassing van de long is voltooid en het longvolume nul, begint het opblazen van de long met kamerlucht in de injectiespuit pomp met een snelheid van 3 ml / min. Controleer de druk sporen op de digitale recorder, en wanneer het 35 cm H2O bereikt, keren de pomp.
    6. Volg de deflatie curve tot de druk negatief 10 cm H 2 O, en tegen die tijd de luchtwegen zijn ingestort, het opsluiten lucht in alveoli voorkomen van verdere verlaging van het volume bereikt. Reverse onmiddellijk thij weer te pompen, waardoor de long naar reinflate als de ingestorte luchtwegen te openen. Deze heterogene opening normaal blijkt de luidruchtige kijken inflatie onderdeel naar het eerste gedeelte van deze 2 inflatie.
    7. Wanneer de druk weer 35 cm H2O bereikt, omgekeerde pomprichting en blijven de longen leeglopen totdat deze 2 deflatie onderdeel 0 cm H2O bereikt Stop dan met de pomp.
    8. Bekijk de PowerLab grafiek record van druk en debiet en de PV-curve. Analyseert vervolgens de PV curve fenotypische veranderingen in longparenchym die optreden bij verschillende long pathologieën detecteren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hoewel de procedure voor de PV curves blijkt in de video alleen gezonde controle muizen onderzochten we het vermogen van de PV curve functionele en pathologische veranderingen bij muizen sporen met twee gemeenschappelijke pathologieën, emfyseem en fibrose. Details van deze traditionele modellen beschreven elders 12,13. Zeer kort na anesthesie met 3% isofluraan het emfyseem veroorzaakt door 3 of 6 U varkens elastase instillatie in de trachea en bestudeerde 3 weken later, en fibrose veroorzaakt door 0,05 U bleomycine instillatie in de trachea en bestudeerde 2 weken na deze belediging.

Figuur 2 toont een typische PV-curve van een controlemuis. Vanuit zo'n PV kromme, gemeten variabelen die gemakkelijk te kwantificeren, reproduceerbare van muis tot muis zijn en representatief structurele veranderingen die optreden bij longziekten. Deze zijn vermeld in tabel 1 en grafisch weergegeven in figuur 2 Tabel 1 geeft deze variabelen, en Figuur 2 illustreert hoe ze gemeten vanaf de PV curve. De grondgedachte achter elkaar wordt later besproken.

Figuur 3 toont typische PV curves van representatieve controle, emfysemateuze en fibrotische muizen, respectievelijk. Variabelen gemeten vanaf het opgewekt in vrouwelijke controle en fibrotische muizen curven zijn weergegeven in Figuur 4. variabelen gemeten vanaf de opgewekte mannelijke controlemuizen en die met 2 graden van emfyseem ernst curven zijn weergegeven in Figuur 5. Statistische vergelijkingen tussen groepen werden geanalyseerd met ofwel een ongepaarde t-test (fibrose model) of een eenzijdige ANOVA en significantieniveau beoordeeld met Tukey correctie voor meerdere vergelijkingen (emfyseem model). Een p <0,01 werd als significant beschouwd.

Deze resultaten tonen dat de methoden hier gebruikt om metingen o verkrijgenf long PV curven nuttig kunnen veranderingen in de uitrekbaarheid van de long in verschillende pathologieën waar dergelijke structurele veranderingen klinisch is beschreven detecteren. De aanpak en analyse genereert verscheidene variabelen die verschillende aspecten van de PV curve karakteriseren. De interpretatie van wat elk van deze gemeten variabelen betekent het wordt in meer detail besproken in de volgende paragraaf.

Figuur 1
Figuur 1:. Experimentele opgezet waaruit spuitpomp met volume en druk transducers Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: Vertegenwoordiger PV-curve toont hoe the verschillende variabelen in Tabel 1 worden gemeten. V3, V8 en V10 zijn het longvolume op de eerste deflatie onderdeel 3, 8 en 10 cm H2O respectievelijk. V35 is het volume 35 cm H2O en wordt gedefinieerd als de totale longcapaciteit (TLC). RV is het resterende volume, gedefinieerd als het volume van de gevangen gas bij de eigen van de eerste deflatie curve. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3:. Vertegenwoordiger muis PV curves van controle, emfysemateuze en fibrotische longen De helling van de donkere lijn segment geeft de deflatie ledemaat compliance, C. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.


Figuur 4:. Veranderingen in de variabelen gemeten vanaf de PV curves in de controle- en fibrotische muizen Getoond zijn gemiddelden ± SEM, n = 9 voor elke groep. Alle variabelen in de fibrotische longen waren significant verschillend van de controle longen met P <0,01. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 5
Figuur 5:. Veranderingen in de variabelen gemeten vanaf de PV curves in de controle en emfyseem muizen Getoond zijn gemiddelden ± SEM, n = 9 voor elke groep. Alle variabelen in het emfyseem longen aan beide ernst waren significant verschillend van de controle longen en elkaar met P &# 60;. 0,01 Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Maat Wat het kwantificeert Veranderingen met pathologieën
TLC "Maximal" inflatie; gedefinieerd in muizen het longvolume 35 cm H2O Verhoogt in emfyseem; Dalingen in fibrose
RV Opgesloten lucht volume na luchtwegcollaps op deflatie Verhoogt in emfyseem; Dalingen in fibrose
% V10 Vorm van de deflatie ledemaat Verhoogt met long ontwikkeling; Afneemt met oppervlakteactieve remming; Verhoogt in emfyseem; Dalingen in fibrose
C De quasi-statische helling van de deflatie ledemaat Verhoogt in emfyseem; Decreases in fibrose
Cs Specifieke naleving van de deflatie ledemaat = C / V3 Dalingen in emfyseem; Dalingen in fibrose

Tabel 1: Lijst van de verschillende variabelen gemeten vanaf de muis PV curves.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In dit artikel een eenvoudige reproduceerbare methode is beschreven te meten muizen een klassieke methode van fenotypering longelasticiteit, de totale long PV curve. Dergelijke krommen droegen bij de ontdekking van pulmonair surfactant en het belang verstrekken long stabiliteit. Hier wordt getoond hoe de PV kromme is ook nuttig in een middel om meerdere variabelen in verband met longelasticiteit bij volwassen muizen longen meten. Er zijn zeer significante veranderingen in alle variabelen van twee veelgebruikte muismodellen pathologische veranderingen bij muizen longen. De volgende paragraaf gaat kort in op de betekenis van de veranderingen in elk van de gemeten variabelen.

De TLC is een maat voor de maximale longvolume, of nauwkeuriger, het volume bij een bepaalde maximale druk, waarbij de inflatie ledemaat begint te vlakken. Zoals reeds opgemerkt, is de inflatie onderdeel van een PV-curve nooit echt vlakker, en de muis is vooral extreem in deze10 gedrag. Hoewel de TLC gedefinieerd in mensen als het volume aan het einde van een maximale vrijwillige inademingsinspanning, in elk diermodel wordt gedefinieerd als het volume op een willekeurige gebruiker gedefinieerde druk. Met de pathologische modellen getoond in deze paper, werd een geleidelijke verhoging van TLC met toenemende emfyseem en waargenomen als een afname met fibrose. Deze waarnemingen geven klinische manifestaties elk van deze voorwaarden en dus wat zou verwachten in een bruikbare muismodel.

De camper is een variabele die de resterende lucht in alveoli als de luchtwegen dicht op een maximale uitademing weerspiegelt. Deze variabele geeft dus hetzelfde verschijnsel bij mensen en diermodellen. De RV is bekend toenemen bij mensen bij astma en COPD 14,15. Deze toename in RV houdt verband met het feit dat de kleine luchtwegen sluiten eerder op deflatie lidmaat met ofwel verhoogde gladde spiertonus of verlies van tethering steun van de SURRounding longparenchym 16. In de twee pathologische modellen die hier gebruikt werden tegengestelde effecten gevonden. Er was een significante toename in RV met toenemende emfyseem letsel, maar fibrose, was er een verminderde RV, aangezien de stijvere luchtwegen en longen omringende gesloten bij lagere longvolume op deflatie.

Het% V10 is een vormfactor die is gebruikt om de stabiliteit van de long op deflatie weerspiegelen, en werd aanvankelijk gebruikt voor de rijping van het oppervlakteactieve systeem 17 weerspiegelen. Aangezien de foetale long rijpt, de deflatie lidmaat verandert van een relatief rechte curve die convex naar de volume as, met een gelijktijdige toename van 18% V10. De uiteindelijke vorm bij volwassenen verschilt aanzienlijk naargelang de soorten zoogdieren, met% V10 variërend tussen de 75 en 90% 19. De% V10 is ook bekend geleidelijk afnemen als de pulmonaire surfactant minder effectief 20,21. In de pathologische modellen hier bestudeerde, grote cijzigingen in surfactant werd niet verwacht, maar de vorm van de curve is afhankelijk van het longweefsel elasticiteit. Het feit waren er significante stijgingen in% V10 met longemfyseem en significante afname met fibrose waarschijnlijk weerspiegelt deze structurele veranderingen. Hoewel dit gegeven wordt normaliter gemeten bij de mens, kan het zeer nuttig in diermodellen als fenotypische variabele met betrekking tot specifieke pathologische veranderingen in longstructuur.

De compliance (C) is een metrische dat kan worden verkregen uit een gelineariseerde gebied van de niet-lineaire PV-curve. In de muis, de deflatie lichaamsdelen meeste stammen zijn vrij lineair tussen 3 en 8 cm H2O, en daarom is het gemakkelijk om een reproduceerbare C definiëren dan dat bereik. Eén van de kritieke probleem met elke helling gemeten van PV kromme is dat de waarde is sterk afhankelijk van zowel de drukbereik waarover het wordt gemeten en het volume voorafgaande geschiedenis (oa hoe het gedeelte vancurve gegenereerd), zodat de samenhang van cruciaal belang als vergelijkingen zullen worden gemaakt tussen controle en pathologische modellen. In de twee pathologische modellen die in dit onderzoek werden significante verhogingen C emfyseem en significante daling van fibrose waargenomen; bevindingen dat nabootsen wat klinisch waargenomen bij mensen.

De specifieke compliance, Cs is klassiek gebruikt om te corrigeren voor het feit dat een grotere long met dezelfde structuur als een kleinere long zwaarder verandering longvolume over dezelfde drukverandering zal hebben, hetgeen resulteert in een grotere overeenstemming 22. De Cs eveneens als de inverse van de bulk modulus van elasticiteit van de longen. Klinisch wordt gemeten als de naleving gedeeld door FRC, maar aangezien in de muis weten we niet de FRC, hebben we ervoor gekozen om het volume te gebruiken op 3 cm H 2 O. Door normaliseren het volume 3 cm H2O (dwz met de fractionele verandering in volume),zou men dan berekenen dezelfde specifieke naleving op grote of kleine long, wanneer de grote long eenvoudigweg bestond meer van dezelfde kleine long. Resultaten van het onderhavige document tonen dat er een afname van Cs in de fibrose model aangeeft dat de gemeten verandering in C is niet alleen vanwege het longvolume kleiner. Integendeel, het longweefsel zelf aanzienlijk stijver. In het emfyseem model echter de Cs ook verminderd, wat tegengesteld is aan de toename in C. Deze berekende afname Cs opgetreden omdat de toename longvolume was groter dan de toename van C. echter rekenkundig feit niet voorziet geen inzicht in de structurele veranderingen die hebben geleid tot deze veranderingen. Momenteel extra pathologische inzichten niet duidelijk en verder experimenteel werk valt buiten het bestek van deze methoden paper.

De redenen voor deze veranderingen PV variabelen afhankelijk zijn van de pathologische veranderingen in de verschillende modellens. In emfyseem, verlies van alveolaire wanden verlaagt de algehele weefsel terugslag en verhoogt perifere luchtruim grootte. Deze uitbreiding van residuele luchtruim zou kromtestraal van het oppervlak luchtruim te vergroten, verder verminderen van de elastische terugslag door oppervlaktespanning. Beide factoren leiden tot de verhoging van TLC waargenomen. In de fibrotische model, de afzetting van collageen en andere matrix elementen leidt tot een verstijving en een verdikking van alle weefsels die klinisch detecteerbaar en bij muizen een verminderde diffusiecapaciteit 13,23. Deze pathologische veranderingen worden weerspiegeld in een significante verlaging van TLC. De toename in RV gezien in de emfyseem model waarschijnlijk het gevolg van een afname van de tethering ondersteuning van de luchtwegen, die zich manifesteert door een eerdere luchtwegsluiting op de expiratoire ledemaat. In fibrose, hoe stijver luchtwegen resist instorten tot een lagere druk wordt bereikt bij het verstrijken, waardoor het residuale volume afneemt. De naleving van veranderingenweerspiegelen soortgelijke pathologieën die het longvolume beïnvloeden. Een verlies van elastische elementen in de parenchymatische wanden resulteert in een verhoogde compliance, waarbij collageen depositie in luchtwegen en parenchym leidt tot een stijver long met verminderde compliance. De lichte stijging in% V10 in de emfyseem-model en de daling met fibrose zijn niet zo eenvoudig uit te leggen. Er zijn geen vergelijkbare studies in de literatuur die tot deze resultaten te vergelijken. Aangezien de elastische terugslag met longemfyseem lager, het maximale longvolume blijkbaar kan hoger dan normaal blijven, zelfs als de druk afneemt, en dit manifesteert zich door de verhoogde% V10. Met fibrose, de elastische terugslag hoog blijft, zelfs bij hoge drukken, zodat het volume sneller als de druk afneemt van TLC valt. Dit zou ook in overeenstemming met een degradatie van pulmonair surfactant, maar er is geen literatuur waar werd beoordeeld in fibrose. Terwijl aldus% V10 niet gebruikt om volwassen menselijke fenotypelongen, de hier gepresenteerde resultaten suggereren kan een gevoelig variabele die progressieve veranderingen ten minste de twee pathologieën onderzochte kunnen monitoren. Totdat er meer studies zijn gedaan, echter, waarbij de dosis-respons relaties met elastase of bleomycine worden gedaan, de gevoeligheid van deze variabele zal speculatief blijven.

Het belang van het corrigeren voor gas compressie kan niet genoeg benadrukt worden. Dit is een belangrijke eerste stap bij het opzetten, aangezien de druk toeneemt, de hoeveelheid gas af, en daarmee de hoeveelheid lucht geleverd aan de muis steeds minder dan de verplaatsing van de injectiespuit zijn. De procedure empirisch te corrigeren voor deze bleek hij in bovenstaande protocol. Vermeldenswaard is dat als de PV-installatie volume niet verandert, dan is deze empirische correctie procedure hoeft maar één keer gedaan. En als de coëfficiënt wordt opgeschreven, kan deze worden ingevoerd in de hand als ooit nodig. Het moet worden benadrukt echter dat this methode werkt pas sinds de longen wordt vanaf een ontgast staat. Als de PV curve gestart vanuit een normale eindexpiratoire longvolume (FRC), zou het niet mogelijk zijn te corrigeren voor de gascompressie tenzij men wist de omvang daarvan geplaatst. Bovendien zal de vorm van een PV kromme zeer afhankelijk van het uitgangsmateriaal longvolume, dus als er veranderingen waargenomen in een pathologische long vanaf FRC, zou het niet mogelijk om die veranderingen te interpreteren tot de controle en pathologische FRCs bekend waren . Dit is een ander voordeel van altijd vanaf nul longvolume. Tenslotte zij opgemerkt dat de PV curves werden in muizen met een intact borstwand. Dit vereenvoudigt de gehele procedure en vermindert de kans op fouten door vervormde long vorm of chirurgische fouten. Gelukkig is de aanwezigheid van een normale borstwand heeft een verwaarloosbaar effect op de PV curve 9, zodat de PV curve gedaan met intact borst verschaft een eenvoudige en betrouwbarede uitrekbaarheid van de longen te evalueren.

Tot slot wordt in dit document laat zien hoe een reproduceerbare meting van de long PV-curve bij muizen eenvoudig uit te voeren. De PV curve een unieke mogelijkheid om structurele veranderingen documenteren de long zowel bij dieren met genetisch gemodificeerde long en andere milieu beledigingen. Aldus, zoals hier getoond, deze meting kan fenotypische inzicht in de manifestatie van specifieke structurele veranderingen in de longen met emfyseem en fibrose verschaffen, en kan eveneens worden gebruikt ook andere pathologieën die longelasticiteit invloed kunnen beoordelen.

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