Måling af tryk-volumen kurve i muselunger

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

I de seneste årtier musen er blevet den primære dyremodel for en række forskellige lungesygdomme. I modeller af emfysem eller fibrose, er de væsentlige fænotypiske ændringer bedst vurderes ved måling af ændringer i lunge elasticitet. For bedst forstå specifikke mekanismer bag disse patologier i mus, er det vigtigt at gøre funktionelle målinger, der kan afspejle udviklingen patologi. Selvom der er mange måder at måle elasticitet, den klassiske metode er, at den samlede lunge tryk-volumen (PV) kurve gjort over hele spektret af lunge mængder. Denne måling er foretaget på voksne lunger fra næsten alle pattedyrarter går tilbage næsten 100 år, og sådanne PV kurver spillede også en stor rolle i opdagelsen og forståelsen af ​​funktionen af ​​pulmonal tensid i føtal lunge udvikling. Desværre er sådanne samlede PV kurver er ikke blevet meget omtalt i musen, til trods for at de kan give nyttige oplysninger om macroscOPIC virkninger af strukturelle ændringer i lungen. Selv delvis PV kurver måler blot ændringerne i lunge volumen undertiden rapporteret, uden et mål for absolut volumen, gør disse delvise meget vanskeligt at fortolke den ikke-lineære karakter af den samlede PV kurve. I den foreliggende undersøgelse beskriver vi en standardiseret måde til at måle den samlede PV kurve. Vi har derefter testet evnen af ​​disse kurver at konstatere ændringer i mus lungestrukturen i to fælles lunge patologier, emfysem og fibrose. Resultaterne viste betydelige ændringer i flere variable i overensstemmelse med forventede strukturelle ændringer med disse patologier. Denne måling af lungen PV kurve i mus giver således en enkel måde til at overvåge udviklingen af ​​de patofysiologiske ændringer over tid og den potentielle effekt af terapeutiske procedurer.

Introduction

Musen er nu den primære dyremodel for en række forskellige lungesygdomme. I modeller af emfysem eller fibrose, er de væsentlige fænotypiske ændringer bedst vurderes ved at måle ændringerne i lunge elasticitet. Selvom der er mange måder at måle elasticitet, den klassiske metode er, at det totale tryk-volumen (PV) kurve målt fra resterende volumen (RV) til den samlede lungekapacitet (TLC). Denne måling er foretaget på voksne lunger fra næsten alle pattedyrarter går tilbage næsten 100 år 1-3. Sådanne PV kurver spillede også en stor rolle i opdagelsen og forståelsen af funktionen af pulmonal tensid i føtal lunge udvikling 4-7. Trods PV kurve betydning som en måling af lungen fænotype, har der ikke været nogen standardiseret måde til at udføre denne måling. Det er blevet gjort blot ved oppumpning og tømning lungen med diskrete trin (venter en variabel tid til ækvilibrering efter hver) eller med pumper,kan løbende puste og deflatere lungen. PV kurve sker ofte i et volumen på mellem nul og nogle bruger-definere lungekapacitet, men varigheden af hver pres volumen loop rapporteret af forskellige laboratorier har været yderst variable, varierende fra få sekunder 8 til HR 2. Nogle forskere henviser til denne totale lunge PV kurve som statisk eller kvasistatiske, men disse er kvalitativt, der tilbyder lidt indsigt, og de bruges ikke her. Derudover PV kurven er ikke blevet bredt rapporteret i mus, trods det faktum, at det kan give nyttig information om de makroskopiske virkninger af strukturelle ændringer i lungen.

En række spørgsmål har resulteret i variabilitet i PV kurve erhvervelse herunder: 1) inflationsraten og deflation; 2) trykket udflugter for inflation og deflation; og 3) midlerne til at bestemme en absolut måling lunge volumen. I fremgangsmåden til stede her, en hastighed på 3 ml / min blev valgt som compromise, er ikke for kort, at det afspejler den dynamiske elasticitet forbundet med normal ventilation og ikke for langsomt at gøre målingen upraktisk, især når de studerer store årgange. Da en nominel total lungekapacitet i en C57BL / 6 sunde mus er af størrelsesordenen 1,2 ml 9, denne sats typisk tillader to komplet lukket PV sløjfer der skal gøres i ca. 1,5 min.

I den udvidede litteratur, hvor der er rapporteret om PV kurver, har peak dæktryk bruges været yderst variable, varierende fra så lavt som 20 til over 40 cm H 2 O. En del af denne variation kan være relateret til arter, men et primært mål om at sætte øvre tryk grænse for PV kurver er at puste lungerne til den samlede lungekapacitet (TLC) eller maksimal lunge volumen. TLC i mennesker er defineret af den maksimale frivillig indsats en person kan gøre, men desværre kan aldrig blive duplikeret i nogen dyremodel. Således maksimale volumen i eksperimentelle PV kurver er afskrækkeudvindes af en maksimal pres vilkårligt fastsat af investigator. Målet er at indstille et tryk, hvor PV er flad, men desværre inflation led af et pattedyr lunge PV kurve er aldrig flad. Så de fleste efterforskere sat et tryk, hvor inflationen kurven begynder at flade betydeligt, typisk 30 cm H 2 O. I mus imidlertid PV kurve er endnu mere kompleks med en dobbelt pukkel på inflationen lem, og hvor dette inflation lemmer ofte stadig stiger stejlt på 30 cm H 2 O 10, så 30 er ikke en god slutpunkt for PV kurve. Derfor bruger vi 35 cm H2O trykket grænse for muse PV kurve, som er et tryk, ved hvilket de inflation lemmer alle stammer Vi har undersøgt begynder at flade.

Da PV kurven selv er meget ikke-lineær, vil udseendet af en PV loop afhænge af omfanget af, hvor kurven begynder. Nogle kommercielle ventilatorer giver brugerne mulighed for at gøre store PV loops, startende fra FRC, men hvis FRC volumen er ukendt så er det umuligt at fortolke ændringer i sådanne PV kurve med enhver patologi, idet disse ændringer blot kan skyldes en ændring i startvolumen og ikke strukturelle ændringer i lungen. Således uden en absolut måling volumen, er næsten umuligt at fortolke og således have ringe nytte PV kurver. Selv om der er flere måder at måle lungevolumener, disse er ofte besværlige og kræver særligt udstyr. I den simple fremgangsmåde, der beskrives her, PV kurve starter ved nul volumen efter en in vivo afgasning procedure.

Sammenfattende dette papir viser en enkel metode til at standardisere lunge PV kurve måling i mus lunge, og definerer en række målinger, der kan beregnes ud fra denne kurve, der er knyttet til lungestrukturen. PV kurve giver således en lungefunktionen test, der har direkte anvendelse i at kunne opdage fænotypiske strukturændringer i mus med commpå lunge sygdomme såsom emfysem og fibrose.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Johns Hopkins University Animal Care og brug Udvalg godkendte alle animalske protokoller.

1. Udstyr

Det sammensatte system, der oprettes, klar til at måle PV kurve er vist i figur 1.

  1. Måling Volume:
    1. Generer en konstant inflation og deflation ved hjælp af en sprøjte pumpe med en switch, der giver brugeren mulighed for hurtigt at vende pumpen efter at trykket grænser. For mus PV kurver, bruge en meget let smurt 5 ml glas sprøjte med det oprindelige volumen (før inflation) fastsat til 3 ml luft. 3 ml er tilstrækkelig stor til at måle mængder i næsten alle mus PV kurver.
    2. Mål volumen leveres af pumpen ved at fastgøre en lineær differential transformer til pumpehuset, med en lille sensor stang forbundet med det bevægelige sprøjtestemplet.
      Bemærk: En empirisk midler til at korrigere for gas kompression i systemet er beskrevet under PV cuRVE optagelse sektion.
  2. Trykmåling:
    1. Brug en standard billig manometer med en række 0-60 cm H2O (0-1 PSI).
  3. Optagelse måling:
    1. For at optage PV kurve bruge enhver digital optager med XY kapaciteter (f.eks PowerLab). Sæt en kanal til at optage det korrigerede volumen signal og en anden kanal til at optage transpulmonært tryk (PTP), med henblik på at tegne PV kurve. Brug en bro forforstærker, der forbinder til den vigtigste PowerLab at måle trykket. Kalibrer trykkanal 0-40 cm H2O, og kalibrere mængden kanal 0-3 ml.

2. Korrektion for gaskompression

Bemærk: Dette er et kritisk første skridt i den sat op, da som trykket stiger, lydstyrken gas falder, og dermed mængden af ​​luft leveret til musen bliver stadig mindre end forskydningen af ​​syringe tønde.

  1. Luk stophanen, der vil forbinde solcelleanlæg til lungerne, så ingen gas kan forlade systemet. Start infusion og observere, om den korrigerede Volume kanal på optageren viser nogen målelige ændringer som trykket stiger til omkring 40 cm H 2 O. Hvis ja, så korrekt som i de næste trin.
    1. Korrekt for gas kompression empirisk ved at trække måling stemplet forskydning (dvs. den ikke-korrigerede volumen) et udtryk proportional pres på inflationen. Gør dette på en PowerLab kanal (kaldet Vc) for at vise lydstyrken signal minus en koefficient gange trykket.
    2. Bestem koefficienten i ligningen. Først skal et indledende gæt, drej diagrammet optagelse på, og start pumpen. Da inflationen slangen er forseglet, justere trykket koefficienten multiplikator at gøre Vc kanal læse nul som trykket stiger 0-40 cm H 2 O. Hvis det går op eller ned, blot justere korrektionsfaktoren, indtil detforbliver fladt i denne trykområde. Denne korrektionsfaktor vil altid være den samme, hvis de samme 3 ml startvolumen i sprøjten ikke ændres.

3. eksperimentelle forsøg i mus

  1. Procedure for måling af PV kurve i mus. Alle dyr protokoller blev godkendt af Johns Hopkins University Animal Care og brug Udvalg.
    1. Bedøver mus (C57BL / 6 mus ved 6-12 uger gamle) med ketamin (90 mg / kg) og xylazin (15 mg / kg), og bekræft anæstesi ved fraværet af refleks bevægelse.
      Bemærk: PV kurve kan være afsluttet i bedøvede mus i mindre end 10 minutter og er en terminal procedure.
    2. Tracheostomize musene med en 18 G stub nålkanyle. Gøre dette ved at en lille indsnit i huden overliggende luftrøret, lokalisering luftrøret, så at en lille spalte i luftrøret, hvor stub nål kan indsættes. Fastgør kanylen ved at binde med tråd.
    3. Lad musene til breath 100% oxygen i mindst 4 min. Dette kan være via spontan vejrtrækning fra en pose eller en ventilator nominelt sæt med en respirationsvolumen på 0,2 ml ved 150 vejrtrækninger / min.
    4. Luk trachealkanylen og tillade 3-4 min for musen til at absorbere al ilt. Denne ilt absorption procedure resulterer død dyrene og i en næsten fuldstændig afgasning af lungen 11. Bekræft død mus ved at måle ophør af hjerteslag med EKG-elektroder eller direkte observation.
    5. Når afgasning af lungen er fuldført, og lungevolumen er nul, begynder puste lungerne med rumluft i sprøjtepumpen ved en hastighed på 3 ml / min. Overvåg trykket spor på den digitale optager, og når den når 35 cm H 2 O, vende pumpen.
    6. Følg deflation kurven indtil trykket når negativ 10 cm H 2 O, på hvilket tidspunkt luftvejene er brudt sammen, fældefangst luft i alveoler forebygge yderligere reduktion af volumen. Straks vende than pumpe igen, så lungerne at reinflate som kollapsede luftvejene åbne. Denne heterogene åbning normalt fremgår af støjende ser inflation led i den indledende del af denne 2. inflation.
    7. Når trykket igen når op på 35 cm H2O, vende pumpen retning, og fortsætte med at punktere lungen, indtil denne 2. deflation lemmer når 0 cm H 2 O. Så stoppe pumpen.
    8. Se PowerLab diagram registrering af tryk og flow og PV kurve. Derefter analysere PV kurve til at opdage fænotypiske ændringer i lungeparenkym der opstår med forskellige lunge patologier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Selv om proceduren for PV kurver demonstreres i videoen kun for kontrol sunde mus, undersøgte vi evnen af ​​PV-kurven til at opdage funktionelle og patologiske forandringer i mus med to forskellige fælles patologier, emfysem og fibrose. Nærmere oplysninger om disse traditionelle modeller beskrevet andetsteds 12,13. Meget kort efter anæstesi med 3% isofluran i emfysem var forårsaget af 3 eller 6 U porcin pancreatisk elastase indpodet i luftrøret og studerede 3 uger senere, og fibrose skyldes 0,05 U bleomycin indpodet i luftrøret og undersøgt 2 uger efter dette fornærmelse.

Figur 2 viser en typisk PV kurve fra kontrol mus. Fra sådan en PV kurve, måle variabler, der er let at kvantificere, reproducerbar fra mus til mus og repræsentative for de strukturelle forandringer, der sker i lungesygdomme. Disse er angivet i tabel 1 og vist grafisk i figur 2 Tabel 1 viser disse variabler, og figur 2 illustrerer, hvordan de måles fra PV kurve. Rationalet bag hver diskuteres senere.

Figur 3 viser typiske PV kurver fra repræsentative kontrol emfysematøs og fibrotiske mus hhv. Variabler målt fra kurverne frembragt i kvindelige kontrol og fibrotisk mus er vist i figur 4. målte variabler fra kurverne frembragt i mandlige kontrolmus og dem med 2 grader af emfysem sværhedsgraden er vist i figur 5. Statistisk sammenligninger mellem grupper blev analyseret med enten en uparret t-test (fibrose model) eller en envejs ANOVA og signifikansniveau vurderes med Tukey korrektion for multiple sammenligninger (emfysem model). En p <0,01 blev betragtet som signifikant.

Disse resultater viser, at de metoder, der anvendes her til at opnå måling of lunge PV kurver er nyttige i at kunne detektere ændringer i udspilingsevne af lungen i forskellige patologier, hvor sådanne strukturelle ændringer er blevet klinisk beskrevet. Tilgangen og analyse genererer flere variable, der karakteriserer forskellige aspekter af PV-kurven. Fortolkningen af, hvad hver af disse målte variabler betyder diskuteres mere detaljeret i næste afsnit.

Figur 1
Figur 1:. Eksperimentel oprettet viser sprøjtepumpe med volumen og tryktransducerne Klik her for at se en større udgave af dette tal.

Figur 2
Figur 2: repræsentant PV kurve, der viser, hvordan the forskellige variabler i tabel 1 er målt. V3, V8, og V10 er lungevolumener på første deflation lemmer på 3, 8 og 10 cm H 2 O, hhv. V35 er volumenet 35 cm H2O og er defineret som den totale lungekapacitet (TLC). RV er det resterende volumen, defineret som mængden af fanget gas på en af de første deflation kurven. Klik her for at se en større udgave af dette tal.

Figur 3
Figur 3:. Repræsentative mus PV kurver fra kontrol, emfysematøs og fibrotiske lunger Hældningen af den mørke linje segment angiver deflation lemmer overholdelse, C. Klik her for at se en større udgave af dette tal.


Figur 4:. Ændringer i variabler målt fra PV kurver i kontrol og fibrotiske mus Vist er middel ± SEM, n = 9 for hver gruppe. Alle variable i fibrotiske lunger var signifikant forskellige fra kontrol lunger med P <0,01. Klik her for at se en større udgave af dette tal.

Figur 5
Figur 5:. Ændringer i variabler målt fra PV kurver i kontrol og emfysematøs mus Vist er middel ± SEM, n = 9 for hver gruppe. Alle variable i emphysematous lunger ved hver sværhedsgrad var signifikant forskellige fra kontrol- lunger og hinanden med P &# 60;. 0.01 Klik her for at se en større udgave af dette tal.

Måling Hvad det kvantificerer Ændringer med patologier
TLC "Maximal" inflation; defineret i mus som lungevolumen ved 35 cm H2O Stigninger i emfysem; Fald i fibrose
RV Fanget luftmængde efter luftvejs kollaps på deflation Stigninger i emfysem; Fald i fibrose
% V10 Shape af deflation lemmer Stiger med lunge udvikling; Falder med overfladeaktive hæmning; Stigninger i emfysem; Fald i fibrose
C Den kvasistatiske hældning af deflation lemmer Stigninger i emfysem; Decreases i fibrose
Cs Specifik overholdelse fra deflation lem = C / V3 Fald i emfysem; Fald i fibrose

Tabel 1: Oversigt over de forskellige variabler, der måles fra mus PV kurver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette papir er blevet beskrevet en enkel reproducerbar metode til måling i mus en klassisk metode til fænotypebestemmelse lunge elasticitet, den samlede lunge PV kurve. Sådanne kurver var medvirkende til opdagelsen af ​​pulmonal tensid og dens betydning i at yde lunge stabilitet. Her er det vist, hvorledes PV kurve er også nyttige i at tilvejebringe et middel til at måle flere variable relateret til lunge elasticitet i voksne mus lungerne. Der var meget betydelige ændringer i alle variabler i to almindeligt anvendte musemodeller at generere patologiske ændringer i muselunger. I det følgende afsnit kort diskuterer betydningen af ​​ændringer i hver af de målte variable.

TLC er et mål for den maksimale lunge volumen, eller mere præcist, mængden ved en defineret maksimal tryk, hvor inflationen lemmer begynder at flade. Som allerede bemærket, at inflationen led af en PV kurve aldrig rigtig flader, og musen er særligt ekstreme i denneadfærd 10. Selvom TLC defineres i mennesker som volumen i slutningen af ​​en maksimal frivillig indsats inspiratorisk, i hvert dyremodel det er defineret som den mængde på nogle vilkårlige brugerdefineret tryk. Med de patologiske modellerne i dette papir, blev en gradvis stigning i TLC med stigende emfysem observeret samt et fald med fibrose. Disse observationer afspejler kliniske manifestationer med hver af disse betingelser og derfor hvad ville forventes i en nyttig musemodel.

RV er en variabel, der afspejler den resterende luft fanget i alveoler som luftvejene tæt på en maksimal udånding. Denne variabel afspejler således det samme fænomen hos mennesker og dyremodeller. RV er kendt for at stige i mennesker i astma og KOL 14,15. Denne stigning i RV er relateret til det faktum, at de små luftveje tæt hurtigere på deflation lemmer med enten øget glat muskel-tonus eller tab af tethering støtte fra SURRounding lungeparenkym 16. I de to patologiske modeller, der anvendes her, blev fundet modsatrettede effekter. Der var en signifikant stigning i RV med stigende emfysematøs skade, men med fibrose, der var en reduceret RV, da stivere luftveje og omgivende lunge lukket ved lavere lungevolumener på deflation.

Den% V10 er en formfaktor, der er blevet anvendt til at afspejle stabiliteten af lungen på deflation, og blev oprindeligt anvendt til at afspejle modningen af det overfladeaktive system 17. Som føtal lunge modnes, de deflation lemmer skifter fra en relativt lige kurve til en, der er konveks mod volumen akse, med en samtidig stigning i% V10 18. Den endelige form i voksne varierer betydeligt blandt pattedyrarter, med% V10 varierer mellem 75 og 90% 19. Den% V10 er også kendt for at falde, efterhånden som det pulmonale overfladeaktive bliver mindre effektiv 20,21. I patologiske modeller undersøgt her, større cNDRINGER i overfladeaktive stof var ikke forventet, men formen af ​​kurven er også afhængig af lungevævet elasticitet. Det faktum, at der var betydelige stigninger i% V10 med emfysem og signifikante fald med fibrose sandsynligvis afspejler disse strukturelle ændringer. Selv om denne parameter ikke måles normalt i humane individer, kan det være meget nyttigt i dyremodeller som fænotypisk variabel relateret til specifikke patologiske ændringer i lungerne struktur.

Overensstemmelsen (C) er en metrik, der kan være fremstillet af lineariserede region af ikke-lineære PV kurve. Hos mus, deflation lemmer fra de fleste stammer er helt lineære mellem 3 og 8 cm H2O, og af denne grund er det let at definere en reproducerbar C i løbet af dette interval. En af de kritiske spørgsmål i at bruge enhver hældning måling fra PV kurve er, at værdien er meget afhængig af både trykområde, over hvilket det er målt, og den foregående volumen historie (dvs. hvor den del afkurve blev genereret), så konsistensen er kritisk vigtigt, hvis sammenligninger vil være mellem kontrol og patologiske modeller. I de to patologiske modeller, der anvendes i denne undersøgelse, blev der observeret signifikante stigninger i C i emfysem og signifikante fald i fibrose; fund, der efterligner det, der observeres klinisk hos mennesker.

Den specifikke overholdelse Cs er klassisk blevet anvendt til at korrigere for, at en større lunge med den samme struktur som en mindre lunge vil have en større ændring i lunge volumen over den samme ændring i tryk, hvilket resulterer i en større overensstemmelse 22. Cs er også svarer til den inverse af den elasticitetsmodul af lungen. Klinisk det måles som overholdelse divideret med FRC, men da der i musen kender vi ikke den FRC, har vi valgt at bruge lydstyrken ved 3 cm H 2 O. Ved at normalisere til volumen ved 3 cm H2O (dvs. ved hjælp af fraktioneret ændring i volumen),man derefter beregne den samme specifikke overholdelse på en stor eller lille lunge, hvis store lunge blot bestod af mere af det samme lille lunge. Resultater i nærværende dokument viser, at der var et fald i Cs i fibrose model, hvilket indikerer, at den målte ændring i C ikke var simpelthen på grund af lunge volumen er mindre. Snarere lungeparenkym selv var betydeligt stivere. I emfysem model imidlertid Cs også faldet, som er modsat stigningen i C. Denne beregnede fald i Cs skyldtes stigningen i lunge volumen var større end stigningen i C. Men denne matematiske forhold ikke giver nogen indsigt i de strukturelle ændringer, der førte til disse ændringer. På nuværende tidspunkt yderligere patologiske indsigt er ikke klare, og yderligere eksperimentelt arbejde uden for dette metoder papir.

Årsagerne disse ændringer i PV variabler er afhængige af de patologiske ændringer i den anden models. I emfysem, tab af alveolære vægge reducerer den samlede væv rekyl og øger luftrummet størrelse perifere. Denne udvidelse af resterende luftrum ville øge krumningsradius af luftrummet overflade yderligere faldende elastiske rekyl som følge af overfladespænding. Begge disse faktorer fører til en stigning i TLC overholdes. I den fibrotiske model, aflejring af kollagen og andre matrixelementer fører til en afstivning samt en fortykkelse af alle væv, der kan påvises klinisk og i mus som en reduceret spredende kapacitet 13,23. Disse patologiske ændringer afspejles i betydeligt nedsat TLC. Stigningen i RV ses i emfysem model sandsynligvis skyldes et fald i tethering støtte af luftvejene, som manifesterer sig ved en tidligere luftveje lukning på eksspiratorisk lemmer. I fibrose, de stivere luftveje modstå kollaps, indtil et lavere tryk er nået på udløb, hvorved det resterende volumen faldende. Ændringerne complianceafspejle lignende patologier, der påvirker lungerne mængder. Et tab af elastiske elementer i parenkymale vægge vil resultere i en øget overholdelse, hvor kollagen aflejring i luftvejene og parenkym vil føre til en stivere lunge med nedsat compliance. Den lille stigning i% V10 i emfysem model og faldet med fibrose er ikke så let at forklare. Der er ingen sammenlignelige studier i litteraturen med til at sammenligne disse resultater. Da den elastiske rekyl med emfysem er lavere, er det maksimale lungevolumen tilsyneladende i stand til at forblive højere end normalt, selv når trykket falder, og det manifesterer sig ved den øgede% V10. Med fibrose, den elastiske rekyl fortsat høj, selv ved høje tryk, så volumen falder hurtigere, da trykket falder fra TLC. Dette ville også være i overensstemmelse med en nedbrydning af pulmonalt, overfladeaktivt middel, men der er ingen litteratur, hvor dette blev vurderet i fibrose. Således, selvom% V10 ikke er blevet anvendt til fænotypebestemmelse voksent menneskelunger, resultaterne præsenteres her tyder det kan være en følsom variabel, der kan overvåge progressive forandringer i det mindste i de to patologier undersøgt. Indtil mere fuldstændige undersøgelser er udført, men hvor dosis-respons relationer med elastase eller bleomycin er færdig, følsomheden af ​​denne variabel vil forblive spekulative.

Betydningen af ​​at korrigere for gas kompression kan ikke understreges nok. Dette er et kritisk første trin i opsætning, eftersom når trykket stiger, volumen gassen falder, og dermed mængden af ​​luft, der leveres til musen bliver stadig mindre end forskydningen af ​​sprøjtecylinderen. Proceduren til empirisk at korrigere for dette er vist i han protokol ovenfor. Det er værd at bemærke, at hvis PV setup volumen ikke ændres, så er denne empiriske fremgangsmåde korrektion skal kun gøres en gang. Og hvis koefficienten er skrevet ned, kan den indtastes manuelt hvis nogensinde nødvendigt. Det skal imidlertid understreges, at this metode virker kun fordi lungerne er begyndt fra en afgasset tilstand. Hvis PV kurven blev startet fra en normal sluteksspiratorisk lungevolumen (FRC), vil det ikke være muligt at korrigere for gaskompression medmindre vidste omfanget af denne mængde. Desuden vil formen af ​​en PV kurve være helt afhængig af udgangsmaterialet lungevolumen, så hvis der var ændringer observeret i en patologisk lunge startende fra FRC, ville det ikke være muligt at fortolke disse ændringer, før de kontrol- og patologiske FRCS var kendt . Dette er en anden fordel ved altid at starte fra nul lungevolumen. Endelig er det værd at bemærke, at PV kurver blev udført i mus med en intakt brystvæggen. Dette forenkler hele proceduren og i høj grad reducerer muligheden for fejl forårsaget af deformerede lunge form eller kirurgiske fejl. Heldigvis tilstedeværelsen af en normal brystvæggen har en ubetydelig indvirkning på PV kurve 9, så PV kurve gjort med en intakt bryst giver et enkelt og pålideligat vurdere udspilingsevne af lungen.

Sammenfattende viser dette papir, hvordan man blot udføre en reproducerbar måling af lungen PV kurve i mus. PV-kurven har en unik evne til at dokumentere strukturændringer i lungerne både dyr med genetisk ændret lunge samt med andre miljømæssige fornærmelser. Således som vist her, kan denne måling giver fænotypiske indsigt i manifestation af specifikke strukturelle ændringer i lungen med emfysem og fibrose, og det kan ligeledes anvendes for at vurdere andre patologier, som kan påvirke lunge elasticitet.

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