Måling av trykk volum Curve i Muse Lunger

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 siste tiårene mus har blitt den viktigste dyremodellen av en rekke lungesykdommer. I modeller for emfysem eller fibrose, er de grunnlegg fenotypiske forandringer beste vurderes ved å måle endringer i lungeelastisitet. For å best forstå spesifikke mekanismene bak slike sykdommer hos mus, er det viktig å gjøre funksjonelle målinger som kan gjenspeile utviklingen patologi. Selv om det er mange måter å måle elastisiteten, er den klassiske metode som av den totale lunge trykk-volum (PV) kurve gjort over hele spekteret av lungevolum. Denne målingen er gjort på voksne lungene fra nesten alle pattedyrarter som kan dateres tilbake nesten 100 år, og slike PV kurver også spilt en stor rolle i oppdagelsen og forståelsen av funksjon av lunge surfaktant i fosterets lunge utvikling. Dessverre har slike totale PV kurver er ikke blitt mye rapportert i mus, til tross for at de kan gi nyttig informasjon om macroscOPIC effekter av strukturelle endringer i lungen. Selv om delvis PV kurver måler bare endringene i lungevolumet blir noen ganger rapportert, uten et mål på absolutte volum, gjør disse partielle seg meget vanskelig å tolke den ikke-lineære natur av den totale PV-kurven. I den foreliggende undersøkelse, beskriver vi en standardisert måte for å måle den totale PV-kurven. Vi har testet evnen til disse kurver til å detektere endringer i muselungestrukturen i to felles lunge patologier, emfysem og fibrose. Resultatene viste signifikante endringer i flere variabler konsistente med forventede strukturelle endringer med disse patologi. Denne måling av lunge PV-kurven i mus gir således en enkel anordning for å overvåke progresjonen av de patofysiologiske endringer over tid og den potensielle effekten av terapeutiske inngrep.

Introduction

Musen er nå den primære dyremodell av en rekke lungesykdommer. I modeller for emfysem eller fibrose, er de grunnlegg fenotypiske forandringer beste bedømmes ved å måle forandringer i lungeelastisitet. Selv om det er mange måter å måle elastisiteten, er den klassiske metode som av det totale trykk-volum (PV) kurve målt fra restvolum (RV) til total lungekapasitet (TLC). Denne målingen er gjort på voksne lungene fra nesten alle pattedyrarter som kan dateres tilbake nesten 100 år 1-3. Slike PV kurver også spilt en stor rolle i oppdagelsen og forståelsen av funksjon av lunge surfaktant i foster lunge utvikling 4-7. På tross av PV-kurven betydning som en måling av lunge fenotype, har det ikke vært standardisert måte for å utføre denne måling. Det har blitt gjort ganske enkelt ved å blåse opp og å tømme lungen med diskrete trinn (venter en variabel tid for likevektsinnstilling etter hver) eller med pumper somkontinuerlig kan blåse og deflate lungen. PV-kurven er ofte gjort over et volumområde mellom null og noen bruker-definere lungekapasitet, men varigheten av hver trykkvolum sløyfe rapportert av forskjellige laboratorier har vært svært variabel, varierende fra noen få sekunder til 8 timer 2. Noen forskere refererer til denne totale lunge PV kurve som statisk eller kvasistatisk, men disse er kvalitative termer som tilbyr litt innsikt, og de blir ikke brukt her. I tillegg, PV-kurven ikke er blitt allment rapportert i mus, til tross for at det kan gi nyttig informasjon om de makroskopiske effekter av strukturelle endringer i lungen.

Flere saker har resultert i variasjon i PV kurve oppkjøpet inkludert: 1) frekvensen av inflasjon og deflasjon; 2) trykk utflukter for inflasjon og deflasjon; og 3) et middel for å bestemme et absolutt lungevolummåling. I fremgangsmåten til stede her, med en hastighet på 3 ml / min ble valgt som et compromise, som ikke er for kort for å reflektere den dynamiske elastisitets forbundet med normal ventilasjon og ikke for treg til å foreta målingen upraktisk, spesielt når man vil studere store kullene. Siden en nominell total lungekapasitet i en C57BL / 6 friske mus er av størrelsesorden 1,2 ml 9, denne hastigheten kan typisk to fullstendig lukket PV løkker som skal gjøres i omtrent 1,5 min.

I den utvidede litteratur hvor PV kurver er rapportert, har peak lufttrykk brukes vært svært variabel, varierende fra så lavt som 20 til over 40 cm H 2 O. En del av denne variasjon kan være relatert til arter, men et primært mål om å sette den øvre trykkgrense for PV-kurver er å blåse lungen til total lungekapasitet (TLC), eller maksimalt lungevolum. TLC i mennesker er definert av maksimal frivillig innsats en person kan gjøre, men dessverre dette kan aldri bli duplisert i noen dyremodell. Således er den maksimale volum i eksperimentelle kurver PV avskrekkeminelagt av en maksimal trykk vilkårlig satt av utprøver. Målet er å sette et press der PV-kurven er flat, men dessverre inflasjon lem av et pattedyr lunge PV kurve er aldri flat. Så de fleste etterforskere satt et trykk hvor inflasjonskurven begynner å flate vesentlig, typisk 30 cm H 2 O. I mus, men er PV-kurven enda mer kompleks med et dobbelt pukkel på inflasjons lem, og hvor dette inflasjon lem er ofte fortsatt stiger bratt ved 30 cm H 2 O 10, slik at 30 ikke er et godt sluttpunkt for PV kurve. Av denne grunn bruker vi 35 cm H 2 O som trykkgrensen for musen PV-kurven, som er et trykk som inflasjons lemmer av alle stammer som vi har undersøkt begynner å flate ut.

Siden PV-kurven i seg selv er meget ikke-lineær, vil utseendet av en PV sløyfe avhenger av volumet fra hvor kurven begynner. Noen kommersielle vifter tillate brukere å gjøre store PV looper, fra FRC, men hvis FRC volum er ukjent, så er det umulig å tolke endringer i slike PV-kurven med en hvilken som helst patologi, siden disse endringer kan ganske enkelt være et resultat av en endring i utgangsvolumet, og ikke strukturelle forandringer i lungen. Dermed uten en absolutt volummål, PV kurver er nesten umulig å tolke og dermed har liten nytte. Selv om det finnes flere måter å måle lungevolum, disse er ofte tungvint og krever spesialutstyr. I den enkle metode som er beskrevet her, begynner PV-kurven ved null volum etter en in vivo avgassingsprosedyren.

Oppsummert viser dette papiret en grei metode for å standardlunge PV-kurven måling i mus lunge, og definerer en rekke beregninger som kan beregnes ut fra denne kurven som er knyttet til lunge struktur. PV kurve gir dermed en lungefunksjonstest som har direkte anvendelse i å kunne oppdage fenotypiske strukturelle endringer i mus med commpå lunge patologier slik som emfysem og fibrose.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

The Johns Hopkins University Animal Care og bruk komité godkjente alle animalske protokoller.

1. Utstyr

Den sammensatte systemet satt opp, klar til å måle PV-kurven er vist i figur 1.

  1. Volummål:
    1. Generere en konstant hastighet på inflasjon og deflasjon ved hjelp av en sprøytepumpe med en bryter som lar brukeren raskt reversere pumpen etter å ha nådd trykkgrensene. For mus PV kurver, bruker en meget lett smurt 5 ml glass sprøyte til første volumet (før inflasjon) satt til 3 ml luft. 3 ml er tilstrekkelig stor til å måle volum i nesten alle mus PV kurver.
    2. Måle volumet som leveres av pumpen ved å feste en lineær differensialtransformator til pumpehuset, med en liten sensorstang forbundet med den bevegelige sprøytestemplet.
      Merk: en empirisk måte for å korrigere for gasskompresjon i systemet er beskrevet under PV cuRVE opptak delen.
  2. Trykkmåling:
    1. Bruk en standard billig trykkmåler med en rekkevidde på 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI).
  3. Innspilling måling:
    1. Å registrere PV kurve bruke digital opptaker med XY evner (f.eks PowerLab). Satt en kanal for å spille inn den korrigerte volum signal og en annen kanal for å registrere transpulmonal trykk (PTP), for å tegne grafen til PV kurve. Bruk en bro forforsterker som kobles til hoved Powerlab å måle trykket. Kalibrere trykk kanal 0-40 cm H 2 O, og kalibrere volumet kanal 0-3 ml.

2. Korrigering for gasskompresjon

Merk: Dette er et kritisk første skritt i å sette opp, siden som trykket øker, gassmengden reduseres, og dermed volumet av luft levert til musen vil bli stadig mindre enn forskyvningen av syringe fat.

  1. Lukk stoppekranen som vil koble PV-systemet til lungene, slik at ingen gass kan la systemet. Starte infusjonen og se om den korrigerte Volume kanal på opptakeren viser eventuelle målbare endringer som trykket øker til omtrent 40 cm H 2 O. Hvis ja, så korrekt som i de neste trinnene.
    1. Riktig for gasskompresjon empirisk ved å trekke fra stempelet forskyvning måling (dvs. den ukorrigert volum) et begrep proporsjonal med lufttrykket. Gjør dette på en Powerlab kanal (kalt Vc) for å vise volum signal minus en koeffisient ganger trykket.
    2. Bestemme koeffisienten i ligningen. Først må en startverdi, slår diagrammet opptak på, og starte pumpen. Siden inflasjons slangen er forseglet, justere trykket koeffisient multiplikator for å gjøre Vc kanal lese null som trykket stiger 0-40 cm H 2 O. Hvis det går opp eller ned, bare justere korreksjonsfaktoren til detforblir flat over denne trykkområde. Denne korreksjonsfaktor vil alltid være det samme, om de samme 3 ml utgangsvolumet i sprøyten ikke blir endret.

3. Eksperimentelle tester i Mus

  1. Prosedyren for måling av PV-kurven i mus. Alle dyre protokoller ble godkjent av Johns Hopkins University Animal Care og bruk komité.
    1. Bedøve mus (C57BL / 6 mus ved 6-12 ukers alder) med ketamin (90 mg / kg) og xylazin (15 mg / kg), og bekrefter anestesi ved fravær av refleksbevegelse.
      Merk: PV kurve kan være ferdig i bedøvede mus i mindre enn 10 minutter og er en terminal prosedyre.
    2. Tracheostomize musene med en 18 G stump nål kanyle. Gjør dette ved å lage et lite snitt i huden overliggende luftrøret, finne luftrøret, deretter lage en liten rift i luftrøret, der stump nål kan settes inn. Fest kanylen ved å binde med tråd.
    3. Tillate musene å puste en00% oksygen i minst 4 min. Dette kan være via spontan pusting fra en pose eller med en ventilator nominelt sett med en tidevolum på 0,2 ml ved 150 åndedrag / min.
    4. Lukk trakeal kanyle og tillater 3-4 min for musen til å absorbere all den oksygen. Denne oksygenabsorpsjon prosedyren resulterer i død av dyrene, og i en nesten fullstendig avgassing av lungen 11. Bekreft død mus ved å måle opphør av hjerteslag med EKG-elektroder eller direkte observasjon.
    5. Når avgassingen av lungen er fullført og lungevolum er null, begynner oppblåsing av lungen med romluft i sprøytepumpe ved en hastighet på 3 ml / min. Overvåke trykket spor på den digitale opptakeren, og når den når 35 cm H2O, reversere pumpen.
    6. Følg deflasjon kurve inntil trykket når negativ 10 cm H 2 O, da luftrom har kollapset, fangst luft i alveolene hindre ytterligere reduksjon volum. Umiddelbart tilbake than pumpe igjen, slik at lungene til reinflate som kollapset luftveiene åpne. Denne heterogene åpning normalt er synlig ved støyende base inflasjon lem i den innledende del av denne andre inflasjon.
    7. Når trykket igjen når 35 cm H 2 O, reversere pumpen retning, og fortsette å deflatere lungene til denne andre deflasjon lem når 0 cm H 2 O. Deretter stoppe pumpen.
    8. Vise PowerLab diagrammet registrering av trykk og flow og PV kurve. Deretter analysere PV-kurven for å detektere fenotypiske endringer i lungeparenkym som forekommer med forskjellige lunge patologier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Selv om fremgangsmåten for PV-kurver er vist i videoen bare for kontroll friske mus, undersøkte vi muligheten av PV-kurven for å detektere funksjonelle og patologiske endringer hos mus med to forskjellige vanlige patologier, emfysem og fibrose. Detaljer om disse tradisjonelle modellene beskrevet andre steder 12,13. Veldig kort, etter anestesi med 3% isofluran den emfysem ble forårsaket av tre eller seks U porcinpankreatisk elastase innpodet inn i luftrøret og studert tre uker senere, og fibrose ble forårsaket av 0,05 U bleomycin innpodet inn i luftrøret og studerte to uker etter dette fornærmelse.

Figur 2 viser en typisk kurve PV fra en kontroll mus. Fra et slikt PV kurve, måle variabler som er enkle å kvantifisere, reproduserbar fra mus til mus, og representant for strukturelle endringene som skjer i lungesykdom. Disse er oppført i Tabell 1 og vist grafisk i figur 2 Tabell 1 viser disse variablene, og Figur 2 illustrerer hvordan de er målt fra PV-kurven. Begrunnelsen bak hvert blir diskutert senere.

Figur 3 viser typiske kurver PV fra representative kontroll, emphysematous, og fibrotiske mus, respektivt. Variabler målt fra kurvene genereres i hunn kontroll og fibrotisk mus er vist i figur 4. variabler måles fra kurver generert på hann kontrollmus og de ​​med to grader av alvorlighet emfysem er presentert i figur 5. Statistisk sammenligninger mellom grupper ble analysert med enten en uparet t-test (fibrose modell), eller en enveis ANOVA og signifikansnivå vurderes med Tukey korreksjon for multiple sammenligninger (emfysem modell). En p <0,01 ble betraktet som signifikant.

Disse resultatene viser at metodene som brukes her for å få måle of lunge PV kurver er nyttige i å være i stand til å detektere endringer i utvidelsesevne av lungen i forskjellige patologier hvor disse strukturelle endringer har blitt klinisk beskrevet. Tilnærming og analyse genererer flere variabler som karakteriserer ulike aspekter av PV kurve. Tolkningen av hvilke hver av disse målte variabler betyr å omtales nærmere i det neste avsnitt.

Figur 1
Figur 1:. Experimental satt opp som viser pumpesprøyte med volum og trykkgivere Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Representant PV kurve som viser hvordan the forskjellige variabler i Tabell 1 er målt. V3, V8 og V10 er de lungevolum på det første deflasjon lem på 3, 8 og 10 cm H2O, respektivt. V35 er volumet 35 cm H2O og er definert som den totale lungekapasitet (TLC). RV er restvolum, definert som volumet av innestengt gass på en av de første deflasjon kurve. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3:. Representative mus PV kurver fra kontroll, emphysematous, og fibrotiske lungene Skråningen av den mørke linjesegmentet indikerer deflasjon lem compliance, C. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.


Fig. 4: Endringer i de variable som måles fra PV kurver i kontroll og fibrotiske mus Vist er middelverdier ± SEM, n = 9 for hver gruppe. Alle variablene i fibrotiske lungene var signifikant forskjellig fra kontroll lungene med P <0.01. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Fig. 5: Endringer i de variable som måles fra PV kurver i kontroll og emphysematous mus Vist er middelverdier ± SEM, n = 9 for hver gruppe. Alle variabler i emphysematous lungene ved hver grad av alvorlighet var signifikant forskjellig fra kontroll lungene og hverandre med P &# 60;. 0,01 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Måling Hva det kvantifiserer Endringer med patologier
TLC "Maximal" inflasjon; definert i mus som lungevolum på 35 cm H 2 O Øker i emfysem; Reduksjoner i fibrose
RV Innestengt luft volum etter airway kollaps på deflasjon Øker i emfysem; Reduksjoner i fibrose
% V10 Formen på deflasjon lem Øker med lunge utvikling; Avtar med overflate hemming; Øker i emfysem; Reduksjoner i fibrose
C Den kvasistatisk skråningen av deflasjon lem Øker i emfysem; Decreases i fibrose
Cs Spesifikk etterlevelse fra deflasjon lem = C / V3 Reduksjoner i emfysem; Reduksjoner i fibrose

Tabell 1: Oversikt over de ulike variablene målt fra mus PV kurver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne artikkelen en enkel reproduserbar fremgangsmåte er blitt beskrevet for å måle i mus en klassisk metode for fenotyping lungeelastisitet, den totale lunge PV-kurven. Slike kurver var instrumental i oppdagelsen av lunge surfaktant og dens betydning i å gi lunge stabilitet. Her er det vist hvordan PV-kurven er også nyttig i å tilveiebringe et middel til å måle flere variabler knyttet til lungeelastisitet hos voksne muselunger. Det var svært store endringer i alle variablene i to mest brukte musemodeller for å generere patologiske endringer i muse lungene. Følgende avsnitt drøfter kort betydningen av endringene i hver de målte variablene.

TLC er et mål på den maksimale lungevolum, eller mer nøyaktig, i volum ved et definert maksimalt trykk, hvor inflasjons lem begynner å flate. Som allerede nevnt, inflasjon lem av en PV kurve egentlig aldri flater, og musen er spesielt ekstrem i detteatferd 10. Selv om TLC er definert i mennesker som volumet ved slutten av en maksimal frivillig innåndings innsats, i hvert dyremodell den er definert som volumet på et vilkårlig brukerdefinert trykk. Med de patologiske modeller som er vist i dette dokumentet, ble en progressiv økning av TLC med økende emfysem observert, så vel som en reduksjon med fibrose. Disse observasjonene gjenspeiler kliniske manifestasjoner med hver av disse forholdene, og er dermed hva som forventes i en nyttig musemodell.

RV er en variabel som reflekterer den gjenværende luft fanget i alveolene som luftrom nær på en maksimal utløp. Denne variabelen reflekterer således samme fenomenet hos mennesker og dyremodeller. RV er kjent for å øke hos mennesker i astma og KOLS 14,15. Denne økningen i RV er relatert til det faktum at de små luftveiene tett raskere på deflasjon lem med enten øket glatt muskeltonus eller tap av deling støtte fra surrounding lungeparenkym 16. I de to patologiske modeller som brukes her, ble motsatte effekter funnet. Det var en betydelig økning i RV med økende emphysematous skade, men med fibrose, var det en redusert RV, siden de stivere luftveiene og omkringliggende lunge stengt ved lavere lungevolum på deflasjon.

Det% V10 er en formfaktor som har vært brukt for å gjenspeile stabiliteten av lungen på deflasjon, og ble opprinnelig benyttet for å reflektere modningen av det overflateaktive system 17. Som fosterets lunge modnes, de deflasjon lem endringer fra en relativt rett kurve til en som er konveks mot volumaksen, med en samtidig økning i% V10 18. Den endelige form hos voksne varierer betydelig mellom pattedyrarter, med% V10 som varierer mellom 75 og 90% 19. Det% V10 er også kjent å minske progressivt med lungeoverflateaktivt middel blir mindre effektiv 20,21. I de patologiske modeller studert her, major cHanges i overflateaktivt middel var ikke forventet, men formen av kurven er også avhengig av lungevevet elastisitet. Faktum det var signifikante økninger i% V10 med emfysem og betydelige reduksjoner med fibrose reflekterer sannsynligvis disse strukturelle endringer. Selv om denne verdi ikke er normalt målt i humane individer, kan det være meget nyttig i dyremodeller som en fenotypisk variabel relatert til spesifikke patologiske forandringer i lunge struktur.

Compliance (C) er en beregning som kan fås fra noen linearized region av ikke-lineære PV kurve. I mus, deflasjons lemmer fra de fleste stammer er ganske lineær mellom 3 og 8 cm H 2 O, og av denne grunn er det lett å definere en reproduserbar C i løpet av dette intervallet. En av de kritiske problemer ved bruk i en hvilken som helst helning måling fra PV-kurven er at verdien er sterkt avhengig av både rekke trykk over hvilken den målte og den foregående volum historie (dvs. hvor den delen avkurve ble generert), så konsistens er kritisk viktig hvis sammenligninger skal gjøres mellom kontroll og patologiske modeller. I de to patologiske modeller som brukes i denne studien ble betydelige økninger i C i emfysem og betydelig nedgang i fibrose observert; funn som etterligner hva er observert klinisk hos mennesker.

Den spesifikke compliance, Cs har blitt brukt for å korrigere for det faktum at et større lunge med samme struktur som en mindre lunge vil ha en større endring i lungevolumet over den samme endring i trykk, for derved å resultere i en større overensstemmelse 22. Cs er også tilsvarende den inverse av bulkelastisitetsmodul av lungen. Klinisk det måles som compliance dividert med FRC, men siden i musen vet vi ikke den FRC, har vi valgt å bruke volum på 3 cm H 2 O. Ved normalisering til volumet på 3 cm H 2 O (dvs. ved hjelp av den fraksjonvolumendring),man kan da beregne den samme spesifikke overholdelse i en stor eller liten lunge, hvis store lunge bare besto av mer av den samme lille lungen. Resultatene i den foreliggende papir viser at det var en reduksjon i Cs i fibrosemodellen, som indikerer at den målte endring i C var ikke bare på grunn av lungevolum blir mindre. Snarere, lunge parenchyma selv var betydelig stivere. I emfysem modellen imidlertid Cs også redusert, som er motsatt til økningen i C. Denne beregnede reduksjon i Cs oppsto fordi økning i lungevolumet var større enn økningen i C. Men denne matematiske faktisk ikke gir noen innsikt i de strukturelle endringene som førte til disse endringene. På det nåværende tidspunkt, men ytterligere patologiske innsikt er ikke klar, og videre eksperimentelt arbeid er utenfor omfanget av denne metoder papir.

De underliggende årsaker til disse endringene i PV variabler er avhengig av de patologiske endringer i den annen modells. I emfysem, tap av alveolære vegger avtar den samlede vev rekyl og øker perifer luftrom størrelse. Denne utvidelse av gjenværende luftrom ville øke krumningsradius av luftrommet overflate, videre å redusere den elastiske rekyl på grunn av overflatespenningen. Begge disse faktorer vil føre til økning av TLC observert. I fibrotisk modellen, avleiring av kollagen og andre matriseelementene fører til en avstivning, så vel som en fortykkelse av alle vev som er detekterbar klinisk og i mus som en redusert kapasitet til å diffundere 13,23. Disse patologiske endringene gjenspeiles i betydelig senket TLC. Økningen i RV sett i emfysem modellen sannsynlig et resultat av en reduksjon i tilknytning til støtte for luftveiene, som manifesterer seg ved en tidligere luftveislukke på ekspiratorisk lem. I fibrose, stivere luftrom motstå kollaps til et lavere trykk er nådd på utløpet, for derved å redusere restvolum. Samsvars endringerreflektere lignende sykdommer som påvirker lungevolum. Et tap av elastiske elementer i parenchymale vegger vil resultere i en øket overensstemmelse, der som kollagenavsetning i luftveiene og parenchyma vil føre til en stivere lunge med redusert compliance. Den svake økningen i% V10 i emfysem modell og nedgangen med fibrose er ikke så lett å forklare. Det finnes ingen sammenlignbare studier i litteraturen som å sammenligne disse resultatene. Siden den elastiske rekyl med emfysem er lavere, er den maksimale lungevolum tilsynelatende i stand til å bli høyere enn normalt, selv når trykket avtar, og dette gir seg utslag i øket% V10. Med fibrose, forblir elastisk rekyl høy selv ved høye trykk, slik at volumet faller hurtigere etter hvert som trykket avtar fra TLC. Dette vil også være i samsvar med en forringelse av lungeoverflateaktivt middel, men det er ingen litteratur hvor dette ble undersøkt i fibrose. Således, selv om% V10 ikke har vært brukt til å fenotype voksent menneskelungene, de resultatene som presenteres her antyder at det kan være en sensitiv variabel som kan overvåke progressive endringer i det minste i de to patologi studert. Inntil mer komplette studier er gjort, men hvor dose-respons relasjoner med elastase eller bleomycin er ferdig, sensitiviteten av denne variabelen vil forbli spekulativt.

Viktigheten av å korrigere for gasskompresjon kan ikke understrekes nok. Dette er et kritisk første trinn i å sette opp, siden hvert som trykket øker, gassvolumet reduseres, og dermed volumet av luft som leveres til mus vil bli stadig mindre enn forskyvningen av sprøytesylinderen. Fremgangsmåten for empirisk å korrigere for dette er vist i han-protokollen ovenfor. Det er verdt å merke seg at dersom PV setup volumet ikke endrer seg, så dette empirisk korreksjon prosedyre behøver bare gjøres en gang. Og hvis koeffisienten er skrevet ned, kan det legges inn manuelt hvis det skulle bli behov. Det bør understrekes imidlertid at this metoden fungerer bare siden lungen starter fra en avgasset tilstand. Hvis PV kurve ble startet fra en normal end-ekspiratorisk lungevolum (FRC), ville det ikke være mulig å korrigere for gasskompresjon med mindre man visste omfanget av det volumet. I tillegg vil formen på et PV-kurven være helt avhengig av utgangslungevolum, slik at hvis det var forandringer observert i en patologisk lunge start fra FRC, ville det ikke være mulig å tolke disse endringene til styre- og patologiske FRCS var kjent . Dette er en annen fordel med alltid begynner fra null lungevolum. Til slutt er det verdt å merke seg at PV kurver ble gjort på mus med en intakt brystveggen. Dette forenkler det hele prosedyren og i stor grad reduserer muligheten for feil på grunn av forvrengt lunge form eller kirurgiske feil. Heldigvis har tilstedeværelsen av en normal brystveggen en ubetydelig effekt på PV-kurven 9, slik at PV-kurven gjort med en intakt bryst gir en enkel og pålitelig metodefor å vurdere utvidelsesevne av lungen.

Som konklusjon, viser denne hvordan papiret å bare utføre en reproduserbar måling av lunge PV-kurven i mus. PV-kurven har en enestående evne til å dokumentere strukturendring i lungene hos dyr med genetisk endret lungene så vel som med andre miljø fornærmelser. Således, som vist her, kan denne måling gir fenotypisk innsikt i manifestasjon av spesifikke strukturelle forandringer i lunge med emfysem og fibrose, og det kan likeledes benyttes for å vurdere eventuelle andre patologier som kan påvirke lungeelastisitet.

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