Mätning av tryck-volymkurva i muslungor

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

Under de senaste decennierna musen har blivit den primära djurmodell av en mängd olika lungsjukdomar. I modeller av emfysem eller fibros, är de väsentliga fenotypiska förändringar bäst bedömas genom mätning av förändringarna i lungelasticitet. För att bäst förstå specifika mekanismerna bakom dessa sjukdomar i möss, är det viktigt att göra funktionella mätningar som kan spegla utvecklingen patologi. Även om det finns många sätt att mäta elasticitet, är den klassiska metoden att av det totala lungtryck-volym (PV) kurva görs över hela området av lungvolymer. Denna mätning har gjorts på vuxna lungor från nästan alla däggdjursarter som går tillbaka nästan 100 år, och sådana PV kurvor spelade också en viktig roll i upptäckten och förståelse för funktionen av pulmonell surfaktant i fosterlungutveckling. Tyvärr, sådana totala PV kurvor har inte fått stor uppmärksamhet i musen, trots att de kan ge användbar information om macroscOPIC effekter av strukturella förändringar i lungan. Även partiell PV kurvor mäter bara förändringar i lungvolym ibland rapporteras, utan ett mått på absolut volym, gör dessa partiella mycket svårt att tolka olinjära karaktären av den totala PV kurvan. I den aktuella studien beskriver vi ett standardiserat sätt att mäta den totala PV kurvan. Vi har sedan testat förmågan hos dessa kurvor för att upptäcka förändringar i muslunga struktur i två gemensamma lung patologier, emfysem och fibros. Resultaten visade signifikanta förändringar i flera variabler i överensstämmelse med förväntade strukturförändringar med dessa sjukdomar. Denna mätning av lung PV kurvan hos möss ger därmed en enkel väg för att övervaka utvecklingen av de patofysiologiska förändringar över tiden och den potentiella effekten av terapeutiska förfaranden.

Introduction

Musen är nu den primära djurmodell av en mängd olika lungsjukdomar. I modeller av emfysem eller fibros, är de väsentliga fenotypiska förändringar bedöms bäst genom att mäta förändringar i lungan elasticitet. Även om det finns många sätt att mäta elasticitet, är den klassiska metoden att av det totala trycket-volym (PV) kurva mätt från restvolym (RV) till total lungkapacitet (TLC). Denna mätning har gjorts på vuxna lungor från nästan alla däggdjursarter som går tillbaka nästan 100 år 1-3. Sådana PV kurvor spelade också en viktig roll i upptäckten och förståelse för funktionen av pulmonell surfaktant i fosterlungutveckling 4-7. Trots PV kurvan betydelse som ett mått på lungans fenotyp, har det inte funnits något standardiserat sätt att utföra denna mätning. Det har gjorts helt enkelt genom uppblåsning och tömning av lungan med diskreta steg (väntar en variabel tid för ekvilibrering efter varje) eller med pumpar somkan kontinuerligt blåsa upp och tömma lungan. Den PV Kurvan sker ofta över ett volymintervall mellan noll och några användar definiera lungkapacitet, men tidslängden för varje tryckvolymslinga rapporterats av olika labs har varit mycket varierande, allt från några enstaka sekunder 8 till hr 2. Vissa utredare hänvisar till denna totala lung PV kurva som statisk eller kvasistatiska, men dessa är kvalitativa termer som erbjuder lite insikt, och de används inte här. Dessutom PV kurvan har inte fått stor uppmärksamhet i musen, trots att det kan ge användbar information om de makroskopiska effekter av strukturella förändringar i lungan.

Flera frågor har lett till variabilitet i PV kurva förvärvet inklusive: 1) inflationstakten och deflation; 2) utflykter tryck för inflation och deflation; och 3) de medel för att bestämma en absolut lungvolymmätning. I metoden närvarande här, med en hastighet av 3 ml / min valdes som en compromise, till att vara inte alltför kort som återspeglar den dynamiska elasticitet i samband med normal ventilation och inte alltför långsamt för att göra mätningen opraktisk, i synnerhet när man studerar stora kohorter. Eftersom en nominell total lungkapacitet i en C57BL / 6 friska musen är i storleksordningen 1,2 ml 9, tillåter denna hastighet normalt två kompletta stängd PV loopar göras i ca 1,5 min.

I den utökade litteraturen där PV kurvor har rapporterats, har toppinflationstrycket som används varit extremt varierande, varierande från så lågt som 20 till över 40 cm H2O En del av denna variation kan vara relaterade till arter, men ett primärt mål att sätta den övre tryckgränsen för PV kurvor är att blåsa lungan till total lungkapacitet (TLC), eller maximal lungvolym. TLC hos människa definieras av maximal frivillig insats en individ kan göra, men tyvärr kan aldrig återskapas i alla djurmodell. Således är den maximala volymen i experimentella PV kurvor avskräckabryts av en maximal tryck godtyckligt satt av prövaren. Målet är att sätta ett tryck där PV kurvan är flack, men tyvärr inflations delen av en däggdjurslung PV kurva är aldrig platt. Så de flesta utredare satt ett tryck där kurvan inflationen börjar att platta kraftigt, vanligtvis 30 cm H2O I musen är dock PV kurvan ännu mer komplex med en dubbel puckel på inflations lem, och där denna inflations lem ofta ökar fortfarande kraftigt vid 30 cm H2O 10, så 30 är inte en bra slutpunkt för PV kurva. Av denna anledning använder vi 35 cm H2O som tryckgränsen för mus PV kurvan, vilket är ett tryck vid vilket inflations lemmar alla stammar vi har undersökt börjar att platta.

Eftersom PV kurvan själv är mycket icke-linjära, kommer utseendet på en PV slinga beror på volymen från där kurvan börjar. Vissa kommersiella ventilatorer tillåter användare att göra stora solcellsslingor, från FRC, men om FRC volymen är okänd så är det omöjligt att tolka förändringar i en sådan PV kurva med någon patologi, eftersom dessa förändringar helt enkelt skulle kunna leda till en förändring i startvolym, och inte strukturella förändringar i lungan. Alltså utan en absolut volymmätning, PV kurvor är nästan omöjliga att tolka och därmed har lite nytta. Även om det finns flera sätt att mäta lungvolymer, dessa är ofta besvärliga och kräver speciell utrustning. I den enkla metod som beskrivs här, börjar PV kurvan vid noll volym efter en in vivo avgasningsförfarandet.

Sammanfattningsvis visar detta papper en enkel metod för att standardisera lung PV kurva mätning i musen lunga och definierar olika mått som kan beräknas ur denna kurva som är kopplade till lungstrukturen. Den PV Kurvan ger därmed ett lungfunktionstest som har direkt tillämpning i att kunna upptäcka fenotypiska strukturella förändringar i möss med commpå lung patologier såsom emfysem och fibros.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Johns Hopkins University Djurvård och användning kommittén godkände alla djurprotokoll.

1. Utrustning

Det sammansatta systemet inrättas, redo att mäta PV kurva visas i Figur 1.

  1. Volymmätning:
    1. Generera en konstant hastighet för uppblåsning och tömning med användning av en sprutpump med en brytare som gör det möjligt för användaren att snabbt vända pumpen efter att ha nått tryckgränserna. För musen PV kurvor, använda en mycket lätt smord glasspruta 5 ml med den ursprungliga volymen (före inflationen) satt till 3 ml luft. 3 ml är tillräckligt stor för att mäta volymer i nästan alla mus PV kurvor.
    2. Mät volymen som levereras av pumpen genom att fästa en linjär differentialtransformator till pumphuset, med en liten sensor stång ansluten till den rörliga sprutkolven.
      Obs: En empirisk sätt att korrigera för gas kompression i systemet beskrivs under PV curve tagning.
  2. Tryckmätning:
    1. Använd en standard billig tryckmätare med ett intervall av 0-60 cm H2O (0-1 psi).
  3. Inspelning mätning:
    1. För att spela in PV kurvan använda någon digital inspelare med XY kapacitet (t.ex. PowerLab). Ställ en kanal för att spela in den korrigerade volymsignalen och en annan kanal för att registrera transpulmonellt tryck (PTP), i syfte att plotta PV kurvan. Använd en bro förförstärkare som ansluter till huvud Powerlab att mäta trycket. Kalibrera tryckkanalen 0-40 cm H2O, och kalibrera volym kanal 0-3 ml.

2. Korrigering för gas Compression

Obs: Detta är ett kritiskt första steg i den inrättades, eftersom när trycket ökar, de gas volymminskningar och därmed volymen luft som levereras till musen kommer att bli allt mindre än förskjutningen av syringe fat.

  1. Stäng kranen som kommer att ansluta solcellsystem till lungorna, så ingen gas kan lämna systemet. Starta infusionen och observera om det justerade volym kanal på recordern visar några mätbara förändringar som trycket ökar till ca 40 cm H2O Om så, rätt som i nästa steg.
    1. Korrekt för gaskompression empiriskt genom att man från mätning kolvförskjutning (dvs, den okorrigerade volym) en term som är proportionell mot inflationstrycket. Gör detta på en Powerlab kanal (även kallad Ve) för att visa volymsignalen minus en koefficient gånger det tryck.
    2. Bestäm koefficienten i ekvationen. Gör först en initial gissning, vrid diagrammet inspelning på, och starta pumpen. Eftersom inflationen slangen tätas, justera tryckkoefficienten multiplikator att göra Vc kanalen visa noll när trycket stiger 0-40 cm H2O Om det går upp eller ner, helt enkelt justera korrektionsfaktor tills detförblir plant över detta tryckområde. Denna korrektionsfaktor kommer alltid att vara densamma, om samma 3 ml utgångsvolym i sprutan inte ändras.

3. Experimentella Tester i möss

  1. Förfarande för mätning av PV kurvan i möss. Alla djurprotokoll godkändes av Johns Hopkins University Djurvård och användning kommittén.
    1. Bedöva möss (C57BL / 6-möss vid 6-12 veckors ålder) med ketamin (90 mg / kg) och xylazin (15 mg / kg), och bekräfta anestesi genom frånvaron av reflexrörelse.
      Obs: PV Kurvan kan fyllas i sövda möss på mindre än 10 minuter och är en terminal förfarande.
    2. Tracheostomize mössen med en 18 G stub nålkanyl. Gör detta genom att göra ett litet snitt i huden som ligger över luftstrupen, lokalisera luftstrupen, sedan göra en liten skåra i luftstrupen, där stump nålen kan införas. Säkra kanylen genom att binda med gänga.
    3. Låt mössen att andas 100% syre i minst 4 min. Detta kan ske via spontan andning från en påse eller med en ventilator nominellt in med en tidalvolym på 0,2 ml vid 150 andetag / min.
    4. Stäng trakealkanylen och tillåta 3-4 min för musen för att absorbera allt syre. Detta förfarande syreabsorption leder död djuren och i en nästan fullständig avgasning av lungan 11. Bekräfta död musen genom att mäta upphörande av hjärtslag med EKG-elektroder eller direkt observation.
    5. När avgasning av lungan är klar och lungvolymen är noll, börjar uppblåsning av lungan med rumsluften i sprutpump med en hastighet av 3 ml / min. Övervaka trycket spår på den digitala inspelnings, och när den når 35 cm H2O, vända pumpen.
    6. Följ deflationskurvan tills trycket når negativ 10 cm H2O, då luftvägarna har kollapsat, fånga luft i alveolerna förhindra ytterligare volymminskning. Omedelbart omvänd than pumpa igen, vilket gör att lungan att reinflate som kollapsade luftvägarna öppna. Denna heterogena öppning normalt uppenbar genom högljudda ser inflations lem på den inledande delen av denna 2nd inflation.
    7. När trycket åter når 35 cm H2O, vända pumpriktningen, och fortsätter att tömma lungorna tills denna 2nd deflation lem når 0 cm H2O Sedan stoppa pumpen.
    8. Visa PowerLab diagrammet rekord av tryck och flöde och PV kurvan. Sedan analysera PV kurvan att upptäcka fenotypiska förändringar i lungparenkym som uppstår med olika lung patologier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Även om förfarandet för PV kurvorna demonstreras i videon bara för kontroll friska möss har vi granskat förmåga PV kurvan att upptäcka funktionella och patologiska förändringar i möss med två olika vanliga sjukdomar, emfysem och fibros. Uppgifter om dessa traditionella modeller som beskrivs på annat håll 12,13. Mycket kortfattat, efter anestesi med 3% isofluran för emfysem orsakades av 3 eller 6 U svinpankreaselastas ingjutit i luftstrupen och studerade 3 veckor senare, och fibros orsakades av 0,05 U bleomycin ingjutit i luftstrupen och studerade två veckor efter detta förolämpning.

Figur 2 visar en typisk PV kurva från en kontrollmus. Från en sådan PV kurva, mäta variabler som är lätta att kvantifiera, reproducerbar från mus till mus, och representant för strukturella förändringar som sker i lungsjukdom. Dessa anges i tabell 1 och visas grafiskt i figur 2 Figur 2 g>. Tabell 1 listar dessa variabler, och illustrerar hur de mäts från PV kurvan. Den logiska grunden bakom varje diskuteras senare.

Figur 3 visar typiska PV kurvor från representativa kontroll, emphysematous och fibrotiska möss, respektive. Variabler mätta från kurvorna alstrade i kvinnlig kontroll och fibrotisk möss presenteras i figur 4. Variabler mätt från kurvorna alstrade hos manliga kontrollmöss och de med två grader av emfysem svårighetsgrad presenteras i figur 5. Statistisk jämförelser mellan grupperna analyserades med antingen en oparade t-test (fibros modell) eller en envägs ANOVA och signifikansnivå bedöms med Tukeys korrektion för multipla jämförelser (emfysem modell). Ett p <0,01 ansågs vara signifikant.

Dessa resultat visar att de metoder som används här för att få mätning of lung PV kurvor är användbara i att kunna upptäcka förändringar i distensibility av lungan i olika patologier där sådana strukturella förändringar har kliniskt beskrivits. Tillvägagångssättet och analys genererar flera variabler som karaktäriserar olika aspekter av PV kurvan. Tolkningen av vad var och en av dessa uppmätta variabler innebär diskuteras mer i detalj i nästa avsnitt.

Figur 1
Figur 1:. Experimentell inrättat visar sprutpump med volym- och tryckgivare klicka Vänligen här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2: Representant PV kurva som visar hur the olika variabler i tabell 1 mäts. V3, V8 och V10 är lungvolymer på första deflation lem på 3, 8, och 10 cm H2O, respektive. V35 är volymen 35 cm H2O och definieras som den totala lungkapaciteten (TLC). RV är restvolymen, definieras som volymen av instängd gas vid sv av den första deflation kurvan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3:. Representativa mus PV kurvor från kontroll, emphysematous och fibrotiska lungor Lutningen av den mörka linjesegmentet indikerar deflation lem efterlevnad, C. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 4:. Förändringar i de variabler som mäts från PV kurvorna i kontroll och fibrotiska möss som visas är medelvärden ± SEM, n = 9 för varje grupp. Alla variabler i fibrotiska lungor var signifikant från kontroll lungorna med P <0,01. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5:. Förändringar i de variabler som mäts från PV kurvorna i kontroll och emphysematous möss som visas är medelvärden ± SEM, n = 9 för varje grupp. Alla variabler i emphysematous lungorna vid någon svårighetsgrad var signifikant från kontroll lungor och varandra med P &# 60;. 0.01 Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Mätning Vad det kvantifierar Förändringar med patologier
TLC "Maximal" inflation; definieras i mice som lungvolym vid 35 cm H2O Ökar i emfysem; Minskningar i fibros
RV Instängd luft volym efter luftvägskollaps på deflation Ökar i emfysem; Minskningar i fibros
% V10 Form av deflations lem Ökar med lungutveckling; Minskar med tensid inhibition; Ökar i emfysem; Minskningar i fibros
C Den kvasistatiska lutningen på deflations lem Ökar i emfysem; Decreases i fibros
Cs Specifik efterlevnad från deflation lem = C / V3 Minskningar i emfysem; Minskningar i fibros

Tabell 1: Lista över de olika variabler som mäts från mus PV kurvor.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I detta papper en enkel reproducerbar metod har beskrivits för att mäta i möss en klassisk metod för fenotypning lungelasticitet, den totala lung PV kurva. Sådana kurvor bidrog upptäckten av pulmonell surfaktant och dess betydelse för att ge lung stabilitet. Här visas hur PV kurvan är också användbar för att tillhandahålla ett medel för att mäta flera variabler relaterade till lungelasticitet i vuxna muslungor. Det fanns mycket betydande förändringar i alla variabler i två vanliga musmodeller för att generera patologiska förändringar i mus lungorna. I följande avsnitt diskuteras kortfattat betydelsen av förändringarna i varje de uppmätta variablerna.

TLC är ett mått på den maximala lungvolym, eller rättare, volymen på en definierad maximal press, där inflations lem börjar att platta. Som redan noterats, inflations delen av en PV kurva aldrig riktigt planar, och musen är särskilt extrem i dennabeteende 10. Fastän TLC definieras i människor som volymen vid slutet av en maximal frivillig inandningsansträngning, i varje djurmodell den definieras som volymen vid någon godtycklig användardefinierad tryck. Med de patologiska modeller som visas i detta dokument, var en progressiv ökning av TLC med ökande emfysem observerats liksom en minskning med fibros. Dessa observationer reflekterar kliniska manifestationer med var och en av dessa villkor och är således vad som kan förväntas i en användbar musmodell.

RV är en variabel som speglar rest luft i alveolerna som luftvägarna nära på en maximal utandning. Denna variabel återspeglar således samma fenomen hos människor och djurmodeller. RV är känt att öka i människor i astma och KOL 14,15. Denna ökning av RV är relaterad till det faktum att de små luftvägarna nära tidigare, om deflations lem med antingen ökad glatt muskeltonus eller förlust av tjudra stöd från SURRounding lungparenkym 16. I de två patologiska modeller som används här, var motsatta effekter hittades. Det var en signifikant ökning av RV med ökande emfysematös skada, men med fibros, fanns det en minskad RV, eftersom styvare luftvägar och omgivande lung stängd vid lägre lungvolymer på deflation.

Den% V10 är en formfaktor som har använts för att återspegla stabiliteten hos lungan på deflation, och användes ursprungligen för att reflektera mognaden av det ytaktiva systemet 17. Som foster lungan mognar, de deflation lem ändras från en relativt rak kurva till en som är konvex mot volymaxeln, med en samtidig ökning i% V10 18. Den slutliga formen hos vuxna varierar betydligt mellan däggdjursarter, med% V10 varierar mellan 75 och 90% 19. Den% V10 är också känt att minska progressivt när pulmonärt ytaktivt blir mindre effektiv 20,21. I de patologiska modellerna studeras här, stora cHanges i tensid var inte väntat, men formen på kurvan är också beroende av den lungvävnad elasticitet. Det faktum att det fanns betydande ökningar% V10 med emfysem och betydande minskningar med fibros sannolikt speglar dessa strukturella förändringar. Även om detta metriska inte mäts vanligen på människor, kan det vara mycket användbart i djurmodeller som en fenotypisk variabel relaterad till specifika patologiska förändringar i lungstrukturen.

Den följs (C) är ett mått som kan erhållas från någon arise region av olinjära PV kurvan. Hos mus, de deflations lemmar från de flesta stammar är ganska linjär mellan 3 och 8 cm H2O, och av detta skäl är det lätt att definiera en reproducerbara C över det intervallet. En av de kritiska frågorna i att använda någon lutning mätningen från PV kurvan är att värdet är starkt beroende av både utbudet av tryck över vilket det mäts och den föregående volymhistoria (dvs hur den del avkurva genererades), så konsekvensen är kritiskt viktigt om jämförelser kommer att göras mellan kontroll och patologiska modeller. I de två patologiska modeller som används i denna studie, var signifikanta ökningar av C i emfysem och betydande minskningar i fibros observerats; fynd som efterliknar det som observeras kliniskt hos människor.

Den specifika efterlevnad har Cs klassiskt använts för att korrigera för det faktum att en större lunga med samma struktur som en mindre lung kommer att ha en större förändring i lungvolym över samma tryckförändringen, vilket resulterar i en större överensstämmelse 22. Cs är också ekvivalent med inversen av bulkelasticitetsmodul av lungan. Kliniskt det mäts som följs delat med FRC, men eftersom i musen som vi inte känner till FRC, har vi valt att använda volym vid 3 cm H2O Genom att normalisera till volymen vid 3 cm H2O (dvs. genom att använda den relativa ändringen i volym),man skulle då räkna samma specifika efterlevnad i en stor eller liten lunga, om den stora lung bestod enbart av mer av samma lilla lungan. Resultat i föreliggande dokument visar att det skedde en minskning i Cs i den fibrosmodell, vilket indikerar att den uppmätta förändringen i C var inte helt enkelt beror på lungvolymen är mindre. Snarare lungparenkym sig var betydligt styvare. I emfysem modellen dock Cs minskade också, vilket är motsatsen till ökningen i C. Detta beräknade minskning av Cs inträffade eftersom ökningen i lungvolym var större än ökningen av C. Men denna matematiska faktum ger inte någon inblick i de strukturella förändringar som ledde till dessa förändringar. För närvarande, ytterligare patologiska insikter är inte klart, och ytterligare experimentellt arbete är utanför ramen för detta metoder papper.

De skäl som ligger bakom dessa förändringar i PV variabler är beroende av de patologiska förändringarna i annan modells. I emfysem, förlusten av alveolväggarna minskar den totala vävnads rekyl och ökar perifer luftrummet storlek. Denna utvidgning av rest luftrum skulle öka kurvradie av ytan luftrummet, ytterligare minskar den elastiska rekylen grund av ytspänningen. Båda dessa faktorer leder till ökningen i TLC observerats. I den fibrotiska modellen, avsättningen av kollagen och andra matriselement leder till en förstyvning samt en förtjockning av alla vävnader som kan detekteras kliniskt och i möss som reducerat diffuse kapacitet 13,23. Dessa patologiska förändringar återspeglas i betydligt sänkt TLC. Ökningen i RV ses i emfysem modellen resulterar sannolikt från en minskning i tjudra stöd av luftvägarna, som manifesterar sig genom en tidigare luftväg lutningen på utandnings lem. I fibros, de styvare luftvägar motstå kollaps tills ett lägre tryck uppnås på utgången, och därmed minska restvolymen. Förändringarna compliancespegla liknande patologier som påverkar lungvolym. En förlust av elastiska element i parenkyma väggarna kommer att resultera i en ökad efterlevnad, där som kollagenavsättning i luftvägar och parenkymet kommer att leda till en styvare lunga med minskad efterlevnad. Den lilla ökningen i% V10 i emfysem modellen och minskningen med fibros är inte så lätt att förklara. Det finns inga jämförbara studier i litteraturen som man kan jämföra dessa resultat. Eftersom den elastiska rekylen med emfysem är lägre, är den maximala lungvolym tydligen kunna bo högre än normalt även när trycket minskar, och detta manifesteras genom ökade% V10. Med fibros, förblir den elastiska rekylen hög även vid höga tryck, så volymen sjunker snabbare när trycket minskar från TLC. Detta skulle också vara förenlig med en försämring av lung tensid, men det finns ingen litteratur om detta bedömdes i fibros. Fastän% V10 inte har använts för att fenotypen vuxen människalungor, de resultat som presenteras här tyder det kan vara en känslig variabel som kan övervaka progressiva förändringar åtminstone i de två patologier studerade. Tills mer kompletta studier görs dock där dos-responsrelationer med elastas eller bleomycin är klar, känslighet denna variabel förblir spekulativa.

Vikten av att korrigera för gas-komprimering kan inte nog understrykas. Detta är ett kritiskt första steg i den inrättas, eftersom när trycket ökar, gasvolymen minskar, och därmed volymen av luft som levereras till musen kommer att bli allt mindre än förskjutningen av sprutcylindern. Proceduren för att empiriskt korrigera för detta visades i han protokollet ovan. Det är värt att notera att om PV installationsvolymen inte förändras, då detta empiriska korrigeringsförfarandet behöver bara göras en gång. Och om koefficienten skrivs ned, kan den tas upp i manuellt om någonsin behövs. Det bör dock understrykas, thi soms metod fungerar bara sedan lungan börjar från en avgasad tillstånd. Om PV kurvan startades från en normal slutexpiratoriskt lungvolym (FRC), skulle det inte vara möjligt att korrigera för gaskompression såvida en visste storleken av denna volym. Dessutom kommer formen av en PV kurva vara ganska beroende av startlungvolym, så om det fanns förändringar som observerats i en patologisk lunga början från FRC, skulle det inte vara möjligt att tolka dessa förändringar tills kontroll- och patologiska FRCS var kända . Detta är en annan fördel med att alltid börja från noll lungvolym. Slutligen är det värt att notera att PV kurvorna gjordes på möss med intakt bröstkorgen. Detta förenklar hela förfarandet och kraftigt reducerar risken för fel på grund av förvrängda lung form eller kirurgiska fel. Lyckligtvis närvaron av en normal bröstväggen har en försumbar effekt på PV kurvan 9, så PV kurvan gjort med en intakt bröstet ger ett enkelt och tillförlitligt sättatt bedöma distensibility av lungan.

Sammanfattningsvis visar denna uppsats hur man enkelt utföra en reproducerbar mätning av lung PV kurvan hos möss. Den PV Kurvan har en unik förmåga att dokumentera strukturomvandling i lungan både hos djur med genetiskt förändrade lungan samt med andra miljö förolämpningar. Således, som visas här, kan denna mätning ger fenotypisk inblick i manifestationen av specifika strukturella förändringar i lungan med emfysem och fibros, och det kan på liknande sätt användas för att bedöma några andra sjukdomar som kan påverka lungelasticitet.

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