A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ההערכה של פיזיולוגיה נשימה הסתמכה באופן מסורתי על טכניקות, הדורשות איפוק או הרגעה של בעלי החיים. plethysmography כל הגוף בלתי מרוסן, לעומת זאת, מספק ניתוח מדויק, לא פולשנית, כמותי של פיזיולוגיה נשימה במודלים של בעלי חיים. בנוסף, הטכניקה מאפשרת חוזרת ונשנית בדרכי הנשימה הערכה של עכברים המאפשרים למחקרים ארוכים טווח.
תפקוד לקוי של נשימה הוא אחד הגורמים המובילים לתחלואה ותמותה בעולם ושיעורי התמותה ממשיכים לעלות. הערכה כמותית של תפקוד ריאות במודלים של מכרסמים היא כלי חשוב בפיתוח טיפולים עתידיים. בדרך כלל השתמש בטכניקות להערכת תפקוד מערכת הנשימה כולל plethysmography פולשנית ותנודה בכפייה. בעוד טכניקות אלה מספקים מידע רב ערך, איסוף הנתונים יכול להיות כרוך עם חפצים והשתנות ניסיונית בשל הצורך בהרדמה ו / או מכשור פולשני של בעלי החיים. בניגוד לכך, plethysmography בלתי מרוסן של כל הגוף (UWBP) מציע דרך מדויקת, לא פולשנית, כמותי, שעל ידי ניתוח פרמטרים בדרכי הנשימה. טכניקה זו תמנע את השימוש בהרדמה ומעצורים, המשותף לטכניקות plethysmography מסורתיות. וידאו זה מדגים את הליך UWBP כולל הציוד להגדיר הקלטת פונקצית כיול וריאות,. זהיסביר כיצד לנתח את הנתונים שנאספו, כמו גם לזהות את חריגים ניסיוניים וחפצים, הנובע מתנועה של בעלי החיים. הפרמטרים הנשימה שהושגו באמצעות טכניקה זו כוללים נפח של גאות ושפל, נפח דקה, מחזור עבודת שאיפה, קצב זרימת שאיפה ויחס של זמן השראה לזמן תפוגה. UWBP אינו מסתמך על כישורים מיוחדים והוא זול לביצוע. תכונה מרכזית של UWBP, ומושכת ביותר למשתמשים פוטנציאליים, היא היכולת לבצע מדידות חוזרות של תפקוד ריאות באותו בעל חיים.
תפקוד לקוי של ריאות הוא אחד הגורמים המובילים לתחלואה ותמותה בעולם. המצב מאופיין בחילופי חמצן לקויים, לשם נרדפים לשיעול, כאבים בחזה וקוצר נשימה. חשבונות מחלה בדרכי הנשימה ל~ 10% מהתמותה בעולם 1. על פי ארגון הבריאות העולמי, שיעורי תמותה נקבעים לעלות עקב עישון מתמשך, זיהום וחומרים מגרים בעיסוק. UWBP היא תוספת שימושית לחקר פיזיולוגיה של ריאות, אשר מאוד מחמאות ביוכימיים מסורתיים והיסטולוגית מנתח 2. נהלים אחרים המשמשים להערכת ריאות אינם מספקים את אותם יתרונות שUWBP. plethysmography פולשנית היא טכניקה נפוץ הדורשת את בעל החיים לanesthetised 3,4 ובכך, מדידות בדרכי הנשימה וכתוצאה מכך אינן בהכרח משקפות את מצב טבעי. יתר על כן, הדרישה לאתגרי אוורור וכימי מכאניים מונעת מדידות עתיד 3,4.שיטה נוספת של איסוף נתונים בדרכי הנשימה היא על ידי תנודה בכפייה, שהוא יותר רגיש למעודן שינויים בפרמטרים בדרכי הנשימה בהשוואה לUWBP 5. תנודת כפייה היא, עם זאת, טכניקה פולשנית ודורשת הפסקה של בעלי חיים לאיסוף נתונים 5-7.
UWBP כולל הצבת בעלי חיים בתוך תא מיוחד. במהלך השראה, האוויר של גאות ושפל הוא חימם וhumidified בתוך ריאות הגדלת לחץ אדי מים וגורם להתפשטות תרמית של גז 8. אפקט זה גורם לשינוי נטו בנפח אוויר יצירת עלייה בלחץ בתוך תא plethysmograph 8. ההפך מתרחש במהלך פקיעת יצירת צורת גל נשימה מהחיה. ניתוח צורת גל לאחר מכן נעשה שימוש כדי למדוד מעקבות נשימה: קצב נשימה (נשימות / דקה), סך הכל זמן מחזור הנשימה (שניות), השראה / זמן תפוגה (Ti / טה, שניות) ושינויים בלחץ בשל כל כרך של גאות ושפל (P T). איור 1 מדגים כל מוצא מדידות מעקבות נשימה. מדידות אלה הן פשוט לחישוב ופרמטרי נשימה מרובים עשויים להיגזר ממדידות אלה. פרמטרים אלה כוללים: נפח Tidal (נפח האוויר נע בין שאיפה ונשיפה הרגילות), נפח דקות (נפח של גז בשאיפה מהריאות לדקה), מחזור עבודת שאיפה (אחוז זמן השראה לסך משך מחזור הנשימה) ו קצב זרימת שאיפה (כמות האוויר בהשראה בזמן נתון).
UWBP מספק ניתוח מדויק, לא פולשנית, כמותי של פיזיולוגיה נשימה במודלים של בעלי חיים והוא יכול לשמש למדידת ההתקדמות של מחלה בדרכי הנשימה ו6,9 תפקוד ריאות. בניגוד לטכניקות plethysmography אחרות, UWBP ימנע את השימוש בהרדמה, מעצורים ומניפולציות פולשנית המייצרות חפצים ו6,9 השתנות ניסיוניים. הרדמה יכולה לדכא נשימה,לשנות את קצב לב ויכול להיות מאתגר להסדיר 10. מגבלות לגרום לעלייה בנשימה עקב מתח נוסף באמצעות corticosterone ואפינפרין לשחרר 11,13. התכונה המרכזית של UWBP חוזרת על עצמו הערכה פיזיולוגית שהופכת אותו נוח למחקרים ארוכים טווח. UWBP מומלץ מאוד להערכת האורך של פיזיולוגיה ריאות ומציעה מיומנות חשובה להערכת תרופה בדרכי הנשימה בעתיד.
בלאומיצין, ovalbumin, והיפוקסיה כבר נוצלו כדי לגרום לאתגרים בדרכי הנשימה במספר מחקרים וUWBP מודד את ההערכה פיזיולוגית ריאות מדויקות 7,9,13-16 בהצלחה. הפרוטוקול המתואר מיועד לעכברי מעבדה מבוגר סטנדרטיים. עם זאת, UWBP הותאם לבעלי חיים אחרים כגון חולדות, חזירי ים, ופרימטים שאינם בני אדם 17-20. UWBP אינו מוגבל רק להערכת תפקוד ריאתי, אך שימש גם להערכת ריאות התבגרות 3.צדדיות, הפשטות והשחזור של UWBP הקימו טכניקה מצוינת להערכת תפקוד הריאתי בבעלי חיים. תוכנה שונות (ראה חומרים ושולחן ציוד) תידרש לבצע הליך זה. מדען מנוסה יהיה מסוגל לבצע פרוטוקול זה עם עכבר בתוך שעה 1.
הערה: הליך הניסוי הבא הוא אושר על ידי ועדת האתיקה בעלי החיים באוניברסיטת מונאש ונערך בהתאם לקוד האוסטרלי עיסוק לטיפול ושימוש בבעלי חיים למטרות מדעיות (2006). C57BL / 6 עכברים נקבה בוגרים השתמשו כדי ליצור את תוצאות הנציג התקבלו מהשירותים לבעלי חי מונאש. העכברים שוכנו במבוקר חדר הפתוגן חופשי, טמפרטורה ולחות ספציפית עם מחזור אור כהה 12 שעות. היו לי עכברים אלו גישה חופשית למזון ומים.
.1 הגדרה ראשונית
2 גשר מגבר כיול
הערה: כדי לכייל את מגבר גשר הזרקה של אוויר לתוך העמודה המים נחוץ ליצירת סטיית H 2 O 1 סנטימטר. זה יתרחש תחת קבוצה אחת של תנאים ותלוי במנגנון של המשתמש. להבהרת פעולות הבאות דemonstrate איך מעבדה זו הייתה לבצע הכיול.
פונקצית .3 הקלטת ריאות
.4 Plethysmography ניתוח
לאte: כדי לחשב פרמטרים נשימה כגון נפח גאות (T V) ונפח דקת המשתנים הבאים צריכים להימדד: קצב נשימה (נשימות / דקה), נשימה כוללת זמן מחזור (שניות), השראה / זמן תפוגה (Ti / טה, שניות) ושינוי בלחץ בשל כל כרך של גאות ושפל (P T). איור 1 מדגימה את המשתנים הניתנים למדידה מעקבות. הצעדים הבאים משתמשים בתוכנה (ראה חומרים ושולחן ציוד) כדי למדוד משתנה אלה. בעת הניתוח, להימנע מאזורים של העקבות המכילות מרחרח או תנועה. לקבלת תוצאות לשחזור, לפחות 5 שניות של עקבות נשימה טובות נדרש. לדוגמא עקבות נשימה שונות מתייחס לאיור 5 ו -6.
כאשר הליך זה כבר אחרי בצורה נכונה, עקבות נדנוד עקביות נוצרה על תוכנת ניתוח נתונים. ההליך מספק עקבות נשימה תוך מספר דקות לאחר התקנה עם חישובי מחשוב פשוטים כדי לקבוע פרמטרים נשימה מפורטים. איור 5 מייצגים עקבות נשימה מתאימות משליטה בעכבר (בריא). נתונים נדנוד מתא?...
הטכניקה המתוארת כאן היא שיטה לא פולשנית להערכה של פרמטרים בדרכי הנשימה של עכברים חסרי מעצורים וunanesthetized. נקודות החוזק של פרוטוקול זה כולל פשטות שלו ודיוק כדי למדוד את תפקוד ריאות אורכים עם חפצים מינימאליים. יש, עם זאת, יש מספר מגבלות וצעדים קריטיים ללציין על ההליך. ראש...
The authors declare that they have no competing interests. The authors have no conflicts to disclose.
We would like to thank Prof David Walker for his technical advice and provision of equipment in the development of this technique. This work is supported by the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Program. This work was partly supported by the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Program.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
LabChart 7 software (for Macintosh) | ADINSTRUMENTS | MLU60/7 | used in protocol step 4 |
PowerLab 8/30 (model ML870) | ADINSTRUMENTS | PL3508 | |
Octal Bridge Amp (model ML228) | ADINSTRUMENTS | FE228 | |
Black BNC to BNC cable (1 m) | ADINSTRUMENTS | MLAC01 | |
Macintosh OS | Apple Inc. | Mac OS X 10.4 or later | |
Surgipack Digital Rectal Thermometer | Vega Technologies | MT-918 | |
Grass volumeteric pressure transducer PT5A | Grass Instruments Co. | Model number PT5A; serial No. L302P4. | |
1 ml Syringe | Becton Dickinson (BD) | 309628 | |
5 ml Serological syringe pipettes | Greiner Bio One | 606160 | Connected via plastic tubing |
Balance/Scales | VWR International, Pty Ltd | SHIMAUW220D | Any weighing balance with of 0.1 gram resolution |
HM40 Humidity & temperature meter | Vaisala | HM40A1AB | |
Barometer | Barometer World | 1586 | |
Laboratory tubing | Dow Corning | 508-101 | Used to connect water column to the syringe and pressure transducer |
Cylindrical Perspex Chamber | Dynalab Corp. | Custom built cylindrical chamber with internal dimensions as follows: 50 mm(w) x 1,500 mm(l). There are two lids for each side, with dimensions 80 mm(l) x 80 mm(w). Each lid has a 60 mm wide circular hole cut on the face of the lid 50 mm deep. This allows the chamber to fit into the lid. A rubber ring is fitted around each hole of the lid where the chamber will fit. For attachment of syringe and pressure transducer, the openings are 5 mm in diameter. For attachment of humidity probe, the openings are 25 mm in diameter. | |
80% Ethanol (4 L) | VWR International, Pty Ltd | BDH1162-4LP |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved