JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Here we present a protocol to simply and reliably measure the lung pressure-volume curve in mice, showing that it is sufficiently sensitive to detect phenotypic parenchymal changes in two common lung pathologies, pulmonary fibrosis and emphysema. This metric provides a means to quantify the lung’s structural changes with developing pathology.

Özet

Son yıllarda fare akciğer hastalıklarının çeşitli hayvansal birincil modeli haline gelmiştir. Amfizem veya fibrozis modelleri ise, temel fenotipik değişiklikler en iyi akciğer elastikiyetinin değişikliklerin ölçümü ile değerlendirilir. En iyi farelerde bu tür patolojilerin altında yatan spesifik mekanizmaları anlamak için, gelişmekte olan patolojiyi yansıtan fonksiyonel ölçümler yapmak esastır. Elastikiyet ölçmek için birçok yol olmasına rağmen, klasik bir yöntem total akciğer basıncı-hacim (PV) eğrisi akciğer hacimlerinin tüm aralığında yapılır olmasıdır. Bu ölçüm neredeyse 100 yıl öncesine dayanan neredeyse tüm memeli türlerinden yetişkin akciğerler üzerinde yapılmış ve bu PV eğrileri de fetal akciğer gelişiminde akciğer yüzey işlevi keşif ve anlayış önemli bir rol oynamıştır. Ne yazık ki, bu tür toplam PV eğrileri yaygın onlar macrosc hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir olmasına rağmen, fare rapor edilmemiştirAkciğerde yapısal değişikliklerin OPIC etkileri. Akciğer hacmi sadece değişiklikleri ölçen kısmi PV eğrileri bazen rapor rağmen, mutlak hacim ölçüsü olmadan, toplam PV eğrisinin doğrusal olmayan yapısı yorumlamak için bu kısmi olanlar çok zorlaştırır. Bu çalışmada, total PV eğrisi ölçmek için bir standart şekilde açıklayın. Biz daha sonra iki ortak akciğer patolojileri, amfizem ve fibrozis fare akciğer yapısındaki değişiklikleri algılamak için bu eğrilerin yeteneğini test ettik. Sonuçlar bu patolojilerin ile beklenen yapısal değişikliklerle uyumlu çeşitli değişkenlere önemli değişiklikler göstermiştir. Farelerde akciğer PV eğrisinin Bu ölçüm, böylece zamanla patofizyolojik değişiklikler ve tedavi işlemlerinin potansiyel etkisinin ilerlemesini izlemek için basit bir araç sağlar.

Giriş

Fare hemen akciğer hastalıkları, çeşitli birincil hayvan modelidir. Amfizem veya fibrozis modelleri ise, temel fenotipik değişiklikler en iyi akciğer elastikiyetinin değişiklikleri ölçerek değerlendirilir. Elastikiyet ölçmek için birçok yol olmasına rağmen, klasik bir yöntem olduğunu total akciğer kapasitesi (TLC) rezidüel hacim (RV) ölçülen toplam basınç-hacim (PV) eğrisinin. Bu ölçüm neredeyse 100 yıl 1-3 uzanan neredeyse tüm memeli türlerinden yetişkin akciğerler üzerinde yapılmıştır. Böyle PV eğrileri de fetal akciğer gelişimi 4-7 akciğer yüzey işlevi keşif ve anlayış önemli bir rol oynamıştır. Akciðer fenotip bir ölçümü olarak PV eğrisi önemine rağmen, bu ölçümü gerçekleştirmek için standart bir yol olmuştur. Bu şişirme ve ayrık adımlarla akciğer (her birinden sonra dengeleme için bir değişken bekleme süresi) deflating veya pompa ile basitçe yapılmış olduğunusürekli şişirmek ve akciğer Söndür edebilirsiniz. PV eğrisi genellikle sıfır ve bazı kullanıcı tanımlamak akciğer kapasitesi arasında bir hacim aralığında yapılır, ancak farklı laboratuvarlar tarafından bildirilen her basınç volüm süresi, saat 2 birkaç saniye 8 arasında değişen, son derece değişken olmuştur. Bazı araştırmacılar statik veya Yarı-durgun gibi bu total akciğer PV eğrisi bakın, ama bu küçük fikir sunmak nitel terimlerdir ve burada kullanılmamaktadır. Buna ek olarak, PV eğrisi yaygın olarak akciğer yapısal değişikliklerin makroskopik etkileri hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir olmasına rağmen, fare rapor edilmemiştir.

Birkaç konular da dahil olmak üzere PV eğrisi edinimi değişkenlik neden olmuştur: enflasyon ve deflasyon 1) oranı; 2) enflasyon ve deflasyon için basınç geziler; ve 3) araç mutlak akciğer hacim ölçümü belirlemek için. Burada yöntem, mevcut olarak, 3 ml / dakikalık bir hızla bir Compromis olarak seçilmiştirBüyük kohortlarını eğitim, özellikle ölçüm pratik yapmak için e değil, çok kısa olarak varlık normal ventilasyon ve çok yavaş değil ilişkili dinamik elastikiyet yansıtacak. Bir C57BL / 6 sağlıklı fare nominal toplam akciğer kapasitesi 1.2 ml 9 sırasına olduğundan, bu oran genellikle tam iki PV yaklaşık 1.5 dakika içinde yapılması gereken döngüler kapalı tanır.

PV eğrileri bildirilmiştir genişletilmiş literatürde kullanılan pik şişirme basıncı 40 cm H 2 O olarak düşük 20 olarak değişen, son derece değişken olmuştur Bu değişkenlik Bölüm türlerle ilgili olabilir, ancak PV eğrileri için üst basınç sınırı ayarlama birincil hedefi total akciğer kapasitesi (TLC), ya da maksimal akciğer hacmi akciğer şişirmek için. İnsanlarda TLC bireysel yapabilirsiniz maksimal istemli çaba tarafından tanımlanır, ama ne yazık ki bu herhangi bir hayvan modelinde çoğaltılamaz asla. Böylece, deneysel PV eğrileri maksimum hacim caydırmak olduğunukeyfi araştırmacı tarafından belirlenen maksimum basınç ile mayınlı. gol PV eğrisi düz bir basıncını ayarlamak için, ama ne yazık ki bir memeli akciğer PV eğrisinin enflasyon uzuv asla düz. Yani çoğu araştırmacı tipik enflasyon eğrisi ölçüde düzleştirmek başlar basınç, 30 cm H 2 O set Fare Ancak, PV eğrisi enflasyon uzuv üzerinde bir çift kambur daha da karmaşık ve bu enflasyon uzuv çoğu hala 30 cm H 2 O 10 de dik yükselen nerede, yani 30 için iyi bir bitiş noktası değil PV eğrisi. Bu nedenle, biz incelenen tüm suşların enflasyon uzuvları düzleştirmek başlar hangi bir basınç fare PV eğrisi için basınç sınırı olarak 35 cm H 2 O kullanın.

PV eğrisi kendisi çok doğrusal olmayan olduğundan, bir PV döngü görünümü eğrisi başladığı hacmi bağlıdır. Bazı ticari vantilatörler F başlayarak, kullanıcılar büyük PV döngüler yapmak için izinRC, ancak FRC hacmi bilinmiyorsa o zaman bu değişiklikler sadece başlangıç ​​hacmi bir değişiklik meydana gelebilir çünkü, herhangi bir patoloji ile böyle PV eğrisi değişiklikleri yorumlamak mümkün değildir, ve akciğerde değil yapısal değişiklikler. Böylece mutlak bir hacim ölçümü olmadan, PV eğrileri yorumlamak ve böylece az yarar var neredeyse imkansız. Akciğer hacimleri ölçmek için çeşitli yollar vardır rağmen, bunlar genellikle hantal ve özel ekipman gerektirir. Burada anlatılan basit bir yaklaşım, PV eğrisi bir in vivo gazdan arındırma işleminden sonra sıfır hacim başlar.

Özetle, bu kağıt fare akciğer akciğer PV eğrisi ölçümü standardize etmek için basit bir yöntem gösterir, ve akciğer yapısı ile bağlantılı olan bu eğri hesaplanabilir birkaç ölçümlerini tanımlar. PV eğrisi ve böylece iletişimi ile farelerde fenotipik yapısal değişiklikleri tespit edememek doğrudan uygulaması vardır bir solunum fonksiyon testi sağlarBöyle amfizem ve fibrozis gibi akciğer patolojileri üzerine.

Protokol

Johns Hopkins Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi, tüm hayvan protokolleri onayladı.

1. Ekipman

PV eğrisi ölçmek için hazır kurmak kompozit sistem Şekil 1'de gösterilmiştir.

  1. Hacim ölçümü:
    1. Kullanıcı hızla basınç sınırlarını ulaştıktan sonra pompayı ters sağlayan bir anahtar ile bir şırınga pompası kullanılarak enflasyon ve deflasyon sabit bir oran oluşturun. Fare PV eğrileri için, hava 3 ml olarak belirlenmiştir başlangıç ​​hacminin (önceki enflasyon) ile çok hafifçe yağlanmış 5 ml cam şırınga kullanın. 3 mi Neredeyse bütün fare PV eğrileri hacmi ile olmak üzere yeterince büyüktür.
    2. Hareketli şırınga pistonu bağlı küçük bir sensör çubuk ile, pompa gövdesine bir lineer diferansiyel transformatör takarak pompa tarafından teslim hacmini ölçmek.
      Not: Bir ampirik araçlar sistemindeki gaz sıkıştırma düzeltmek için PV cu altında açıklananrve kayıt bölümü.
  2. Basınç ölçümü:
    1. 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI) bir dizi standart ucuz basınç göstergesi kullanın.
  3. Ölçümü Kayıt:
    1. PV eğrisi XY yetenekleri (örn, PowerLab) ile herhangi bir dijital kaydedici kullanmak kaydetmek için. Düzeltilmiş hacim sinyali ve PV eğrisi grafik için, transpulmoner basıncı (PTP) kaydetmek için başka bir kanalı kaydetmek için bir kanal ayarlayın. Basıncını ölçmek için ana PowerLab bağlanan bir köprü preamplifier kullanın. 0-40 cm H 2 O basınç kanalı kalibre ve 0-3 ml hacim kanalı kalibre.

Gaz Basma 2. Düzeltme

Not: Bu kritik bir ilk adımdır basınç arttıkça, gaz hacmi azalır, ve fare teslim havanın böylece hacim olarak Suriye rejimine yerinden daha giderek daha az olacağından, kurmakinge varil.

  1. Akciğerlere PV sistem bağlayacak vananızı kapatın, böylece hiçbir gaz sistemini bırakabilirsiniz. Infüzyon başlatın ve kayıt üzerinde düzeltilmiş Ses kanalı yaklaşık 40 cm H 2 O basınç arttıkça herhangi ölçülebilir bir değişiklik gösteriyorsa gözlemlemek Bir sonraki adımda, böylece daha sonra doğru ise.
    1. Ampirik piston yer değiştirme ölçümü çıkarılarak gaz sıkıştırma için doğru (yani, düzeltilmemiş hacim) hava basıncı ile orantılı bir terim. Hacim sinyalini eksi bir katsayı kez basınca göstermek için bir Powerlab kanalı (adlandırılır Vc) bunu yapın.
    2. Denklemde katsayısı belirleyin. Birincisi, bir başlangıç ​​tahmin yapmak kayıt grafiği açmak ve pompayı başlatın. Enflasyon boru mühürlü olduğundan, basınç 0-40 cm H 2 O yükselir gibi Vc kanalı sıfır okumak için basınç katsayısı çarpanını ayarlamak Yukarı veya aşağı giderse, sadece o kadar düzeltme faktörünü ayarlamakBu basınç aralığında düz kalır. Şırınga içinde başlangıç ​​hacminin aynı 3 mi değişmez, bu düzeltme faktörü, her zaman aynı olacaktır.

Farelerde Deneysel 3. Testler

  1. Farelerde PV eğrisinin ölçülmesi için prosedür. Tüm hayvan protokolleri Johns Hopkins Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu tarafından kabul edildi.
    1. Ketamin (90 mg / kg) ve ksilazin (15 mg / kg) ile (6-12 haftalık C57BL / 6 fare) fareler anestezi ve refleks hareketinin olmaması ile anestezi teyit etmektedir.
      Not: PV eğrisi az 10 dakika içinde anestezi farelerde tamamlanmış ve terminal işlemdir olabilir.
    2. 18 G iğne saplama kanül ile fareler Tracheostomize. Sonra saplama iğne takılı olabilir trakea, küçük bir yarık yapma, trakea örten deride küçük bir kesi yaparak trakea bularak bunu yapın. Iplik ile bağlayarak kanül sabitleyin.
    3. Nefes 1 fareler izinEn az 4 dakika boyunca% 00 oksijen. Bu bir çanta veya nominal 150 solunum / dk 0.2 ml tidal hacmi ayarlanmış bir ventilatör ile spontan solunum yoluyla olabilir.
    4. Trakeal kanül kapatın ve fare için 3-4 dakika tüm oksijeni absorbe sağlar. Bu oksijen emme işlemi hayvanların ve akciğer 11 neredeyse tam gaz alma ölümü ile sonuçlanır. EKG elektrotları veya doğrudan gözlem ile kalp atışı kesilmesini ölçerek fare ölümü onaylayın.
    5. Akciğer gaz giderme işlemi tamamlandığında ve akciğer hacmi sıfır olduğunda, / dakika 3 ml bir oranda bir şırınga pompası oda havası ile akciğer şişirme başlar. Dijital kayıt basınç iz Monitör ve 35 cm H 2 O ulaştığında, pompa ters.
    6. Basınç hava yolları daha hacimli azalma önlenmesi alveol hava hapsi, çökmüş hangi zaman negatif 10 cm H 2 O, ulaşana kadar deflasyon eğrisi izleyin. Hemen t tersO çöktü hava yolları açmak gibi akciğer tekrar şişirin izin, tekrar pompa. Bu heterojen açılış, bu 2nd enflasyon başlangıç ​​kısmında gürültülü bakarak enflasyon uzuv normalde açıktır.
    7. Basınç tekrar 35 cm H 2 O ulaştığında, pompa yönünü ters ve bu 2. deflasyon ekstremite 0 cm H 2 O ulaşıncaya kadar akciğer sönmesine devam Sonra pompayı durdurun.
    8. Basınç ve akış ve PV eğrisinin PowerLab grafik kaydını görüntüleyin. Sonra farklı akciğer patolojileri ortaya akciğer parankiminde fenotipik değişiklikleri tespit etmek PV eğrisi analiz.

Sonuçlar

PV eğrileri için prosedür yalnızca kontrol sağlıklı farelerde videoda gösterilmiştir rağmen, iki farklı ortak patolojiler, amfizem ve fibrozis ile farelerde fonksiyonel ve patolojik değişiklikleri tespit etmek PV eğrisinin yeteneği incelenmiştir. Bu geleneksel modellerin Detayları başka 12,13 nitelendirdi. Çok kısaca,% 3 izofluran ile anestezi sonrası amfizem trakea içine telkin 3 veya 6 U domuz pankreas elastaz neden oldu ve 3 hafta sonra okudu ve fibrozis 0.05 U trakea içine telkin Bl...

Tartışmalar

Bu yazıda basit bir tekrarlanabilir bir yöntem farelerde fenotiplendirme akciğer elastikiyetinin, toplam akciğer PV eğrisinin klasik yöntem ölçmek için tarif edilmiştir. Bu tür eğriler pulmoner surfaktan keşif ve akciğer istikrarın sağlanması önemi etkili olmuştur. İşte PV eğrisi aynı zamanda yetişkin fare akciğerlerde akciğer elastikiyet ile ilgili çeşitli değişkenler ölçmek için bir araç temin yararlıdır nasıl gösterilir. Fare akciğerlerde patolojik değişiklikler oluşturmak i?...

Açıklamalar

None of the authors have any financial interests that would be in conflict with the material presented in this paper.

Teşekkürler

This work has been supported by NIH HL-1034.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Syringe pumpHarvard Apparatus55-2226Infuse/withdraw syringe pump
Pump 22 reversing switchHarvard Apparatus552217Included with pump
Linear displacement transformerTrans-Tek, Inc.0244-0000
5 ml glass syringeBecton DickensonSeveral other possible vendors
Digital recorderADInstrumentsPL3504Several other possible vendors
Bridge amp signal conditionerADInstrumentsFE221
Gas tank, 100% oxygenAirgas, IncAny supplier or hospital source will work
Pressure transducer: 0 - 1 psi mV outputOmega EngineeringPX-137Range ≈ 0 - 60 cm H2O

Referanslar

  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. Hoppin, F. G., Hildebrandt, J., West, J. B. . Bioengineering Aspects of the Lung. , 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., Remington, J. W. . Tissue Elasticity. , 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. , (1962).
  23. Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

T pSay 95Akci er uyumAkci er histerezisPulmoner y zeyAkci er esnekli iStatik benzeri uyumFibrozisAmfizem

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır