拘束されていない全身プレチスモグラフィを使用したマウスにおける呼吸機能の測定
Summary
呼吸生理学の評価は、伝統的に、動物の拘束や鎮静を必要とする技術、に頼っています。非拘束全身プレチスモグラフィは、しかし、動物モデルにおける呼吸生理学の正確な、非侵襲的、定量的な分析を提供する。また、この技術は長期的な研究を可能にしたマウスの繰り返し呼吸評価を可能にする。
Abstract
呼吸機能障害は、世界での罹患率および死亡率の主要な原因の一つであり、死亡率は上昇し続けている。げっ歯類モデルにおいて肺機能の定量的評価は、今後の治療法の開発における重要なツールである。一般的に侵襲容積脈波と強制振動を含む呼吸機能を評価するための技術を使用していました。これらの技術は貴重な情報を提供するが、データ収集に起因麻酔および/または動物の侵襲的な計測のための必要性にアーチファクトおよび実験的変動性を伴うことができる。これとは対照的に、拘束されていない全身プレチスモグラフィー（UWBP）は呼吸パラメータを分析することで、正確な、非侵襲的、定量的な方法を提供しています。この技術は、従来のプレチスモグラフィー技術に共通で麻酔し、拘束の使用を回避する。このビデオでは、機器のセットアップ、キャリブレーションおよび肺機能の記録を含むUWBP手順を紹介します。それ収集したデータを分析するだけでなく、動物の動きに起因する実験的な外れ値や工芸品を特定する方法を説明します。この技術を用いて得られた呼吸パラメータは一回換気量、分容積、吸気デューティサイクル、吸気流量及び呼気時間を吸気時間の比率を含む。 UWBPは専門的なスキルに依存しており、実行するのに安価ではありません。潜在的なユーザーにとって最も魅力的なキーUWBPの特徴、そして、同じ動物で肺機能の反復測定を実行する機能である。
Introduction
肺機能障害は、世界で罹患率および死亡率の主要な原因の1つである。条件は咳、胸の痛みや呼吸困難の代名詞不十分な酸素交換、ことを特徴としている。世界的な死亡率1〜10％のための呼吸器疾患を占めている。世界保健機関によると、死亡率に起因永続的な喫煙、汚染および職業的刺激物に上昇するように設定されている。 UWBP強く2を分析し、従来の生化学的および組織学的を補完する肺の生理機能を研究するための有用な付加である。肺の評価のために使用される他の手順はUWBPと同じ利点を提供しない。侵襲プレチスモは、動物が3,4麻酔されるので、結果として呼吸測定は、必ずしも自然な状態を反映していない必要があり、一般的に使用される技術である。さらに、機械的な換気および化学的な課題のための必要条件は、将来の測定値3,4を排除する。呼吸データを収集する別の方法は、UWBP 5と比較して、呼吸パラメータの細かい変化に敏感で強制振動によるものである。強制振動は、しかし、侵襲的技術であり、データ収集5-7の動物の終端を必要とする。
UWBPは、特殊なチャンバー内に動物を配置することを含む。吸気の間、呼気が暖められると水蒸気圧の上昇、肺内の加湿ガス8の熱膨張を引き起こす。この効果は、プレチスモグラフ室8内の圧力の上昇を作成する風量の純変化を引き起こす。反対は、動物からの呼吸波形を生成する呼気中に発生します。波形解析は、その後、呼吸トレースから測定するために使用される：呼吸数（呼吸/分）、全呼吸サイクル時間（秒）、吸息/呼気時間チタン（Ti / Teを、秒）により、各一回換気量（Pに圧力の変化T）。 <stroNG>図1は、呼吸器トレースからそれぞれの測定値の原点を示しています。これらの測定は、計算が簡単で、複数の呼吸パラメータは、これらの測定値から導出することができる。これらのパラメータは次のとおりです。一回換気量（空気の体積が通常の吸気と呼気との間を移動）、分量（毎分、肺から吸入されるガスの体積）、吸気デューティ·サイクル（総呼吸サイクルの持続時間に吸気時間のパーセンテージ）と吸気流量（所定の時間内に吸入された空気の量）。
UWBPは、動物モデルにおける呼吸生理学の正確な、非侵襲的、定量的な分析を提供し、呼吸器疾患および肺機能6,9の進行を測定するために使用することができる。他の容積脈波法に反して、UWBPは、麻酔、拘束や工芸品と実験変動6,9を生成する侵襲的な操作の使用を回避する。麻酔は、呼吸を抑制することができる心拍数を変化させ、10を制御するために挑戦することができる。拘束は、コルチコステロンおよびエピネフリンリリース11,13経由による追加的なストレスに呼吸の増加を誘導する。 UWBPの重要な特徴は、長期的な研究には、影響を受けやすいこと、生理的な評価を繰り返される。 UWBP強く、肺生理学の長手方向の評価のために推奨され、将来の呼吸の薬剤の査定のための貴重なスキルを提供しています。
ブレオマイシン、オボアルブミン、および低酸素症は、いくつかの研究において、呼吸課題を誘導するために利用されているとUWBPが正常に正確な肺の生理学的な評価7,9,13-16を測定している。記載されたプロトコルは、標準的な成人の実験マウス用に設計されている。しかし、UWBPは、ラット、モルモット、および非ヒト霊長類17-20などの他の動物に適応されている。 UWBPは、肺機能不全の評価に限定されるものではなく、肺の成熟3の評価のために使用されてきた。UWBPの汎用性、シンプルさと再現性が動物で肺機能を評価するための優れた手法を確立した。さまざまなソフトウェアが（資機材の表を参照）、この手順に従うことが要求されます。経験豊かな科学者は、1時間以内に、マウスでは、このプロトコルを実行することができるであろう。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで説明する技術は、非拘束および無麻酔のマウスの呼吸パラメータの評価のための非侵襲的方法である。このプロトコルの長所は、最小限の人工物で縦方向に肺機能を測定するために、そのシンプルさと精度が含まれています。いくつかの制限と手続きについて記載すべき重要なステップは、しかし、があります。第一に、そして最も重要なのは、マウスが5秒以上室内に落ち着いている…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 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 (1m) | 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. | |
| 1ml Syringe | Becton Dickinson (BD) | 309628 | |
| 5ml 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: 50mm(w) x 1500mm(l). There are two lids for each side, with dimensions 80mm(l) x 80mm(w). Each lid has a 60mm wide circular hole cut on the face of the lid 50mm 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 5mm in diameter. For attachment of humidity probe, the openings are 25mm in diameter. | |
| 80% Ethanol (4L) | VWR International, Pty Ltd | BDH1162-4LP |
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