Yarı Tüm vücut pletismografisi kullanılarak Farelerde Solunum Fonksiyon Ölçme
Summary
Solunum fizyolojisinin değerlendirilmesi geleneksel hayvanın kısıtlama veya sedasyon gerektiren teknikleri, dayandığı etti. Yarı tüm vücut pletismografi Ancak, hayvan modellerinde solunum fizyolojisi hassas, non-invaziv, kantitatif analiz sağlar. Ayrıca, tekniği uzunlamasına çalışmalar için izin farelerde solunum değerlendirmesini tekrarlanan sağlar.
Abstract
Solunum fonksiyon bozukluğu dünyanın önde gelen morbidite ve mortalite nedenleri ve mortalite oranları yükselmeye devam biridir. Kemirgen modellerinde akciğer fonksiyonunun kantitatif değerlendirilmesi gelecekteki tedavilerin geliştirilmesinde önemli bir araçtır. Yaygın invaziv pletismografisi ve zorla salınım dahil solunum fonksiyonunu değerlendirmek için kullanılan teknikler. Bu teknikler değerli bilgiler sağlarken, veri toplama nedeniyle anestezi ve / veya hayvanın invaziv enstrümantasyon için ihtiyacı eserler ve deneysel değişkenliği ile dolu olabilir. Buna karşılık, pervasız tüm vücut pletismografi (UWBP) solunum parametreleri analiz etmek ile kesin, non-invaziv, kantitatif bir yol sunar. Bu teknik, geleneksel teknikleri pletismografi yaygındır anestezi ve bağların kullanılmasını önler. Bu video donanımları kurmak, kalibrasyon ve akciğer fonksiyon kayıt dahil UWBP prosedürü gösterecektir. BuToplanan verileri analiz, aynı zamanda hayvan hareketten kaynaklanan deneysel aykırı ve eserleri tanımlamak için nasıl açıklayacağız. Bu tekniği kullanılarak elde solunumsal parametreler gelgit hacmi, dakika hacmi, inspiratuar görev döngüsü, inspiratuar akış hızı ve son kullanma zaman ilham zamanın oranı bulunmaktadır. UWBP özel becerileri güvenmek ve gerçekleştirmek için ucuz değildir. Potansiyel kullanıcılar için en çekici bir anahtar UWBP özelliği ise, aynı hayvan üzerinde akciğer fonksiyonunun tekrarlanan ölçümler gerçekleştirmek için yeteneğidir.
Introduction
Akciğer fonksiyon bozukluğu dünyada morbidite ve mortalitenin önde gelen nedenlerinden biridir. Durum öksürme, göğüs ağrıları ve nefes darlığı ile eşanlamlı yetersiz oksijen alışverişi ile karakterizedir. Ölüm, dünya çapında 1 ~% 10 solunum yolu hastalığı hesaplar. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, ölüm oranları kalıcı sigara, çevre kirliliği ve mesleki irritanlara nedeniyle artmaya ayarlanır. UWBP güçlü geleneksel biyokimyasal övgü ve histolojik 2 analizleri akciğer fizyolojisi, çalışmaları için yararlı bir ektir. Akciğer değerlendirilmesi için kullanılan diğer prosedürler UWBP ile aynı avantajları sağlamamaktadır. İnvazif pletismografi hayvan 3,4 anesteziye edilmesi ve böylece elde edilen solunum ölçümleri mutlaka doğal bir duruma yansıtmayan gerektiren yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Ayrıca, mekanik ventilasyon ve kimyasal sorunlar için gereksinim gelecek ölçümleri 3,4 engellemektedir.Solunum veri toplama için bir başka yöntem UWBP 5 ile karşılaştırıldığında solunum parametrelerinde değişiklik daha ince daha duyarlı zorla salınım, gereğidir. Zorla salınım, ancak, invaziv bir tekniktir ve veri toplama 5-7 hayvan sonlandırılmasını gerektirir.
UWBP özel bir bölme içinde bir hayvana yerleştirilmesini kapsar. Inspirasyon sırasında, gelgit hava ısıtılır ve su buharı basıncı artırarak akciğerlerde nemlendirilmiş ve gaz 8 termal genleşmeye neden olur. Bu etki, pletismograf 8 odacığı içinde basıncında bir artışa neden hava hacmi net bir değişime yol açar. Tersi hayvandan bir solunum dalga oluşturarak ekspirasyon sırasında oluşur. Dalga formu analizi, daha sonra solunum iz ölçmek için kullanılır: solunum hızı (solunum / dk), toplam solunum döngü süresi (sn), inspirasyon / ekspirasyon zamanı (Ti / Te, sn) nedeniyle her tidal hacme basınç değişiklikleri (P T). <strong> Şekil 1 solunum iz her ölçümler kökeni göstermektedir. Bu ölçümler hesaplamak için basit ve birden fazla solunum parametreleri, bu ölçümlerden elde edilebilir. Bu parametreler şunlardır: Gelgit hacmi (hava hacmi, normal nefes alma ve verme arasında taşınmış), dakika hacmi (dakika başına akciğerlere inhale gaz hacmi), inspiratuar görev döngüsü (toplam solunum döngüsü süresi ilham zamanın yüzdesi) ve Akış hızı (belli bir süre içinde solunan havadaki miktarı).
UWBP hayvan modellerinde solunum fizyolojisi hassas, invazif olmayan, saptanması, ve solunum yolu hastalıkları ve akciğer fonksiyon 6,9 ilerlemesini ölçmek için kullanılabilir. Diğer teknikler, pletismografi aksine UWBP anestezi, sınırlama ve eserleri ve deneysel değişkenliği 6,9 üreten invaziv manipülasyon kullanımını önler. Anestezi, solunum baskılayabilirkalp hızını değiştirebilir ve 10 düzenlemek için zor olabilir. Corticosterone ve epinefrin 11,13 bırakın yoluyla kısıtlamaya nedeniyle ek stres solunum bir artış neden olur. UWBP en önemli özelliği uzunlamasına çalışmalar bu mükellef hale fizyolojik değerlendirme tekrarlanır. UWBP kuvvetle akciğer fizyolojisinin boyuna değerlendirilmesi için tavsiye ve gelecekteki solunum ilaç değerlendirilmesi için değerli bir beceri sunmaktadır.
Bleomisin, ovalbümin, ve hipoksi çeşitli çalışmalarda solunum tehditlerine uyarılması için kullanılmıştır ve UWBP başarılı bir şekilde doğru bir değerlendirme akciğer fizyolojik 7,9,13-16 ölçmüştür. Açıklanan protokol standardı yetişkin fareler laboratuvar için tasarlanmıştır. Bununla birlikte, bu tür UWBP sıçan, gine domuzu ve insan-olmayan primatlarda 17-20 gibi diğer hayvanlar için adapte edilmiştir. UWBP sadece pulmoner disfonksiyon değerlendirilmesi ile sınırlı değildir, ancak, aynı zamanda, akciğer olgunlaşma 3 değerlendirilmesi için kullanılmıştır.UWBP çok yönlülük, basitlik ve uyarlık hayvanlarda akciğer fonksiyonunu değerlendirmek için mükemmel bir tekniği kurduk. Çeşitli yazılım (malzeme ve ekipman tabloya bakınız), bu prosedürü takip için gerekli olacaktır. Tecrübeli bilim adamı, 1 saat içinde bir fare ile bu protokolü gerçekleştirmek mümkün olacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan tekniği pervasız ve anestezisiz farelerde solunum parametrelerinin değerlendirilmesi için invaziv olmayan bir yöntemdir. Bu protokolün güçlü minimal eserler ile uzunlamasına akciğer fonksiyonu ölçmek için sadeliği ve hassasiyet bulunur. Ancak, bazı sınırlamalar ve kritik adımlar prosedürü hakkında dikkat edilmesi vardır. Birincisi ve en önemlisi, fare beş saniye en az odasının içinde sakin kalmak gerekir. Fare solunum şeklini bozmak ve dolayısıyla değişken sonuçlar <s…
Offenlegungen
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 |
Referenzen
- . . World Health Organization, World Health Statistics. , (2008).
- Jones, C. V., et al. M2 macrophage polarization is associated with alveolar formation during postnatal lung development. Respir. Res. 14 (41), 14-41 (2013).
- Campbell, E., et al. Stem cell factor-induced airway hyperreactivity in allergic and normal mice. Am. J. Pathol. 154 (4), 1259-1265 (1999).
- Card, J. W., et al. Cyclooxygenase-2 deficiency exacerbates bleomycin-induced lung dysfunction but not fibrosis. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 37 (3), 300-308 (2007).
- Berndt, A., et al. Comparison of unrestrained plethysmography and forced oscillation for identifying genetic variability of airway responsiveness in inbred mice. Physiol. Genomics. 43 (1), 1-11 (2011).
- Flandre, T., et al. Effect of somatic growth, strain, and sex on double-chamber plethysmographic respiratory function values in healthy mice. J. Appl. Physiol. 94 (3), 1129-1136 (2003).
- Petak, F., et al. Hyperoxia-induced changes in mouse lung mechanics: forced oscillations vs. barometric plethysmography. J. Appl. Physiol. 90 (6), 2221-2230 (2001).
- Drorbaugh, J. E., Fenn, W. O. A barometric method for measuring ventilation in newborn infants. Pediatrics. 16 (1), 81-87 (1955).
- Milton, P. L., Dickinson, H., Jenkin, G., Lim, R. Assessment of respiratory physiology of C57BL/6 mice following bleomycin administration using barometric plethysmography. Respiration. 83 (3), 253-266 (2012).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53 (1), 55-69 (2012).
- Hildebrandt, I., et al. Anesthesia and other considerations for in vivo imaging of small animals. ILAR J. 49 (1), 17-26 (2008).
- Meijer, M. K., et al. Effect of restraint and injection methods on heart rate and body temperature in mice. Lab Anim. 40, 382-391 (2006).
- Hamelmann, E., et al. Noninvasive measurement of airway responsiveness in allergic mice using barometric plethysmography. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 156 (3), 766-775 (1997).
- Lim, R., et al. Human mesenchymal stem cells reduce lung injury in immunocompromised mice but not in immunocompetent mice. Respiration. 85 (4), 332-341 (2013).
- Murphy, S., et al. Human amnion epithelial cells prevent Bleomycin-induced lung injury and preserve lung function. Cell Transplant. 20, 909-923 (2011).
- Murphy, S., et al. Human amnion epithelial cells do not abrogate pulmonary fibrosis in mice with impaired macrophage function. Cell Transplant. 21 (7), 1477-1492 (2012).
- Wichers, L. B., et al. A method for exposing rodents to resuspended particles using whole-body plethysmography. Part. Fibre Toxicol. 13 (12), (2006).
- Chong, B. T. Y., et al. Measurement of bronchoconstriction using whole-body plethysmograph: comparison of freely moving versus restrained guinea pigs. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 39 (3), 163-168 (1998).
- Lizuka, H., et al. Measurement of respiratory function using whole-body plethysmography in unanesthetized and unrestrained nonhuman primates. J. Toxicol. Sci. 35 (6), 863-870 (2010).
- McGregor, H., et al. The effect of prenatal exposure to carbon monoxide on breathing and growth of the newborn guinea pig. Pediatr. Res. 43, 126-131 (1998).
- Lundblad, L., et al. A reevaluation of the validity of unrestrained plethysmography in mice. J. Appl. Physiol. 93, 1198-1207 (2002).
- Bartlett, D., Tenney, S. M. Control of breathing in experimental anemia. Respir. Physiol. 10 (3), 384-395 (1970).
- Malan, A. Ventilation measured by body plethysmography in hibernating mammals and in poiiulotherms. Respir. Physiol. 17 (1), 32-44 (1973).
- Seifert, E. L., Mortola, J. P. The circadian pattern of breathing in conscious adult rats. Respir. Physiol. 129 (3), 297-305 (2002).
- DuBois, A. B., et al. A new method for measuring airway resistance in man using a body plethysmograph: Values in normal subject and in patients with respiratory disease. J. Clin. Invest. 35 (3), 327-335 (1956).
- Enhorning, G., et al. Whole-body plethysmography, does it measure tidal volume of small animals. Can. J. Physiol. Pharmacol. 76 (10-11), 945-951 (1998).
- Zhang, Q., et al. Does unrestrained single-chamber plethysmography provide a valid assessment of airway responsiveness in allergic BALB/c mice. Respir. Res. 10 (61), (2009).
