무제한 전신 혈량 측정법을 사용하여 마우스의 호흡 기능을 측정
Summary
호흡 생리학의 평가는 전통적으로 동물의 억제 또는 진정을 요구 기술에 의존하고있다. 무제한 전신 혈량 측정법은, 그러나, 동물 모델에서 호흡 생리의 정확하고 비 침습적 정량 분석을 제공합니다. 또한, 기술은 종 연구를 허용 마우스의 호흡 평가를 반복 할 수 있습니다.
Abstract
호흡기 장애는 최고의 세계에서 이환율과 사망률의 원인과 사망의 비율이 계속 증가 중 하나입니다. 설치류 모델에서 폐 기능의 정량 평가는 미래의 치료법의 개발에 중요한 수단이다. 일반적 침습적 혈량 측정법 및 강제 진동 포함 호흡 기능을 평가하는 기술을 사용했다. 이러한 기술은 가치있는 정보를 제공하지만, 데이터 수집 인해 마취 및 / 또는 동물의 침습 계측 필요성 인공물과 실험 가변성을 내포 할 수있다. 반면, 무제한 전신 혈량 측정법 (UWBP)은 호흡기 매개 변수를 분석하는 기준에 정확하고 비 침습적 정량 방법을 제공합니다. 이 기술은 기존의 기술 혈량 측정법에 공통 마취와 감금의 사용을 피한다. 이 동영상은 기기 설정, 교정 및 폐 기능의 기록을 포함하여 UWBP 절차를 시연 할 예정이다. 그것은수집 된 데이터를 분석하고,뿐만 아니라 동물의 이동으로 인한 실험적 인공물과 특이점을 식별하는 방법을 설명 할 것이다. 이 기술을 사용하여 수득 호흡 파라미터 호흡량, 체적 분, 흡기 듀티 사이클, 흡기 유량과 만료 시간에 흡기 시간의 비율을 포함한다. UWBP는 전문 기술에 의존 수행 저렴하지 않습니다. 잠재적 인 사용자에게 가장 매력적인 UWBP 키의 기능과 동일한 동물에 폐 기능의 반복 된 측정을 수행 할 수있는 능력이다.
Introduction
폐 기능 장애는 세계에서 이환율과 사망률의 주요 원인 중 하나입니다. 조건은 기침, 가슴 통증 및 호흡 곤란과 동의어 함 산소 교환이 특징입니다. 사망률 세계 1 ~ 10 %에 대한 호흡기 질환 차지한다. 세계 보건기구 (WHO)에 따르면, 사망률은 지속적으로 흡연, 환경 오염 및 직업 자극에 의한 상승으로 설정됩니다. UWBP 강하게 전통적인 생화학 칭찬 조직 학적는이 분석 폐 생리학을 공부하는 데 유용한 추가이다. 폐 평가를 위해 사용 된 다른 절차 UWBP와 동일한 장점을 제공하지 않는다. 침략 혈량 측정법은 동물이 3,4 anesthetised 할 수있어, 그 결과 호흡 측정이 반드시 자연 상태를 반영하지 않습니다 필요로하는 일반적으로 사용되는 기술이다. 또한, 기계 환기 및 화학 문제에 대한 요구 사항은 향후 측정 3,4 배제.호흡 데이터를 수집하는 또 다른 방법은 UWBP 5에 비해 호흡 파라미터의 변화를보다 세밀한 더 민감 강제 진동에 의해서이다. 강제 진동 그러나 침습적 인 기술이며, 데이터 수집을위한 동물 5-7 종료를 요구한다.
UWBP는 전문 챔버 내부에 동물을 배치하는 것을 포함한다. 영감 동안 조력 공기는 가온되고 물의 증기압을 증가 폐 내에 가습 가스 (8)의 열팽창을 발생. 이 효과는 plethysmograph 실 (8) 내의 압력의 증가를 생성 풍량의 순 변화시킨다. 반대는 동물에서 호흡 파형을 생성 만료시 발생합니다. 파형 분석은 다음 호흡 추적에서 측정하는 데 사용됩니다 : 호흡 속도 (호흡 / 분), 총 호흡 사이클 시간 (초), 영감 / 만료 시간 (티 / 테, 초) 인해 각 호흡량에 대한 압력의 변화 (P T). <stroNG> 그림 1은 호흡 추적에서 각 측정 원점을 보여줍니다. 이러한 측정은 계산이 간단하고 다수의 호흡 파라미터는 이러한 측정치로부터 유도 될 수있다. 이러한 매개 변수는 다음과 같습니다 호흡량 (공기의 부피가 정상 흡입 및 호기 사이에서 이동), 분 체적 (분당 폐에서 흡입 가스의 체적), 흡기 듀티 사이클 (총 호흡주기 기간에 흡기 시간의 비율) 및 흡기 유량 (주어진 시간에 영감 공기의 양).
UWBP은 동물 모델에서의 정확한 생리 호흡기, 비 침습적, 정량 분석을 제공하고, 호흡기 질환 및 폐 기능 6,9의 진행을 측정하기 위해 사용될 수있다. 혈량 측정법 다른 기술과는 달리, UWBP 마취, 구속 및 인공물 및 실험 가변성 6,9 생산 침습적 조작의 사용을 피한다. 마취는 호흡을 억제 할 수심장 박동을 변경하고 열을 조절하기 어려울 수 있습니다. 코르티 코스 테론과 에피네프린 11,13 해제를 통해 감금으로 인해 추가적인 스트레스 호흡의 증가를 유도한다. UWBP의 주요 기능은 종의 연구에이 의무가 만드는 생리 학적 평가를 반복한다. UWBP 강하게 폐 생리학의 길이 평가 추천 및 미래의 호흡기 약물 평가를위한 가치있는 기술을 제공합니다.
블레오 마이신, 오브 알부민, 및 저산소증은 몇몇 연구에서 호흡 문제를 유도하기 위해 이용되었고 UWBP 성공적 정확한 폐 생리 7,9,13-16 평가를 측정 하였다. 설명하는 프로토콜은 표준 성인 실험실 쥐를 위해 설계되었습니다. 그러나 UWBP는 래트, 기니아 피그 및 영장류 17-20로 다른 동물에 적용되었다. UWBP은 폐 기능 장애를 평가에 한정되지 않고, 또한 폐 성숙 (3)의 평가를 위해 사용되었다.UWBP의 다양성, 단순하고 재현성 동물의 폐 기능을 평가하기위한 훌륭한 기술을 설립했다. 다양한 소프트웨어 (재료 및 장비 표 참조)이 절차를 수행해야합니다. 숙련 과학자 1 시간 내에 마우스이 프로토콜을 수행 할 수있을 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 기술은 억제되지 않은 생쥐와 unanesthetized 호흡 파라미터의 평가를위한 비 침습적 방법이다. 이 프로토콜의 장점은 최소한의 인공물 길이 방향으로 폐 기능을 측정하는 단순하고 정밀도를 포함한다. 그러나, 몇 가지 제한 사항이 중요한 단계는 절차에 대해 주목해야한다이 있습니다. 먼저, 가장 중요하게, 마우스 다섯 초 동안 챔버 내에 침착한다. 마우스의 호흡 패턴을 방해하고, ?…
Divulgations
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 |
References
- . . 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).
