Die Messung der Druck-Volumen-Kurve in der Mäuselunge
Summary
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.
Abstract
In den letzten Jahrzehnten hat die Maus hat sich die primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messung der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Um bestimmte Mechanismen, die solche Krankheiten in Mäusen am besten verstehen, ist es wichtig, Funktionsmessungen, die die Entwicklung der Pathologie reflektieren kann zu machen. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamt-Lungen Druck-Volumen (PV) Kurve über den gesamten Bereich der Lungenvolumina erfolgt. Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahren unternommen wurden, und solche PV Kurven spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung. Leider sind solche Gesamtleistungskennlinie nicht weit verbreitet in der Maus berichtet, trotz der Tatsache, dass sie nützliche Informationen über die macrosc liefernopic Auswirkungen der strukturellen Veränderungen in der Lunge. Obwohl Teil PV Kurven misst nur die Änderungen des Lungenvolumens gelegentlich berichtet, ohne ein gewisses Maß des absoluten Volumens, die nichtlineare Natur des gesamten PV-Kurve macht diese Teil diejenigen sehr schwer zu interpretieren. In der vorliegenden Studie beschreiben wir eine standardisierte Art und Weise, um die gesamte PV-Kurve zu messen. Wir haben nun untersuchten die Fähigkeit dieser Kurven auf Änderungen in Mauslunge Struktur in zwei gemeinsame Lungenerkrankungen, Emphysem und Fibrose zu detektieren. Die Ergebnisse zeigten signifikante Änderungen in mehreren Variablen mit den erwarteten strukturellen Veränderungen bei diesen Pathologien. Diese Messung des Lungen PV-Kurve bei Mäusen stellt somit eine relativ einfache Möglichkeit, um das Fortschreiten der pathophysiologischen Veränderungen über die Zeit und die mögliche Wirkung von therapeutischen Verfahren zu überwachen.
Introduction
Die Maus ist nun der primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messen der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamtdruck-Volumen (PV) Kurve vom Restvolumen (RV), gemessen bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC). Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahre 1-3 vorgenommen. Solche Leistungskennlinie spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung 7.4. Trotz Bedeutung der PV-Kurve als Maß der Phänotyp der Lunge, hat es keine standardisierte Möglichkeit, diese Messung durchzuführen. Es wurde einfach durch Aufblasen und Entleeren der Lunge mit diskreten Schritten (Wartezeit für eine variable Gleichgewichtseinstellung nach jedem) oder mit Pumpen gemacht, dasskontinuierlich aufzublasen und zu entleeren die Lunge. Die PV-Kurve wird oft über einen Volumenbereich zwischen Null und einigen benutzer definieren Lungenkapazität getan, aber die Zeitdauer jedes Druckvolumen Schleife durch verschiedene Labors berichtet extrem variabel gewesen, variierend von ein paar Sekunden bis 8 Stunden 2. Einige Forscher bezeichnen diese totale Lungen PV-Kurve als statische oder quasistatische, aber diese sind qualitativ die kleinen Einblick bieten und sie nicht benutzt werden hier. Darüber hinaus ist die Leistungskennlinie nicht sehr stark in der Maus angegeben, ungeachtet der Tatsache, dass sie nützliche Informationen zu den makroskopischen Auswirkungen der strukturellen Veränderungen der Lunge bereitzustellen.
Mehrere Probleme wurden in Variabilität der PV-Kurve Akquisition einschließlich geführt: 1) die Rate der Inflation und Deflation; 2) die Druck Ausflüge für Inflation und Deflation; und 3) das Mittel zur Bestimmung eines absoluten Lungenvolumenmessung. Bei dem Verfahren hier anwesend, eine Rate von 3 ml / min wurde als compromis gewählte, da nicht zu kurz, um die dynamische Elastizität mit normaler Belüftung und nicht zu langsam widerspiegelte, wie um die Messung nicht praktikabel, vor allem, wenn das Studium großen Kohorten. Da eine nominale totale Lungenkapazität in einer C57BL / 6 gesunden Maus ist in der Größenordnung von 1,2 ml 9 ermöglicht diese Rate in der Regel zwei komplett geschlossen PV-Loops, um in etwa 1,5 Minuten durchgeführt werden.
In der erweiterten Literatur, wo PV Kurven berichtet, hat die Spitzeninflationsdruck sehr variabel war, variierend von so niedrig wie 20 bis über 40 cm H 2 O. Teil dieser Variabilität kann zu Spezies verwandt, aber ein primäres Ziel der Festlegung der oberen Druckgrenze für PV-Kurven an die Lunge bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC) oder maximalen Lungenvolumen aufzublasen. Die TLC beim Menschen wird von der maximalen willkürlichen Anstrengung ein Individuum machen definiert, aber leider nie in irgendeiner Tiermodell dupliziert werden. Somit ist die maximale Lautstärke in experimentellen PV Kurven abzuschreckenvon einem Maximaldruck willkürlich vom Prüfer eingestellt abgebaut. Das Ziel ist, einen Druck in dem die PV-Kurve ist flach eingestellt, aber leider ist die Inflation Schenkel eines Säugetier-Lungen-PV-Kurve ist nicht flach. So sind die meisten Forscher setzen einen Druck, wo der Inflationskurve beginnt, deutlich abflachen, in der Regel 30 cm H 2 O Bei der Maus ist jedoch der PV-Kurve noch komplexer mit einem doppelten Buckel an der Inflations Glied, und wo diese Inflation Schenkel oft noch steil auf 30 cm H 2 O 10 steigt, so 30 ist keine gute Endpunkt für die PV-Kurve. Aus diesem Grund verwenden wir 35 cm H 2 O als die Druckgrenze für die Maus PV-Kurve, die einen Druck, bei dem das Aufblasen Gliedmaßen aller Stämme von uns untersuchten beginnen zu glätten ist.
Da das DV-Kurve selbst ist sehr nichtlinear ist, wird das Auftreten eines PV-Schleife auf das Volumen, von wo die Kurve beginnt abhängen. Einige kommerzielle Ventilatoren können Benutzer große PV-Loops zu tun, beginnend mit FRC, aber wenn der FRC Volumen nicht bekannt, so ist es unmöglich, Änderungen solcher DV-Kurve mit jeder Pathologie zu interpretieren, da diese Veränderungen könnten einfach durch eine Veränderung der Ausgangsvolumen ergeben, und nicht die strukturellen Veränderungen in der Lunge. So ohne absolute Volumenmessung, sind PV-Kurven fast unmöglich zu interpretieren und somit wenig Nutzen. Zwar gibt es mehrere Möglichkeiten, um Lungenvolumen messen, diese sind oft umständlich und erfordern eine spezielle Ausrüstung. In der hier beschriebenen einfachen Ansatz, beginnt die Leistungskennlinie bei Nullvolumen nach einer in vivo-Entgasungsverfahren.
Zusammenfassend ist dieses Papier zeigt eine einfache Methode, um Lungen PV Kurvenmessung in der Mauslunge zu standardisieren, und definiert eine Reihe von Kennzahlen, die aus dieser Kurve, die Lungenstruktur geknüpft sind, berechnet werden kann. Die PV-Kurve stellt somit ein Lungenfunktionstest, die direkte Anwendung in der Lage, phänotypische Strukturveränderungen bei Mäusen mit comm erkennen istLungenerkrankungen wie Emphysem und Fibrose.
Protocol
Representative Results
Discussion
In diesem Artikel wird eine einfache reproduzierbare Methode wurde beschrieben, dass in Mäusen messen eine klassische Methode der Phänotypisierung Lungenelastizität, der Gesamtlungen PV-Kurve. Solche Kurven sind massgeblich an der Entdeckung von Lungensurfactant und seine Bedeutung bei der Bereitstellung von Lungen Stabilität. Hier wird gezeigt, wie die PV-Kurve ist auch nützlich bei der Bereitstellung einer Einrichtung, um verschiedene Variablen, um Lungenelastizität in erwachsenen Mauslungen genau gemessen. Es g…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been supported by NIH HL-1034.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 55-2226 | Infuse/Withdraw syringe pump |
| Pump 22 Reversing Switch | Harvard Apparatus | 552217 | included with pump |
| Linear displacement transformer | Trans-Tek, Inc. | 0244-0000 | |
| 5 mL glass syringe | Becton Dickenson | Several other possible vendors | |
| Digital recorder | ADInstruments | PL3504 | Several other possible vendors |
| Bridge Amp Signal Conditioner | ADInstruments | FE221 | |
| Gas tank,100% oxygen | Airgas, Inc | Any supplier or hospital source will work | |
| Pressure Transducer – 0-1psi millivolt output | Omega Engineering | PX-137 | Range: ≈0-60 cmH2O |
References
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