マウス肺における圧力 - 容積曲線の測定
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
ここ数十年では、マウスは、肺疾患の様々な主要な動物モデルとなっています。肺気腫または線維症のモデルでは、本質的な表現型の変化は、最高の肺の弾性の変化を測定することによって評価される。最高のマウスにおけるそのような病理の根底にある特異的なメカニズムを理解するためには、現像病理を反映することができる機能的な測定を行うことが不可欠である。弾力性を測定するための多くの方法がありますが、古典的な方法は、肺容積の全範囲にわたって行われ、総肺の圧力 – 容積（PV）曲線のことである。この測定は、ほぼ100年さかのぼるほぼすべての哺乳動物種由来の成人の肺になされたものであり、そのようなPV曲線はまた、胎児の肺の開発における肺サーファクタントの機能の発見と理解に大きな役割を果たした。残念ながら、このような総PV曲線が広く、それらがmacroscに関する有用な情報を提供することができるという事実にもかかわらず、マウスにおいて報告されていない肺の構造変化のOPIC影響。肺容量でちょうど変化を測定する部分的なPV曲線が時々報告されていますが、絶対容積の測定値なしに、総PV曲線の非線形性の解釈は、これらの部分的なものは非常に困難にする。本研究では、我々は全体のPV曲線を測定するための標準化された方法について説明します。我々は、2つの一般的な肺の病状、気腫および線維症におけるマウス肺構造の変化を検出するために、これらの曲線の能力を試験した。結果は、これらの病理との期待の構造変化と一致して、いくつかの変数の有意な変化を示した。マウスにおける肺のPV曲線のこの測定は、このように時間的および治療的処置の潜在的効果以上の病態生理学的変化の進行をモニターするための簡単な手段を提供する。
Introduction
マウスは、現在の肺疾患の様々な主要な動物モデルである。肺気腫または線維症のモデルでは、本質的な表現型の変化は、最高の肺の弾力性の変化を測定することによって評価される。弾力性を測定するための多くの方法がありますが、古典的な方法は、全肺気量（TLC）に残存量（RV）から測定された全圧 – 容積（PV）曲線のことである。この測定は、ほぼ100年1-3さかのぼるほぼすべての哺乳動物種から大人の肺に行われている。このようなPV曲線はまた、胎児の肺の開発4-7の肺サーファクタントの機能の発見と理解に大きな役割を果たした。肺の表現型の測定などのPV曲線の重要性にもかかわらず、この測定を実行するには、全く標準化された方法がなかった。これは、膨張及び離散ステップと肺（各後の平衡可変待ち時間）を収縮させることにより、またはポンプを簡単に行われていること継続的に肺を膨らませると収縮することができます。 PV曲線は、多くの場合、ゼロといくつかのユーザ定義肺容量との容量範囲にわたって行われるが、異なる研究室により報告各圧力容量ループの持続時間は、時間2、数秒8で変化する、非常に可変であった。一部の研究者は、静的または準静的としてこの総肺のPV曲線を参照しますが、これらは少し洞察力を提供する定性的な用語であり、それらは、ここで使用されていません。また、PV曲線が広く、それが肺の構造変化の巨視的効果に関する有用な情報を提供することができるという事実にもかかわらず、マウスにおいて報告されていない。
いくつかの問題が含むPV曲線取得の変動をもたらした：インフレとデフレの1）速度; 2）インフレとデフレ圧力の脱線。 3）絶対的肺容量測定値を決定するための手段。ここで本方法では、3ミリリットルのレートは、/分コンプロミとして選ばれましたE、大規模なコホートを勉強場合は特に、測定は非現実的にするよう遅すぎて通常の換気に関連した動的な弾力性を反映しないように短すぎないという。 C57BL / 6健常マウスにおける公称全肺気量は1.2ミリリットル9のオーダーであるので、この速度は、通常、2つの完全にPVは約1.5分で実行するループを閉じを可能にする。
PV曲線が報告されている拡張された文献で は、使用されるピークインフレ圧力は40以上のセンチH 2 Oに20程度の低いまで変化する、非常に可変されているこの変動の一部は、種に関連してもよいが、PV曲線のための圧力上限を設定する主な目的は、全肺気量（TLC）、または最大の肺容量の肺を膨らませることである。ヒトでのTLCは、個人が行うことができます最大の自主的な努力によって定義されているが、残念ながらこれは、任意の動物モデルで重複することはできません。このように、実験的なPV曲線における最大のボリュームが阻止される任意に研究者によって設定された最大圧力によって決定。目標は、PV曲線が平坦な圧力を設定することであるが、残念ながら、哺乳類の肺のPV曲線のインフレ手足は決して平坦である。だから、ほとんどの研究者はインフレ曲線が実質的に平坦化することから始まり、圧力、典型的には30センチH 2 Oを設定するマウスでは、しかし、PV曲線がインフレ四肢をダブルこぶでさらに複雑であり、このインフレ四肢が頻繁には30センチH 2 O 10で急激に上昇しているところなので、30こだわりのエンドポイントではありませんPVカーブ。このような理由から、私たちが調べた全ての株のインフレ手足が平らにし始める圧力であるマウスのPV曲線、圧力限界として35センチメートルのH 2 Oを使用します。
PV曲線自体は非常に非線形であるため、PVループの外観は、曲線の開始位置からのボリュームに依存するであろう。いくつかの商用人工呼吸器は、Fから始まる、ユーザーが大規模なPVループを行うことができRCが、FRC容積が未知の場合、これらの変更は、単に開始容量の変化から生じる可能性があるので、それは、任意の病状を有するこのようなP-V曲線の変化を解釈することは不可能ではなく、肺の構造の変化。したがって、絶対容量測定せず、PV曲線が解釈し、従ってほとんど有用性を有することはほとんど不可能である。 、肺容量を測定するいくつかの方法があるが、これらはしばしば厄介であり、特別な装置を必要とする。ここで説明する単純なアプローチでは、PV曲線は、生体内の脱気手順の後にゼロ音量で始まります。
要約すると、本論文では、マウスの肺における肺のPVカーブ測定を標準化する簡単な方法を実証し、肺の構造にリンクされているこの曲線から計算することができるいくつかの指標を定義します。 PV曲線は、このようにコムを有するマウスにおける表現型の構造変化を検出することができるでの直接適用を有する肺機能検査を提供そのような気腫および線維症などの肺の病理に。
Protocol
Representative Results
Discussion
本論文では簡単な再現性のある方法は、マウスにおける表現型肺の弾力性、総肺のPV曲線の古典的な方法を測定するために記載されている。このような曲線は、肺サーファクタントの発見と肺の安定性を提供する上で、その重要性に尽力しました。ここでは、PV曲線はまた、成体マウスの肺における肺の弾力性に関連するいくつかの変数を測定する手段を提供するのに有用であるかを示してい…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
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