Medición de la curva de presión-volumen en mouse Pulmones
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
En las últimas décadas el ratón se ha convertido en el modelo animal primario de una variedad de enfermedades pulmonares. En los modelos de enfisema o fibrosis, los cambios fenotípicos esenciales se evalúan mejor mediante la medición de los cambios en la elasticidad pulmonar. Para entender mejor los mecanismos específicos que subyacen a tales patologías en ratones, es esencial para realizar mediciones funcionales que pueden reflejar la patología en desarrollo. Aunque hay muchas formas de medir la elasticidad, el método clásico es el de la pulmonar total presión-volumen (PV) curva de hecho en todo el rango de los volúmenes pulmonares. Esta medición se ha realizado en los pulmones de adultos de casi todas las especies de mamíferos que datan de hace casi 100 años, y tales curvas PV también jugó un papel importante en el descubrimiento y la comprensión de la función de surfactante pulmonar en el desarrollo pulmonar fetal. Por desgracia, estas curvas totales PV no han sido ampliamente reportado en el ratón, a pesar del hecho de que pueden proporcionar información útil sobre la macroscOPIC efectos de los cambios estructurales en el pulmón. Aunque las curvas PV parciales que miden sólo los cambios en el volumen pulmonar En ocasiones se presenta, sin una medida de volumen absoluto, la naturaleza no lineal de la curva total de PV hace que estos parciales muy difíciles de interpretar. En el presente estudio, se describe una forma estandarizada para medir la curva total de PV. A continuación, hemos probado la capacidad de estas curvas para detectar cambios en la estructura de pulmón de ratón en dos patologías pulmonares común, enfisema y fibrosis. Los resultados mostraron cambios significativos en varias variables consistentes con los cambios estructurales esperados con estas patologías. Esta medición de la curva de PV de pulmón en ratones de este modo proporciona un medio sencillo para controlar la progresión de los cambios fisiopatológicos en el tiempo y el efecto potencial de los procedimientos terapéuticos.
Introduction
El ratón es ahora el modelo animal primario de una variedad de enfermedades pulmonares. En los modelos de enfisema o fibrosis, los cambios fenotípicos esenciales se evalúan mejor mediante la medición de los cambios en la elasticidad pulmonar. Aunque hay muchas formas de medir la elasticidad, el método clásico es el de la curva de presión-volumen total (PV) medida desde el volumen residual (RV) a la capacidad pulmonar total (TLC). Esta medición se ha realizado en los pulmones de adultos de casi todas las especies de mamíferos que datan de hace casi 100 años 1-3. Tales curvas PV también jugaron un papel importante en el descubrimiento y la comprensión de la función de surfactante pulmonar en el desarrollo pulmonar fetal 4-7. A pesar de la importancia de la curva de PV como una medida del fenotipo del pulmón, no ha habido una manera estandarizada para realizar esta medición. Se ha hecho simplemente inflar y desinflar el pulmón con pasos discretos (a la espera de un tiempo variable para el equilibrado después de cada) o con bombas quepuede inflar y desinflar de forma continua el pulmón. La curva de PV se hace a menudo en un rango de volumen entre cero y alguna capacidad pulmonar usuario definir, pero la duración de tiempo de cada bucle de volumen de la presión reportado por diferentes laboratorios ha sido extremadamente variable, variando desde unos pocos segundos a 8 hr 2. Algunos investigadores se refieren a esta curva total de PV de pulmón como estática o casi estático, pero estos son términos cualitativos que ofrecen poca información, y no se utilizan aquí. Además, la curva de PV no se ha informado ampliamente en el ratón, a pesar del hecho de que puede proporcionar información útil sobre los efectos macroscópicos de cambios estructurales en el pulmón.
Varias cuestiones han dado lugar a la variabilidad en la adquisición de la curva PV incluyendo: 1) la tasa de inflación y la deflación; 2) las excursiones de presión para la inflación y la deflación; y 3) los medios para determinar una medición del volumen pulmonar absoluto. En el método aquí presentes, una velocidad de 3 ml / min fue elegido como un compromise, siendo no demasiado corto como para reflejar la elasticidad dinámica asociada con la ventilación normal y no demasiado lenta como para hacer la medición poco práctico, sobre todo cuando el estudio de cohortes grandes. Desde una capacidad pulmonar total nominal en un / 6 de ratón C57BL saludable es del orden de 1,2 ml 9, esta tasa típicamente permite dos completa cerrado PV bucles que ser hecho en aproximadamente 1,5 min.
En la literatura extendida donde se han reportado las curvas PV, la presión de inflado de pico utilizado ha sido extremadamente variable, variando desde tan bajo como 20 a más de 40 cm H 2 O. Parte de esta variabilidad puede estar relacionada con las especies, pero el objetivo principal de establecer el límite de presión superior para curvas PV es para inflar el pulmón a la capacidad pulmonar total (TLC), o el volumen pulmonar máximo. El TLC en los seres humanos se define por el esfuerzo voluntaria máxima de un individuo puede hacer, pero desafortunadamente esto nunca se puede duplicar en cualquier modelo animal. Así, el volumen máximo en curvas experimentales PV es disuadirminado por una presión máxima establecido arbitrariamente por el investigador. El objetivo es establecer una presión donde la curva PV es plana, pero desafortunadamente la extremidad de la inflación de una curva de PV de pulmón de mamífero es nunca plana. Así que la mayoría de los investigadores establecen una presión donde la curva de la inflación comienza a aplanarse sustancialmente, normalmente de 30 cm H 2 O. En el ratón, sin embargo, la curva PV es aún más complejo con un doble joroba en la extremidad de la inflación, y donde esta parte la inflación es a menudo sigue aumentando vertiginosamente a 30 cm H 2 O 10, por lo que 30 no es un buen punto final para el curva PV. Por esta razón, utilizamos 35 cm H 2 O como el límite de presión para la curva PV del ratón, que es una presión a la que los miembros de inflación de todas las cepas que hemos examinado empiezan a aplanarse.
Dado que la propia curva de PV es muy no lineal, la aparición de un bucle de PV dependerá del volumen desde donde la curva comienza. Algunos ventiladores comerciales permiten a los usuarios hacer grandes bucles PV, a partir de FRC, pero si el volumen FRC es desconocida entonces es imposible interpretar los cambios en tales curva de PV con cualquier patología, ya que estos cambios podrían simplemente el resultado de un cambio en el volumen de partida, y no alteraciones estructurales en el pulmón. Por lo tanto, sin una medición de volumen absoluto, las curvas PV son casi imposibles de interpretar y por lo tanto tienen poca utilidad. Aunque, hay varias formas de medir los volúmenes pulmonares, estos son a menudo engorrosos y requieren equipo especial. En el caso simple descrito aquí, la curva PV comienza a volumen cero después de un procedimiento de desgasificación en vivo.
En resumen, este trabajo muestra un método sencillo para homogeneizar la medición curva PV pulmonar en el pulmón de ratón, y define varias métricas que se pueden calcular a partir de esta curva que están vinculados a la estructura pulmonar. Por tanto, la curva de PV proporciona una prueba de función pulmonar que tiene aplicación directa en ser capaz de detectar cambios estructurales fenotípicas en ratones con commen patologías pulmonares como el enfisema y la fibrosis.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este documento un método reproducible sencillo se ha descrito para medir en ratones un método clásico de la elasticidad pulmonar fenotipificación, la curva total de PV de pulmón. Estas curvas fueron fundamentales en el descubrimiento de surfactante pulmonar y su importancia en el suministro de la estabilidad de pulmón. Aquí se muestra cómo la curva de PV también es útil para proporcionar un medio para medir varias variables relacionadas con la elasticidad pulmonar en los pulmones de ratón adulto. Hubo camb…
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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