माउस फेफड़ों में दबाव मात्रा वक्र के मापन
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
हाल के दशकों में माउस फेफड़ों के रोगों की एक किस्म के प्राथमिक पशु मॉडल बन गया है। वातस्फीति या फाइब्रोसिस के मॉडल में, आवश्यक प्ररूपी परिवर्तन सबसे अच्छा फेफड़ों लोच में बदलाव की माप से मूल्यांकन कर रहे हैं। सबसे अच्छा चूहों में इस तरह की विकृतियों अंतर्निहित विशिष्ट तंत्र को समझने के लिए, यह विकासशील विकृति को प्रतिबिंबित कर सकते हैं कि कार्यात्मक मापन करने के लिए आवश्यक है। लोच को मापने के लिए कई तरीके हैं हालांकि, शास्त्रीय विधि कुल फेफड़ों के दबाव मात्रा की (पीवी) की अवस्था में फेफड़ों के संस्करणों की पूरी रेंज पर किया है। यह माप लगभग 100 साल पहले डेटिंग लगभग सभी स्तनधारी प्रजातियों से वयस्क फेफड़ों पर किया गया है, और इस तरह के पीवी घटता भी भ्रूण फेफड़ों के विकास में फेफड़े surfactant के समारोह की खोज और समझ में एक प्रमुख भूमिका निभाई है। दुर्भाग्य से, इस तरह कुल पी.वी. घटता व्यापक रूप से वे macrosc पर उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकते हैं कि इस तथ्य के बावजूद, माउस की रिपोर्ट में नहीं किया गया हैफेफड़ों में संरचनात्मक परिवर्तन के ओपीआईसी प्रभाव। फेफड़ों की मात्रा में सिर्फ परिवर्तन को मापने आंशिक पीवी घटता कभी कभी सूचित किया जाता है, पूर्ण मात्रा का एक उपाय के बिना, कुल पी.वी. वक्र के nonlinear प्रकृति व्याख्या करने के लिए इन आंशिक वाले बहुत कठिन बना देता है। वर्तमान अध्ययन में, हम कुल पी.वी. वक्र को मापने के लिए एक मानकीकृत तरीके से वर्णन करते हैं। हम तो दो आम फेफड़ों विकृतियों, वातस्फीति और फाइब्रोसिस में माउस फेफड़ों संरचना में परिवर्तन का पता लगाने के लिए इन घटता की क्षमता का परीक्षण किया है। परिणाम इन विकृतियों के साथ की उम्मीद संरचनात्मक परिवर्तनों के साथ लगातार कई चर में महत्वपूर्ण परिवर्तन दिखाया। चूहों में फेफड़ों पी.वी. की अवस्था का यह माप इस प्रकार समय के साथ pathophysiologic परिवर्तन और चिकित्सकीय प्रक्रियाओं के संभावित प्रभाव की प्रगति पर नजर रखने के लिए एक सरल साधन प्रदान करता है।
Introduction
माउस अब फेफड़ों के रोगों की एक किस्म के प्राथमिक पशु मॉडल है। वातस्फीति या फाइब्रोसिस के मॉडल में, आवश्यक प्ररूपी परिवर्तन सबसे अच्छा फेफड़ों लोच में परिवर्तन को मापने के द्वारा मूल्यांकन कर रहे हैं। लोच को मापने के लिए कई तरीके हैं हालांकि, शास्त्रीय विधि है कि कुल फेफड़ों की क्षमता (टीएलसी) को अवशिष्ट मात्रा (आर वी) से मापा कुल दबाव मात्रा (पीवी) की वक्र की। यह माप लगभग 100 साल 1-3 वापस डेटिंग लगभग सभी स्तनधारी प्रजातियों से वयस्क फेफड़ों पर किया गया है। इस तरह पी.वी. घटता भी भ्रूण फेफड़ों के विकास 07/04 में फेफड़े surfactant के समारोह की खोज और समझ में एक प्रमुख भूमिका निभाई है। फेफड़ों के phenotype की एक माप के रूप में पीवी वक्र के महत्व के बावजूद, इस माप प्रदर्शन करने के लिए कोई मानकीकृत तरीके से किया गया है। यह inflating और असतत कदम के साथ फेफड़ों (प्रत्येक के बाद संतुलन के लिए एक परिवर्तनशील समय प्रतीक्षा में) deflating द्वारा या पंपों के साथ आसानी से किया गया है किलगातार फुलाना और फेफड़ों खंडन कर सकते हैं। पीवी वक्र अक्सर शून्य और कुछ उपयोगकर्ता को परिभाषित फेफड़ों की क्षमता के बीच एक मात्रा सीमा से अधिक किया जाता है, लेकिन विभिन्न प्रयोगशालाओं द्वारा रिपोर्ट प्रत्येक दबाव मात्रा पाश की समय अवधि घंटा 2 के लिए कुछ सेकंड 8 से अलग, अत्यंत चर रहा है। कुछ जांचकर्ताओं स्थिर या quasistatic के रूप में इस कुल फेफड़ों पीवी वक्र का उल्लेख है, लेकिन इन छोटे अंतर्दृष्टि प्रदान कि गुणात्मक दृष्टि से कर रहे हैं, और वे यहां इस्तेमाल नहीं कर रहे हैं। इसके अलावा, पी.वी. वक्र व्यापक रूप से यह फेफड़ों में संरचनात्मक परिवर्तन के macroscopic प्रभावों पर उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकते हैं कि इस तथ्य के बावजूद, माउस की रिपोर्ट में नहीं किया गया है।
कई मुद्दों सहित पी.वी. वक्र अधिग्रहण में परिवर्तनशीलता में हुई है: मुद्रास्फीति और संकुचन की 1) दर; 2) मुद्रास्फीति और संकुचन के लिए दबाव आस; और 3) का अर्थ है एक निरपेक्ष फेफड़ों की मात्रा माप निर्धारित करने के लिए। यहां विधि वर्तमान में, 3 मिलीग्राम की दर / मिनट एक compromis के रूप में चुना गया थाबड़े साथियों का अध्ययन है, खासकर जब माप अव्यावहारिक बनाने के लिए के रूप में ई, नहीं भी कम के रूप में किया जा रहा है सामान्य वेंटिलेशन और भी धीमी गति से नहीं के साथ जुड़े गतिशील लोच को प्रतिबिंबित करने के लिए। एक C57BL 6 / स्वस्थ माउस में एक मामूली कुल फेफड़ों की क्षमता 1.2 मिलीलीटर 9 के आदेश पर है इसलिये दर आम तौर पर पूरी तरह से दो पी.वी. के बारे में 1.5 मिनट में किया जाना छोरों बंद कर देता है।
पीवी घटता सूचित किया गया है जहां विस्तारित साहित्य में, प्रयोग किया जाता शिखर मुद्रास्फीति दबाव पर 40 सेमी एच 2 ओ के रूप में कम के रूप में 20 से बदलती, अत्यंत चर कर दिया गया है इस परिवर्तनशीलता के भाग प्रजाति से संबंधित हो सकता है, लेकिन पीवी घटता के लिए ऊपरी दबाव सीमा निर्धारित करने के एक प्राथमिक लक्ष्य कुल फेफड़ों की क्षमता (टीएलसी), या अधिक से अधिक फेफड़ों की मात्रा को फेफड़ों के लिए बढ़ रहा है। मानव में टीएलसी एक व्यक्ति कर सकते हैं अधिक से अधिक स्वैच्छिक प्रयास से परिभाषित किया गया है, लेकिन दुर्भाग्य से यह किसी भी पशु मॉडल में दोहराया नहीं किया जा सकता। इस प्रकार, प्रयोगात्मक पीवी घटता में अधिक से अधिक मात्रा रोकते हैमनमाने ढंग से अन्वेषक द्वारा निर्धारित अधिकतम दबाव द्वारा खनन। लक्ष्य पी.वी. वक्र फ्लैट है, जहां एक दबाव सेट करने के लिए है, लेकिन दुर्भाग्य से एक स्तनधारी फेफड़ों पीवी वक्र की मुद्रास्फीति अंग कभी नहीं फ्लैट है। तो सबसे जांचकर्ताओं एक आम तौर पर मुद्रास्फीति की अवस्था काफी समतल करने के लिए शुरू होता है, जहां दबाव, 30 सेमी एच 2 ओ सेट माउस में, हालांकि, पी.वी. वक्र मुद्रास्फीति अंग पर एक डबल कूबड़ के साथ और भी अधिक जटिल है, और इस मुद्रास्फीति अंग अक्सर अभी भी 30 सेमी एच 2 हे 10 पर तेजी से बढ़ रहा है, जहां है, तो 30 के लिए एक अच्छा अंत बिंदु नहीं है पीवी वक्र। इस कारण से, हम हम जांच की है सभी उपभेदों की मुद्रास्फीति अंगों को समतल करने के लिए शुरू, जिस पर एक दबाव है जो माउस पीवी वक्र के लिए दबाव सीमा, के रूप में 35 सेमी एच 2 ओ का उपयोग करें।
पीवी वक्र ही बहुत अरेखीय है के बाद से, एक पी.वी. पाश की उपस्थिति वक्र शुरू होता है, जहां से मात्रा पर निर्भर करेगा। कुछ व्यावसायिक वेंटिलेटर एफ से शुरू, उपयोगकर्ताओं बड़े पी.वी. छोरों ऐसा करने की अनुमतिआर सी, लेकिन एफआरसी मात्रा अज्ञात है तो यह इन परिवर्तनों बस मात्रा शुरू करने में एक परिवर्तन से परिणाम सकता है, क्योंकि किसी भी विकृति के साथ इस तरह पी.वी. की अवस्था में परिवर्तन की व्याख्या करने के लिए असंभव है, और फेफड़ों में नहीं संरचनात्मक परिवर्तन। इस प्रकार एक निरपेक्ष मात्रा माप के बिना, पी.वी. घटता व्याख्या और इस प्रकार छोटे उपयोगिता है करने के लिए लगभग असंभव है। फेफड़ों के संस्करणों को मापने के लिए कई तरीके हैं, हालांकि, इन अक्सर बोझिल कर रहे हैं और विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है। यहाँ वर्णित सरल दृष्टिकोण में, पीवी वक्र एक Vivo degassing प्रक्रिया के बाद शून्य मात्रा में शुरू होता है।
सारांश में, इस पत्र माउस फेफड़ों में फेफड़ों के पीवी वक्र माप के मानकीकरण के लिए एक सरल तरीका दर्शाता है, और फेफड़ों की संरचना से जुड़े होते हैं कि इस वक्र से गणना की जा सकती है कि कई मेट्रिक्स को परिभाषित करता है। पीवी वक्र इस प्रकार कॉम के साथ चूहों में प्ररूपी संरचनात्मक परिवर्तन का पता लगाने के लिए सक्षम होने में प्रत्यक्ष आवेदन किया है कि एक फेफड़े के कार्य परीक्षण प्रदान करता हैऐसे वातस्फीति और फाइब्रोसिस के रूप में फेफड़ों की विकृतियों पर।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस पत्र में एक सीधी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य विधि चूहों में phenotyping फेफड़ों लोच, कुल फेफड़ों पी.वी. की अवस्था का एक शास्त्रीय विधि को मापने के लिए वर्णित किया गया है। इस तरह घटता फेफड़े surfactant की खोज और फ?…
Declarações
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 |
Referências
- Neergaard, K. v. Neue Auffasungen über einn Grundbergriff der Atemtechnik. Die Retraktionskraft der unge, abhangig von den Oberflachenspannung in den Alveolen. (New interpretations of basic concepts of respiratory mechanics. Correlation of pulmonary recoil force with surface tension in the alveoli.). Zeitschrift Fur Gesamte Experi Medizin. 66, 373-394 (1929).
- Hildebrandt, J. Pressure-volume data of cat lung interpreted by a plastoelastic, linear viscoelastic model. J. Appl. Physiol. 28, 365-372 (1970).
- Hoppin, F. G., Hildebrandt, J., West, J. B. . Bioengineering Aspects of the Lung. , 83-162 (1977).
- Avery, M. E., Mead, J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease). AMA. J. Dis. Child. 97, 517-523 (1959).
- Clements, J. A., Hustead, R. F., Johnson, R. P., Gribetz, I. Pulmonary surface tension and alveolar stability. Tech Rep CRDLR US Army Chem. Res. Dev. Lab. 3052, 1-24 (1961).
- Radford, E. P., Remington, J. W. . Tissue Elasticity. , 177-190 (1957).
- Mitzner, W., Johnson, J. W. C., Scott, R., London, W. T., Palmer, A. E. Effect of betamethasone on the pressure-volume relationship of fetal rhesus monkey lung. Journal of Applied Physiology. 47, 377-382 (1979).
- Smaldone, G. C., Mitzner, W., Itoh, H. The role of alveolar recruitment in lung inflation: Influence on pressure-volume hysteresis. Journal of Applied Physiology. 55, 1321-1332 (1983).
- Tankersley, C. G., Rabold, R., Mitzner, W. Differential lung mechanics are genetically determined in inbred murine strains. Journal of Applied Physiology. 86, 1764-1769 (1999).
- Soutiere, S. E., Mitzner, W. On defining total lung capacity in the mouse. J. Appl. Physiol. 96, 1658-1664 (2004).
- Stengel, P. W., Frazer, D. G., Weber, K. C. Lung degassing: an evaluation of two methods. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48, 370-375 (1980).
- Limjunyawong, N., Mitzner, W., Horton, M. A mouse model of chronic idiopathic pulmonary fibrosis. Physiol Rep. 2, e00249 (2014).
- Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung. J. Appl. Physiol. 110, 1455-1459 (2011).
- Brown, R. H., et al. The structural basis of airways hyperresponsiveness in asthma. J. Appl. Physiol. 101 (1), 30-39 (2006).
- Smargiassi, A., et al. Ultrasonographic Assessment of the Diaphragm in Chronic Obstructive Pulmonary Disease Patients: Relationships with Pulmonary Function and the Influence of Body Composition – A Pilot Study. Respiration: International Review of Thoracic Diseases. 87 (5), 364-371 (2014).
- Mitzner, W. Airway-parenchymal interdependence. Comprehensive Physiol. 2, 1921-1935 (2012).
- Johnson, J. W., Permutt, S., Sipple, J. H., Salem, E. S. Effect of Intra-Alveolar Fluid on Pulmonary Surface Tension Properties. J. Appl. Physiol. 19, 769-777 (1964).
- Palmer, S., Morgan, T. E., Prueitt, J. L., Murphy, J. H., Hodson, W. A. Lung development in the fetal primate, Macaca nemestrina. II. Pressure-volume and phospholipid changes. Pediatr. Res. 11, 1057-1063 (1977).
- Lum, H., Mitzner, W. A species comparisonof alveolar size and surface forces. Journal of Applied Physiology. 62, 1865-1871 (1987).
- Faridy, E. E. Effect of distension on release of surfactant in excised dogs’ lungs. Respir. Physiol. 27, 99-114 (1976).
- Faridy, E. E., Permutt, S., Riley, R. L. Effect of ventilation on surface forces in excised dogs’ lungs. J. Appl. Physiol. 21, 1453-1462 (1966).
- Comroe, J. H., Forster, R. E., Dubois, A. B., Briscoe, W. A., Carlsen, E. . The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. , (1962).
- Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).
