Fare Akciğerler Basınç-hacim Eğrisi Ölçümü
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
Son yıllarda fare akciğer hastalıklarının çeşitli hayvansal birincil modeli haline gelmiştir. Amfizem veya fibrozis modelleri ise, temel fenotipik değişiklikler en iyi akciğer elastikiyetinin değişikliklerin ölçümü ile değerlendirilir. En iyi farelerde bu tür patolojilerin altında yatan spesifik mekanizmaları anlamak için, gelişmekte olan patolojiyi yansıtan fonksiyonel ölçümler yapmak esastır. Elastikiyet ölçmek için birçok yol olmasına rağmen, klasik bir yöntem total akciğer basıncı-hacim (PV) eğrisi akciğer hacimlerinin tüm aralığında yapılır olmasıdır. Bu ölçüm neredeyse 100 yıl öncesine dayanan neredeyse tüm memeli türlerinden yetişkin akciğerler üzerinde yapılmış ve bu PV eğrileri de fetal akciğer gelişiminde akciğer yüzey işlevi keşif ve anlayış önemli bir rol oynamıştır. Ne yazık ki, bu tür toplam PV eğrileri yaygın onlar macrosc hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir olmasına rağmen, fare rapor edilmemiştirAkciğerde yapısal değişikliklerin OPIC etkileri. Akciğer hacmi sadece değişiklikleri ölçen kısmi PV eğrileri bazen rapor rağmen, mutlak hacim ölçüsü olmadan, toplam PV eğrisinin doğrusal olmayan yapısı yorumlamak için bu kısmi olanlar çok zorlaştırır. Bu çalışmada, total PV eğrisi ölçmek için bir standart şekilde açıklayın. Biz daha sonra iki ortak akciğer patolojileri, amfizem ve fibrozis fare akciğer yapısındaki değişiklikleri algılamak için bu eğrilerin yeteneğini test ettik. Sonuçlar bu patolojilerin ile beklenen yapısal değişikliklerle uyumlu çeşitli değişkenlere önemli değişiklikler göstermiştir. Farelerde akciğer PV eğrisinin Bu ölçüm, böylece zamanla patofizyolojik değişiklikler ve tedavi işlemlerinin potansiyel etkisinin ilerlemesini izlemek için basit bir araç sağlar.
Introduction
Fare hemen akciğer hastalıkları, çeşitli birincil hayvan modelidir. Amfizem veya fibrozis modelleri ise, temel fenotipik değişiklikler en iyi akciğer elastikiyetinin değişiklikleri ölçerek değerlendirilir. Elastikiyet ölçmek için birçok yol olmasına rağmen, klasik bir yöntem olduğunu total akciğer kapasitesi (TLC) rezidüel hacim (RV) ölçülen toplam basınç-hacim (PV) eğrisinin. Bu ölçüm neredeyse 100 yıl 1-3 uzanan neredeyse tüm memeli türlerinden yetişkin akciğerler üzerinde yapılmıştır. Böyle PV eğrileri de fetal akciğer gelişimi 4-7 akciğer yüzey işlevi keşif ve anlayış önemli bir rol oynamıştır. Akciðer fenotip bir ölçümü olarak PV eğrisi önemine rağmen, bu ölçümü gerçekleştirmek için standart bir yol olmuştur. Bu şişirme ve ayrık adımlarla akciğer (her birinden sonra dengeleme için bir değişken bekleme süresi) deflating veya pompa ile basitçe yapılmış olduğunusürekli şişirmek ve akciğer Söndür edebilirsiniz. PV eğrisi genellikle sıfır ve bazı kullanıcı tanımlamak akciğer kapasitesi arasında bir hacim aralığında yapılır, ancak farklı laboratuvarlar tarafından bildirilen her basınç volüm süresi, saat 2 birkaç saniye 8 arasında değişen, son derece değişken olmuştur. Bazı araştırmacılar statik veya Yarı-durgun gibi bu total akciğer PV eğrisi bakın, ama bu küçük fikir sunmak nitel terimlerdir ve burada kullanılmamaktadır. Buna ek olarak, PV eğrisi yaygın olarak akciğer yapısal değişikliklerin makroskopik etkileri hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir olmasına rağmen, fare rapor edilmemiştir.
Birkaç konular da dahil olmak üzere PV eğrisi edinimi değişkenlik neden olmuştur: enflasyon ve deflasyon 1) oranı; 2) enflasyon ve deflasyon için basınç geziler; ve 3) araç mutlak akciğer hacim ölçümü belirlemek için. Burada yöntem, mevcut olarak, 3 ml / dakikalık bir hızla bir Compromis olarak seçilmiştirBüyük kohortlarını eğitim, özellikle ölçüm pratik yapmak için e değil, çok kısa olarak varlık normal ventilasyon ve çok yavaş değil ilişkili dinamik elastikiyet yansıtacak. Bir C57BL / 6 sağlıklı fare nominal toplam akciğer kapasitesi 1.2 ml 9 sırasına olduğundan, bu oran genellikle tam iki PV yaklaşık 1.5 dakika içinde yapılması gereken döngüler kapalı tanır.
PV eğrileri bildirilmiştir genişletilmiş literatürde kullanılan pik şişirme basıncı 40 cm H 2 O olarak düşük 20 olarak değişen, son derece değişken olmuştur Bu değişkenlik Bölüm türlerle ilgili olabilir, ancak PV eğrileri için üst basınç sınırı ayarlama birincil hedefi total akciğer kapasitesi (TLC), ya da maksimal akciğer hacmi akciğer şişirmek için. İnsanlarda TLC bireysel yapabilirsiniz maksimal istemli çaba tarafından tanımlanır, ama ne yazık ki bu herhangi bir hayvan modelinde çoğaltılamaz asla. Böylece, deneysel PV eğrileri maksimum hacim caydırmak olduğunukeyfi araştırmacı tarafından belirlenen maksimum basınç ile mayınlı. gol PV eğrisi düz bir basıncını ayarlamak için, ama ne yazık ki bir memeli akciğer PV eğrisinin enflasyon uzuv asla düz. Yani çoğu araştırmacı tipik enflasyon eğrisi ölçüde düzleştirmek başlar basınç, 30 cm H 2 O set Fare Ancak, PV eğrisi enflasyon uzuv üzerinde bir çift kambur daha da karmaşık ve bu enflasyon uzuv çoğu hala 30 cm H 2 O 10 de dik yükselen nerede, yani 30 için iyi bir bitiş noktası değil PV eğrisi. Bu nedenle, biz incelenen tüm suşların enflasyon uzuvları düzleştirmek başlar hangi bir basınç fare PV eğrisi için basınç sınırı olarak 35 cm H 2 O kullanın.
PV eğrisi kendisi çok doğrusal olmayan olduğundan, bir PV döngü görünümü eğrisi başladığı hacmi bağlıdır. Bazı ticari vantilatörler F başlayarak, kullanıcılar büyük PV döngüler yapmak için izinRC, ancak FRC hacmi bilinmiyorsa o zaman bu değişiklikler sadece başlangıç hacmi bir değişiklik meydana gelebilir çünkü, herhangi bir patoloji ile böyle PV eğrisi değişiklikleri yorumlamak mümkün değildir, ve akciğerde değil yapısal değişiklikler. Böylece mutlak bir hacim ölçümü olmadan, PV eğrileri yorumlamak ve böylece az yarar var neredeyse imkansız. Akciğer hacimleri ölçmek için çeşitli yollar vardır rağmen, bunlar genellikle hantal ve özel ekipman gerektirir. Burada anlatılan basit bir yaklaşım, PV eğrisi bir in vivo gazdan arındırma işleminden sonra sıfır hacim başlar.
Özetle, bu kağıt fare akciğer akciğer PV eğrisi ölçümü standardize etmek için basit bir yöntem gösterir, ve akciğer yapısı ile bağlantılı olan bu eğri hesaplanabilir birkaç ölçümlerini tanımlar. PV eğrisi ve böylece iletişimi ile farelerde fenotipik yapısal değişiklikleri tespit edememek doğrudan uygulaması vardır bir solunum fonksiyon testi sağlarBöyle amfizem ve fibrozis gibi akciğer patolojileri üzerine.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda basit bir tekrarlanabilir bir yöntem farelerde fenotiplendirme akciğer elastikiyetinin, toplam akciğer PV eğrisinin klasik yöntem ölçmek için tarif edilmiştir. Bu tür eğriler pulmoner surfaktan keşif ve akciğer istikrarın sağlanması önemi etkili olmuştur. İşte PV eğrisi aynı zamanda yetişkin fare akciğerlerde akciğer elastikiyet ile ilgili çeşitli değişkenler ölçmek için bir araç temin yararlıdır nasıl gösterilir. Fare akciğerlerde patolojik değişiklikler oluşturmak i?…
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).
