本稿の目的は、二重チャンバー容積脈波による意識下マウスにおける呼吸機能を評価するための推奨される手順の詳細な説明を提供するためにです。
体ボックス内で自発的に呼吸意識件名によって作成された空気の体積変化は、脈波、人体で実験動物の呼吸機能のいくつかの機能を非侵襲的に評価するための技術の基礎です。今回は小動物でダブル室脈 (DCP) のアプリケーションに焦点を当てください。正常に非侵襲的な方法で動物を自発的に呼吸を意識し、呼吸機能を評価するための詳細なステップバイ ステップの手順と同様に、方法論に関する背景情報を提供します。DCP は、繰り返し、並列、同様選択した期間にわたって噴霧物質による変化を識別するために複数の動物の呼吸の機能を監視する使用できます。関連の利点および欠点を議論に制御とアレルギー マウスに関する実験も本手法の有用性を示す、関連付けられている結果パラメーターを説明する使用します。全体的にみて、DCP は、ベースライン時と噴霧物質と課題後の両方の意識の小動物の呼吸機能を評価する信頼できる有効かつ理論的に音の読み出しを提供します。
モデル人間の呼吸器疾患に小動物の使用の増加は、これらの動物の呼吸器系の機能を定量的に評価する手法の開発を求めています。現在、強制振動法 (FOT) は、小動物1,2呼吸力学を評価する最も正確な方法として認識されます。ただし、表現型解析の不確定性原理によって示されるように、FOT の測定精度で得られる何がトレードオフの非侵襲性3の損失に対して。確かに、FOT 測定機械換気; と同様、麻酔、気管切開術または経口挿管を必要とする高度に制御の実験条件下で取得します。現実から遠いシナリオ。
実験的要件が麻酔剤の使用を禁止したり、動物の自然な生理学的な状態からほとんど、あるいは全くの偏差のコールの状況で二重チャンバー容積脈波 (DCP) を見なすことができます。その名前が示すようには、動物の頭 (鼻)、前室、その胸郭から可能な限り密閉分離に建てられた 2 つの接続された剛体部屋 DCP セットアップ後部チャンバー内で構成されます。セットアップ内で動物は意識は、拘束されている間自発的に呼吸します。部屋の壁は、展開または撤回できない、ために対応する後部室内周囲の空気の圧縮/圧縮解除の結果として逆の波形が動物のロットアウトの空気の動きを生成します。チェンバー前部と後部室で胸部の運動にかかわるもの鼻流による波形はこうして分離し、同時にキャプチャできます。DCP 設定のデザインに応じてそれぞれ燃焼室圧力や気流、室の入出庫に時間の関数として変更を記録する圧力トランスデューサーまたは pneumotachographs のセットを使用してこれらの波形を取得ことができます。後者のアプローチは、今日ではより一般的です。
状況が一回換気量と換気関連パラメーター (例えば、分時換気量の定量のための同じではない動物の呼吸周波数を正確に決定するには、容積脈波技術の任意の種類によって中、呼気量、等)。ボックス信号4,5から動物の一回換気量を推定は全身プレチスモ グラフ (WBP) テクニックではなくは、DCP 手法は、一回換気量の正確な評価を提供します。これは呼吸時に肺気量の変化に比例している後部室で動物の胸部の動きの直接の取得に関連します。
呼吸サイクルの形でいくつかの障害は、これら正確な換気パラメーター (例えば、一回換気量、呼吸周波数と分時換気量)、に加えて、支配神経の側面を調査するも使用できます、呼吸ドライブまたは呼吸反射。そのアプリケーションの具体例を上気感覚ニューロン6吸入物質の苛立ちの潜在性の評価となります。ここでは、有効期限の開始時に一時停止の期間は、終了吸気ポーズ (EIP) ブレーキ6の期間とも呼ばれますと呼ばれるパラメーターを使用して決定されます。刺激性物質による一時停止の延長は有効期限6、7の最初の部分でブレーキの測定期間を引き起こしている動物の声門の閉鎖に関連付けられます。
DCP のもう一つの重要な利点は、気流閉塞に敏感な 2 つの検証および明白なパラメーターを提供することです。1 つは半ば呼気呼気量で流れと呼びます、省略 EF508,9,10です。有効期限中に中間量潮呼吸のたびに空気の流れです。EF50 胸部フロー トレースから抽出され、(すなわち頭を構成で) 前室なし従って測定することができます。もう一つは特定の気道抵抗と省略 sRaw11,12,13です。SRaw の定量には、インスピレーションの終わりに流量ゼロの時点でこれらの別の呼吸のトレース間の遅延時間から計算される動物の鼻と呼吸器の流れの同時記録が必要です。この遅延が sRaw に関連する基礎を説明する理論的根拠は題して以前11。肺気量の変化を単に置く、圧力勾配は、順番に車で空気の流れを開発する必要があるので空気の動きの前に。静かな呼吸健康な動物、この遅延は通常非常に小さいです。ただし、(例えば、十分な換気を提供するための十分な流れ) 与えられた流れに対応するために必要な圧力勾配は、気道抵抗の程度に影響されます。気道攣縮、中にたとえば、与えられた流れに対応するために必要な圧力の勾配が大きい、一生懸命呼吸をしている動物を意味します。動物の胸腔内の圧力の大きい勾配も意味は、チェンバー後部の入出庫の流れの大部分が減圧/合計胸部拡大/収縮の部分である胸郭内の空気の圧縮のため鼻の流れとフェーズのうち。気道攣縮による抵抗の増加は、リアとフロントの部屋間の遅延が長くなります、sRaw をそれにより増加します。空気を肺のロットアウト ドライブ圧力勾配は最初胸部体積 (TGV) によっても影響されます。大きい TGV でたとえば、与えられた圧力勾配を生成するために必要な胸郭の拡張/収縮が大きい (単に圧力の指定したグラデーションを生成するために必要な容積が大きいので)、またことを意味する、動物は、呼吸も懸命に仕事を持っています。もう一度、これらの余分な胸部変位胸郭内の空気の圧縮/圧縮に必要なもの、したがって鼻フローの位相ずれに。だから、増加の TGV は両院間の遅延も増えます、sRaw をそれにより増加します。見られる、気道攣縮および増加の TGV はロットアウト肺の空気を描画するより重要な努力の結果します。これは、本質的に、吸入後の生理学的な意味です。5,14を呼吸のために必要な作業を表します。
SRaw 2 つの異なる要因に影響を与えることを理解することが重要ですこのように: 気道抵抗および TGV。実際には、吸入後は気道抵抗および TGV11の製品として表現できます。意識した動物は、与えられた環境への換気を適合させる予定で、TGV を変更できます。動物の自然な生理状態が変更された、このような条件下でそれはない従って sRaw で変更茎の気道抵抗の変化、TGV、変更または 2 つのミックスからかどうかを識別します。したがって、呼吸力学および/または FOT1,15によって提供されるような肺気量のさらに侵襲的な測定と DCP の評価を補完することをお勧めします。
日には、DCP を各種研究用途で使用されています。テクニックに頭の商工会議所の有無定量的と使える薬剤、アレルゲン、刺激または他のメディエーターなどの様々 な物質の意識した小動物の呼吸機能に及ぼす影響を正確に評価16,17,18。前室を噴霧物質またはさまざまなガス濃度(低酸素、炭酸ガス等)19公開室として使用もできます。便利に、それは付随して急性影響これらのエクスポー ジャーを測定する 1 つことができます。実際には、DCP の一般的な用途の 1 つは呼吸器疾患20,21,22,23,の異なるモデルで噴霧メサコリンに対する反応性の程度を評価するためには24,25。
DCP 法は一見簡単ですが、いくつかの実践的な課題でした可能性のある経験の浅いユーザーを阻止または正確さと、結果の再現性を損ないます。本稿では、意識、自発呼吸抑制マウスの DCP によって正常にレコードの呼吸機能に推奨される手順の詳細な説明を提供します。説明が記載されている機器に固有の (材料の表を参照してください)。肺のアレルギー性炎症でベースライン テスト マウス 2 系統および噴霧メサコリンに応答の一般的なモデルにユーティリティと DCP の値も示します。
意識した動物の肺機能を測定する能力は、呼吸の研究で明確に保証されます。一般に、DCP は意識と自発的に呼吸動物26呼吸器の換気機能を評価するための興味深いアプローチです。具体的には、DCP、またはその頭をバリアントしばしば提供情報の質と侵襲性3 (表 2) の必要なレベルとの間の適切なバランスを打ちます。技術の種 (例えばマウス、ラット、モルモット) や動物のサイズに合わせることができるし、多くの研究用途で使用することができます。平行調査設計、繰り返し方法で呼吸機能を監視し、時間をかけて応答の動態をキャプチャで一度に多数の動物を評価するために特に便利です。さらに、技術は簡単で、比較的タイムリーに学ぶことができます。この実践的な側面を記述する例に重要なステップを議論脈、同様の手法を拘束し、関連に使用されたマウスの DCP 測定を用いたプロトコル本稿での結果。
ときに意識した動物での作業、再現可能な結果を生成するために周囲の環境 (例えば、静かな部屋で限られた数の人々 や活動の) の条件を制御するが欠かせません。以来、restrainers は様々 な寸法に来て、適切なサイズと、呼吸運動が摂動を開始することが重要です。それはまた有用、しばしば動物実験の設定と手順を適応する必要それはよく確立されてマウスの拘束が呼吸周波数12に影響を与えることとして。実験的なデザインや条件によって増分期間の複数のセッションが必要かもしれない。最後に、実験の開始時に時間を許可する部屋の変更と必要な処理を調整する動物は立証されて、呼吸パターンが一貫して定期的かつベースラインでリラックスしたように簡単な考察。どこに動物が快適でよく適合し、穏やかな条件下での作業は、結果の変動や品質の面で有益なもなります。また、気道の口径の増加し、誘発気道収縮を弱める可能性のあるカテコールアミン、ストレス リリースを制限します。
できるだけ限り密閉の鼻と呼吸器の流れを分離する必要があることを理解することが重要です。システムや種の検討、効果のように同様の形でシール機構によって異なります。我々 はここに記載されている DCP、動物の鼻と保全機器シールが作成されます。DCP によって呼吸機能を評価する際も十分かつ継続的なバイアス フローを提供する本質的な動物に利用できる酸素のレベルの減少が大きな影響を及ぼすになります。落の動物の幸福を考慮して撹拌によって作成された空気漏出のための傾向を制限し、それによってデータの品質を最大化します。一方、シールの破れが拒否されたデータセットまたはいくつかのパラメーターの過小評価になります。
さらに鼻フロー信号の別の記録を有効にするで、頭の商工会議所は噴霧物質に動物を公開する通常使用されます。この記事で示すように、これは応答性の程度を示すための bronchoprovocation テストを実行する使用できます。そのような実験テストされた濃度の範囲の調整が必要になる種、緊張、または動物の性別に応じて検討します。以前に実証8,9,10,27, として存在に示したように、気道抵抗の侵襲の FOT 計測とよく相関した sRaw のメサコリン誘発性変化、.結果はまた DCP 技法が呼吸障害を検出し、肺 (肺組織や小さな末梢気道) の下のコンパートメント内にあるローカライズされた変更された応答を識別する能力の評価に敏感でないことを示す.エアロゾルの分布と堆積から貢献を湿らせるのまた気流28合計の呼吸抵抗の最も大きい部分を占める上部の航空路の存在できます影響を与える動物の気道はそのままなので測定値に低い航空路です。表 3は、DCP のテクニックと、FOT 間の相違点をまとめたものです。最後に、それは理論的に sRaw の測定から動物の合計気道抵抗 (上部の航空路を含む) を見積もることができるだろうが、一般に勧めなど侵襲的な計測と DCP 評価を補完するために詳細な呼吸力学の直接測定を取得する FOT29 。研究の目的によって上気道抵抗の測定も考えられる30,31,32。
結論
その程度の侵襲により DCP は呼吸の研究の重要なニーズを満たすことができる手法です。気流閉塞のいくつかの明白なインデックスと並行して意識した動物における換気パターンの正確な読み出しを提供することです。得られた情報も本当により侵襲的アプローチから補います。
The authors have nothing to disclose.
SML は健康の研究のカナダの協会からの就労を支え、MG に支えられて、FRQS の呼吸器の健康ネットワークから奨学金 (フォン ・ ド ・凝ったケベック – 健康)、YB は FRQS から研究員。
著者の貢献
すべての著者は、原稿やビデオの概念に貢献しました。SML と LD は、データを収集しました。SML、LD、YB、DM、DB、AR は、人物や原稿執筆の生成データ解析に貢献しました。YB、AR、KL と MG ビデオ スクリプトの準備に関与していた。YB、KL、MG での公演も実施。
Acetyl-β-methylcholine chloride | Sigma-Aldrich | A-2251 | Methacholine |
Phosphate buffered saline | Multicell | 311-506-CL | PBS 10X |
House dust mite extract | GREER | 290902 | HDM |
DCP complete system | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
iox software | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
Aerogen Aeroneb nebulizer | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES | ||
flexiVent FX complete system | SCIREQ Inc. /emka TECHNOLOGIES |