Medir a função respiratória em ratos usando Unrestrained pletismografia de corpo inteiro
Summary
A avaliação da fisiologia respiratória, tradicionalmente invocado técnicas, que exigem contenção ou sedação do animal. Unrestrained pletismografia de corpo inteiro, no entanto, fornece uma análise precisa, não-invasivo, quantitativo de fisiologia respiratória em modelos animais. Além disso, a técnica permite a avaliação repetida respiratório de ratos permitindo estudos longitudinais.
Abstract
A disfunção respiratória é uma das principais causas de morbidade e mortalidade no mundo e as taxas de mortalidade continuam a subir. A avaliação quantitativa da função pulmonar em modelos de roedores é uma ferramenta importante para o desenvolvimento de futuras terapias. Comumente utilizadas técnicas de avaliação da função respiratória, incluindo pletismografia invasivo e de oscilações forçadas. Embora essas técnicas fornecem informações valiosas, a coleta de dados pode ser repleta de artefatos e variabilidade experimental, devido à necessidade de anestesia e / ou instrumentação invasiva do animal. Em contraste, a desenfreada pletismografia de corpo inteiro (UWBP) oferece uma maneira precisa, não-invasivo, quantitativo por que analisar parâmetros respiratórios. Esta técnica evita o uso de anestesia e apoios, o que é comum para as técnicas tradicionais de pletismografia. Este vídeo vai demonstrar o procedimento UWBP incluindo o equipamento configurado, calibração e pulmão gravação função. Eleirá explicar como analisar os dados recolhidos, bem como identificar os outliers experimentais e artefatos que resulta da circulação de animais. Os parâmetros respiratórios obtidos utilizando esta técnica incluem o volume corrente, volume minuto, ciclo inspiratório, fluxo inspiratório ea relação entre tempo de inspiração para tempo de expiração. Não UWBP não dependem de habilidades especializadas e é barato para executar. Uma característica fundamental do UWBP, e mais atraente para os potenciais utilizadores, é a capacidade de executar medidas repetidas da função pulmonar no mesmo animal.
Introduction
A disfunção pulmonar é uma das principais causas de morbidade e mortalidade no mundo. A condição é caracterizada por troca de oxigênio inadequada, sinônimo de tosse, dores no peito e dispnéia. Contas de doença respiratória para ~ 10% de mortalidade em todo o mundo 1. Segundo a Organização Mundial de Saúde, as taxas de mortalidade são definidos a subir devido à persistência do tabagismo, poluição e irritantes ocupacionais. UWBP é uma adição útil para o estudo da fisiologia pulmonar, que complementa fortemente bioquímicos tradicionais e análises histológicas 2. Outros procedimentos utilizados para a avaliação de pulmão não oferecem as mesmas vantagens que UWBP. Pletismografia invasiva é uma técnica comumente utilizada, que exige que o animal seja anestesiado 3,4 e, portanto, as medidas respiratórias decorrentes não são necessariamente reflexo de um estado natural. Além disso, a exigência de desafios de ventilação mecânica e química impede futuras medições 3,4.Outro método de coleta de dados respiratória é de oscilações forçadas, o que é mais sensível às mais refinadas alterações nos parâmetros respiratórios em comparação com UWBP 5. Oscilação forçada é, no entanto, uma técnica invasiva e requer terminação dos animais para coleta de dados 5-7.
UWBP envolve a colocação de um animal dentro de uma câmara especializada. Durante a inspiração, o ar é aquecido de maré e humidificado dentro dos pulmões aumento da pressão do vapor de água e faz com que a expansão térmica do gás 8. Este efeito provoca uma alteração líquida no volume de ar criando um aumento da pressão no interior da câmara 8 pletismógrafo. O oposto ocorre durante a expiração criar uma forma de onda respiratória do animal. Análise de forma de onda é, então, usado para medir a partir do traço respiratória: freqüência respiratória (respirações / min), tempo total do ciclo respiratório (seg), inspiração / expiração tempo (Ti / Te, sec) e alterações na pressão devido a cada volume corrente (P T). <strong> A figura 1 ilustra cada origem medições de um rastreio respiratório. Estas medições são simples de calcular e vários parâmetros respiratórios podem ser derivadas a partir destas medições. Estes parâmetros incluem: O volume corrente (o volume de ar deslocado entre a inalação e exalação normal), volume minuto (volume de gás inalado pelos pulmões por minuto), ciclo inspiratório (a percentagem de tempo de inspiração para a duração total do ciclo de respiração) e taxa de fluxo inspiratório (a quantidade de ar inspirado em um dado momento).
UWBP fornece uma análise precisa, não-invasiva, quantitativa da fisiologia respiratória em modelos animais e pode ser utilizada para medir a progressão da doença respiratória e função pulmonar 6,9. Ao contrário de outras técnicas de pletismografia, UWBP evita o uso de anestesia, restrições e manipulações invasivas que produzem artefatos e experimental 6,9 variabilidade. A anestesia pode suprimir a respiração,alterar a freqüência cardíaca e pode ser um desafio para regular 10. Restrições induzir um aumento na respiração devido ao estresse adicional via corticosterona e adrenalina liberar 11,13. A principal característica do UWBP é repetido avaliação fisiológica tornando-se passíveis de estudos longitudinais. UWBP é altamente recomendável para a avaliação longitudinal de fisiologia pulmonar e oferece uma valiosa habilidade para futura avaliação do medicamento respiratório.
Bleomicina, ovalbumina, e hipoxia têm sido utilizados para induzir desafios respiratórias em diversos estudos e UWBP mediu sucesso pulmão precisas avaliação fisiológica 7,9,13-16. O protocolo descrito foi concebido para ratos de laboratório normais de adultos. No entanto, UWBP foi adaptado a outros animais tais como ratos, cobaias, e primatas não-humanos 17-20. UWBP não se restringe apenas à avaliação da disfunção pulmonar, mas também tem sido utilizada para a avaliação da maturação pulmonar 3.A versatilidade, simplicidade e reprodutibilidade dos UWBP estabeleceram uma excelente técnica para avaliar a função pulmonar em animais. Software Vários (ver materiais e equipamentos de mesa) serão obrigados a seguir este procedimento. Um cientista experiente seria capaz de realizar este protocolo com um rato dentro de 1 hora.
Protocol
Representative Results
Discussion
A técnica descrita aqui é um método não-invasivo para avaliação de parâmetros respiratórios de ratos sem restrições e não anestesiados. Os pontos fortes deste protocolo incluem sua simplicidade e precisão para medir a função pulmonar longitudinalmente com artefatos mínimos. Existem, no entanto, algumas limitações e passos críticos para ser notado sobre o procedimento. Em primeiro lugar e mais importante, o mouse deve manter a calma dentro da câmara por um período mínimo de cinco segundos. Adicionado…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Prof David Walker for his technical advice and provision of equipment in the development of this technique. This work is supported by the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Program. This work was partly supported by the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Program.
Materials
| LabChart 7 software (for Macintosh) | ADINSTRUMENTS | MLU60/7 | used in protocol step 4 |
| PowerLab 8/30 (model ML870) | ADINSTRUMENTS | PL3508 | |
| Octal Bridge Amp (model ML228) | ADINSTRUMENTS | FE228 | |
| Black BNC to BNC cable (1m) | ADINSTRUMENTS | MLAC01 | |
| Macintosh OS | Apple Inc. | – | Mac OS X 10.4 or later |
| Surgipack Digital Rectal Thermometer | Vega Technologies | MT-918 | |
| Grass volumeteric pressure transducer PT5A | Grass Instruments Co. | Model number PT5A; serial No. L302P4. | |
| 1ml Syringe | Becton Dickinson (BD) | 309628 | |
| 5ml serological syringe pipettes | Greiner Bio One | 606160 | Connected via plastic tubing |
| Balance/Scales | VWR International, Pty Ltd | SHIMAUW220D | Any weighing balance with of 0.1 gram resolution |
| HM40 Humidity & temperature meter | Vaisala | HM40A1AB | |
| Barometer | Barometer World | 1586 | |
| Laboratory tubing | Dow Corning | 508-101 | Used to connect water column to the syringe and pressure transducer |
| Cylindrical Perspex Chamber | Dynalab Corp. | Custom built cylindrical chamber with internal dimensions as follows: 50mm(w) x 1500mm(l). There are two lids for each side, with dimensions 80mm(l) x 80mm(w). Each lid has a 60mm wide circular hole cut on the face of the lid 50mm deep. This allows the chamber to fit into the lid. A rubber ring is fitted around each hole of the lid where the chamber will fit. For attachment of syringe and pressure transducer, the openings are 5mm in diameter. For attachment of humidity probe, the openings are 25mm in diameter. | |
| 80% Ethanol (4L) | VWR International, Pty Ltd | BDH1162-4LP |
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