Methode, um Muster der Atmung in seneszierenden Mäusen durch hemmungslose Barometrische Plethysmographie zu erhalten
Summary
Hemmungslose Barometrische Plethysmographie wird verwendet, um das Muster der Atmung bei wachen Mäusen zu quantifizieren. Wir zeigen, dass 15 s Segmente unter einem standardisierten Protokoll ähnliche Werte wie eine längere Dauer der leisen Atmung anzeigen. Diese Methode ermöglicht auch die Quantifizierung von Apnoe und Augmented Atem während der ersten Stunde in der Kammer.
Abstract
Die hemmungslose Barometrische Plethysmographie (UBP) ist eine Methode zur Quantifizierung des Atmungsmusters bei Mäusen, bei der Atemfrequenz, Gezeitenvolumen und Minutenbeatmung routinemäßig berichtet werden. Darüber hinaus können Informationen über die neuronale Leistung der Atmung gesammelt werden, einschließlich der Existenz von zentralen Apnoen und augmented Atem. Eine wichtige Überlegung für UBP ist es, ein Atmungssegment mit minimalen Auswirkungen von ängstlichen oder aktiven Verhaltensweisen zu erhalten, um die Reaktion auf Atemprobleme aufzuklären. Hier stellen wir ein Protokoll vor, das kurze, leise Grundlinien bei gealterten Mäusen ermöglicht, vergleichbar mit dem Warten auf längere Anfälle von stiller Atmung. Die Verwendung kürzerer Zeitabschnitte ist wertvoll, da einige Mäusestämme zunehmend erregbar oder ängstlich sein können und längere Perioden der stillen Atmung nicht innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens erreicht werden können. Wir platzierten 22 Monate alte Mäuse in einer UBP-Kammer und verglichen vier 15 s ruhige Atmungssegmente zwischen den Minuten 60–120 mit einer längeren 10 min leisen Atmungsphase, die 2–3 h dauerte. Wir erhielten auch Zählungen von zentralen Apnoen und augmentierten Atemzügen vor den ruhigen Atmungssegmenten, nach einer 30 min Eingewöhnungszeit. Wir zeigen, dass 10 min leise Atmung mit einer viel kürzeren 15 s Dauer vergleichbar ist. Darüber hinaus kann die Zeit bis zu diesen 15 s ruhigen Atmungssegmenten verwendet werden, um Daten über Apnoen zentralen Ursprungs zu sammeln. Dieses Protokoll ermöglicht es den Forschern, Muster-Atmungsdaten in einer festgelegten Zeit zu sammeln und macht ruhige Basismaßnahmen für Mäuse möglich, die erhöhte Mengen an erregbarem Verhalten aufweisen können. Die UBP-Methodik selbst bietet eine nützliche und nichtinvasive Möglichkeit, Atmungsmusterdaten zu sammeln, und ermöglicht es Mäusen, über mehrere Zeiträume hinweg getestet zu werden.
Introduction
UBP ist eine gängige Technik zur Beurteilung von Atemmustern1,2,3,4. Bei dieser Methode werden Mäuse in einer geschlossenen Kammer platziert, in der Druckunterschiede zwischen der Hauptkammer (wo das Tier untergebracht ist) und einer Referenzkammer durch einen Pneumochographen gefiltert werden, um Werte zu erhalten. Die daraus resultierende UBP-Einrichtung ist nicht invasiv und hemmungslos und ermöglicht die Bewertung von Atemwegsmaßnahmen ohne Anästhesie oder Operation. Darüber hinaus eignet sich diese Technik für Studien, die im Laufe der Zeit mehrere Messungen in derselben Maus erfordern. Variablen wie Atemfrequenz, Gezeitenvolumen und Minutenbelüftung können mit dieser Methode, während einer einzigen Studie oder über mehrere Versuche quantifiziert werden. Ganzkörper-UBP bietet auch Messungen der Spitzenströme und der Atemzyklusdauer. Zusammen quantifizieren diese Parameter das Atmungsmuster. Die aufgezeichneten Atemspuren ermöglichen es auch, die Daten zu überprüfen und die Anzahl der zentralen Apnoen zu zählen, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums angezeigt werden. Diese Anzahl kann zusammen mit einer Analyse des Gezeitenvolumens und der inspiratorischen Zeiten verwendet werden, um andere Veränderungen im Atmungsmuster zu messen.
Während es mehrere nichtinvasive Plethysmographie-Techniken für die direkte Beurteilung der pulmonalen physiologischen Parameter gibt, ermöglicht ganzkörperliches UBP eine Möglichkeit, die Atemfunktion mit minimalem Unmut für die Maus abzuschirmen. Die Kopf-out-Plethysmographie, die Gezeitenmittelexipirationsfließmaßnahmen nutzt und auch nicht invasiv ist, beruht auf Zurückhaltung, wie viele andere Arten der Plethysmographie (z. B. Doppelkammerplethysmographie). Während diese Methoden in Nagetiermodellen verwendet wurden, um die Reaktionsfähigkeit der Atemwege zu messen5, kann die Verwendung von Halshalsbändern oder kleinen Rückhalterohren Mäusen (im Vergleich zu anderen Arten) länger zeitnehmen, um sich an ihre Atmung zu gewöhnen und ihre Atmung wieder auf Ruheniveau zu bringen.
Die Erlangung eines optimalen Luftatmungssegments ist eine wichtige Überlegung für Basisvergleiche. Der verstärkte Einsatz kommerziell erhältlicher Plethysmographiesysteme ermöglicht das Sammeln von Atmungsmusterdaten in vielen Laboratorien. Wichtig ist, dass das Atmungsmuster während des gesamten Sammelzeitraums variabel ist, insbesondere für Mäuse. Dabei ist es notwendig, die Basisanalyse zu standardisieren, um sicherzustellen, dass das Ausbildungsniveau der Experimentatoren die Ergebnisse nicht verwirrt. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, ein luftatmendes Segment zu sammeln, das als ein Bereich der Variation zwischen experimentellen Designs dient. Ein Beispiel ist die Mittelung der letzten 10–30 min Daten nach einem zuvor definierten Satz von Zeit innerhalb der Kammer1, während eine andere Methode beinhaltet zu warten, bis die Maus für 5–10 min6sichtbar ruhig ist. Letzteres kann 2-3 h dauern, um zu erreichen, und in einigen Fällen muss eine Prüfung möglicherweise abgebrochen werden, wenn die Maus nicht lange genug ruhig ist. Diese Sorge ist eine besonders wichtige Überlegung für Stämme von Mäusen, wo beobachtete Verhaltensweisen ängstlicher und erregbarer sind7. Diese Mäuse können länger brauchen, um sich an die Kammerumgebung anzupassen und nur für kurze Zeitausbrüche ruhig zu bleiben. Durch die Begrenzung der Zeit für die Baseline-Sammlung wird die Kammerzeit für jede Maus standardisiert.
Es ist entscheidend, dass Die Experimentatoren eine geeignete Ausgangsbasis erhalten, die Ruheverhaltenswerte in der Maus umfasst, aber auch zeitnah auftritt. Daher besteht das Ziel dieses Berichts darin, eine Beschreibung der Methoden zu liefern, die verwendet werden, um kurze stille Ausgangswerte für Atemparameter bei Mäusen zu erhalten. Darüber hinaus berichten wir, dass Apnoen und augmentierte Atemzüge während der ersten Stunde in der Kammer quantifiziert werden können.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Protokoll liefert Informationen über eine stille Atmungsbasislinie bei Mäusen sowie das Sammeln von Daten über zentrale Apnoen und erweiterte Atemzüge. Die repräsentativen Ergebnisse zeigen, dass eine 10 min ruhige Grundlinie ein ähnliches Atmungsmuster aufweist, verglichen mit durchschnittlich vier 15 s Anfällen für eine Kohorte alter Mäuse. Wichtig ist, dass die 15-S-Kämpfe statistisch nicht unterschiedlich sind, noch haben diese Gruppen Unterschiede in der Variation voneinander mit Levenes Test. Diese Da…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Angela Le, Sarah Ruby und Marisa Mickey für ihre Arbeit zur Erhaltung der Tierkolonien. Diese Arbeit wurde von 1R15 HD076379 (L.R.D.), 3R15 HD076379 (L.R.D. zur Unterstützung von CNR) und dem McDevitt Undergraduate Research Fellowship in Natural Sciences (BEE) finanziert.
Materials
| Carbon Dioxide Analyzer | AEI Technologies | CD-3A | |
| Carbon Dioxide Sensor | AEI Technologies | P-61B | |
| Computer | must be compliant with Ponemah requirements | ||
| Drierite beads | PermaPure LLC | DM-AR | |
| Flow Control | AEI Technologies | R-1 | vacuum |
| Flowmeter | TSI | 4100 | need one per chamber and one for vacuum |
| Gas Mixer | MCQ Instruments | GB-103 | |
| Gas Tanks | Haun | 100% oxygen, 100% carbon dioxide, 100% nitrogen – food grade, or pre-mixed tanks for nomal room air and gas challenges | |
| Oxygen Analyzer | AEI Technologies | S-3A | |
| Oxygen Sensor | AEI Technologies | N-22M | |
| Polyurethane Tubing | SMC | TUS 0604 Y-20 | |
| Ponemah Software | DSI | ||
| Small Rodent Chamber | Buxco/DSI | ||
| Thermometer (LifeChip System) | Destron-Fearing | any type of thermometer to take accurate body temperatures is appropriate, but the use of implantable chips allows for minimal disturbance to animal for taking several body temperature measurements while the animal is still in the UBP chamber | |
| Transducers | Validyne | DP45 | need one per chamber |
| Whole Body Plethysmography System | Data Science International (DSI) | Includes ACQ-7700, pressure/temperature probes, etc. |
References
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