Kontrolsüz Barometrik Plethysmography ile Senescent Farelerde Nefes Alma Şekli Elde Etme Yöntemi
Summary
Unrestrained barometrik plethysmography uyanık farelerde solunum paterni ölçmek için kullanılır. Standart bir protokol altında 15 s segmentleri sessiz nefes uzun bir süre benzer değerleri görüntülemek olduğunu göstermektedir. Bu metodoloji aynı zamanda apne ve artırılmış nefeslerin haznedeki ilk saat boyunca ölçülmesine olanak sağlar.
Abstract
Sınırsız barometrik pletirmografi (UBP), solunum sıklığı, gelgit hacmi ve dakika havalandırmasının rutin olarak raporlandığı farelerde solunum paternini ölçmek için kullanılan bir yöntemdir. Ayrıca, merkezi apne ve artırılmış nefes varlığı da dahil olmak üzere, solunum nöral çıkışı ile ilgili bilgi toplanabilir. UBP için önemli bir husus endişeli veya aktif davranışların en az etkisi ile bir nefes segmenti elde etmektir, solunum zorluklarına yanıt açıklamak için. Burada, yaşlı farelerde kısa ve sessiz taban çizgilerinin elde edilmesine olanak tanıyan bir protokol sıyoruz, daha uzun nefes alma nöbetlerini beklemekle karşılaştırılabilir. Farelerin bazı suşları giderek daha heyecanlı veya endişeli olabilir ve sessiz nefes alma uzun süre makul bir zaman dilimi içinde elde olmayabilir gibi kısa zaman segmentleri kullanımı değerlidir. 22 aylık fareleri UBP odasına yerleştirdik ve dakikalar arasında 4 adet 15 s sessiz nefes alma segmentini 60-120 dakika arasında, elde etmek için 2-3 saat süren daha uzun 10 dk sessiz nefes alma periyoduna karşılaştırdık. Ayrıca 30 dk’lık bir alışma dönemini takiben, sessiz nefes segmentlerinden önce merkezi apne ve artırılmış nefes sayımları elde ettik. Biz 10 dakika sessiz nefes çok daha kısa 15 s süresi kullanarak karşılaştırılabilir olduğunu göstermektedir. Ayrıca, bu 15 s sessiz nefes segmentleri kadar önde gelen zaman merkezi kökenli apne ile ilgili veri toplamak için kullanılabilir. Bu protokol, araştırmacıların belirli bir süre içinde nefes alma deseni verilerini toplamasına olanak tanır ve fareler için daha fazla heyecan verici davranış sergileyebilecek sessiz temel önlemleri uygulanabilir kılar. UBP metodolojisi kendisi, nefes alma deseni verilerini toplamak için yararlı ve noninvaziv bir yol sağlar ve farelerin birkaç zaman noktasında test edilmesine olanak tanır.
Introduction
UBP solunum desenleri1,2,,3,4değerlendirilmesi için ortak bir tekniktir. Bu yöntemde fareler, ana hazne (hayvanın bulunduğu yer) ile referans odası arasındaki basınç farklarının değer elde etmek için pnömonikokografyoluyla filtrelendiği kapalı bir odaya yerleştirilir. Ortaya çıkan UBP kurulumu noninvaziv ve sınırsızdır ve anestezi veya ameliyat şartı olmadan solunum önlemlerinin değerlendirilmesini sağlar. Ayrıca, bu teknik zaman içinde aynı farede birden fazla ölçüm gerektiren çalışmalar için uygundur. Solunum frekansı, gelgit hacmi ve dakika havalandırması gibi değişkenler bu yöntemle, tek bir deneme sırasında veya birkaç denemede ölçülebilir. Tüm vücut UBP de pik akışları ve solunum döngüsü süresi önlemleri sağlar. Birlikte, bu parametreler solunum deseni ölçmek. Kaydedilen solunum izleri, verilerin gözden geçirilmesini ve belirli bir süre içinde görüntülenen merkezi apne lerin sayısını saymayı da mümkün kılar. Bu sayı, nefes alma paternindeki diğer değişiklikleri ölçmek için gelgit hacmi ve inspiratuar zamanların analizi ile birlikte kullanılabilir.
Pulmoner fizyolojik parametrelerin doğrudan değerlendirilmesi için çeşitli noninvaziv pletirmografi teknikleri mevcut olmakla birlikte, tüm vücut UBP fareye en az gereksiz stres ile solunum fonksiyonu için tarama için bir yol sağlar. Gelgit orta ekspiratuar akış ölçütlerini kullanan ve aynı zamanda noninvaziv olan baş-out pletismografi, diğer birçok plethysmografi türünde (örn. çift odalı pletismografi) olduğu gibi kısıtlamaya dayanır. Bu yöntemler hava yolu duyarlılığını ölçmek için kemirgen modellerinde kullanılmış olsa da5,boyun yakalarının veya küçük bağlama tüplerinin kullanımı farelerin (diğer türlere karşı) alışması ve solunumlarını dinlenme seviyelerine döndürmesi için daha uzun sürebilir.
Optimum bir hava soluyan segment elde etmek temel karşılaştırmalar için önemli bir husustur. Ticari olarak mevcut pletismografi sistemlerinin kullanımının artması, birçok laboratuvarda nefes alma deseni verilerinin toplanmasımümkün kılmaktadır. Daha da önemlisi, nefes alma deseni toplama dönemi boyunca, özellikle fareler için değişkendir. Bununla birlikte, deneycilerin eğitim düzeyinin sonuçları şaşırtmamasını sağlamak için temel analizi standartlaştırmak gerekir. Deneysel tasarımlar arasında bir varyasyon alanı olarak hizmet veren, bir hava soluma segmenti toplamak için çeşitli yollar vardır. Bir örnek, oda1içinde daha önce tanımlanmış bir zaman kümesini izleyerek son 10-30 dk veri ortalamaiçerir, başka bir yöntem fare 5-10 dk6için gözle görülür sakin olana kadar bekleme içerir. İkinci ulaşmak için 2-3 saat sürebilir ve bazı durumlarda, fare yeterince uzun süre sakin değilse bir deneme terk edilmesi gerekebilir. Bu endişe, gözlenen davranışların daha endişeli ve heyecan verici olduğu fare suşları için özellikle önemli bir husustur7. Bu farelerin oda ortamına uyum sağlaması daha uzun sürebilir ve sadece kısa bir süre için sakin kalırlar. Taban çizgisi koleksiyonuna ayrılan süreyi sınırlamak, her fareiçin oda süresini standartlaştırır.
Denemecilerin faredeki dinlenme davranış değerlerini kapsayan ancak aynı zamanda zamanında meydana gelen uygun bir taban çizgisi edinmeleri çok önemlidir. Bu nedenle, bu raporun amacı farelerde solunum parametreleri için kısa sessiz temel değerleri elde etmek için kullanılan yöntemlerin bir açıklamasını sağlamaktır. Ayrıca, apne ve artırılmış nefes odasında ilk saat içinde ölçülebilir rapor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokol, farelerde sakin bir solunum taban çizgisi nin yanı sıra merkezi apneler ve artırılmış nefesler hakkında veri toplama hakkında bilgi sağlar. Temsili sonuçlar, 10 dk sessiz bir taban çizgisinin, yaşlı farelerden oluşan bir kohort için ortalama dört 15 s nöbeti ile karşılaştırıldığında benzer bir nefes alma desenine sahip olduğunu göstermektedir. Daha da önemlisi, 15 s nöbetleri istatistiksel olarak farklı değildir, ne de bu grupların Levene testi kullanarak birbirinden varyasyon f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Angela Le, Sarah Ruby ve Marisa Mickey’e hayvan kolonilerini koruma çalışmaları için teşekkür etmek isterler. Bu çalışma 1R15 HD076379 (L.R.D.), 3R15 HD076379 (CNR’yi desteklemek için L.R.D. ve McDevitt Lisans Araştırma Bursu( BEE) tarafından finanse edilmiştir.
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
- DeRuisseau, L. R., et al. Neural deficits contribute to respiratory insufficiency in Pompe disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (23), 9419-9424 (2009).
- Ogier, M., et al. Brain-derived neurotrophic factor expression and respiratory function improve after ampakine treatment in a mouse model of Rett syndrome. Journal of Neuroscience. 27 (40), 10912-10917 (2007).
- Ohshima, Y., et al. Hypoxic ventilatory response during light and dark periods and the involvement of histamine H1 receptor in mice. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 293 (3), 1350-1356 (2007).
- van Schaik, S. M., Enhorning, G., Vargas, I., Welliver, R. C. Respiratory syncytial virus affects pulmonary function in BALB/c mice. Journal of Infectious Diseases. 177 (2), 269-276 (1998).
- Glaab, T., Taube, C., Braun, A., Mitzner, W. Invasive and noninvasive methods for studying pulmonary function in mice. Respiratory Research. 8, (2007).
- Loeven, A. M., Receno, C. N., Cunningham, C. M., DeRuisseau, L. R. Arterial Blood Sampling in Male CD-1 and C57BL/6J Mice with 1% Isoflurane is Similar to Awake Mice. Journal of Applied Physiology. , (2018).
- Receno, C. N., Eassa, B. E., Reilly, D. P., Cunningham, C., DeRuisseau, L. R. The pattern of breathing in young wild type and Ts65Dn mice during the dark and light cycle. FASEB Journal. 32 (1), (2018).
- Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, Inistitute fpr Laboratory Animal Research, Division on Earth and Life Studies, National Research Council of the National Academies. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 8th edition. , (2011).
- Receno, C. N., Glausen, T. G., DeRuisseau, L. R. Saline as a vehicle control does not alter ventilation in male CD-1 mice. Physiological Reports. 6 (10), (2018).
- Shanksy, R. M. Sex differences in behavioral strategies: Avoiding interpretational pitfalls. Current Opinion in Neurobiology. 49, 95-98 (2018).
- Kopp, C. Locomotor activity rhythm in inbred strains of mice: implications for behavioural studies. Behavioural Brain Research. 125 (1-2), 93-96 (2001).
- Teske, J. A., Perez-Leighton, C. E., Billington, C. J., Kotz, C. M. Methodological considerations for measuring spontaneous physical activity in rodents. American Journal of Physiology-Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 306 (10), 714-721 (2014).
- Kabir, M. M., et al. Respiratory pattern in awake rats: Effects of motor activity and of alerting stimuli. Physiology & Behavior. 101 (1), 22-31 (2010).
- Terada, J., et al. Ventilatory long-term facilitation in mice can be observed during both sleep and wake periods and depends on orexin. Journal of Applied Physiology. 104 (2), 499-507 (2008).
- Friedman, L., et al. Ventilatory behavior during sleep among A/J and C57BL/6J mouse strains. Journal of Applied Physiology. 97 (5), 1787-1795 (2004).
- Drorbaugh, J. E., Fenn, W. O. A barometric method for measuring ventilation in newborn infants. Pediatrics. 16 (1), 81-87 (1955).
- Seifert, E. L., Mortola, J. P. The circadian pattern of breathing in conscious adult rats. Respiration Physiology. 129 (3), 297-305 (2002).
- Receno, C. N., Roffo, K. E., Mickey, M. C., DeRuisseau, K. C., DeRuisseau, L. R. Quiet breathing in hindlimb casted mice. Respiratory Physiology & Neurobiology. , 10 (2018).
