This work has been supported by NIH HL-1034.

Die Johns Hopkins University Animal Care und Verwenden Committee genehmigt alle Tier Protokolle. 1. Ausrüstung Das Verbundsystem einzurichten bereit, den PV-Kurve zu messen, ist in Abbildung 1 dargestellt. <ol><li> Volumenmessung: <ol><li> Erzeugen Sie eine konstante Rate der Inflation und Deflation durch Verwendung einer Spritzenpumpe mit einem Schalter, der es dem Benutzer, schnell umzukehren die Pumpe nach Erreichen der Druckgrenzen ermöglicht. Für Maus Leistungskennlinie, mit einem sehr leicht eingefettet 5 ml Glasspritze mit dem Anfangsvolumen (vor der Inflation) in 3 ml Luft gesetzt. 3 ml ausreichend groß ist, um Mengen in fast allen Maus-Leistungskennlinie zu messen. </li><li> Messen des von der Pumpe geförderten durch Anbringen eines linearen Differentialtransformators mit dem Pumpengehäuse, mit einem kleinen Sensorstab mit dem beweglichen Spritzenkolben verbunden Volumen. Hinweis: Eine empirische Mittel zur Gaskompression im System zu beheben unter der PV cu beschriebenrve Aufzeichnungsteil. </li></ol></li><li> Druckmessung: <ol><li> Verwenden Sie ein Standard kostengünstige Druckmessgerät mit einer Reichweite von 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI). </li></ol></li><li> Aufnahme-Messung: <ol><li> So nehmen Sie die PV-Kurve verwenden jede Digitalrekorder mit XY-Funktionen (zB PowerLab). Stellen Sie einen Kanal, um den korrigierten Volumensignal und einen weiteren Kanal, den Transpulmonardruck (PTP) aufzunehmen, um die PV-Kurve grafisch aufzuzeichnen. Verwenden Sie eine Brücke Vorverstärker, die mit dem Haupt Powerlab verbindet, um den Druck zu messen. Kalibrieren Sie den Druckkanal 0-40 cm H 2 O, und kalibrieren Sie die Lautstärke Kanal 0-3 ml. </li></ol></li></ol> 2. Korrektur für Gasverdichtung Hinweis: Dies ist ein entscheidender erster Schritt in der Einrichtung, da bei steigendem Druck, die Gasvolumen abnimmt, und damit das Luftvolumen auf die Maus geliefert werden immer weniger als die Verschiebung des syringe Barrel. <ol><li> Schließen Sie den Hahn, die die PV-Anlage in die Lunge angeschlossen werden, so dass kein Gas kann das System verlassen. Starten Sie die Infusion und beobachten, ob der korrigierte Volumen Kanal des Recorders zeigt keine messbaren Veränderungen bei steigendem Druck auf etwa 40 cm H 2 O. Wenn ja, dann korrekt, wie in den folgenden Schritten. <ol><li> Korrigieren für Gaskompression empirisch ermittelt, indem vom Kolben Wegmessung (dh der unkorrigierten Volumen) ein Term proportional zu dem Luftdruck. Tun Sie dies auf einem Powerlab Kanal (genannt Vc), um den Lautstärkesignal minus einem Koeffizienten mal der Druck zeigen. </li><li> Bestimmen die Koeffizienten in der Gleichung. Stellen Sie zunächst eine erste Vermutung, schalten Sie das Diagramm der Aufnahme auf, und starten Sie die Pumpe. Da die Inflation Schlauch verschlossen ist, stellen Sie die Druck Koeffizientenmultiplizierer, um die Vc Kanal gelesen Null steigt der Druck von 0 bis 40 cm H 2 O. Geht es nach oben oder unten, einfach den Korrekturfaktor einstellen, bis esbleibt flach über diesem Druckbereich. Dieser Korrekturfaktor wird immer die gleiche sein, wenn die gleichen 3 ml Ausgangsvolumen in der Spritze wird nicht verändert. </li></ol></li></ol> 3. Experimentelle Tests bei Mäusen <ol><li> Verfahren zur Messung der PV-Kurve bei Mäusen. Alle Tier Protokolle wurden von der Johns Hopkins University Animal Care und Verwenden Committee genehmigt. <ol><li> Anesthetize Mäusen (C57BL / 6-Mäuse im Alter von 6-12 Wochen) mit Ketamin (90 mg / kg) und Xylazin (15 mg / kg), und bestätigen Narkose durch das Fehlen von Rückbewegung. Hinweis: Der PV-Kurve kann an narkotisierten Mäusen in weniger als 10 Minuten abgeschlossen sein und eine endständige Verfahren. </li><li> Tracheostomize die Mäuse mit einer 18 G-Stub Nadelkanüle. Dies geschieht durch einen kleinen Schnitt in der Haut, die über der Luftröhre, der Lokalisierung der Luftröhre, dann einen kleinen Spalt in der Luftröhre, wobei der Stub-Nadel eingeführt werden kann. Sichern Sie die Kanüle durch die Kopplung mit Gewinde. </li><li> Lassen Sie die Mäuse zu atmen 100% Sauerstoff für mindestens 4 min. Dies kann über die Spontanatmung aus einem Beutel oder mit einer Beatmungs nominell mit einem Atemvolumen von 0,2 ml bei 150 Atemzügen / min eingestellt sein. </li><li> Schließen Sie die Trachealkanüle und innerhalb von 3-4 min für die Maus, um den gesamten Sauerstoff zu absorbieren. Dieses Sauerstoffabsorptionsverfahren ergibt den Tod der Tiere und in einer nahezu vollständigen Entgasung der Lungen 11. Tod der Maus bestätigen, indem die Einstellung der Herzschlag mit EKG-Elektroden oder die direkte Beobachtung. </li><li> Nachdem die Entgasung der Lunge ist abgeschlossen und das Lungenvolumen gleich Null ist, beginnt das Aufblasen der Lunge mit der Raumluft in die Spritzenpumpe bei einer Rate von 3 ml / min. Überwachen Sie die Druckspur auf dem Digital-Recorder, und wenn es 35 cm H 2 O erreicht, kehren Sie die Pumpe. </li><li> Folgen Sie der Kurve, bis die Deflation Druck erreicht negativen 10 cm H 2 O, in welcher Zeit die Atemwege sind zusammengebrochen, das Einschließen von Luft in Alveolen Verhinderung weiterer Volumenreduzierung. Unmittelbar Reverse ter wieder zu pumpen, so dass die Lunge zu bergen, da die kollabierte Atemwege zu öffnen. Diese heterogene Öffnung ist normalerweise durch die laute suchen Inflation Glied in der Anfangsteil des zweiten Inflation deutlich. </li><li> Wenn der Druck wieder 35 cm H 2 O erreicht, kehren Sie die Pumprichtung, und halten Sie die Luft aus der Lunge, bis dieser zweite Deflation Gliedmaßen erreicht 0 cm H 2 O. Dann die Pumpe stoppen. </li><li> Sehen Sie sich die PowerLab-Chart Rekord von Druck und Volumenstrom und der PV-Kurve. Dann analysieren die PV-Kurve auf phänotypische Veränderungen im Lungenparenchym, die mit verschiedenen Lungenerkrankungen auftreten, zu erkennen. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Neergaard, K. v. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neue+Auffasungen+&#252;ber+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.).">Neue Auffasungen &#252;ber 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.).</a> Zeitschrift Fur Gesamte Experi Medizin. 66, 373-394 (1929).</li><li>Hildebrandt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-volume+data+of+cat+lung+interpreted+by+a+plastoelastic,+linear+viscoelastic+model.">Pressure-volume data of cat lung interpreted by a plastoelastic, linear viscoelastic model.</a> J. Appl. Physiol. 28, 365-372 (1970).</li><li>Hoppin, F. G., Hildebrandt, J., West, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioengineering Aspects of the Lung. , 83-162 (1977).</li><li>Avery, M. E., Mead, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+properties+in+relation+to+atelectasis+and+hyaline+membrane+disease).">Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease).</a> AMA. J. Dis. Child. 97, 517-523 (1959).</li><li>Clements, J. A., Hustead, R. F., Johnson, R. P., Gribetz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+surface+tension+and+alveolar+stability.">Pulmonary surface tension and alveolar stability.</a> Tech Rep CRDLR US Army Chem. Res. Dev. Lab. 3052, 1-24 (1961).</li><li>Radford, E. P., Remington, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Tissue Elasticity. , 177-190 (1957).</li><li>Mitzner, W., Johnson, J. W. C., Scott, R., London, W. T., Palmer, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+betamethasone+on+the+pressure-volume+relationship+of+fetal+rhesus+monkey+lung.">Effect of betamethasone on the pressure-volume relationship of fetal rhesus monkey lung.</a> Journal of Applied Physiology. 47, 377-382 (1979).</li><li>Smaldone, G. C., Mitzner, W., Itoh, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+alveolar+recruitment+in+lung+inflation:+Influence+on+pressure-volume+hysteresis.">The role of alveolar recruitment in lung inflation: Influence on pressure-volume hysteresis.</a> Journal of Applied Physiology. 55, 1321-1332 (1983).</li><li>Tankersley, C. G., Rabold, R., Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+lung+mechanics+are+genetically+determined+in+inbred+murine+strains.">Differential lung mechanics are genetically determined in inbred murine strains.</a> Journal of Applied Physiology. 86, 1764-1769 (1999).</li><li>Soutiere, S. E., Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+defining+total+lung+capacity+in+the+mouse.">On defining total lung capacity in the mouse.</a> J. Appl. Physiol. 96, 1658-1664 (2004).</li><li>Stengel, P. W., Frazer, D. G., Weber, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+degassing:+an+evaluation+of+two+methods.">Lung degassing: an evaluation of two methods.</a> Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48, 370-375 (1980).</li><li>Limjunyawong, N., Mitzner, W., Horton, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+model+of+chronic+idiopathic+pulmonary+fibrosis.">A mouse model of chronic idiopathic pulmonary fibrosis.</a> Physiol Rep. 2, e00249 (2014).</li><li>Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Carbon+Monoxide+Diffusing+Capacity+in+the+Mouse+Lung.">Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung.</a> J. Appl. Physiol. 110, 1455-1459 (2011).</li><li>Brown, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structural+basis+of+airways+hyperresponsiveness+in+asthma.">The structural basis of airways hyperresponsiveness in asthma.</a> J. Appl. Physiol. 101 (1), 30-39 (2006).</li><li>Smargiassi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonographic+Assessment+of+the+Diaphragm+in+Chronic+Obstructive+Pulmonary+Disease+Patients:+Relationships+with+Pulmonary+Function+and+the+Influence+of+Body+Composition+-+A+Pilot+Study.">Ultrasonographic Assessment of the Diaphragm in Chronic Obstructive Pulmonary Disease Patients: Relationships with Pulmonary Function and the Influence of Body Composition - A Pilot Study.</a> Respiration: International Review of Thoracic Diseases. 87 (5), 364-371 (2014).</li><li>Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airway-parenchymal+interdependence.">Airway-parenchymal interdependence.</a> Comprehensive Physiol. 2, 1921-1935 (2012).</li><li>Johnson, J. W., Permutt, S., Sipple, J. H., Salem, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Intra-Alveolar+Fluid+on+Pulmonary+Surface+Tension+Properties.">Effect of Intra-Alveolar Fluid on Pulmonary Surface Tension Properties.</a> J. Appl. Physiol. 19, 769-777 (1964).</li><li>Palmer, S., Morgan, T. E., Prueitt, J. L., Murphy, J. H., Hodson, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+development+in+the+fetal+primate,+Macaca+nemestrina.+II.+Pressure-volume+and+phospholipid+changes.">Lung development in the fetal primate, Macaca nemestrina. II. Pressure-volume and phospholipid changes.</a> Pediatr. Res. 11, 1057-1063 (1977).</li><li>Lum, H., Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+species+comparisonof+alveolar+size+and+surface+forces.">A species comparisonof alveolar size and surface forces.</a> Journal of Applied Physiology. 62, 1865-1871 (1987).</li><li>Faridy, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+distension+on+release+of+surfactant+in+excised+dogs'+lungs.">Effect of distension on release of surfactant in excised dogs' lungs.</a> Respir. Physiol. 27, 99-114 (1976).</li><li>Faridy, E. E., Permutt, S., Riley, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+ventilation+on+surface+forces+in+excised+dogs'+lungs.">Effect of ventilation on surface forces in excised dogs' lungs.</a> J. Appl. Physiol. 21, 1453-1462 (1966).</li><li>Comroe, J. H., Forster, R. E., Dubois, A. B., Briscoe, W. A., Carlsen, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. , (1962).</li><li>Martinez, F. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+course+of+patients+with+idiopathic+pulmonary+fibrosis.">The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis.</a> Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).</li></ol>

None of the authors have any financial interests that would be in conflict with the material presented in this paper.

In diesem Artikel wird eine einfache reproduzierbare Methode wurde beschrieben, dass in Mäusen messen eine klassische Methode der Phänotypisierung Lungenelastizität, der Gesamtlungen PV-Kurve. Solche Kurven sind massgeblich an der Entdeckung von Lungensurfactant und seine Bedeutung bei der Bereitstellung von Lungen Stabilität. Hier wird gezeigt, wie die PV-Kurve ist auch nützlich bei der Bereitstellung einer Einrichtung, um verschiedene Variablen, um Lungenelastizität in erwachsenen Mauslungen genau gemessen. Es g...

Die Maus ist nun der primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messen der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamtdruck-Volumen (PV) Kurve vom Restvolumen (RV), gemessen bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC). Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahre 1-3 vorgenommen. Solche Leistungskennlinie spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung 7.4. Trotz Bedeutung der PV-Kurve als Maß der Phänotyp der Lunge, hat es keine standardisierte Möglichkeit, diese Messung durchzuführen. Es wurde einfach durch Aufblasen und Entleeren der Lunge mit diskreten Schritten (Wartezeit für eine variable Gleichgewichtseinstellung nach jedem) oder mit Pumpen gemacht, dasskontinuierlich aufzublasen und zu entleeren die Lunge. Die PV-Kurve wird oft über einen Volumenbereich zwischen Null und einigen benutzer definieren Lungenkapazität getan, aber die Zeitdauer jedes Druckvolumen Schleife durch verschiedene Labors berichtet extrem variabel gewesen, variierend von ein paar Sekunden bis 8 Stunden 2. Einige Forscher bezeichnen diese totale Lungen PV-Kurve als statische oder quasistatische, aber diese sind qualitativ die kleinen Einblick bieten und sie nicht benutzt werden hier. Darüber hinaus ist die Leistungskennlinie nicht sehr stark in der Maus angegeben, ungeachtet der Tatsache, dass sie nützliche Informationen zu den makroskopischen Auswirkungen der strukturellen Veränderungen der Lunge bereitzustellen. Mehrere Probleme wurden in Variabilität der PV-Kurve Akquisition einschließlich geführt: 1) die Rate der Inflation und Deflation; 2) die Druck Ausflüge für Inflation und Deflation; und 3) das Mittel zur Bestimmung eines absoluten Lungenvolumenmessung. Bei dem Verfahren hier anwesend, eine Rate von 3 ml / min wurde als compromis gewählte, da nicht zu kurz, um die dynamische Elastizität mit normaler Belüftung und nicht zu langsam widerspiegelte, wie um die Messung nicht praktikabel, vor allem, wenn das Studium großen Kohorten. Da eine nominale totale Lungenkapazität in einer C57BL / 6 gesunden Maus ist in der Größenordnung von 1,2 ml 9 ermöglicht diese Rate in der Regel zwei komplett geschlossen PV-Loops, um in etwa 1,5 Minuten durchgeführt werden. In der erweiterten Literatur, wo PV Kurven berichtet, hat die Spitzeninflationsdruck sehr variabel war, variierend von so niedrig wie 20 bis über 40 cm H 2 O. Teil dieser Variabilität kann zu Spezies verwandt, aber ein primäres Ziel der Festlegung der oberen Druckgrenze für PV-Kurven an die Lunge bis zur Gesamtlungenkapazität (TLC) oder maximalen Lungenvolumen aufzublasen. Die TLC beim Menschen wird von der maximalen willkürlichen Anstrengung ein Individuum machen definiert, aber leider nie in irgendeiner Tiermodell dupliziert werden. Somit ist die maximale Lautstärke in experimentellen PV Kurven abzuschreckenvon einem Maximaldruck willkürlich vom Prüfer eingestellt abgebaut. Das Ziel ist, einen Druck in dem die PV-Kurve ist flach eingestellt, aber leider ist die Inflation Schenkel eines Säugetier-Lungen-PV-Kurve ist nicht flach. So sind die meisten Forscher setzen einen Druck, wo der Inflationskurve beginnt, deutlich abflachen, in der Regel 30 cm H 2 O Bei der Maus ist jedoch der PV-Kurve noch komplexer mit einem doppelten Buckel an der Inflations Glied, und wo diese Inflation Schenkel oft noch steil auf 30 cm H 2 O 10 steigt, so 30 ist keine gute Endpunkt für die PV-Kurve. Aus diesem Grund verwenden wir 35 cm H 2 O als die Druckgrenze für die Maus PV-Kurve, die einen Druck, bei dem das Aufblasen Gliedmaßen aller Stämme von uns untersuchten beginnen zu glätten ist. Da das DV-Kurve selbst ist sehr nichtlinear ist, wird das Auftreten eines PV-Schleife auf das Volumen, von wo die Kurve beginnt abhängen. Einige kommerzielle Ventilatoren können Benutzer große PV-Loops zu tun, beginnend mit FRC, aber wenn der FRC Volumen nicht bekannt, so ist es unmöglich, Änderungen solcher DV-Kurve mit jeder Pathologie zu interpretieren, da diese Veränderungen könnten einfach durch eine Veränderung der Ausgangsvolumen ergeben, und nicht die strukturellen Veränderungen in der Lunge. So ohne absolute Volumenmessung, sind PV-Kurven fast unmöglich zu interpretieren und somit wenig Nutzen. Zwar gibt es mehrere Möglichkeiten, um Lungenvolumen messen, diese sind oft umständlich und erfordern eine spezielle Ausrüstung. In der hier beschriebenen einfachen Ansatz, beginnt die Leistungskennlinie bei Nullvolumen nach einer in vivo-Entgasungsverfahren. Zusammenfassend ist dieses Papier zeigt eine einfache Methode, um Lungen PV Kurvenmessung in der Mauslunge zu standardisieren, und definiert eine Reihe von Kennzahlen, die aus dieser Kurve, die Lungenstruktur geknüpft sind, berechnet werden kann. Die PV-Kurve stellt somit ein Lungenfunktionstest, die direkte Anwendung in der Lage, phänotypische Strukturveränderungen bei Mäusen mit comm erkennen istLungenerkrankungen wie Emphysem und Fibrose.

<table><tbody><tr><td>Syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>55-2226</td><td>Infuse/withdraw syringe pump</td></tr><tr><td>Pump 22 reversing switch</td><td>Harvard Apparatus</td><td>552217</td><td>Included with pump</td></tr><tr><td>Linear displacement transformer</td><td>Trans-Tek, Inc.</td><td>0244-0000</td><td></td></tr><tr><td>5 ml glass syringe</td><td>Becton Dickenson</td><td></td><td>Several other possible vendors</td></tr><tr><td>Digital recorder</td><td>ADInstruments</td><td>PL3504</td><td>Several other possible vendors</td></tr><tr><td>Bridge amp signal conditioner</td><td>ADInstruments</td><td>FE221</td><td></td></tr><tr><td>Gas tank, 100% oxygen</td><td>Airgas, Inc</td><td></td><td>Any supplier or hospital source will work</td></tr><tr><td>Pressure transducer: 0 - 1 psi&amp;nbsp;mV output</td><td>Omega Engineering</td><td>PX-137</td><td>Range &amp;asymp; 0 - 60 cm H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr></tbody></table>

measurement of the pressure-volume curve in mouse lungs

In den letzten Jahrzehnten hat die Maus hat sich die primäre Tiermodell einer Vielzahl von Lungenerkrankungen. Bei Modellen von Emphysem oder Fibrose sind die wesentlichen phänotypischen Veränderungen am besten durch Messung der Veränderungen der Lungenelastizität beurteilt. Um bestimmte Mechanismen, die solche Krankheiten in Mäusen am besten verstehen, ist es wichtig, Funktionsmessungen, die die Entwicklung der Pathologie reflektieren kann zu machen. Obwohl es viele Wege gibt, um die Elastizität zu messen, ist die klassische Methode, dass der Gesamt-Lungen Druck-Volumen (PV) Kurve über den gesamten Bereich der Lungenvolumina erfolgt. Diese Messung wurde an adulten Lunge aus nahezu allen Säugetierarten aus fast 100 Jahren unternommen wurden, und solche PV Kurven spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung und Verständnis der Funktion von Lungensurfactant in der fetalen Lungenentwicklung. Leider sind solche Gesamtleistungskennlinie nicht weit verbreitet in der Maus berichtet, trotz der Tatsache, dass sie nützliche Informationen über die macrosc liefernopic Auswirkungen der strukturellen Veränderungen in der Lunge. Obwohl Teil PV Kurven misst nur die Änderungen des Lungenvolumens gelegentlich berichtet, ohne ein gewisses Maß des absoluten Volumens, die nichtlineare Natur des gesamten PV-Kurve macht diese Teil diejenigen sehr schwer zu interpretieren. In der vorliegenden Studie beschreiben wir eine standardisierte Art und Weise, um die gesamte PV-Kurve zu messen. Wir haben nun untersuchten die Fähigkeit dieser Kurven auf Änderungen in Mauslunge Struktur in zwei gemeinsame Lungenerkrankungen, Emphysem und Fibrose zu detektieren. Die Ergebnisse zeigten signifikante Änderungen in mehreren Variablen mit den erwarteten strukturellen Veränderungen bei diesen Pathologien. Diese Messung des Lungen PV-Kurve bei Mäusen stellt somit eine relativ einfache Möglichkeit, um das Fortschreiten der pathophysiologischen Veränderungen über die Zeit und die mögliche Wirkung von therapeutischen Verfahren zu überwachen.

Obwohl das Verfahren für die Leistungskennlinie wird in dem Video nur für Steuer gesunden Mäusen gezeigt, untersuchten wir die Fähigkeit der PV-Kurve, um funktionelle und pathologische Veränderungen bei Mäusen mit zwei unterschiedlichen gemeinsamen Pathologien, Emphysem und Fibrose zu detektieren. Einzelheiten zu diesen traditionellen Modellen beschrieben an anderer Stelle 12,13. Ganz kurz nach der Narkose mit 3% Isofluran das Emphysem wurde von 3 oder 6 U Schweine-Pankreas-Elastase in die Luftröhre ei...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs at JoVE.com

Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs

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&#8217;s structural changes with developing pathology.

Die Messung der Druck-Volumen-Kurve in der Mäuselunge

In recent decades the mouse has become the primary animal model of a variety of lung diseases. In models of emphysema or fibrosis, the essential ...

measurement-of-the-pressure-volume-curve-in-mouse-lungs

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Medicine

Unit 1

The Kinetic Theory of Gases

SCIENTISTS IN ACTION

18.5K Aufrufe.  Johns Hopkins University. 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.

Serie: Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs

Pressure Controlled Ventilation to Induce Acute Lung Injury in Mice

Murine models are extensively used to investigate acute injuries of different organs systems (1-34). Acute lung injury (ALI), which occurs with prolonged mechanical ventilation, contributes to morbidity and mortality of critical illness, and studies on novel genetic or pharmacological targets are areas of intense investigation (1-3, 5, 8, 26, 30, 33-36). ALI is defined by the acute onset of the disease, which leads to non-cardiac pulmonary edema and subsequent impairment of pulmonary gas exchange (36). We have developed a murine model of ALI by using a pressure-controlled ventilation to induce ventilator-induced lung injury (2). For this purpose, C57BL/6 mice are anesthetized and a tracheotomy is performed followed by induction of ALI via mechanical ventilation. Mice are ventilated in a pressure-controlled setting with an inspiratory peak pressure of 45 mbar over 1 - 3 hours. As outcome parameters, pulmonary edema (wet-to-dry ratio), bronchoalveolar fluid albumin content, bronchoalveolar fluid and pulmonary tissue myeloperoxidase content and pulmonary gas exchange are assessed (2). Using this technique we could show that it sufficiently induces acute lung inflammation and can distinguish between different treatment groups or genotypes (1-3, 5). Therefore this technique may be helpful for researchers who pursue molecular mechanisms involved in ALI using a genetic approach in mice with gene-targeted deletion.

A murine model for ventilator induced lung injury is an important tool to study an acute lung injury in vivo. Here, we report an easy applicable in situ model for acute lung injury using high-pressure mechanical ventilation to induce acute failure of the lung.

Pressure Controlled Ventilation zu Acute Lung Injury in Mäusen zu induzieren

Murine models are extensively used to investigate acute injuries of different organs systems (1-34). Acute lung injury (ALI), which occurs with prolonged ...

Forschung

Medizin

Right Ventricular Systolic Pressure Measurements in Combination with Harvest of Lung and Immune Tissue Samples in Mice

The function of the right heart is to pump blood through the lungs, thus linking right heart physiology and pulmonary vascular physiology. Inflammation is a common modifier of heart and lung function, by elaborating cellular infiltration, production of cytokines and growth factors, and by initiating remodeling processes 1.
Compared to the left ventricle, the right ventricle is a low-pressure pump that operates in a relatively narrow zone of pressure changes. Increased pulmonary artery pressures are associated with increased pressure in the lung vascular bed and pulmonary hypertension 2. Pulmonary hypertension is often associated with inflammatory lung diseases, for example chronic obstructive pulmonary disease, or autoimmune diseases 3. Because pulmonary hypertension confers a bad prognosis for quality of life and life expectancy, much research is directed towards understanding the mechanisms that might be targets for pharmaceutical intervention 4. The main challenge for the development of effective management tools for pulmonary hypertension remains the complexity of the simultaneous understanding of molecular and cellular changes in the right heart, the lungs and the immune system.
Here, we present a procedural workflow for the rapid and precise measurement of pressure changes in the right heart of mice and the simultaneous harvest of samples from heart, lungs and immune tissues. The method is based on the direct catheterization of the right ventricle via the jugular vein in close-chested mice, first developed in the late 1990s as surrogate measure of pressures in the pulmonary artery5-13. The organized team-approach facilitates a very rapid right heart catheterization technique. This makes it possible to perform the measurements in mice that spontaneously breathe room air. The organization of the work-flow in distinct work-areas reduces time delay and opens the possibility to simultaneously perform physiology experiments and harvest immune, heart and lung tissues.
The procedural workflow outlined here can be adapted for a wide variety of laboratory settings and study designs, from small, targeted experiments, to large drug screening assays. The simultaneous acquisition of cardiac physiology data that can be expanded to include echocardiography5,14-17 and harvest of heart, lung and immune tissues reduces the number of animals needed to obtain data that move the scientific knowledge basis forward. The procedural workflow presented here also provides an ideal basis for gaining knowledge of the networks that link immune, lung and heart function. The same principles outlined here can be adapted to study other or additional organs as needed.

A specific and rapid protocol to simultaneously investigate right heart function, lung inflammation, and the immune response is described as a learning tool. Video and figures describe physiology and microdissection techniques in an organized team-approach that is adaptable to be used for small to large sized studies.

Rechtsventrikulären systolischen Druck Messungen in Kombination mit Harvest of Lung and Immune Gewebeproben in Mäuse

The function of the right heart is to pump blood through the lungs, thus linking right heart physiology and pulmonary vascular physiology. Inflammation is ...

Immunologie und Infektion

A Standardized Method for Measuring Internal Lung Surface Area via Mouse Pneumonectomy and Prosthesis Implantation

Pulmonary morphology, physiology, and respiratory functions change in both physiological and pathological conditions. Internal lung surface area (ISA), representing the gas-exchange capacity of the lung, is a critical criterion to assess respiratory function. However, observer bias can significantly influence measured values for lung morphological parameters. The protocol that we describe here minimizes variations during measurements of two morphological parameters used for ISA calculation: internal lung volume (ILV) and mean linear intercept (MLI). Using ISA as a morphometric and functional parameter to determine the outcome of alveolar regeneration in both pneumonectomy (PNX) and prosthesis implantation mouse models, we found that the increased ISA following PNX treatment was significantly blocked by implantation of a prosthesis into the thoracic cavity1. The ability to accurately quantify ISA is not only expected to improve the reliability and reproducibility of lung function studies in injured-induced alveolar regeneration models, but also to promote mechanistic discoveries of multiple pulmonary diseases.

Internal lung surface area (ISA) is a critical criterion for assessing lung morphology and physiology in lung diseases and injury-induced alveolar regeneration. We describe here a standardized method that can minimize the measurement bias for ISA in both lung pneumonectomy and prosthesis implantation mouse models.

Eine standardisierte Methode zur Messung der inneren Lungenoberfläche über Maus Pneumonektomie und Prothesenimplantation

Pulmonary morphology, physiology, and respiratory functions change in both physiological and pathological conditions. Internal lung surface area (ISA), ...

Entwicklungsbiologie

A Simple Method of Mouse Lung Intubation

A simple procedure to intubate mice for pulmonary function measurements would have several advantages in longitudinal studies with limited numbers or expensive animal. One of the reasons that this is not done more routinely is that it is relatively difficult, despite there being several published studies that describe ways to achieve it. In this paper we demonstrate a procedure that eliminates one of the major hurdles associated with this intubation, that of visualizing the trachea during the entire time of intubation. The approach uses a 0.5 mm fiberoptic light source that serves as an introducer to direct the intubation cannula into the mouse trachea. We show that it is possible to use this procedure to measure lung mechanics in individual mice over a time course of at least several weeks. The technique can be set up with relatively little expense and expertise, and it can be routinely accomplished with relatively little training. This should make it possible for any laboratory to routinely carry out this intubation, thereby allowing longitudinal studies in individual mice, thereby minimizing the number of mice needed and increasing the statistical power by using each mouse as its own control.

This paper describes a striaghforward and efficient method of intubating mice for pulmonary function measurements or pulmonary instillation, that allows the mice to recover and be studied at later times. The procedure involves an inexpensive fiberoptic light source that directly illuminates the trachea.

Eine einfache Methode der Maus Lung Intubation

A  simple procedure to intubate mice for pulmonary function measurements would  have several advantages in longitudinal studies with limited numbers or  ...

Videomorphometric Analysis of Hypoxic Pulmonary Vasoconstriction of Intra-pulmonary Arteries Using Murine Precision Cut Lung Slices

Acute alveolar hypoxia causes pulmonary vasoconstriction (HPV) - also known as von Euler-Liljestrand mechanism - which serves to match lung perfusion to ventilation. Up to now, the underlying mechanisms are not fully understood. The major vascular segment contributing to HPV is the intra-acinar artery. This vessel section is responsible for the blood supply of an individual acinus, which is defined as the portion of lung distal to a terminal bronchiole. Intra-acinar arteries are mostly located in that part of the lung that cannot be selectively reached by a number of commonly used techniques such as measurement of the pulmonary artery pressure in isolated perfused lungs or force recordings from dissected proximal pulmonary artery segments1,2. The analysis of subpleural vessels by real-time confocal laser scanning luminescence microscopy is limited to vessels with up to 50 &#181;m in diameter3.
We provide a technique to study HPV of murine intra-pulmonary arteries in the range of 20-100 &#181;m inner diameters. It is based on the videomorphometric analysis of cross-sectioned arteries in precision cut lung slices (PCLS). This method allows the quantitative measurement of vasoreactivity of small intra-acinar arteries with inner diameter between 20-40 &#181;m which are located at gussets of alveolar septa next to alveolar ducts and of larger pre-acinar arteries with inner diameters between 40-100 &#181;m which run adjacent to bronchi and bronchioles. In contrast to real-time imaging of subpleural vessels in anesthetized and ventilated mice, videomorphometric analysis of PCLS occurs under conditions free of shear stress. In our experimental model both arterial segments exhibit a monophasic HPV when exposed to medium gassed with 1% O2 and the response fades after 30-40 min at hypoxia.

Hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV) is an important physiological phenomenon by which at alveolar hypoxia lung perfusion is matched to ventilation. The major vascular segment contributing to HPV is the intra-acinar artery. Here, we describe our protocol for the analysis of HPV of murine pulmonary vessels with diameters of 20-100 &mu;m.

Videomorphometrische Analyse der hypoxischen Lungenvasokonstriktion der intrapulmonalen Arterien mit Murine Precision Cut Lung Slices

Acute alveolar hypoxia causes pulmonary vasoconstriction (HPV) - also known as von Euler-Liljestrand mechanism - which serves to match lung perfusion to ...

Automated Measurement of Pulmonary Emphysema and Small Airway Remodeling in Cigarette Smoke-exposed Mice

COPD is projected to be the third most common cause of mortality world-wide by 2020(1). Animal models of COPD are used to identify molecules that contribute to the disease process and to test the efficacy of novel therapies for COPD. Researchers use a number of models of COPD employing different species including rodents, guinea-pigs, rabbits, and dogs(2). However, the most widely-used model is that in which mice are exposed to cigarette smoke. Mice are an especially useful species in which to model COPD because their genome can readily be manipulated to generate animals that are either deficient in, or over-express individual proteins. Studies of gene-targeted mice that have been exposed to cigarette smoke have provided valuable information about the contributions of individual molecules to different lung pathologies in COPD(3-5). Most studies have focused on pathways involved in emphysema development which contributes to the airflow obstruction that is characteristic of COPD. However, small airway fibrosis also contributes significantly to airflow obstruction in human COPD patients(6), but much less is known about the pathogenesis of this lesion in smoke-exposed animals. To address this knowledge gap, this protocol quantifies both emphysema development and small airway fibrosis in smoke-exposed mice. This protocol exposes mice to CS using a whole-body exposure technique, then measures respiratory mechanics in the mice, inflates the lungs of mice to a standard pressure, and fixes the lungs in formalin. The researcher then stains the lung sections with either Gill&#8217;s stain to measure the mean alveolar chord length (as a readout of emphysema severity) or Masson&#8217;s trichrome stain to measure deposition of extracellular matrix (ECM) proteins around small airways (as a readout of small airway fibrosis). Studies of the effects of molecular pathways on both of these lung pathologies will lead to a better understanding of the pathogenesis of COPD.

The goal of this protocol is to provide automated methods to quantify chronic lung pathologies in a murine model of COPD. The protocol includes exposing mice to cigarette smoke (CS), measuring pulmonary function, inflating the lungs, and using morphometry methods to measure emphysema and small airway remodeling in mice.

Automatisierte Messung von Lungenemphysem und Klein Airway Remodeling im Zigarettenrauch ausgesetzten Mäuse

COPD is projected to be the third most common cause of mortality world-wide by 2020(1).  Animal models of COPD are used to identify molecules that ...

Characterization of the Isolated, Ventilated, and Instrumented Mouse Lung Perfused with Pulsatile Flow

The isolated, ventilated and instrumented mouse lung preparation allows steady and pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships to be measured with independent control over pulmonary arterial flow rate, flow rate waveform, airway pressure and left atrial pressure. Pulmonary vascular resistance is calculated based on multi-point, steady pressure-flow curves; pulmonary vascular impedance is calculated from pulsatile pressure-flow curves obtained at a range of frequencies. As now recognized clinically, impedance is a superior measure of right ventricular afterload than resistance because it includes the effects of vascular compliance, which are not negligible, especially in the pulmonary circulation. Three important metrics of impedance - the zero hertz impedance Z0, the characteristic impedance ZC, and the index of wave reflection RW - provide insight into distal arterial cross-sectional area available for flow, proximal arterial stiffness and the upstream-downstream impedance mismatch, respectively. All results obtained in isolated, ventilated and perfused lungs are independent of sympathetic nervous system tone, volume status and the effects of anesthesia. We have used this technique to quantify the impact of pulmonary emboli and chronic hypoxia on resistance and impedance, and to differentiate between sites of action (i.e., proximal vs. distal) of vasoactive agents and disease using the pressure dependency of ZC. Furthermore, when these techniques are used with the lungs of genetically engineered strains of mice, the effects of molecular-level defects on pulmonary vascular structure and function can be determined.

The following protocol outlines the process of isolating, ventilating and instrumenting mouse lungs to measure steady or pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships in order to quantify the effects of blood flow, airflow, airway changes and vascular changes on right ventricular afterload.

Charakterisierung der isolierten, ventilierten und Instrumented Maus Lung mit pulsatilen Fluss perfundierten

The isolated, ventilated and instrumented mouse lung preparation allows steady and pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships to be measured ...

Biologie

Evaluation of Respiratory System Mechanics in Mice using the Forced Oscillation Technique

The forced oscillation technique (FOT) is a powerful, integrative and translational tool permitting the experimental assessment of lung function in mice in a comprehensive, detailed, precise and reproducible manner. It provides measurements of respiratory system mechanics through the analysis of pressure and volume signals acquired in reaction to predefined, small amplitude, oscillatory airflow waveforms, which are typically applied at the subject's airway opening. The present protocol details the steps required to adequately execute forced oscillation measurements in mice using a computer-controlled piston ventilator (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada). The description is divided into four parts: preparatory steps, mechanical ventilation, lung function measurements, and data analysis. It also includes details of how to assess airway responsiveness to inhaled methacholine in anesthetized mice, a common application of this technique which also extends to other outcomes and various lung pathologies. Measurements obtained in na&iuml;ve mice as well as from an oxidative-stress driven model of airway damage are presented to illustrate how this tool can contribute to a better characterization and understanding of studied physiological changes or disease models as well as to applications in new research areas.

The present protocol provides a detailed step-by-step description of the procedures required to execute measurements of respiratory system mechanics as well as the assessment of airway responsiveness to inhaled methacholine in mice using the forced oscillation technique (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada).

Auswertung der Atemwege Mechanik in Mäuse mit den Forced Oscillation Technique

The  forced oscillation technique (FOT) is a powerful, integrative and translational  tool permitting the experimental assessment of lung function in mice ...

Lung Fixation under Constant Pressure for Evaluation of Emphysema in Mice

Emphysema is a significant feature of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Studies involving an emphysematous mouse model require optimal lung fixation to produce reliable histological specimens of the lung. Due to the nature of the lung&rsquo;s structural composition, which consists largely of air and tissue, there is a risk that it collapses or deflates during the fixation process. Various lung fixation methods exist, each of which has its own advantages and disadvantages. The lung fixation method presented here utilizes constant pressure to enable optimal tissue evaluation for studies using an emphysematous mouse lung model. The main advantage is that it can fix many lungs with the same condition at one time. Lung specimens are obtained from chronic cigarette smoke-exposed mice. Lung fixation is performed using specialized equipment that enables the production of constant pressure. This constant pressure maintains the lung in a reasonably inflated state. Thus, this method generates a histological specimen of the lung that is suitable to evaluate cigarette smoke-induced mild emphysema.

Presented here is a useful protocol for lung fixation that creates a stable condition for histological evaluate of lung specimens from a mouse model of emphysema. The main advantage of this model is that it can fix many lungs with the same constant pressure without lung collapse or deflation.

Lungenfixierung unter konstantem Druck zur Beurteilung von Emphysem bei Mäusen

Emphysema is a significant feature of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Studies involving an emphysematous mouse model require optimal lung ...

Measuring Respiratory Function in Mice Using Unrestrained Whole-body Plethysmography

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative assessment of lung function in rodent models is an important tool in the development of future therapies. Commonly used techniques for assessing respiratory function including invasive plethysmography and forced oscillation. While these techniques provide valuable information, data collection can be fraught with artefacts and experimental variability due to the need for anesthesia and/or invasive instrumentation of the animal. In contrast, unrestrained whole-body plethysmography (UWBP) offers a precise, non-invasive, quantitative way by which to analyze respiratory parameters. This technique avoids the use of anesthesia and restraints, which is common to traditional plethysmography techniques. This video will demonstrate the UWBP procedure including the equipment set up, calibration and lung function recording. It will explain how to analyze the collected data, as well as identify experimental outliers and artefacts that results from animal movement. The respiratory parameters obtained using this technique include tidal volume, minute volume, inspiratory duty cycle, inspiratory flow rate and the ratio of inspiration time to expiration time. UWBP does not rely on specialized skills and is inexpensive to perform. A key feature of UWBP, and most appealing to potential users, is the ability to perform repeated measures of lung function on the same animal.

The assessment of respiratory physiology has traditionally relied upon techniques, which require restraint or sedation of the animal. Unrestrained whole-body plethysmography, however, provides precise, non-invasive, quantitative analysis of respiratory physiology in animal models. In addition, the technique allows repeated respiratory assessment of mice allowing for longitudinal studies.

Messatemfunktion im Maus Mit Hemmungslose Ganzkörper-Plethysmographie

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative ...