{{{sourceTextContent.title}}}

Pletismografía corporal

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Pletismografía corporal: análisis in vivo de la función ventilatoria en roedores

{{{sourceTextContent.description}}}

Fondo

Las enfermedades metabólicas, principalmente la obesidad, afectan a más del 30% de la población mundial y se han convertido en una importante crisis de salud pública en las últimas décadas (Roger et al., 2020). Mientras tanto, la hipertensión también existe en más del 30% de la población mundial, y hay un solapamiento significativo entre estos dos grupos (Virani et al., 2021). Aunque las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en Estados Unidos, la American Heart Association afirma que la obesidad y la hipertensión son los principales factores que conducen a las enfermedades cardiovasculares (Roger et al., 2020; Angel et al., 2020). La obesidad es una enfermedad compleja caracterizada por un desequilibrio energético causado por diversos factores como la genética, el medio ambiente y el comportamiento. Se estima que la obesidad humana es el resultado de un desequilibrio energético sostenido de ≈ 7 kcal/d (equivalente a una tasa de renovación típica de 2000 kcal/d de ≈ 0,35%) (Hall et al., 2011). De ello se deduce que un desequilibrio crónico tan pequeño puede conducir a la obesidad, lo que indica que cada mecanismo de entrada y salida en la eficiencia corporal desempeña un papel crucial en el control del equilibrio energético y el papel potencial de cada mecanismo como causa y tratamiento de la obesidad. Por lo tanto, es necesaria una investigación cuidadosa, rigurosa, reproducible, exhaustiva y sincrónica de todos los mecanismos implicados en el flujo energético para comprender plenamente su impacto en enfermedades metabólicas como la obesidad.

En 2019, la Facultad de Medicina de Wisconsin (MCW) estableció el Centro de Análisis Integral de Fenotipos Metabólicos de Roedores (CRMPC) para evaluar cuantitativa y exhaustivamente la homeostasis energética y de fluidos corporales de los roedores con el fin de ayudar a analizar los mecanismos integrales de las enfermedades metabólicas complejas. Una característica notable del CRMPC es su instrumento único para la disección mecánica profunda de la tasa metabólica en reposo (RMR) de los roedores, incluidos los aspectos anaeróbicos que pocas instalaciones de análisis de fenotipos metabólicos pueden evaluar. Las investigaciones han demostrado que el cuerpo humano resiste principalmente la pérdida de peso mediante la adaptación (es decir, la inhibición) de la RMR, y el metabolismo anaeróbico de las bacterias intestinales desempeña un papel importante en el metabolismo energético de los seres humanos y los animales. Sin embargo, este efecto desaparece en gran medida durante la obesidad. Por lo tanto, es necesario desarrollar un flujo de trabajo rutinario y preciso para evaluar el estado de la microbiota intestinal y desarrollar y optimizar técnicas para evaluar el metabolismo aeróbico y anaeróbico en el organismo. En este artículo se presenta el flujo de trabajo de los laboratorios en colaboración CRMPC y MCW para el análisis integral del fenotipo metabólico cardiaco de roedores y se analizan las ventajas y desventajas del diseño de los equipos relacionados para referencia de los investigadores.

A continuación se ofrece una introducción detallada a la pletismografía de cuerpo entero sin restricciones y a los instrumentos y equipos relacionados en las principales tecnologías.

Pletismografía de cuerpo entero sin restricciones

Objetivo

El intercambio de gases en la sangre y la química ácido-base están estrechamente relacionados con la fisiología metabólica. El control de la respiración por parte del rombencéfalo está estrechamente relacionado con el control autónomo de la función cardiovascular por parte del mecanismo rombencéfalo. Se trata de bases importantes para estudiar enfermedades metabólicas como la obesidad. Por lo tanto, necesitamos estudiar más a fondo la función de ventilación cuantitativa de los roedores, lo que puede hacerse mediante pletismografía de cuerpo entero sin restricciones. Los animales se colocan en una cámara similar a una cámara de medición respiratoria y luego se exponen continuamente a una mezcla de aire ambiente con niveles de O2 y CO2 alterados y conocidos para evaluar los cambios en los parámetros respiratorios y las tasas metabólicas en condiciones de hipoxia e hipercapnia.

Introducción

La pletismografía de cuerpo entero sin restricciones (WBP) es una técnica que puede medir la frecuencia respiratoria y estimar el volumen corriente, lo que permite medir y calcular diversos parámetros respiratorios, como la ventilación minuto. Este método fue establecido inicialmente por Drorbaugh y Fenn (1955) para medir la desviación de la presión causada por la inhalación y la exhalación. En una cámara cerrada, hay un flujo de aire constante (de entrada y salida) y la temperatura de la cámara. Cuando un animal inhala, el aire que entra se calienta y humidifica, provocando una expansión del volumen y aumentando la presión dentro de la cámara. Al exhalar se produce la situación contraria. La medición de esta desviación de la presión puede proporcionar formas de onda inspiratorias y espiratorias continuas para su posterior análisis y cuantificación de la frecuencia respiratoria y el volumen corriente. Muchos equipos han adoptado este método para medir la respiración en diversas especies, incluidos ratones conscientes (Hodges et al., 2008; Hodges y Richerson, 2008) y ratas de todas las edades (Mouratian et al., 2012, 2017, 2019). En resumen, se colocaron ratones (de todas las edades) y ratas (<22 días de edad) en pletismógrafos personalizados de 200 ml o 10 L (como se muestra en la figura anterior). Las tasas de entrada y salida de gas están equilibradas (150 ml/min) o ligeramente sesgadas hacia más salidas para evitar la acumulación de CO2. Los diferentes gases se inyectan en la cámara utilizando un colector de gas conectado al puerto de entrada de gas. Utilice una fuente de calor de temperatura controlada para calentar la cámara para asegurar que la temperatura de la cámara alcanza 28-30 ° C. Al medir la desviación de la presión, un sensor de presión diferencial (Validyne) se utiliza en unidades de voltios producidos durante la inhalación y la exhalación, mientras que la medición continua de la temperatura y la humedad relativa (Omega). Se conecta la señal analógica al convertidor A/D y se registra mediante un sistema de adquisición de datos a una frecuencia de muestreo de 200 Hz. Después de cada experimento, se utilizó un termopar rectal en forma de T para obtener la temperatura rectal de cada animal. Realizar un análisis offline de los datos recogidos para cada estudio. Se identifica el valor pico en cada forma de onda de ventilación utilizando la opción "medición del ciclo". A continuación, utilice la opción "medición de la altura" para identificar y medir la desviación de voltios desde el pico de cada forma de onda respiratoria. Utilice la calibración de volumen para convertir los voltios en volumen (mililitros) y calibre en función de la temperatura del animal y de la cámara, la humedad relativa y la presión atmosférica ambiente para estimar el volumen tidal por respiración. Drorbaugh y Fenn (1955) cuantificaron la frecuencia respiratoria utilizando la opción "medición del ciclo" de LabChart. El volumen minuto de ventilación (VE; ml/min) es el producto de la frecuencia respiratoria (F; respiración/min) y el volumen corriente (VT; ml/respiración). Todas las formas de onda de ventilación seleccionadas para la cuantificación están libres de artefactos respiratorios (pausas, suspiros y olfateos) y de movimiento. La ventilación medida durante cualquier estado (hipoxia o hipercapnia) se divide por la respiración del aire interior y se multiplica por 100% para evaluar la sensibilidad del sistema respiratorio al oxígeno y al dióxido de carbono.

Ventajas e inconvenientes

La pletismografía de cuerpo entero puede proporcionar una evaluación de la respiración mínimamente invasiva sin necesidad de anestesia, y este método puede reutilizarse con otros métodos. Por ejemplo, el sistema también se multiplexa con antenas para telemetría inalámbrica de la presión sanguínea u otros puntos finales y para manipular estimuladores para optogenética. La desventaja de este método es que no puede evaluar la resistencia y la distensibilidad pulmonares.

Soluciones

Tow-Int Tech-Sistema de pletismografía de cuerpo entero (WBP)

El sistema de pletismografía de cuerpo entero (WBP) desarrollado por Tow-Int Tech puede realizar mediciones en animales conscientes y en libertad, como la frecuencia respiratoria, el volumen corriente y pruebas de hiperreactividad de las vías respiratorias (AHR). Durante el proceso de prueba, los animales pueden estar conscientes y libres, evitando el impacto de la traqueostomía traumática y la anestesia, lo que hace que el proceso experimental sea más conveniente. Se utiliza para estudiar la capacidad de respuesta de los animales modelo del sistema respiratorio a los fármacos y la farmacología y toxicología de los fármacos respiratorios. Es especialmente adecuado para experimentos de cribado rápido de animales a gran escala, estudios de seguimiento a largo plazo y cribado repetitivo.

Características-Tow-Int Tech WBP

Animales aplicables: ratones, ratones jóvenes, ratas, guinerespiratorias parámetrosa cerdos, conejos, perros, gatos, cerdos en miniatura, monos y otros animales

Equipado con un dispositivo de alimentación y entrada de agua para facilitar los experimentos a largo plazo

Canales de medición: 1-64 canales

Función de control automático del sesgo

Sistema de administración de fármacos por atomización de oscilación de alta frecuencia configurable

El diseño especial de la estructura de reducción de ruido puede reducir eficazmente las interferencias causadas por los cambios ambientales

Puede realizar la reducción de ruido en el medidor de flujo de polarización, mejorando la relación señal-ruido de la señal y reduciendo el ruido del sistema

Soporta nitrógeno externo u otros gases para completar los experimentos de hipoxia

Equipado con software de análisis, los datos se pueden guardar en formato Excel o txt

El software puede conmutar automáticamente hasta cuatro canales de gas diferentes y puede manejarse a través de un controlador externo

*Se pueden personalizar varias soluciones profesionales según las necesidades experimentales del cliente

Póngase en contacto con nosotros

¡Estamos comprometidos a hacer su investigación más fácil, más precisa y más eficiente y ayudarle a construir la confianza en sus datos! Hemos prestado servicios a un gran número de clientes, lo que nos ha proporcionado una gran experiencia a la hora de ofrecer soluciones personalizadas y profesionales de acuerdo con sus necesidades.

Más información sobre el sistema de pletismografía de cuerpo entero