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Pruebas de función pulmonar no invasivas: WBP vs NAM
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Este artículo presenta principalmente la WBP y la NAM. Ambos dispositivos se clasifican en la categoría de pruebas de función pulmonar no invasivas.
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1. Métodos habituales de pruebas de la función pulmonar
Las pruebas de la función pulmonar son un potente "arma" para evaluar la salud de los pulmones. Desempeña un papel fundamental en la investigación médica y el diagnóstico de enfermedades. Los métodos de prueba de la función pulmonar pueden dividirse en dos categorías: invasivos y no invasivos. Los métodos invasivos de pruebas de función pulmonar incluyen principalmente la resistencia y la conformidad de las vías respiratorias (RC) y la prueba de función pulmonar (PFT). Los métodos no invasivos de pruebas de la función pulmonar incluyen principalmente la pletismografía de cuerpo entero (WBP), la mecánica no invasiva de las vías respiratorias (NAM) y la pletismografía de cabeza (HOP). En este artículo se presentan principalmente la WBP y la NAM.
2. Pletismografía corporal, WBP
2.1 Principio de funcionamiento
El sistema de detección por pletismografía de cuerpo entero WBP es un dispositivo avanzado para la evaluación de la función pulmonar animal, que desempeña un papel importante en la investigación de enfermedades respiratorias y el desarrollo de fármacos. Su principio de funcionamiento se basa en la ley de Boyle. El animal se coloca en una caja pletismográfica sellada. Cuando el animal respira, la ondulación de la pared torácica provoca un cambio en el volumen de la caja del pletismógrafo. Este cambio de volumen se convierte en una señal eléctrica a través de un transductor de presión y un amplificador. Tras ser procesada por un ordenador, la curva respiratoria puede visualizarse claramente en la pantalla del ordenador. Mediante un análisis posterior realizado por un software profesional, se pueden calcular con precisión una serie de parámetros respiratorios clave, como el volumen corriente, la tasa de flujo espiratorio máximo y la frecuencia respiratoria.
2.2 Parámetros de prueba
Ti: Tiempo inspiratorio (s)
Te: Tiempo espiratorio (s)
FPI: Flujo inspiratorio máximo (ml/s)
FEM: Flujo Espiratorio Pico (ml/s)
Volbal: Diferencia entre Volumen Inspiratorio/Expiratorio
F: Frecuencia respiratoria (respiraciones por minuto)
Vt:Volumen corriente（ml）
Mv:Ventilación minuto（ml）
AV:Volumen acumulado（ml）
EF50: Flujo espiratorio a mitad de la marea
EIP: Pausa inspiratoria final (método invasivo)
EEP: Pausa espiratoria final (método invasivo)
TR: Tiempo de relajación
PenH: Pausa mejorada
Rpef: Relación entre el tiempo y el flujo espiratorio máximo
2.3 Características y ventajas del sistema
Sin restricción/No invasivo: Puede utilizarse para la investigación con animales que respiran en el estado más natural y sin restricciones y para experimentos de seguimiento a largo plazo. Es adecuado para el cribado inicial de fármacos, sin necesidad de cirugía, evitando el impacto de la anestesia y la cirugía en el experimento.
Módulo multifuncional de nebulización de aerosoles: Integra la detección respiratoria, la administración de fármacos en nebulización en línea y la función de flujo sesgado.
Botella de agua y puerto de alimentación opcionales: Se puede utilizar para la monitorización continua a largo plazo.
Tamaño de cámara experimental seleccionable: Es adecuado para ratones, ratas u otros animales.
Rico en funciones y ampliable: Incluye funciones como monitorización automática de la tos, experimentos automáticos de asma, optogenética y electroencefalograma.
2.4 Ámbitos de aplicación
El ámbito de aplicación del sistema de detección por pletismografía de cuerpo entero WBP es muy amplio y abarca múltiples campos. En la investigación de enfermedades respiratorias, es una herramienta importante para estudiar el asma, la fibrosis pulmonar, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), las enfermedades respiratorias agudas, etc. Mediante la monitorización de los cambios en los parámetros respiratorios de los animales en diferentes condiciones, los investigadores pueden comprender en profundidad la patogénesis de estas enfermedades y proporcionar una base teórica para el desarrollo de nuevos métodos de tratamiento.
En el campo del desarrollo de fármacos, el sistema WBP puede utilizarse para la evaluación de la seguridad y la investigación toxicológica de fármacos. Mediante la observación del impacto de los fármacos en la función respiratoria de los animales, se puede evaluar la seguridad y las posibles reacciones adversas de los fármacos. En el proceso de desarrollo de algunos fármacos nuevos, el sistema WBP se utiliza para detectar el impacto de los fármacos en parámetros como la frecuencia respiratoria y el volumen corriente de los animales, para juzgar si los fármacos tienen reacciones adversas como la depresión respiratoria, proporcionando así una referencia importante para el desarrollo posterior de fármacos.
3. Mecánica no invasiva de las vías respiratorias, NAM
3.1 Diseño y principio únicos
La mecánica no invasiva de las vías respiratorias (NAM, también conocida como pletismografía de doble cámara, DCP) utiliza un pletismógrafo de diseño exclusivo para separar la cabeza y el cuerpo del animal en la cámara de la cabeza y la cámara del cuerpo, y puede medir el flujo nasal y el flujo torácico respectivamente. Analizando el retardo del flujo nasal con respecto al torácico, se puede obtener la resistencia específica de las vías respiratorias (sRaw) y la conductancia específica de las vías respiratorias (sGaw), y evaluar con mayor precisión la resistencia de las vías respiratorias de los animales. sRaw es un indicador ideal ampliamente aceptado para sustituir a la detección invasiva, lo que proporciona a los investigadores un método de detección más seguro y fiable, que nos permite conocer en profundidad la función pulmonar de los animales sin dañarlos.
3.2 Parámetros de la prueba
Ti: Tiempo inspiratorio (s)
Te: Tiempo espiratorio (s)
FPI: Flujo inspiratorio máximo (ml/s)
FEM: Flujo Espiratorio Pico (ml/s)
Volbal: Diferencia entre Volumen Inspiratorio/Expiratorio
F: Frecuencia respiratoria (respiraciones por minuto)
Vt: Volumen corriente（ml）
Mv: Minuto de Ventilación（ml）
AV: Volumen acumulado（ml）
EF50: Flujo espiratorio a mitad de la marea
PIE: Pausa inspiratoria final (método invasivo)
EEP: Pausa espiratoria final (método invasivo)
TR: Tiempo de relajación
EV: Volumen espiratorio
Penh: Pausa Mejorada
Rpef: Relación entre el tiempo y el flujo espiratorio máximo
NTV: Volumen Tidal Nasal
NEV: volumen espiratorio nasal
sRaw: Resistencia específica de las vías respiratorias
sGaw: Conductancia específica de las vías respiratorias
3.3 Características principales
El detector no invasivo de la función pulmonar animal NAM tiene muchas características encomiables.
En términos de método de detección, no hay necesidad de anestesiar e intubar al animal, evitando el daño y la respuesta de estrés causados por la anestesia y la intubación traqueal al cuerpo del animal, haciendo que los resultados de detección sean más auténticos y fiables.
En cuanto a los indicadores de detección, puede detectar la resistencia especial de las vías respiratorias sRaw y la conductancia especial de las vías respiratorias sGaw. Estos indicadores son de gran importancia para evaluar la función pulmonar de los animales.
Durante el proceso de detección, los cambios de flujo de aire en la nariz y el pecho se detectan por separado, y un análisis exhaustivo y el cálculo se llevan a cabo, lo que resulta en resultados más precisos.
Dispone de un sistema flexible de administración de fármacos por nebulización, que proporciona una solución perfecta para la investigación farmacológica y toxicológica.
Cuenta con un mecanismo de suministro de aire de flujo sesgado para evitar la acumulación de gases de escape.
3.4 Áreas de aplicación
En términos de aplicaciones, es muy adecuado para la investigación del asma, EPOC, etc. Dado que los animales no necesitan anestesia ni cirugía de intubación traqueal, la respuesta del mismo animal a fármacos o terapias puede estudiarse durante mucho tiempo. Esto es de gran importancia para estudiar la patogénesis de las enfermedades, evaluar la eficacia de los fármacos y desarrollar nuevos métodos de tratamiento. En la investigación del asma, los investigadores pueden utilizar el sistema de pletismografía de doble cámara para animales NAM para monitorizar a largo plazo los cambios en la función pulmonar de los modelos animales de asma en diferentes etapas de tratamiento, con el fin de comprender mejor la patogénesis y el efecto del tratamiento del asma y proporcionar una base para el desarrollo de fármacos más eficaces para el tratamiento del asma.
4. Diferencias y ventajas de la NAM en comparación con la WBP
WBP y NAM difieren en varios aspectos. En cuanto al método de detección, el WBP no es invasivo y permite a los animales moverse libremente dentro de la caja del pletismógrafo, lo que proporciona un estado más natural para la medición. Por el contrario, el NAM, aunque también es no invasivo, requiere que los animales estén fijos en el dispositivo de detección, lo que restringe su movimiento.
En cuanto a la facilidad de uso, el WBP tiene la ventaja de ser sencillo de manejar. En cambio, la NAM presenta cierto grado de dificultad debido a la necesidad de fijar a los animales de una manera específica.
En cuanto a los indicadores de detección, la WBP mide principalmente parámetros como el volumen corriente, la frecuencia respiratoria y el volumen minuto de ventilación. Mientras tanto, NAM no sólo detecta estos parámetros básicos, sino que también añade indicadores especiales como la resistencia especial de las vías respiratorias sRaw y la conductancia especial de las vías respiratorias sGaw, que pueden ofrecer una perspectiva única de la función pulmonar y datos de investigación más completos.
En cuanto a la precisión de los resultados de detección, WBP detecta indirectamente los parámetros respiratorios a través de la pletismografía de cuerpo entero en animales. En comparación, NAM detecta por separado los cambios del flujo de aire en la nariz y el tórax y, a continuación, realiza un análisis y un cálculo exhaustivos. Este proceso de detección más directo permite a NAM evaluar con mayor precisión la resistencia de las vías respiratorias de los animales.
WBP y NAM tienen sus propios puntos fuertes y débiles en la detección de la función pulmonar. La WBP detecta los parámetros de la función pulmonar de los animales en un estado completamente libre de restricciones, lo que es fácil de manejar y más acorde con el estado natural. Mientras que la NAM requiere fijar a los animales, la operación es más engorrosa y también causa cierta compresión a los animales. Sin embargo, su principio de detección es más directo, los datos son más completos y el método de procesamiento de datos es más científico, especialmente en la evaluación de la resistencia de las vías respiratorias de los animales.
Referencias
[1]James Dean,Dave Singh. Investigation of the Methodology of Specific Airway Resistance Measurements in COPD. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease 2023:18 2555-2563. https://doi.org/10.2147/COPD.S424696
[2]Anurag Agrawal, Shashi Kant Singh, Vijay Pal Singh,et.al. Partitioning of nasal and pulmonary resistance changes during noninvasive plethysmography in mice. J Appl Physiol 105: 1975-1979, 2008. doi:10.1152/japplphysiol.90700.2008.
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