Pléthysmographie du corps entier by Shanghai Tow Intelligent Technology Co., Ltd.MedicalExpo

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Les maladies métaboliques, principalement l'obésité, touchent plus de 30 % de la population mondiale et sont devenues une crise majeure de santé publique au cours des dernières décennies (Roger et al., 2020). Parallèlement, l'hypertension artérielle touche également plus de 30 % de la population mondiale et il existe un chevauchement important entre ces deux groupes (Virani et al., 2021). Bien que les maladies cardiovasculaires restent la principale cause de décès aux États-Unis, l'American Heart Association affirme que l'obésité et l'hypertension sont les principaux facteurs de maladies cardiovasculaires (Roger et al., 2020 ; Angel et al., 2020). L'obésité est une maladie complexe caractérisée par un déséquilibre énergétique causé par divers facteurs tels que la génétique, l'environnement et le comportement. On estime que l'obésité humaine résulte d'un déséquilibre énergétique durable de ≈ 7 kcal/d (équivalent à un taux de renouvellement typique de 2000 kcal/d de ≈ 0,35 %) (Hall et al., 2011). On peut en déduire qu'un déséquilibre chronique aussi minime peut conduire à l'obésité, ce qui indique que chaque mécanisme d'entrée et de sortie de l'efficacité corporelle joue un rôle crucial dans le contrôle de l'équilibre énergétique et le rôle potentiel de chaque mécanisme en tant que cause et traitement de l'obésité. Il est donc nécessaire de mener des recherches minutieuses, rigoureuses, reproductibles, complètes et synchronisées sur tous les mécanismes impliqués dans le flux énergétique afin de comprendre pleinement leur impact sur les maladies métaboliques telles que l'obésité.

En 2019, l'École de médecine du Wisconsin (MCW) a créé le Comprehensive Analysis Center for Rodent Metabolic Phenotypes (CRMPC) afin d'évaluer quantitativement et globalement l'homéostasie énergétique et liquidienne des rongeurs et de contribuer à l'analyse des mécanismes globaux des maladies métaboliques complexes. L'une des caractéristiques notables du CRMPC est son instrument unique permettant une dissection mécanique profonde du taux métabolique au repos (RMR) des rongeurs, y compris les aspects anaérobies que peu d'installations d'analyse des phénotypes métaboliques sont en mesure d'évaluer. La recherche a montré que le corps humain résiste principalement à la perte de poids par l'adaptation (c'est-à-dire l'inhibition) du RMR, et que le métabolisme anaérobie des bactéries intestinales joue un rôle important dans le métabolisme énergétique chez l'homme et l'animal. Cependant, cet effet disparaît en grande partie en cas d'obésité. Il est donc nécessaire de mettre au point un processus de routine et de précision pour évaluer l'état du microbiote intestinal et de développer et d'optimiser les techniques d'évaluation du métabolisme aérobie et anaérobie dans l'organisme. Cet article présente le flux de travail des laboratoires collaboratifs du CRMPC et du MCW pour l'analyse complète du phénotype métabolique cardiaque des rongeurs et discute des avantages et des inconvénients de la conception de l'équipement connexe à titre de référence pour les chercheurs.

Les échanges gazeux et la chimie acido-basique du sang sont étroitement liés à la physiologie métabolique. Le contrôle de la respiration par le cerveau postérieur est étroitement lié au contrôle autonome de la fonction cardiovasculaire par le mécanisme du cerveau postérieur. Il s'agit là de bases importantes pour l'étude des maladies métaboliques telles que l'obésité. Nous devons donc étudier plus avant la fonction de ventilation quantitative des rongeurs, ce qui peut être fait par pléthysmographie du corps entier sans contrainte. Les animaux sont placés dans une chambre similaire à une chambre de mesure respiratoire, puis exposés en continu à un mélange d'air ambiant dont les niveaux d'O2 et de CO2 sont modifiés et connus, afin d'évaluer les changements dans les paramètres respiratoires et les taux métaboliques dans des conditions d'hypoxie et d'hypercapnie.

La pléthysmographie du corps entier sans contrainte est une technique qui permet de mesurer la fréquence respiratoire et d'estimer le volume courant, ce qui permet de mesurer et de calculer divers paramètres respiratoires, tels que la ventilation minute. Cette méthode a été initialement établie par Drorbaugh et Fenn (1955) pour mesurer la déviation de la pression causée par l'inspiration et l'expiration. Dans une chambre fermée, le flux d'air (entrée et sortie) et la température de la chambre sont constants. Lorsqu'un animal inspire, l'air qui pénètre dans l'animal est réchauffé et humidifié, ce qui provoque une expansion du volume et une augmentation de la pression à l'intérieur de la chambre. La situation inverse se produit lors de l'expiration. La mesure de cette déviation de pression peut fournir des formes d'ondes inspiratoires et expiratoires continues pour une analyse ultérieure et la quantification de la fréquence respiratoire et du volume courant. De nombreuses équipes ont adopté cette méthode pour mesurer la respiration chez diverses espèces, notamment des souris conscientes (Hodges et al., 2008 ; Hodges et Richerson, 2008) et des rats de tous âges (Mouratian et al., 2012, 2017, 2019). En bref, des souris (tous âges confondus) et des rats (<22 jours) ont été placés dans des pléthysmographes personnalisés de 200ml ou 10L (comme indiqué dans la figure ci-dessus). Les débits d'entrée et de sortie de gaz sont équilibrés (150 ml/min) ou légèrement biaisés vers plus de sorties pour éviter l'accumulation de CO2. Différents gaz sont injectés dans la chambre à l'aide d'un collecteur de gaz connecté à l'orifice d'entrée du gaz. Utiliser une source de chaleur à température contrôlée pour chauffer la chambre afin de s'assurer que la température de la chambre atteint 28-30 ° C. Lors de la mesure de l'écart de pression, un capteur de pression différentielle (Validyne) est utilisé en unités de volts produites pendant l'inhalation et l'expiration tout en mesurant en continu la température et l'humidité relative (Oméga). Le signal analogique est connecté au convertisseur A/D et enregistré à l'aide d'un système d'acquisition de données à une fréquence d'échantillonnage de 200 Hz. Après chaque expérience, un thermocouple rectal en forme de T a été utilisé pour obtenir la température rectale de chaque animal. Effectuer une analyse hors ligne des données recueillies pour chaque étude. La valeur de crête de chaque forme d'onde de ventilation est identifiée à l'aide de l'option "mesure du cycle". Ensuite, utilisez l'option "mesure de la hauteur" pour identifier et mesurer l'écart de tension par rapport au pic de chaque forme d'onde respiratoire. Utilisez l'étalonnage du volume pour convertir les volts en volume (millilitres) et étalonnez en fonction de la température de l'animal et de la chambre, de l'humidité relative et de la pression atmosphérique ambiante afin d'estimer le volume courant par respiration. Drorbaugh et Fenn (1955) ont quantifié la fréquence respiratoire en utilisant l'option "mesure du cycle" de LabChart. Le volume ventilatoire minute (VE ; ml/min) est le produit de la fréquence respiratoire (F ; respiration/min) et du volume courant (VT ; ml/respiration). Toutes les formes d'onde de ventilation sélectionnées pour la quantification sont exemptes d'artefacts respiratoires (pauses, soupirs et odeurs) et de mouvement. La ventilation mesurée dans n'importe quel état (hypoxie ou hypercapnie) est divisée par la respiration de l'air intérieur et multipliée par 100 % pour évaluer la sensibilité du système respiratoire à l'oxygène et au dioxyde de carbone.

La pléthysmographie du corps entier peut fournir une évaluation respiratoire peu invasive sans nécessiter d'anesthésie, et cette méthode peut être réutilisée avec d'autres méthodes. Par exemple, le système est également multiplexé avec des antennes pour la télémétrie sans fil de la pression artérielle ou d'autres paramètres et pour la manipulation de stimulateurs pour l'optogénétique. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle ne permet pas d'évaluer la résistance et la compliance des poumons.

Le système de pléthysmographie du corps entier (WBP) développé par Tow-Int Tech permet de mesurer la fréquence respiratoire, le volume courant et l'hyperréactivité des voies respiratoires (AHR) chez les animaux conscients et libres. Pendant le processus de test, les animaux peuvent être conscients et libres, ce qui évite l'impact d'une trachéotomie traumatique et d'une anesthésie, et rend le processus expérimental plus pratique. Il est utilisé pour étudier la réactivité des animaux modèles du système respiratoire aux médicaments, ainsi que la pharmacologie et la toxicologie des médicaments respiratoires. Il est particulièrement adapté aux expériences de dépistage rapide des animaux à grande échelle, aux études de suivi à long terme et au dépistage répétitif.

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