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Test de la fonction pulmonaire non invasif : WBP vs NAM
Cet article présente principalement le WBP et le NAM. Ces deux appareils sont classés dans la catégorie des tests non invasifs de la fonction pulmonaire.
1. Méthodes courantes d'évaluation de la fonction pulmonaire
L'exploration fonctionnelle des poumons est une "arme" puissante pour évaluer la santé des poumons. Elle joue un rôle essentiel dans la recherche médicale et le diagnostic des maladies. Les méthodes d'évaluation de la fonction pulmonaire peuvent être divisées en deux catégories : les méthodes invasives et les méthodes non invasives. Les méthodes invasives d'évaluation de la fonction pulmonaire comprennent principalement la résistance et la compliance des voies aériennes (RC) et l'examen de la fonction pulmonaire (EFP). Les méthodes non invasives d'évaluation de la fonction pulmonaire comprennent principalement la pléthysmographie du corps entier (WBP), la mécanique des voies aériennes non invasive (NAM) et la pléthysmographie tête en dehors (HOP). Cet article présente principalement la WBP et la NAM.
2. Pléthysmographie du corps entier, WBP
2.1 Principe de fonctionnement
Le système de détection par pléthysmographie du corps entier WBP est un dispositif avancé d'évaluation de la fonction pulmonaire des animaux, qui joue un rôle important dans la recherche sur les maladies respiratoires et le développement de médicaments. Son principe de fonctionnement est basé sur la loi de Boyle. L'animal est placé dans une boîte pléthysmographique scellée. Lorsque l'animal respire, l'ondulation de la paroi thoracique entraîne une modification du volume de la boîte de pléthysmographie. Cette variation de volume est ensuite convertie en un signal électrique par l'intermédiaire d'un transducteur de pression et d'un amplificateur. Après avoir été traitée par un ordinateur, la courbe respiratoire peut être clairement affichée sur l'écran de l'ordinateur. Grâce à une analyse plus poussée par un logiciel professionnel, une série de paramètres respiratoires clés tels que le volume courant, le débit expiratoire de pointe et la fréquence respiratoire peuvent être calculés avec précision.
2.2 Paramètres de test
Ti : Temps d'inspiration (s)
Te : Temps d'expiration (s)
PIF : Débit Inspiratoire de Pointe (ml/s)
PEF : Débit expiratoire de pointe (ml/s)
Volbal : Différence entre le volume inspiratoire et le volume expiratoire
F : Fréquence respiratoire (respirations par minute)
Vt:Volume courant（ml）
Mv:Ventilation minute（ml）
AV:Volume accumulé（ml）
EF50 : Débit expiratoire mi-tidal
EIP : Pause inspiratoire finale (méthode invasive)
EEP : Pause expiratoire finale (méthode invasive)
TR : Temps de relaxation
PenH : Pause améliorée
Rpef : Rapport entre le temps et le débit expiratoire de pointe
2.3 Caractéristiques et avantages du système
Sans contrainte/non invasif : Il peut être utilisé pour la recherche sur les animaux respirant dans l'état le plus naturel et sans contrainte, ainsi que pour les expériences de suivi à long terme. Il convient au dépistage initial des médicaments, sans nécessiter d'intervention chirurgicale, ce qui évite l'impact de l'anesthésie et de l'intervention chirurgicale sur l'expérience.
Module multifonctionnel de nébulisation d'aérosols : Il intègre la détection respiratoire, l'administration de médicaments par nébulisation en ligne et la fonction de flux de biais.
Bouteille d'eau et port alimentaire en option : ils peuvent être utilisés pour la surveillance continue à long terme.
Taille de chambre expérimentale sélectionnable : Elle convient aux souris, aux rats ou à d'autres animaux.
Riche en fonctions et extensible : Il comprend des fonctions telles que la surveillance automatique de la toux, les expériences automatiques sur l'asthme, l'optogénétique et l'électroencéphalogramme.
2.4 Domaines d'application
Le champ d'application du système de détection par pléthysmographie du corps entier WBP est très vaste et couvre de nombreux domaines. Dans la recherche sur les maladies respiratoires, il s'agit d'un outil important pour étudier l'asthme, la fibrose pulmonaire, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), les maladies respiratoires aiguës, etc. En surveillant les changements des paramètres respiratoires des animaux dans différentes conditions, les chercheurs peuvent comprendre en profondeur la pathogenèse de ces maladies et fournir une base théorique pour le développement de nouvelles méthodes de traitement.
Dans le domaine du développement de médicaments, le système WBP peut être utilisé pour l'évaluation de la sécurité et la recherche toxicologique des médicaments. En observant l'impact des médicaments sur la fonction respiratoire des animaux, il est possible d'évaluer la sécurité et les effets indésirables potentiels des médicaments. Dans le processus de développement de certains nouveaux médicaments, le système WBP est utilisé pour détecter l'impact des médicaments sur des paramètres tels que la fréquence respiratoire et le volume courant des animaux, pour juger si les médicaments ont des effets indésirables tels que la dépression respiratoire, fournissant ainsi une référence importante pour le développement ultérieur des médicaments.
3. Mécanique non invasive des voies aériennes, NAM
3.1 Conception et principe uniques
La mécanique non invasive des voies aériennes (NAM, également connue sous le nom de pléthysmographie à double chambre, DCP) utilise un pléthysmographe de conception unique pour séparer la tête et le corps de l'animal dans la chambre de tête et la chambre de corps, et peut mesurer respectivement le flux nasal et le flux thoracique. En analysant le retard du flux nasal par rapport au flux thoracique, la résistance spécifique des voies aériennes (sRaw) et la conductance spécifique des voies aériennes (sGaw) peuvent être obtenues, et la résistance des voies aériennes des animaux peut être évaluée avec plus de précision. sRaw est un indicateur idéal largement accepté pour remplacer la détection invasive, fournissant aux chercheurs une méthode de détection plus sûre et plus fiable, nous permettant de comprendre la fonction pulmonaire des animaux en profondeur sans les blesser.
3.2 Paramètres de test
Ti : temps d'inspiration (s)
Te : Temps d'expiration (s)
PIF : Débit Inspiratoire de Pointe (ml/s)
PEF : Débit expiratoire de pointe (ml/s)
Volbal : Différence entre le volume inspiratoire et le volume expiratoire
F : Fréquence respiratoire (respirations par minute)
Vt : Volume courant（ml）
Mv : Ventilation minute（ml）
AV : Volume accumulé（ml）
EF50 : débit expiratoire mi-tidal
EIP : Pause inspiratoire finale (méthode invasive)
EEP : Pause expiratoire finale (méthode invasive)
TR : Temps de relaxation
EV : Volume Expiratoire
Penh : Pause améliorée
Rpef : Rapport entre le temps et le débit expiratoire de pointe
NTV : Volume courant nasal
VNE : Volume expiratoire nasal
sRaw : résistance spécifique des voies aériennes
sGaw : Conductance spécifique des voies aériennes
3.3 Caractéristiques principales
Le détecteur non invasif de la fonction pulmonaire animale NAM présente de nombreuses caractéristiques remarquables.
En termes de méthode de détection, il n'est pas nécessaire d'anesthésier et d'intuber l'animal, ce qui évite les dommages et la réaction de stress causés par l'anesthésie et l'intubation trachéale à l'organisme de l'animal, et rend les résultats de la détection plus authentiques et plus fiables.
En termes d'indicateurs de détection, il peut détecter la résistance spéciale des voies aériennes sRaw et la conductance spéciale des voies aériennes sGaw. Ces indicateurs sont très importants pour l'évaluation de la fonction pulmonaire des animaux.
Au cours du processus de détection, les changements de flux d'air dans le nez et la poitrine sont détectés séparément, et une analyse et un calcul complets sont effectués, ce qui permet d'obtenir des résultats plus précis.
Il est doté d'un système flexible d'administration de médicaments par nébulisation, ce qui constitue une solution parfaite pour la recherche pharmacologique et toxicologique.
Il est doté d'un mécanisme d'alimentation en air à flux biaisé pour éviter l'accumulation de gaz d'échappement.
3.4 Domaines d'application
En termes d'applications, il convient parfaitement à la recherche sur l'asthme, la BPCO, etc. Comme les animaux n'ont pas besoin d'anesthésie ni d'intubation trachéale, la réponse du même animal aux médicaments ou aux thérapies peut être étudiée pendant une longue période. Cela est très important pour l'étude de la pathogenèse des maladies, l'évaluation de l'efficacité des médicaments et le développement de nouvelles méthodes de traitement. Dans le cadre de la recherche sur l'asthme, les chercheurs peuvent utiliser le système de pléthysmographie à double chambre pour animaux NAM pour surveiller à long terme les changements de la fonction pulmonaire des modèles animaux d'asthme à différents stades du traitement, afin de mieux comprendre la pathogenèse et l'effet du traitement de l'asthme et de fournir une base pour le développement de médicaments plus efficaces pour le traitement de l'asthme.
4. Différences et avantages de la NAM par rapport à la WBP
La WBP et la NAM diffèrent sur plusieurs points. En ce qui concerne la méthode de détection, la PBW est non invasive et permet aux animaux de se déplacer librement dans la boîte du pléthysmographe, ce qui donne un état plus naturel pour la mesure. Au contraire, le NAM, bien qu'également non invasif, exige que les animaux soient fixés dans le dispositif de détection, ce qui limite leurs mouvements.
En ce qui concerne la facilité d'utilisation, le WBP a l'avantage d'être simple à utiliser. En revanche, le NAM présente un certain niveau de difficulté en raison de la nécessité de fixer les animaux d'une manière spécifique.
En ce qui concerne les indicateurs de détection, le WBP mesure principalement des paramètres tels que le volume courant, la fréquence respiratoire et le volume de ventilation minute. La NAM, quant à elle, ne détecte pas seulement ces paramètres de base, mais ajoute également des indicateurs spéciaux tels que la résistance spéciale des voies aériennes sRaw et la conductance spéciale des voies aériennes sGaw, qui peuvent offrir une perspective unique sur la fonction pulmonaire et des données de recherche plus complètes.
En ce qui concerne la précision des résultats de la détection, le WBP détecte indirectement les paramètres respiratoires par pléthysmographie du corps entier sur les animaux. En comparaison, le NAM détecte séparément les variations du flux d'air dans le nez et la poitrine, puis effectue une analyse et un calcul complets. Ce processus de détection plus direct permet au NAM d'évaluer plus précisément la résistance des voies respiratoires des animaux.
La WBP et la NAM ont leurs propres forces et faiblesses en matière de détection de la fonction pulmonaire. La WBP détecte les paramètres de la fonction pulmonaire des animaux en l'absence totale de contraintes, ce qui est facile à utiliser et plus conforme à l'état naturel. Alors que la NAM nécessite de fixer les animaux, l'opération est plus lourde et elle entraîne également une certaine compression des animaux. Cependant, son principe de détection est plus direct, les données sont plus complètes et la méthode de traitement des données est plus scientifique, en particulier pour l'évaluation de la résistance des voies respiratoires des animaux.
Références
[1]James Dean,Dave Singh. Investigation of the Methodology of Specific Airway Resistance Measurements in COPD (Enquête sur la méthodologie des mesures de résistance spécifique des voies aériennes dans la BPCO). 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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