Comparacion Mecánica Del Sistema Respiratorio en Los Roedores

8/17/2019 Comparacion Mecánica Del Sistema Respiratorio en Los Roedores

1/14

COMPARACION MECÁNICA DEL SISTEMA RESPIRATORIO EN LOSROEDORES

Debido a la amplia utilización de los roedores como los modelos animales en lainvestigación respiratoria y la escasez de datos sobre las mediciones de

impedancia de entrada respiratoria (Zrs) en los animales pequeños, que mide Zrsentre 0,25 y ,!25 "z a distintos niveles (0#$ %&a) de e'tremo positivo presiónespiratoria (&&) en ratones, ratas, cobayas, cone*os y utilizando un ventilador de pequeños animales controlado por ordenador (+ -c%uessler y .ates /"+, +rans .iomed ng 12 340#344, !5) Zrs estaba equipado con un modelo,incluyendo una resistencia ne6toniana (7) e inertancia en serie con uncompartimiento de te*ido de 8ase constante caracterizada por el te*ido deamortiguación (9+) y los par:metros de elasticidad ("+) ;a inertacia 8ueinsigni8icante en todos los casos 7, 9+, y "ti se normalizaron con el pesocorporal, dando normalizada 7, 9+, y "ti ( 5 %&a en todas lasespecies, e'cepto los ratones


2/14

combinados de di8erentes 8uentes en la literatura, y algunos incluso se usaronanimales reci?n muertos Bdem:s, estos estudios comparativos no %an tenido encuenta la dependencia conocida de la mec:nica respiratoria en 8recuencia yvolumen por tanto, %emos identi8icado una necesidad de un amplio estudiocomparativo de impedancia del sistema respiratorio (Zrs) en una variedad de

especies de animales pequeños que est:n actualmente ampliamente utilizado enla investigación respiratoria &articular inter?s se %a dirigido recientemente a laevaluación de los mecanismos que a8ectan a las propiedades del sistemarespiratorio, tanto en condiciones saludables y anormales y si el predominio deestos e8ectos se encuentra en las v=as respiratorias o el par?nquima y C o te*idosde la pared tor:cica (!, , !2, !5#!$, !, 25#!, 5) elastancia del sistemarespiratorio se sabe que aumenta con la 8recuencia, y la resistencia del te*ido esconocido a decaer %iperbólicamente en la gama de 8recuencias de respiración8isiológicas, mientras que la resistencia de las v=as respiratorias (7a6) se

mantiene bastante constante tanto en los pulmones sanos y ligeramenteestrec%adas (!2 a !5, 22, 2 , $) n consecuencia, las contribuciones relativasde las resistencias de las v=as respiratorias y del te*ido dependen de la 8recuenciade respiración altamente Bdem:s, estas contribuciones relativas pueden cambiar con el volumen pulmonar (!$) sto pone de relieve la importancia de medir Zrs enun amplio rango de 8recuencias y vol@menes +al empresa no es trivial debido alas di8icultades t?cnicas asociadas con la medición Zrs precisión en pequeñosanimales -in embargo, a%ora tenemos a nuestra disposición un ventilador controlado por ordenador de pequeños animales (-BE) (1) que %a resuelto estasdi8icultades y nos permite medir Zrs lo largo de un amplio rango de 8recuencias y a

presiones de in8lado del pulmón controlados en animales tan pequeños como unratón l ob*etivo del presente estudio 8ue, por lo tanto, para %acer un estudiocomparativo de Zrs en ratones normales, ratas, cobayas, cone*os y m:s de unaamplia gama de 8recuencias y en di8erentes niveles de la in8lación pulmonar con eluso de la -BE nterpretamos los Zrs medidos en t?rminos de un modelo propuestopor "antos et al (!5), que cuenta con una resistencia ne6toniana (7) conectada aun compartimiento de te*ido viscoel:stico constantp%ase ;os par:metros de lacuenta modelo e'tremadamente bien para Zrs, 20 "z y nos permiten comparar entre especies mec:nica respiratoria de una manera independiente de la8recuencia

FB+7B;- G F+HDH-

&rocedimientos e'perimentales -e estudiaron cuatro especies di8erentes deroedores B C / ratones (n 5 !!> 20,5 a 21,$ g), ratas -prague#Da6ley (n 5 3> 240 a20 g), cone*illos de indias DunIin#"artley (n 5 5> 40# 1!0 g), y cone*os blancos


3/14

de 2,4 a ,0 Ig) ;os ratones y las ratas 8ueron sedados conun bolo intraperitoneal de 'ilazina ($ y !1 mg C Ig, respectivamente) +odos losanimales 8ueron anestesiados Jpentobarbital sódico en ratones (50 mg C Ig

ip), ratas (5 mg C Ig ip), y cone*illos de indias (45 mg C Ig ip)> tiopental sódico en

cone*os (5 mg C Ig iv)K y traqueostomizada B e'cepción de los cone*os, que%ab=a su tr:quea canulados con un tubo de pl:stico r=gido y que 8ueron ventiladoscon una versión comercial del -BE (8le'iEent, -L7M, la Liencia quipo7espiratorio, Fontreal, Muebec), todos los dem:s animales ten=an un cómodoa*uste c:nula traqueal de metal conectado a un prototipo -BE (1) 7atones, ratas,cobayas y cone*os 8ueron ventilados mec:nicamente con la inspiración sinusoidaly espiración pasiva con vol@menes corrientes de 4, 3, y $ ml C Ig de respiración ylas 8recuencias de !50, 0, $0 y 40 respiraciones C min, respectivamente ;apresión positiva al 8inal de la espiración (&&) se 8i*ó en %&a mediante lacone'ión de la l=nea de espiración del ventilador a una trampa de agua ;os

ratones y los cone*os se paralizaron con bromuro de pancuronio (0,3 mg C Ig ip y0,! mg C Ig iv, respectivamente) ;as ratas y cobayos 8ueron paralizadas concloruro de succinilcolina (20 y ! mg C Ig ip, respectivamente) Lada min, losanimales 8ueron ventilados contra uno de los cinco di8erentes niveles de && (0#$ %&a) elegido al azar +res maniobras totales de capacidad pulmonar serealizaron mediante el cierre de la l=nea de espiración %asta una presión deapertura de la v=a a?rea (&ao) de 0#5 se obtuvo %&a speramos !5 ciclos derespiración, los animales se les permitió a e'pirar pasivamente al volumen derela*ación seg@n se determina por && (establecido mediante la cone'ión de la

l=nea de espiración del ventilador a una trampa de agua), y un !3#s de pequeñaamplitud, de banda anc%a perturbación volumen se aplicó a la apertura de las v=asrespiratorias ;a 8orma de onda de perturbación volumen conten=a !2componentes sinusoidales discretas que tienen 8recuencias mutuamente primos0,25 a ,!25 "z, y su amplitud pico a pico correspondió a 5N del volumencorriente del animal ;as amplitudes individuales en el 8lu*o ten=an la mismapotencia en cada 8recuencia ;as 8ases de las sinusoides se a*ustaron para reducir al m=nimo la amplitud pico a pico de la señal de volumen ;as 8recuencias 8ueronelegidos para ser mutuamente primordial para evitar la distorsión armónica en laseñal de presión de la v=a a?rea (&a6) (4) Bdem:s, se seleccionó esta gama de

8recuencias, ya que es adecuado para la partición de resistiva ne6toniano y laspropiedades viscoel:sticas del te*ido respiratorias Ana vez que se %an tomadomedidas en todos los cinco di8erentes niveles de &&, se repitió elprocedimiento

l -BE es un ventilador controlado por ordenador en el que un motor linealacciona un pistón en un cilindro de di:metro conocido (1) ;os c:lculos de Zrs se


4/14

%acen a partir de mediciones de desplazamiento de volumen del pistón (Ecyl) y lapresión dentro del cilindro (&cyl) Ecyl y &cyl se registraron a !021 "z despu?s de%aber pasado a trav?s de 8iltros de paso ba*o con corte a 200 "z ;os datos 8ueronentonces digitalmente 8iltrados a 0 "z y diezmado a !23 "z antes de ser almacenados en un ordenador personal para su posterior an:lisis Bn:lisis de los

datos -e realizaron correcciones para compresibilidad del gas dentro del sistemay de resistencia y p?rdidas de aceleración en el tubo traqueal y la cone'ión de lac:nula como se %a descrito previamente (, !$) .revemente, se obtuvieronprimero las señales de calibración din:mica de &cyl y Ecyl de la -BE antes deconectar el animal mediante la aplicación de la perturbación volumen a trav?s dela c:nula traqueal primero cuando estaba completamente cerrada y luego denuevo cuando estaba abierto a la atmós8era &osteriormente, cuando el animal seconectó a la -BE, %emos utilizado estas señales de calibración para eliminar lacontribución tanto de la c:nula traqueal y la -BE s= mismo de los Zrs animales

medidosZrs se calculó como la relación entre el espectro de potencia cruzada de &ao conEcyl y el espectro de autopo6er Ecyl multiplicado por *2p8, donde * es la unidadimaginaria y 8 es la 8recuencia ;os primeros 2 s de cada registro de !3 s de datosse descartaron para evitar los transitorios iniciales, y los restantes !4 s sedividieron en cinco bloques 3#s que se superponen en un $5N ;os espectros decruzada y autopo6er para todos los bloques se promediaron antes de ser divididopara producir Zrs para reducir los e8ectos del ruido de medición (!)

Zrs consta de una parte real conocida como resistencia respiratoria del sistema

(77-) y una parte imaginaria conocida como reactancia sistema respiratorio (Ors)"emos normalizado 77 y Ors multiplic:ndolos por el peso corporal (&L) paraobtener 7rs normalizado (


5/14

;a una determina la dependencia de la 8recuencia de las dos partes real eimaginaria de Zrs y se relaciona con el =ndice %ysteresivity (%) introducido por redberg y -tamenovic () donde

&ara 8acilitar las comparaciones entre especies, que normalizó los par:metros 7, ,9+, y "+ multiplic:ndolos por .P para obtener, respectivamente,


6/14

7-A;+BDH-

;as 8iguras ! y 2 muestran, respectivamente,


7/14

%&a, para "ti en cone*os en una && de 0 %&a, y por Q y % en ratones en una&& de 2 %&a -in embargo, las di8erencias relativas 8ueron siempre, del ,!Npara "ti y %, ,!N para 9ti, y !N para Q

D-LA-R<

l presente estudio 8ue motivado por la amplia utilización de los roedores en lainvestigación del desarrollo y los procesos relacionados con las en8ermedades delsistema respiratorio pulmonar Bunque las especies que utilizamos %an sidoestudiadas en el pasado (, 1, !0, !1, !4, !$, !, 2!, 25#0, 2, 5#$, ), muypoco se %a in8ormado acerca de las Zrs de los ratones, sin duda, en parte debido alas di8icultades t?cnicas asociadas con la 8abricación de las medicionesnecesarias Bdem:s, la mayor=a de los estudios comparativos sobre la mec:nicarespiratoria de mam=8eros se %an realizado durante la respiración espont:nea delas mareas, que permite a los animales para elegir (y var=an) sus vol@menescorrientes, 8recuencias de respiración, y la capacidad residual 8uncional Bdem:s,los datos comparativos e'istentes presentadas proceden de di8erentes 8uentes enla literatura> &or lo tanto, los m?todos utilizados para evaluar la mec:nica nosiempre 8ueron los mismos en las di8erentes especies +eniendo en cuenta lapresente necesidad de realizar mediciones precisas de Zrs en pequeños roedoresy el %ec%o de que Zrs depende marcadamente de la 8recuencia y el volumenpulmonar ( igs ! y 2), e'iste una clara necesidad de mediciones comparativas deZrs en varias especies de roedores m:s de una amplia gama de 8recuencias y en

di8erentes niveles de && ste 8ue el ob*etivo de nuestro estudio Zrs por s=mismo puede proporcionar in8ormación @til sobre el estado del sistemarespiratorio, pero la utilización de modelos adecuados puede 8acilitar enormemente su interpretación l modelo que utilizamos consiste en un proyectode y que conduce a un compartimento tisular#8ase constante caracterizado por elpar:metro 9ti disipativo y el par:metro el:stica "ti -e %a demostradoanteriormente que este modelo proporciona a*ustes e'tremadamente precisospara Zrs normales en el rango de 8recuencias que %emos estudiado (!2, !5, !$,22, !), a pesar de tener sólo cuatro par:metros independientes Bl igual que enestudios previos de nuestro laboratorio en ratas (!$), encontramos que para %acer

una contribución insigni8icante a la impedancia de entrada por encima del rango de8recuencias e'aminadas en el presente estudio studios previos de nuestrolaboratorio en perros (2) y ratas (!$) tambi?n %an demostrado que 7 contienecontribuciones tanto de los te*idos de la pared del pec%o y las v=as respiratoriaspulmonares, respectivamente, en diversos grados, dependiendo de la especie 9tiy "ti caracterizar las propiedades viscoel:sticas de los te*idos respiratorios &aracomparar Zrs, 7, , 9+, y "ti entre las especies, que les multiplica por .P Lomo


8/14

alternativa, podr=amos tener normalizado a volumen pulmonar -in embargo, estopuede ser engañoso porque el volumen pulmonar en cualquier presión de in8ladoen particular depende de las propiedades el:sticas de los pulmones y la paredtor:cica (2), y porque elastancia respiratoria ("+) es uno de los par:metros enlos que estamos interesados, que ser=a normalizar e8icazmente a s= mismo &or

otro lado, podr=amos tener normalizado a peso de los pulmones -in embargo, sesabe que los cone*illos de indias se someten marcado broncoconstricción despu?sde la muerte, probablemente debido a la liberación de la sustancia &, que puedeaumentar la permeabilidad vascular y me*orar la 8ormación de edema (20) &or lotanto, la medición postmortem de peso del pulmón en cobayas probablementesobreestimar su valor in vivo con relación a las otras especies n consecuencia,se decidió que la normalización de .P era lo m:s apropiado para %acerlo, sobretodo porque nuestros par:metros mec:nicos re8le*an no sólo los pulmones, sinotambi?n a las propiedades de la pared tor:cica (3) Bdem:s, los pulmones de un

animal sirven todo su cuerpo y no sólo su te*ido pulmonar> &or lo tanto, parecer=atener sentido para considerar cómo nuestros par:metros se re8ieren a todo elcuerpo &or @ltimo, la normalización de un par:metro con respecto a .P lepermite ser 8:cilmente asociada con la tasa metabólica, que se %a demostrado queseguir .P a la potencia de 0,$5 en los mam=8eros ()


9/14

-in embargo, la idea de que los ordenamientos de rango son de %ec%o el mismoproviene de una opinión comparativa de la mec:nica respiratoria por ;eit% (2!),que mostró que 7a6 est: relacionada con .P en un amplio rango de especies de

Donde Q y b se determinaron por an:lisis de regresión lineal, y el valor de b var=aentre 20,34 y 20,$0, dependiendo de la 8uente ;os datos sobre de nuestropresente estudio obtenidos a 0 %&a && concurren, en la medida en la que 7 esun re8le*o e'acto de 7a6, dando un valor intermedio de 20,$5 (8ig 1) stasrelaciones de nuevo conducen a la conclusión de que en relación 7a6 (es decir,normalizado por la inversa de .P) aumenta con el aumento de tamaño de losanimales F:s apoyo viene de Ealerius (3), que estudió moldes de silicona depulmón de goma de cuatro especies de roedores myomorp%ic y se encontró que elvolumen del :rbol bronquial realización como un porcenta*e del volumen pulmonar

total 8ue muc%o menor> !,5#Ig en el gigante a8ricano pouc%ed rata (gambianusLricetomys) que en el de 4 g cosec%a de ratón (Ficromys minutus)

Ealerius tambi?n observó una disminución progresiva con el tamaño del animal enel di:metro relativo del bronquio principal izquierdo recuencia de resonancia ;a8recuencia de resonancia no se alcanzó por !25 "z en cualquiera de lasespecies que investigamos (ig 2) sto concuerda con los datos obtenidos deestudios sobre las oscilaciones de ba*a 8recuencia 8orzada en ratas (!1, !$),cone*illos de ndias (), y cone*os ($) y a partir de estudios sobre la ventilaciónoscilatoria de alta 8recuencia en cone*os (4) &etaI et al (0) 8ueron capaces de

detectar un componente inerte en las propiedades del sistema respiratorio de lasratas usando 8recuencias de %asta 2! "z y llegó a la conclusión de que elcomponente de inerte Zrs est: determinada esencialmente por la impedancia depulmón, de acuerdo con los datos obtenidos de los gatos (!2) l %ec%o de quenuestras estimaciones de que eran insigni8icantes para las 8recuencias, !25 "z(ig ) no quieren decir que no %ab=a elementos inerciales en las v=asrespiratorias, sino m:s bien que los e8ectos inerciales 8ueron m=nimas en todo elrango de 8recuencia estudiada 8ecto de la && en la resistencia del te*idoncontramos


10/14

a que los animales m:s pequeños se sabe que tienen paredes tor:cicas m:sv:lidas, el volumen de rela*ación normalizado y el par?nquima pulmonar en estosanimales suele ser menor que en los animales de mayor tamaño (!0) &or lo tanto,los ratones y las ratas en este estudio podr=an %aber sido ventilado a vol@menespulmonares proporcionalmente in8eriores a un determinado nivel de && en

comparación con otros roedores, lo que e'plica las di8erencias que encontramosentre las especies


11/14

l aumento de la


12/14

diversas especies como el producto del n@mero de los alv?olos por pulmón y elvolumen alveolar medio ntonces Bsumimos a la elasticidad a ser inversamenteproporcional al volumen de pulmón y elasticidad pulmonar calculado normalizadoa .P respecto a la de la del ratón (ig 5) Bunque los elastances pulmonaresnormalizados disminuyeron con el tamaño para la mayor=a de las especies, los

cone*os y ratones ten=an distensibilidad pulmonar muy similares debido a losinusualmente pequeños alv?olos en el cone*o (21) -e compararon estos valorescon las estimaciones de


13/14

mec:nico del sistema respiratorio en un grado signi8icativo (!, !2#!$, 0#2, 5)Htra posible 8uente de variabilidad en las mediciones 8ue el %ec%o de que nousamos la misma anestesia y agentes paralizantes en todas las especies


14/14

F9 2 &artes imaginarias de la impedancia del sistema respiratorio normalizan a.P (7O7) en 1 di8erentes especies ;os valores son medias calculadas para 4 -t=os m:s que oscilan entre 0 y $ %&a en cada especie

F9 &ar:metros del modelo de 8ase constante a*ustadas a los datos de

impedancia del sistema respiratorio de ratones (n 5 !!), ratas (n 5 3), cone*illos deindias (n 5 5), y cone*os (n 5 4) en 8unción de && ;os valores se normalizan a.P y representan medios 4 - 5 (2 C p) arctan ("+ C F+)> %, %ysteresivity

F9 1 relaciones alom?tricas de los par:metros del modelo del sistemarespiratorio obtenidos en ratones normales (n 5 !!), las ratas (n 5 3), cone*illos deindias (n 5 5) y cone*os (n 5 4) a 0#%&a && 7, resistencia ne6toniano> 9+, laamortiguación de te*idos> "+, elasticidad te*ido ;a l=nea continua corresponde alan:lisis de regresión lineal de cada par:metro con .P en una escala log#log r2,Loe8iciente de determinación> a y b, variables

F9 5 lasticidad normalizado a .P y en relación con los valores de ratón comouna 8unción de .P en di8erentes especies

Documents

Comparacion Mecánica Del Sistema Respiratorio en Los Roedores