使用强制振荡技术评估小鼠呼吸系统力学

本实验的总体目标是通过使用商用计算机控制的活塞式呼吸机 flex event，演示小鼠呼吸力学的强制振荡测量。该测量将通过评估气道对吸入甲基胆碱的反应性来完成。第一步是准备所需的试剂、设备和实验对象。

然后将受试对象连接至呼吸机，进行机械通气和呼吸力学测量。根据预设的程序，在基线状态及甲基胆碱激发后，进行一系列高度可控的自动化测量。结果分析可显示气道高反应性，表现为接触氯气的小鼠在气道阻力和弹性蛋白的最大反应值上均高于对照组受试对象。

与现有方法相比，该技术的主要优势在于提供了一种准确的工具，能够以全面、详细且具有转化意义的方式测量肺功能。这是通过对施加于受试者气道开口的预定义振荡气流波形所产生的压力和体积信号进行分析而实现的。此外，许多影响生理反应的因素均可被控制并标准化。

使用此方法，开启 Flex event FX 系统并启动软件。本方案适用于 flexi 支持的两种 flex event 世代中的任意一种。在首次实验会话或在此之前任何时候，请安装第七版软件。打开研究定义与规划模块，以预先设定研究结构。

单击“创建新研究”按钮，然后按照向导创建研究。规划实验方案，并定义要研究的实验组和受试对象。通过打开实验会话模块并按照启动流程操作，来启动一次实验会话。

用于研究和模板选择。将受试者分配至测量部位，并确认其体重。按照操作软件中描述的步骤进行系统校准。

系统会提示将用于校准的套管针连接到Y型管路。按照校准向导中的步骤完成套管针的校准，并确认获得的校准值在指定范围内。如有需要，可重复校准过程；若已准备就绪，则取消提示，开始通气和数据记录。

这些步骤可在稍后阶段开始。使用适当剂量的麻醉剂对受试对象进行麻醉，并确认其已达到外科手术所需的麻醉水平。

动物对脚趾挤压应无反应，且呼吸应规律，无呼吸困难。将动物仰卧放置，并使用热源以维持其正常体温。在距离小鼠45厘米处放置一个60瓦的灯泡即可满足要求。

然后用酒精清洁喉部区域以暴露气管。做一切口，轻轻分离下颌下腺及其覆盖的肌肉层。使用一对显微镊子轻轻提起气管。

然后在其下方穿过一条缝线。在靠近喉部的两个软骨环之间剪开。这样可在气管上形成一个小切口，但不将其完全切断。

将校准后的套管插入切口，并轻柔地穿过五个气管环。在此示例中，使用的是长度为1.2厘米的18号金属套管。必须使用缝线固定套管，这一点至关重要。

附件应在套管周围形成密闭的气密封口。将已插管的动物移至呼吸机附近。在通气控制面板中选择一个预设或自定义的通气模式，启动机械通气。

现在通过Y型管将动物连接到呼吸机。小心地将动物与呼吸机对齐，并确保气管插管与呼吸机处于同一水平。这可以避免软件中可能出现的插管阻塞或气管扭曲。

通过双击扰动名称执行一次深部充气扰动，以验证套管插入和连接是否正确。除非存在泄漏，系统应在三秒内维持30厘米水柱的压力，且无过度的容积位移。记录的容积和压力曲线应平滑，无偏移或变形迹象。

否则，此处可能存在套管、阻塞或错位情况。如有需要，可连接用于监测心率和体温的生命体征换能器。这些信号的数据记录可随时启动，可通过手动或脚本自动进行。

可使用预定义或自定义脚本自动完成雾化器激活、事件标记等测量或指令，从而实现高度受控且可重复的实验过程。可通过六类扰动及其产生的多个参数，用于描述受试者在基线状态及特定刺激后的呼吸系统力学特性。在准备开始采集测量数据时，首先应执行深部吸气扰动，以招募闭合的肺区域并标准化肺容积历史。

接下来，通过运行测试测量来确认是否存在自发性吸气努力。在选定的数据集视图中观察压力信号曲线。采用逐步静态肺容积-压力曲线。

压力平台应清晰明确，无向下偏转。压力的向下波动表明动物存在吸气努力。现在通过双击其标题来启动吸入甲基胆碱评估气道反应性的脚本。

在此示例中，程序会以三份重复进行一系列基线测量。然后系统会提示将生理盐水加入雾化器中。或者在此示例中，将甲基胆碱溶液加入雾化器，大约加入100 µL溶液。

一旦在软件中输入信息，雾化将自动开始。雾化结束后不久，系统将启动一系列密集的测量，持续约三分钟。接下来，系统会提示执行。

另一个挑战被提出，且可在不同挑战之间重复测量序列。使用棉签擦干雾化器接口内部有助于防止吸气管路中积聚液滴或冷凝水。随着数据的采集，软件会计算与扰动相关的参数，并根据数据对模型的拟合程度提供一个决定系数。

之后，可通过软件的回顾与报告模块访问该实验，以导出或进一步分析数据。实验结束时，停止通气并移除受试动物。移除后应立即通过过量戊巴比妥钠将其安乐死，随后可进行支气管肺泡灌洗，或分离肺组织以供进一步分析。

在切换至下一位受试者之前，需冲洗并干燥雾化器适配器Y型管路和鼻导管。在操作软件中切换至下一位受试者，并确认其体重。然后按照建议的校准步骤进行操作，再继续实验。

每天实验结束后，冲洗并干燥设备。请注意，在结束实验前，还需根据制造商的说明清洁系统的呼气阀，以保持系统性能。以下示例展示了来自未经处理的小鼠和氯气暴露小鼠实验的一组典型结果，以及未经处理的 aj 小鼠的等效结果。

在基线水平以及使用 flexi wear seven 支持的两种 flex 事件生成方式之一诱导甲基胆碱支气管收缩后，获取小鼠数据。由于宽带强迫振荡技术（FOT）测量能够将肺部反应分解为空气道和肺实质组织参数，因此可提供一种识别受累肺区域的方法。例如，当末期呼气压从 3 厘米水柱升高至 9 厘米水柱时，未经处理的 AJ 小鼠显示出基础阻力增加。

呼气末压力的改变导致气道阻力下降，这与较高肺容积和较大充气压力所产生的支气管扩张效应一致；同时组织阻尼增加，该参数与组织阻力密切相关，反映组织的黏弹性，可能还反映小气道的阻力。后者已知会随肺容积的增加而升高。该方案常用于评估吸入氯气暴露后对吸入性甲基胆碱的气道反应性。

与暴露于空气的对照组相比，B.SEA小鼠表现出气道高反应性。在本示例中，暴露于氯气的小鼠在所有FOT参数上的最大反应均更为显著。这些小鼠还显示出对吸入性甲基胆碱的浓度反应曲线显著左移，即出现超敏反应，表现为引起阻力和弹性蛋白增加一倍所需的甲基胆碱浓度降低。

除了强迫振荡技术（FOT）外，弹性事件系统还可记录其他测量指标，例如压力-容积曲线。将呼气支上段拟合至Salazar Knolls方程，相关参数由软件自动计算。为了成功实施该技术，需重点关注每一步骤，其中尤为重要的包括系统校准、气管插管的阻力、动物体位以及肺容积的标准化。

如果严格遵循这些步骤，该方法将为您提供小鼠肺组织力学特性的准确表征。