Методы исследования органов дыхания: Исследование легких: методы диагностики заболеваний дыхательной системы

Дрейф да

Период

)

9017 9017 9017 9017 у пациентов наблюдались регулярные амплитуды и нерегулярные периоды, как показано на рисунке 3 (b).Только 4 пациента показали отклонение от исходного уровня, а 19 пациентов не показали отклонения от исходного уровня (среднее значение MUD-MDD было). На кривых время-амплитуда обнаружены регулярные амплитуды, но нерегулярные частоты. Диаграммы фазового пространства показывают формы постоянной формы и размера. Карты Пуанкаре показали, что точки образуют плотно собранные узоры (в среднем SD _x и SD _v были,). В частотных спектрах обнаружены более широкие распределения с пиками дисперсионного шума (среднее значение A ₁ было равно 0.078 ± 0,017).

В группе C у 54 пациентов наблюдались нерегулярные амплитуды, но регулярные периоды, как показано на рисунке 3 (c). У 39 пациентов наблюдалось отклонение от базовой линии, а у 15 пациентов не было отклонения от базовой линии (среднее значение MUD-MDD было). На кривых время-амплитуда обнаружены регулярные амплитуды, но нерегулярные частоты. Диаграммы фазового пространства показали нерегулярные и несогласованные паттерны. Карты Пуанкаре показали, что точки были сильно разбросаны (среднее SD _x и SD _v было,).Однако частотные спектры показали более широкие распределения с пиками дисперсионного шума (среднее значение A, , ₁ ).

В группе D у 24 пациентов наблюдалась нерегулярная амплитуда и периоды, как показано на рисунке 3 (d). У всех пациентов наблюдалось отклонение от исходного уровня (среднее значение MUD-MDD составило 0,793 ± 0,550). Амплитудно-временные кривые выявили нерегулярные амплитуды и частоты. Диаграммы фазового пространства показали нерегулярные и несогласованные паттерны. Карты Пуанкаре показали, что точки были разбросаны случайным образом без какого-либо направления (среднее значение SD _x и SD _v было равно 0.251 ± 0,136, 0,095 ± 0,047). В частотных спектрах обнаружены более широкие распределения с пиками дисперсионного шума (среднее значение A ₁ составило 0,121 ± 0,054).

Наблюдалась статистически значимая разница количественных параметров (SD _x , SD _v , A ₁ и MUD-MDD) между четырьмя группами (однофакторный дисперсионный анализ для MUD-MDD, SD _x и SD _v , для A ₁ ) (Таблица 3).В апостериорном анализе Scheffe было различие MUD-MDD, SD _x и SD _v между группами A, B и C, D и разница в A ₁ между A, C и группы B, D. Кроме того, мы провели многовариантный дисперсионный анализ (MANOVA) для сравнения разницы количественных параметров (SD _x , SD _v , A ₁ и MUD-MDD) между группами в зависимости от визуальный период, визуальная амплитуда и визуальный дрейф.Что касается визуального периода, была разница в MUD-MDD ( F = 5,242), SD _x ( F = 3,954) и A ₁ ( F = 26,109) между группами ( Лямбда Уилкса = 0,684,). Что касается визуальной амплитуды, была разница в MUD-MDD ( F = 11,005), SD _x ( F = 16,326) и SD _v ( F = 31,394) между группами ( Лямбда Уилкса = 0,741,). Однако частичная корреляция не выявила значимых взаимодействий визуальной амплитуды визуального периода, смещения визуального периода, смещения визуальной амплитуды, смещения визуальной амплитуды визуального периода.

Кроме того, был проведен анализ кривой рабочей характеристики приемника (ROC) для определения количественного значения отсечки амплитуды (SD _x , SD _v ), период ( A ₁ ) и дрейф (MUD-MDD) для различения регулярного и нерегулярного дыхания (рисунки 4 и 5).Что касается результата бинарного визуального анализа в качестве эталона стандарта, количественные пороговые значения для различения регулярных и нерегулярных подкомпонентов дыхания составили 0,11 для SD _x (AUC: 0,982,), 0,062 для SD _v (AUC: 0,847,), 0,117 для A ₁ (AUC: 0,876,) и 0,349 для MUD-MDD (AUC: 0,948,).

Наконец, данные для всех 139 пациентов показали отрицательные LLE в диапазоне от -3,76 до -0,43. (среднее: -1.94, стандартное отклонение: 0,46). Значения LLE не коррелировали с результатами анализа фазового пространства, спектра мощности и карты Пуанкаре. Визуальное сравнение временных рядов с LLE (рис. 6) показало, что более отрицательные показатели Ляпунова соответствуют более быстрой регуляризации изначально нерегулярных паттернов.

(a) LLE = −2,54
(b) LLE = −1,71
(a) LLE = −2,54
(b) LLE = −1,71

4. Обсуждение

В этом исследовании , мы предложили как визуальные, так и количественные методы анализа стабильности дыхания при респираторной закрытой ПЭТ / КТ.Используя диаграммы фазового пространства, спектры Фурье, карты Пуанкаре и показатели Ляпунова, мы классифицировали респираторные паттерны 139 пациентов на четыре группы в соответствии с комбинацией регулярности амплитуды и периода, а также исходным положением. Каждая группа выявила характерную форму и узор при визуальном анализе, а также показала статистически значимое различие количественных параметров между группами и количественного порогового значения для различения регулярного и нерегулярного дыхания.

Преимущества и ограничения различных методов приведены в таблице 4.

Особым преимуществом метода диаграммы фазового пространства является то, что он позволяет интуитивно визуализировать колебательные процессы, такие как дыхание, с первого взгляда.Паттерны фазового пространства зависят от пациента. По сравнению с кривой время-амплитуда этот метод становится особенно полезным, когда информация о сигнале дыхания собирается в длительном временном масштабе. Однако количественный анализ затруднен, потому что порог для классификации регулярных и нерегулярных респираторных паттернов не может быть легко установлен путем визуального осмотра диаграммы фазового пространства. Более того, в сомнительных случаях, которые нельзя четко разделить на регулярные или нерегулярные, визуальная категоризация непроста.Наконец, анализ становится трудным, когда закономерности амплитуды, частоты и базовой линии противоречат друг другу или когда имеется смешанный паттерн, состоящий как из регулярных, так и нерегулярных дыхательных паттернов. В этих случаях требуется дополнительная оценка, и могут быть полезны другие методы количественного анализа, такие как спектр мощности или карта Пуанкаре.

В методе спектра Фурье информация об амплитуде и положении базовой линии теряется во время преобразования Фурье. Этот метод полезен для анализа случаев, показывающих несоответствие между частотами, амплитудами или базовыми положениями (Группа B2).

Сложные случаи, которые демонстрируют несоответствие между амплитудами и базовыми положениями (например, группы B1, B2 и C), могут быть проанализированы с использованием метода карты Пуанкаре. Однако основным ограничением этого метода является то, что может быть сгенерировано более одной карты Пуанкаре, в зависимости от методов секционирования. В этом исследовании поверхности Пуанкаре располагались на полпути между точками максимального и минимального дыхания, поскольку считалось, что на среднюю точку не влияют колебания крайних точек конца вдоха или конца выдоха.Кроме того, на результаты этого анализа может повлиять метод подбора. В некоторых исследованиях формы на картах Пуанкаре были подогнаны под эллипсы [26], в то время как в других исследованиях использовалась корреляция Пирсона [27]. Наконец, был разработан ряд методов для количественной оценки геометрических форм в отображениях Пуанкаре. Например, качественный, визуальный метод классификации был расширен до количественного за счет включения стандартной статистики во временной области в существующие категории графиков Пуанкаре [28, 29].В нашем исследовании мы использовали простой способ выразить степень дисперсии, измерив стандартное отклонение по горизонтальной координате карты.

Используя метод экспоненты Ляпунова, мы предложили новую методологию анализа форм дыхательных волн, рассматривая дыхательную систему как динамическую систему. LLE для всех 17 пациентов были отрицательными, что означает, что во всех случаях временной ряд дыхания был привлечен к стабильным периодическим орбитам. Вычисляя корреляцию между временными рядами и соответствующими показателями Ляпунова, мы показали, что большее количество отрицательных показателей соответствует более быстрой регуляризации изначально нерегулярных дыхательных паттернов.В будущем метод показателя Ляпунова будет особенно полезен в клинических условиях с целью оценки улучшения воспроизводимости паттернов дыхания с помощью респираторного коучинга.

Настоящее исследование имеет некоторые преимущества по сравнению с предыдущими исследованиями.

Во-первых, хотя в других исследованиях рассматривались разные подкомпоненты респираторных паттернов, в прошлом не было попыток сгруппировать дыхательные паттерны в функционально различные категории. Здесь мы впервые продемонстрировали наличие характерных и отличительных форм и закономерностей при визуальном анализе и доказали, что существует значительная разница количественных параметров между группами.

Во-вторых, мы впервые объединили визуальный и количественный подходы для оценки стабильности дыхания. В нашем исследовании были предложены конкретные визуальные и количественные критерии для классификации регулярных и нерегулярных респираторных паттернов. В методах количественного анализа (например, спектре мощности, отображении Пуанкаре и методе показателей Ляпунова) степень регулярности фиксировалась с помощью непрерывных числовых переменных. Это первое исследование, обеспечивающее количественные показатели стабильности дыхания и определение порогового значения для различения регулярного и нерегулярного дыхания.

В-третьих, анализ в предыдущих исследованиях проводился путем разложения подкомпонентов кривой время-амплитуда дыхания. Однако этот метод не может раскрыть полную картину лежащей в основе сложной динамики дыхания. В нашем исследовании кривые время-амплитуда были преобразованы в различные математические конструкции, такие как диаграмма фазового пространства, спектр Фурье, отображение Пуанкаре и показатель Ляпунова. Это первое исследование, в котором анализируются различные аспекты дыхания с использованием различных методов анализа, каждый из которых имеет свои преимущества, ограничения и показания.Амплитудно-временных кривых и диаграмм фазового пространства достаточно для характеристики стабильности дыхания в типичных случаях, например, в группе A или группе D. Однако, когда существует некоторая несогласованность между амплитудами, частотами и базовыми положениями (группа B или группа C), становятся полезными дополнительные инструменты количественного анализа, такие как спектры Фурье и карты Пуанкаре. Метод спектра Фурье полезен для классификации стабильности дыхания на основе частоты. Напротив, карты Пуанкаре можно использовать для анализа сложных случаев, которые демонстрируют дрейф базового положения или комбинацию регулярных и нерегулярных дыхательных паттернов.Метод показателей Ляпунова может быть использован для выявления временной дивергенции или сходимости временных рядов. Таким образом, эти разные методы подходят для разных клинических ситуаций.

Следует упомянуть несколько ограничений этого исследования. Во-первых, визуальная система оценивания — это бинарная система. Во-вторых, мы использовали данные о дыхании, полученные с помощью монитора внешнего дыхания, который фиксирует движение передней поверхности живота пациента. Хотя в нескольких исследованиях сообщалось, что внешний маркер представляет внутреннее движение, недавние исследования показали несоответствие между внешним дыхательным движением и внутренним движением опухоли [30].В-третьих, поскольку эта статья сосредоточена только на анализе респираторного паттерна, потенциальные исследовательские приложения, касающиеся влияния паттернов дыхания на изображения ПЭТ / КТ, не исследовались.

Работу, представленную в этой статье, можно расширить несколькими способами. Во-первых, в будущих исследованиях для визуального анализа диаграмм фазового пространства могут применяться множественные системы визуальной оценки. Во-вторых, другие параметры, такие как разница между SUV поражения или объемы изображений ПЭТ / КТ без движения и с размытыми движениями, могут использоваться в качестве эталона для количественного определения порога.В будущей работе мы планируем изучить влияние различных респираторных паттернов на количественные параметры метаболизма, такие как SUV и объем. Наконец, было бы целесообразно исследовать изменения качественных и количественных показателей стабильности дыхания, которые были упомянуты в этом исследовании, до и после респираторного коучинга в респираторно-управляемой ПЭТ / КТ.

Эти методы анализа могут помочь в разработке респираторных методик для конкретных пациентов. На изображении ПЭТ / КТ с дыхательной синхронизацией наблюдается некоторое изменение SUV по сравнению с неискаженным изображением.Смена SUV между стробированием и безымянным изображением может происходить либо из-за самого стробирования, либо из-за эффекта нестабильного дыхания. В таких ситуациях, если у нас нет информации о респираторном паттерне пациента, мы не можем судить, вызвано ли изменение SUV самим закрытием или нестабильным дыханием. Итак, чтобы судить, как мы доверяем изменяющийся внедорожник закрытому ПЭТ, мы должны сначала оценить стабильность дыхания. Таким образом, если мы оценим респираторную стабильность перед получением изображения ПЭТ / КТ, мы можем выбрать пациентов с нестабильным дыханием и дать этим пациентам респираторную тренировку перед выполнением ПЭТ / КТ.

5. Выводы

В этом исследовании мы объединили как визуальные, так и количественные методы для анализа стабильности дыхания во время дыхательной закрытой ПЭТ / КТ, используя четыре метода: диаграммы фазового пространства, спектры Фурье, карты Пуанкаре и показатели Ляпунова. Здесь мы продемонстрировали, что каждая группа выявила характерную форму и паттерн при визуальном анализе, а также продемонстрировала значительную разницу количественных параметров между группами и определение количественного порогового значения для различения регулярного и нерегулярного дыхания.Эти методы анализа могут помочь в разработке респираторных методик для конкретных пациентов в будущем.

Этическое одобрение

Исследование было одобрено экспертным советом учреждения или его эквивалентом и проводилось в соответствии с этическими стандартами, изложенными в Хельсинкской декларации 1964 года и более поздних поправках к ней.

Согласие

Все субъекты исследования дали письменное информированное согласие или наблюдательный совет учреждения отказался от необходимости получать информированное согласие.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана исследовательским фондом столичного города Пусана (2014).

Инвазивные и неинвазивные методы исследования легочной функции у мышей | Респираторные исследования

Широкое использование генетически измененных мышиных моделей экспериментальной астмы стимулировало развитие методов исследования функции легких in vivo для характеристики функциональных результатов генетических манипуляций.Возможность определять in vivo дыхательную функцию у лабораторных мышей представляет большой интерес, поскольку эти животные играют важную роль в биомедицинских, фармакологических и токсикологических исследованиях. В настоящее время мыши являются предпочтительными видами, используемыми в качестве экспериментальной модели аллергического заболевания дыхательных путей. Это в значительной степени связано с рядом преимуществ, включая хорошо охарактеризованный геном и иммунную систему, короткие периоды разведения, доступность инбредных и трансгенных штаммов, подходящие генетические маркеры, способность легко вызывать генетические модификации и прагматичные относительно низкие затраты на обслуживание.Разработка жизнеспособных моделей мышей во многом способствовала лучшему пониманию патомеханизмов, лежащих в основе аллергического воспаления дыхательных путей и гиперчувствительности дыхательных путей (AHR) [1–3].

Однако для полного изучения ценности экспериментальной астмы на мышах необходимо разработать чувствительные физиологические методики, позволяющие количественно оценить чувствительность дыхательных путей у интактных организмов. Очевидно, что измерение функции легких у мышей представляет серьезные проблемы из-за небольшого размера их дыхательных путей.В последние годы был достигнут значительный прогресс в разработке достоверных и подходящих показателей функции легких мышей. Соответственно, было разработано несколько различных инвазивных и неинвазивных методов определения функции легких для характеристики фенотипа экспериментальных моделей заболеваний легких [4–7]. В таблице 1 перечислены некоторые из основных преимуществ и ограничений инвазивных и неинвазивных методов исследования функции легких.

Таблица 1 Основные преимущества и недостатки инвазивных и неинвазивных методов

Важно понимать, что каждый подход представляет собой компромисс между точностью, неинвазивностью и удобством.В результате существует корреляция между инвазивностью метода измерения и его точностью [8]. Чем менее инвазивным является измерение, тем меньше вероятность получения согласованных, воспроизводимых и значимых данных.

Инвазивный мониторинг функции легких с использованием таких параметров, как сопротивление легких (R _L ) или динамическая податливость (C _dyn ), является классическим методом точного и специфического определения легочной механики. R _L представляет собой сумму сопротивления дыхательных путей (Raw) и ткани (Rti), которые довольно сопоставимы при нормальной частоте дыхания.К недостаткам традиционных инвазивных методологий, в частности, относятся хирургические инструменты трахеи, что часто исключает практичность повторных измерений. Модификации инвазивного подхода, включающие оротрахеальную интубацию, однако, теперь позволили проводить повторный мониторинг легочной механики у наркозависимых, спонтанно дышащих мышей [9, 10]. Этот подход по-прежнему требует анестезии, а также высоких технических навыков для достижения воспроизводимой последовательности.

Еще более подробные измерения легочной механики могут быть получены с помощью метода низкочастотных вынужденных колебаний (LFOT) [4, 11].У мышей LFOT применяется у анестезированных, парализованных, трахеостомированных животных для измерения комплексного входного импеданса (Z) легких. Низкочастотный импеданс (Z) отражает характерно различные частотные зависимости дыхательных путей и отделов тканей. Одним из основных преимуществ этого подхода является возможность различать механику дыхательных путей и тканевую механику в легких.

Чтобы обойти значительные технологические проблемы, связанные с прямыми измерениями легочной механики у мышей, на находящихся в сознании животных были изучены более удобные, но менее специфические неинвазивные плетизмографические методы [4, 5, 10, 12, 13].

В этом отчете делается попытка рассмотреть некоторые из инвазивных и неинвазивных технологий, используемых в настоящее время для измерения легочной функции у интактных мышей, с особым вниманием к практическим соображениям. Этот обзор отражает наш собственный практический опыт использования нескольких различных методов определения функции легких у мышей. В этом контексте мы описываем различные технологии, включая их экспериментальные подтверждения, практические применения, а также возможности и ограничения каждой методологии.

Инвазивные методы изучения легочной функции у мышей

Методы, используемые для прямого измерения легочной механики у мышей, представляют собой «золотой стандарт», но обычно требуют анестезии, интубации и опыта в обращении.

Определение легочного сопротивления (R

_L ) и динамической податливости (C _dyn ) у мышей после трахеостомии и механической вентиляции

Классическим подходом к определению функции легких у мышей является измерение легочного сопротивления (R _L ) и динамическое соответствие (C _dyn ) в ответ на неспецифические бронхоконстрикторы.В 1988 г. Мартин и др. продемонстрировали возможность измерения R _L и C _dyn у мышей, подвергнутых анестезии, трахеотомии и искусственной вентиляции легких [14]. Для оценки R _L и C _dyn требуется определение транспульмонального давления и потока. Было показано, что у мышей грудная стенка представляет небольшую механическую нагрузку по сравнению с механической нагрузкой на легкие [15], если нет какой-либо патологии грудной стенки. Таким образом, прямое измерение транспульмонального давления, как правило, не является обязательным [16].Приливный поток обычно определяется путем дифференциации сигнала объема. Затем можно рассчитать R _L и C _dyn путем подгонки уравнения движения к измерениям давления, расхода и объема [4]. В этом уравнении P _TP = V × R _L + VT / C _dyn , P _TP — транспульмональное давление (или у мыши ≈ трансдыхательное давление), V — приливный воздушный поток, R _L — это транспульмонарное давление. легочное сопротивление, V _T — дыхательный объем, а C _dyn — динамическое податливость легких.Инвазивное измерение R _L и C _dyn с помощью плетизмографии тела обычно требует хирургического инструментария трахеи у анестезированных животных. Обычно в качестве анестетика используют пентобарбитал натрия (70–90 мг / кг), вводимый внутрибрюшинно, поскольку он обычно обеспечивает адекватную глубину анестезии не менее 30 минут. Описаны альтернативные схемы анестезии у мышей [6, 7]. Важно заранее не беспокоить и не волновать животное, так как это может повлиять на качество последующих измерений.Полезные рефлексы для обеспечения адекватной глубины анестезии включают потерю рефлекса выпрямления (утраченного в начале анестезии) и рефлекса защемления пальца (потеря во время средней и глубокой анестезии). Если животное пытается отвести конечность, значит, оно недостаточно обезболено, и ему следует ввести дополнительную дозу (~ 10–20% от начальной дозы).

Определение R _L и C _dyn не только обеспечивает классическое определение чувствительности дыхательных путей, но также дает более подробное представление о механике легких.R _L отражает как сужение проводящих дыхательных путей, так и вязкость паренхимы. В отличие от этого считается, что C _dyn в первую очередь отражает эластичность паренхимы легких, но также подвержен влиянию поверхностного натяжения, сокращения гладких мышц и неоднородности периферических дыхательных путей. Многочисленные методы определения R _L и C _dyn были описаны на анестезированных и обработанных инструментами мышах [4, 5, 7]. Один из вариантов — использовать бокс для плетизмографии тела (постоянной массы) с трахеальной канюлей, выходящей из плетизмографа [17, 18].Когда показана искусственная вентиляция легких, трахеостомия обычно выполняется для эндотрахеальной интубации глубоко анестезированного животного. Хирургически обнаженную трахею осматривают напрямую, и в верхней трети трахеи делают разрез, чтобы обеспечить правильное введение канюли и избежать артефактов при измерении.

Затем трахеостомическую трубку можно присоединить к четырехстороннему коннектору, где два порта коннектора присоединены к инспираторной и экспираторной сторонам аппарата ИВЛ, а оставшаяся трубка — к датчику давления, который измеряет давление в трахее.Затем следует настроить вентиляцию на скорость, сравнимую с нормальным дыханием (около 150 вдохов / мин, дыхательный объем ≈ 8–10 мл / кг) с положительным давлением в конце выдоха (ПДКВ) 2–5 см H ₂ O. Важно использовать PEEP у мышей даже с закрытой грудной клеткой, поскольку функциональная остаточная емкость (FRC) у мышей в сознании обычно поддерживается при активном тонусе инспираторных мышц, который минимален или полностью отсутствует у анестезированных животных [16]. Изменения объема легких необходимо оценивать путем калибровки плетизмографического давления.Для стабилизации объемного сигнала для теплового дрейфа камера плетизмографа тела может быть соединена с большой бутылкой, заполненной медной сеткой.

Для оценки чувствительности дыхательных путей животным вводят холинергические бронхостенозные агенты, такие как метахолин (MCh), в увеличивающихся дозах либо путем аэрозольной ингаляции, либо системно путем внутривенного введения через хвостовую или яремную вену. Чувствительность дыхательных путей оценивается либо как изменение R _L по сравнению с исходным уровнем, либо как пиковый ответ после контрольного заражения.Перед каждой серией контрольных доз легкое следует кратковременно подвергнуть гиперинфляции, чтобы стандартизировать объемную историю. Измеряются абсолютные значения ответов C _dyn и R _L и в процентах от базового уровня, определенные при исходном испытании транспортного средства.

Ключевым преимуществом инвазивного подхода является воспроизводимая и точная оценка временных изменений легочной механики у мышей. Введение трахеальной трубки также позволяет избежать измерения изменений в верхних дыхательных путях и дает возможность взять образцы бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) после измерения функции легких.К недостаткам традиционных инвазивных измерений относится хирургическая трахеостомия, исключающая повторные измерения, необходимость анестезии, искусственной вентиляции легких и опыт обращения.

Повторная оценка R

_L и C _dyn у мышей с интубацией трахеи

Как указано выше, полезность инвазивного определения функции легких мыши обычно ограничена несколькими факторами. Однако последние методические достижения улучшили возможность многократного измерения механики легких [19].Эти модификации, включающие прямую ларингоскопию, теперь позволяют многократно определять легочную механику (R _L и C _dyn ) в сочетании с местным введением аэрозоля через ротрахеальную трубку у интактных животных [9, 10, 20].

При одном из этих подходов интубация проводится с помощью стандартной тефлоновой канюли 20G × 32 мм (1 1/4 дюйма) (например, канюля Abbocath ^® -T, Abott, Ирландия) у анестезированных мышей, подвешенных за верхнюю часть тела. резцы из резиновой ленты и средней части грудной клетки, удерживаемые эластичной лентой на опоре из оргстекла под углом 65 ° для облегчения интубации.Мы получили положительный опыт использования анестезии в сочетании с анальгезией с использованием этогоидата 20–30 мг / кг и 0,05 мг / кг фентанила внутрибрюшинно (внутрибрюшинно) с минимальными добавками по мере необходимости или летучей анестезии с использованием 1,5% галотана плюс пропофола 70 мг / кг внутрибрюшинно. Паралич не является обязательным. Металлический ларингоскоп (длина 12 см плюс дополнительные 1,8 см под углом 135 °, с 0,3 см) используется в качестве инструмента, позволяющего визуализировать отверстие трахеи, которое просвечивается ниже голосовых связок галогенным источником света.Прямая визуализация трахеи позволяет аккуратно ввести канюлю в отверстие трахеи [19, 21]. Оротрахеальная интубация анестезированной мыши занимает около пяти минут и также успешно применялась в кардиохирургических операциях на мышах [21]. В качестве альтернативы была описана методика Сельдингера с использованием оптического световода 0,5 мм в качестве интродьюсера, по которому канюля вводится в проксимальный отдел трахеи [22]. Затем интубированное, спонтанно дышащее животное помещают в положение лежа на спине в контролируемый термостатом плетизмограф всего тела (рис. 1).Оротрахеальная трубка напрямую присоединяется к пневмотахографу / датчику дифференциального давления для регистрации приливного потока. Для измерения транспульмонального давления (PTP) в пищевод до уровня средней грудной клетки вводят трубку из полиэтилена (PE) -90, наполненную водой, и присоединяют к датчику давления. R _L и C _dyn рассчитываются для полного дыхательного цикла методом интегрирования по расходам, объемам и давлению [10, 23]. Сопротивление оротрахеальной трубки (0.63 см H ₂ Ом · с · мл ^-1 ) вычитается из записей _L .

Рис. 1

Схема плетизмографа, используемого для тестирования функции легких у мышей, находящихся под наркозом и интубированной через рот трахе . Контейнер с термостатом (37 ° C), встроенный в камеру плетизмографа, обеспечивал температуру тела 34–35 ° C, измеренную ректальным термометром. Определенные концентрации метахолина в аэрозолях, измеренные с помощью аэрозольного фотометра, доставлялись в дыхательные пути через ротрахеальную трубку.Для расчета легочного сопротивления (R _L ) через пищеводную трубку регистрировалось транспульмональное давление (P _TP ), а приливный поток определялся пневмотахографом, прикрепленным непосредственно к ротрахеальной трубке. ПТ, датчик давления. Взято из [10] с разрешения.

Этот подход был проверен на нескольких группах мышей BALB / c [10]. Результаты показали, что дозозависимое увеличение R _L и C _dyn при ингаляционной холинергической нагрузке с MCh воспроизводилось в течение коротких и продолжительных интервалов, не вызывая значительных цитологических изменений в ЖБАЛ или соответствующих гистологических изменений в проксимальных отделах трахеи и гортани. независимо от количества интубаций трахеи.

Ключевым преимуществом этого метода, который сочетает в себе оротрахеальную интубацию с помощью прямой ларингоскопии и местное введение аэрозолей непосредственно в легкие, является повторяющаяся оценка классических показателей легочной механики для определенных ингаляционных проблем у интактных отдельных мышей. Поскольку оротрахеальная канюля сужается, при ее введении в проксимальный отдел трахеи образуется плотное уплотнение. Это позволяет использовать этот метод при спонтанном дыхании, а также при механической вентиляции мышей.Оротрахеальная интубация также дает возможность многократно собирать образцы ЖБАЛ in vivo у одних и тех же животных [24]. Ограничения включают необходимость анестезии, инструментовки трахеи и опыта обращения с ней.

Техника низкочастотных вынужденных колебаний

Другим подходом к инвазивной оценке функции дыхательных путей у мышей является метод низкочастотных вынужденных колебаний (LFOT). LFOT был получен из аналогичных методов, используемых на людях и более крупных животных, и дает оценки импеданса легких (Z), который можно считать наиболее подробным измерением легочной механики, доступным в настоящее время [4, 8, 11, 25, 26].

Различные части частотного спектра импеданса отражают разные части дыхательной системы. Данные импеданса могут быть дополнительно проанализированы с использованием модели постоянной фазы, которая обеспечивает подходящую оценку легочной механики [27]. Подгонка модели постоянной фазы к осцилляционным данным позволяет различать механические компоненты дыхательных путей и тканей.

До недавнего времени было мало что известно об импедансе легких мышей, особенно из-за технических трудностей с точным измерением импеданса легких.Импеданс легкого состоит из двух частей. Одна часть импеданса, сопротивление (R), по существу, описывает сопротивление проводящих дыхательных путей (Raw) и ткани (Rti). Вторая часть импеданса, называемая реактивным сопротивлением (X), отражает респираторную податливость (1 / эластичность) и характеризует паренхиму легких. Однако вклад инертности (I) газа в дыхательные пути мыши существенен только на частотах ≥ 20 Гц. Основное преимущество этого подхода к измерению функции легких по сравнению с классическими методами оценки сопротивления дыхательных путей и динамической податливости заключается в том, что более сложные математические модели могут лучше отражать сложность неповрежденного легкого.

Два разных метода были разработаны для оценки импеданса легких у мелких животных. В одном методе используется небольшая пластиковая волновая трубка, которая помещается в трахею и прикрепляется к громкоговорителю [4, 28].

У правильно миниатюрной волновой трубки точно известная геометрия и постоянная материала. Во время измерения вентиляция приостанавливается, и настройка переключается с вентиляции на контур измерения. Громкоговоритель создает колебательный поток через трубку, и импеданс легких оценивается по измерениям потока и давления вдоль трубки.По спектрам давления вдоль трубки можно оценить импеданс легких [29]. Этот метод особенно полезен для точных измерений у очень молодых мышей, где другие методы, такие как генератор поршневого насоса, могут иметь решающее значение [30]. Во втором методе используется поршневой насос с компьютерным управлением. Эта система не только обеспечивает механическую вентиляцию животного, но и позволяет точно контролировать частоту и амплитуду применяемых колебаний. Затем модель постоянной фазы соответствует данным, полученным от нескольких частот, одновременно применяемых к отверстию дыхательных путей, что позволяет определять импеданс дыхательных путей и легочной ткани.Эта модель включает три независимых переменных: сопротивление дыхательных путей (R) как маркер сопротивления центральных дыхательных путей, демпфирование ткани (G) связано с сопротивлением ткани и отражает диссипативные свойства, а эластичность ткани (H) описывает эластичные свойства легочной ткани. .

LFOT хорошо коррелирует с классическими измерениями сопротивления легких и успешно использовался для оценки чувствительности дыхательных путей на мышиных моделях аллергического заболевания дыхательных путей [4, 15, 25, 28, 31–33]. Аппарат ИВЛ с компьютерным управлением также позволяет оценивать квазистатическое соответствие.Как и в случае других инвазивных методов, животных необходимо анестезировать, интубировать трахею и затем подключить к управляемому компьютером вентилятору (например, установить частоту 150 вдохов в минуту и ​​дыхательный объем 10 мл / кг) с применением 2 –5 см В ₂ O PEEP. Затем мышам можно вводить бронхоконстрикторы путем ингаляции или внутривенно. Следует учитывать, что, хотя LFOT можно использовать только во время апноэ, паралич не является обязательным для анестезированных мышей.

Основным преимуществом этого метода является подробный анализ функции дыхательных путей и, в частности, четкое различие между центральными дыхательными путями и более периферическими изменениями.Этот подход, однако, имеет аналогичные недостатки с другими инвазивными методами, как показано в таблице 1. Кроме того, по крайней мере, для оценки гиперчувствительности дыхательных путей все еще неясно, какую дополнительную ценность обеспечивают записи импеданса легких по сравнению с более простыми измерениями легочной механики [34].

Неинвазивные методы исследования легочной функции у мышей

Неинвазивные плетизмографические методы мониторинга легочной функции предпочтительны для долгосрочных серийных исследований, а также для скрининга большого количества мышей в сознании.Во многих случаях для полного понимания физиологического значения респираторного фенотипа требуется сочетание инвазивных и неинвазивных методов.

Барометрическая плетизмография всего тела

При барометрической плетизмографии всего тела мышей помещают в закрытую камеру и регистрируют колебания давления, возникающие во время дыхательного цикла [35]. В отличие от инвазивных измерений функции дыхательных путей, животные не подвергаются анестезии, инструментам и относительно свободны.Основным преимуществом этого неинвазивного метода является то, что повторяющиеся измерения можно проводить на одной и той же мыши. С помощью датчика давления оценивают разницу давлений между основной камерой плетизмографа, куда помещается животное, и эталонной камерой (рис. 2).

Рисунок 2

Схема барометрического плетизмографа для всего тела (взято из [35] с разрешения). (A) Основная камера, содержащая животное (B), подключенная к датчику давления (C), который также подключен к контрольной камере (B).(D) Пневмотахограф. Главный вход для аэрозоля. Воздушный поток со смещением 0,2 л / мин был прекращен во время аэрозольных проб.

Из этой кривой зависимости давления от времени можно определить несколько параметров, включая частоту дыхания, время вдоха и выдоха, а также максимальное давление в камере во время вдоха и выдоха. Ни одна из этих переменных не является специфической или достаточно чувствительной, чтобы служить подходящим маркером чувствительности дыхательных путей. На основе сигнала давления в коробке во время вдоха и выдоха и сравнения времени раннего и позднего выдоха был вычислен безразмерный параметр, называемый «усиленная пауза» (Penh).Примечательно, что мы не ссылаемся на еще не утвержденный метод измерения Penh у свободно движущихся мышей.

Для отслеживания реакции мышей подвергают воздействию распыляемого бронхоконстриктора, такого как MCh, и регистрируют изменения Penh в течение ~ 2–5 минут для каждой аэрозольной пробы. Обычно ответ выражается как кратное увеличение Penh для каждой концентрации MCh по сравнению со значениями Penh после первоначального введения буферного раствора с аэрозольным носителем.

Ранние исследования на мышах и других видах показали корреляцию между изменениями Penh после провокации метахолином и параметрами функции легких, определенными с помощью инвазивных измерений функции легких, и этот метод широко использовался [18, 36–39].Основанный на этой ранней работе и из-за удобного обращения с животными, этот метод приобрел популярность во многих исследовательских лабораториях. Однако все большее количество наблюдений ставит под сомнение правомерность Penh отражать сужение дыхательных путей. В нескольких отчетах были обнаружены расхождения в степени реактивности дыхательных путей при сравнении Penh с обычными параметрами легочной механики [40–42]. Дальнейшая оценка Penh показала, что события, совершенно не связанные с механикой легких, такие как увлажнение и нагревание вдыхаемого газа, гипероксия и время вентиляции, имеют большое влияние на измерение [31, 41].Эти более тщательные и теоретические открытия, таким образом, привели к обоснованному скептицизму в отношении использования Penh в качестве надежного маркера обструкции дыхательных путей [43–45].

Тем не менее, в принципе и в соответствии с текущими предостережениями, Penh может быть полезен для общего скрининга общей функции легких у мелких животных [43]. Однако сам по себе Пень ничего не говорит о чувствительности дыхательных путей, и исследователи, которые используют его, должны подтверждать измерения параллельными, независимыми прямыми измерениями легочной механики [5, 7, 44, 45].Плюсы и минусы этого метода приведены в таблице 2.

Таблица 2 Плюсы и минусы неинвазивной барометрической плетизмографии всего тела

Головная плетизмография тела

Недавний акцент на преимуществах неинвазивных технологий возродил интерес к анализу паттернов приливного выдоха как инструмента оценки обструкции дыхательных путей. Хотя неинвазивное измерение респираторной функции мышей фактически стало синонимом широко используемого метода барометрической плетизмографии всего тела [35], были описаны некоторые другие неинвазивные методы [13, 46–48].

Неинвазивное измерение срединэкспираторного потока (EF ₅₀ ), измеренное с помощью плетизмографии тела (рис. 3), было впервые описано как подходящий инструмент для измерения чувствительности дыхательных путей у мышей в сознании Alarie et al [48]. При использовании этого метода сужение дыхательных путей вызывает характерные изменения в структуре приливного потока, которые лучше всего проявляются по уменьшению приливного срединного экспираторного потока (EF ₅₀ , [мл / с]) (рис. 4). Изменение EF ₅₀ обычно связано с уменьшением дыхательного объема (VT), частоты дыхания (f) и увеличения времени выдоха (TE).EF ₅₀ можно определить с помощью системы плетизмографии тела со стеклянной головкой наружу. Животных осторожно помещают в плетизмографы тела, в то время как голова каждого животного выступает через шейный воротник в вентилируемую камеру для экспонирования головы. Аэрозоли могут подаваться непосредственно через камеру экспонирования головки. Измерение приливного потока производится откалиброванным пневмотахографом и датчиком дифференциального давления, прикрепленным к верхнему отверстию каждой камеры тела. Усиленные и оцифрованные сигналы потока интегрируются со временем для получения дыхательного объема.Из этих сигналов можно получить несколько стандартных респираторных параметров, включая дыхательный объем, частоту дыхания, время вдоха и выдоха, а также EF ₅₀ с помощью программного анализа.

Рис. 3

Схематическое изображение плетизмографа для тела , вынесенного наружу. На рисунке показано крепление шейного воротника (сделанного из дентальной дамбы с центральным отверстием 7–8 мм для мыши весом 20–25 г) к плетизмографу. Адаптер вставляется в переднее отверстие плетизмографа, и вязкоупругое кольцо надевается на фиксированную резиновую прокладку в носовой части плетизмографа, фиксируя таким образом воротник.Затем находящееся в сознании животное помещают в стеклянный плетизмограф и присоединяют через конус к вентилируемой камере для экспонирования головы. Подвижный стеклянный цилиндр, встроенный в завинчивающуюся крышку, обеспечивает атравматичное расположение мыши. Калибровка объема (1–1,5 мл воздуха) плетизмографа (закрытые переднее и заднее отверстие) выполняется перед каждым измерением. Перед сбором данных мышам дают возможность акклиматизироваться в течение не менее 10 минут в плетизмографах тела.

Рисунок 4

Характерные изменения нормального дыхания у находящихся в сознании мышей BALB / c . A : нормальный характер дыхания мышей BALB / c, дышащих комнатным воздухом. B : характерная картина обструкции дыхательных путей во время аэрозольной провокации MCh, иллюстрирующая снижение EF ₅₀ . A и B , top трассировки: сигналы воздушного потока пневмотахографа. A и B , нижние кривые : соответствующий интегрированный сигнал ТН. Горизонтальная линия на нулевом потоке отделяет инспираторный (Insp; вверх; +) от выдыхаемого (Exp; вниз; -) воздушный поток.V, приливный поток. VT, дыхательный объем. Т.И., время вдохновения. TE, время истечения. Рисунок взят из [49] с разрешения.

Валидационные исследования на мышах продемонстрировали, что снижение EF ₅₀ при ингаляционной холинергической и аллергической нагрузке близко отражает снижение одновременно регистрируемой легочной проводимости (G _L = 1 / R _L ) и динамической податливости (C _dyn ) [10]. Метод EF ₅₀ применялся в нескольких экспериментальных ситуациях, в том числе на животных моделях экспериментальной астмы, постпневмонэктомии, гипероксии, а также для изучения эффектов переносимых по воздуху токсикологических агентов [31, 39, 48–54].Преимуществами этого подхода являются его неинвазивность и возможность простых, быстрых и повторяемых измерений нескольких находящихся в сознании животных одновременно. Более того, EF ₅₀ основан на физиологических принципах и имеет физическое значение [мл / с], которое напрямую связано с сопротивлением дыхательных путей, что позволяет количественно интерпретировать изменения дыхательных путей между животными [55]. В принципе, плетизмография тела без головы, как описано Alarie et al. также позволяет оценить потенциал сенсорного раздражения вдыхаемых агентов путем регистрации продления постинспираторной паузы у мышей [48, 51].

Обеспокоенность вызывает неопределенность в отношении потенциального вклада сопротивления верхних дыхательных путей. Чтобы свести к минимуму влияние сдерживающего стресса на реакцию, мониторинг дыхательной функции не следует начинать, пока животные и индивидуальные измерения не установятся на стабильном уровне. Поскольку было показано, что EF ₅₀ может недооценивать величину бронхоспазма [9, 10], до сих пор неясно, насколько это ограничивает его использование для выявления менее выраженных изменений гиперреактивности дыхательных путей.Соответственно, при наличии таких обстоятельств измерения EF ₅₀ должны подтверждаться более прямыми оценками легочного сопротивления. В таблице 3 приведены плюсы и минусы измерений EF ₅₀ .

Таблица 3 Плюсы и минусы неинвазивного измерения среднеэкспираторного потока при отливе

Методы и приложения в респираторной физиологии

Эта тема исследования является частью серии «Методы и приложения в физиологии» серии .Другие названия в этой серии:

• Методы и приложения в водной физиологии
• Методы и приложения в клинической и трансляционной физиологии
• Методы и приложения в вычислительной физиологии и медицине
• Методы и приложения в окружающей среде , Авиация и космическая физиология
• Методы и приложения в физиологии упражнений
• Методы и приложения в фрактальной физиологии
• Методы и приложения в интегративной физиологии
• Методы и приложения в • Физиологии беспозвоночных 8 9030 и приложения в метаболической физиологии
• Методы и приложения в физиологическом журнале
• Методы и приложения в физиологии поперечно-полосатых мышц
• Методы и приложения в физиологии сосудов
• Новые методы исследования красных кровяных телец rch and Diagnosis, Volume II
• Сочетание вычислительных и экспериментальных подходов к характеристике ионных каналов и переносчиков

Пожалуйста, отправьте вашу статью в ту тему исследования, которая лучше всего подходит для вашего исследования.

Введение и общие руководящие принципы
Эта серия статей призвана осветить новейшие экспериментальные методы и методы, используемые для понимания самых фундаментальных вопросов физиологических исследований, от молекулярных функций до функций органов в живых организмах. Приветствуются обзорные статьи или мнения о методологиях или приложениях, включая преимущества и ограничения каждого из них. Эта тема будет охватывать последние достижения в области технологий и новейшие методы, которые помогают продвигать науку.

Вклады в этот сборник будут подвергаться экспертной оценке, но критерии могут быть скорректированы в соответствии с настоящей Темой исследования; например, хотя новизна не обязательно имеет решающее значение, полезность метода или протокола должна быть очевидной. Мы приветствуем материалы, охватывающие все аспекты физиологии, и они будут обрабатываться командой тематических редакторов в соответствующих разделах.

Frontiers in Physiology поддерживает принципы FAIR (находимость, доступность, функциональная совместимость и возможность повторного использования) для управления научными данными и руководства (Wilkinson et al., Sci. Данные 3: 160018, 2016).

В данной теме исследования приветствуются:
• Методы: включить либо существующие методы, которые значительно улучшены или адаптированы для конкретных целей, либо новые методы, которые также могут включать первичные (исходные) данные.
• Протоколы: должны содержать подробное описание с ошибками и поиском и устранением неисправностей, и быть незамедлительными для читателей. Должно быть доказано, что протоколы работают.
• Перспективные или общие комментарии к методам и протоколам, относящимся к физиологическим исследованиям.
• Обзоры и мини-обзоры текущих методов и протоколов, подчеркивающие важные будущие направления в этой области.

Для получения дополнительной информации о описании и форматах различных типов товаров см. здесь .

Руководство по респираторной физиологии
Методы и приложения в респираторной физиологии приветствует вклад в новые или существующие методы и протоколы, которые рассматривают дыхательную систему под органами, тканями, клетками, субклеточными и молекулярными линзами.Также высоко ценится взаимодействие внутри системы и с другими органами и функциями организма. Приветствуются материалы, основанные на биологических, биохимических, биофизических, инженерных, математических, поведенческих и клинических подходах.

Ключевые слова :
Дыхательная система, методы, протоколы

Важное примечание :
Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки объема, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.

Новый метод может облегчить исследование дыхательных путей у детей

«Использование CRC — потенциально мощный трансляционный подход, проливающий свет на молекулярные механизмы, которые контролируют эпителиальный иммунный ответ дыхательных путей у младенцев и детей младшего возраста. Этот новый подход позволяет нам изучать истоки респираторных заболеваний и их хроническое прогрессирование в детстве и за его пределами », — отмечает Густаво Нино, М.Н., Детский пульмонолог, старший автор исследования.

Новый метод, усовершенствованный командой Детской национальной системы здравоохранения, может помочь расширить исследования легочных заболеваний, с которыми сталкиваются младенцы и дети — малоизученная, но клинически важная возрастная группа. Исследование, описывающее новую технику, было опубликовано в декабрьском выпуске журнала Pediatric Allergy and Immunology за декабрь 2017 года.

Используя условно перепрограммированные клетки (CRC), метод, который позволяет неограниченное размножение клеток в лаборатории, команда смогла получить культуры клеток, которые имеют ряд преимуществ по сравнению со стандартными культурами и могут упростить и повысить эффективность проведения исследований. в педиатрические респираторные иммунные реакции.

Эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути человека, играют решающую роль в контроле иммунных реакций на вирусы, аллергены и другие факторы окружающей среды. Функция и дисфункция этих эпителиальных клеток дыхательных путей (AEC) играют ключевую роль в развитии астмы, муковисцидоза и других легочных заболеваний, многие из которых начинаются в раннем возрасте.

Чтобы получить достаточное количество этих клеток для исследований, ученые культивируют AEC из первичных образцов носовых и бронхиальных клеток. Клетки, полученные от взрослых, стимулировали исследования, ведущие к новым методам лечения и открытию ключевых биомаркеров.Но на младенцах проводилось мало сопоставимых исследований. О взятии проб из дыхательных путей у недоношенных детей не сообщалось, вероятно, из-за ограничений размера дыхательных путей и сопутствующих заболеваний. Точно так же отбор проб у младенцев ограничен необходимостью проведения бронхоскопии и седативных препаратов.

«Основным препятствием было отсутствие хорошей системы для культивирования эпителиальных клеток, поскольку забор проб дыхательных путей у младенцев и детей является проблемой», — говорит со-ведущий автор, Джеованни Ф. Перес, доктор медицины, содиректор Детского отделения тяжелой бронхолегочной медицины. Программа дисплазии.«Нам нужен был лучший способ культивирования клеток в этой возрастной группе».

Хотя первичные AEC не выживают долго в лаборатории, это препятствие недавно было преодолено с помощью процесса, который генерирует CRC из первичных AEC взрослых, что позволяет быстро генерировать культуры клеток из образцов.

В этом исследовании команда Детей адаптировала этот подход, производя CRC из первичных AEC новорожденных и младенцев. Индукция CRC успешно позволила получить культуры AEC от недоношенных младенцев и из бронхиальных образцов маленьких детей.

«Основным препятствием было отсутствие хорошей системы для культивирования эпителиальных клеток, поскольку забор проб дыхательных путей у младенцев и детей является проблемой», — говорит со-ведущий автор, Джеованни Ф. Перес, доктор медицины, содиректор Детского отделения тяжелой бронхолегочной медицины. Программа дисплазии. «Нам нужен был лучший способ культивирования клеток в этой возрастной группе».

«Мы обнаружили, что CRC имеют более длительную клеточную жизнь и большую способность к пролиферации, чем стандартные культуры эпителиальных клеток. Они сохранили свои первоначальные характеристики даже после многократных экспериментов.И они показали врожденный иммунный ответ, аналогичный тому, который наблюдается в первичных эпителиальных клетках человека во время респираторных вирусных реакций у детей », — говорит д-р Перес.

«Использование CRC является потенциально мощным трансляционным подходом, чтобы пролить свет на молекулярные механизмы, которые контролируют эпителиальный иммунный ответ дыхательных путей у младенцев и детей младшего возраста. Этот новый подход позволяет нам изучать истоки респираторных заболеваний и их хроническое прогрессирование в детстве и за его пределами », — отмечает Густаво Нино, М.Н., Детский пульмонолог, старший автор исследования.

Авторы отмечают, что необходимы дальнейшие исследования для более точного определения различий и сходств в иммунных ответах CRC и не-CRC, происходящих от первичных AEC. Однако они пришли к выводу, что CRC представляет собой новый эффективный метод изучения врожденных иммунных ответов AEC у младенцев.

В дополнение к Drs. Среди соавторов Детского центра генетической медицины Перес и Нино — соавтор С. Вольф; Лана Мухареш; Наталья Исаза Брандо, М.D .; Диего Пресиадо, доктор медицины, доктор философии; Роберт Дж. Фрейштат, доктор медицины, магистр медицины; Динеш Пиллаи, доктор медицины; и М. К. Роуз.

Финансовая поддержка этого исследования была предоставлена ​​Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний в рамках гранта № R21AI130502; Национальный институт детского здоровья и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер, грант № HD001399; Национальный институт сердца, легких и крови под номером гранта HL0

; и Национальный центр развития трансляционных наук в рамках гранта UL1TR000075.

исследовательских возможностей и достижений в области заболеваний легких | Генетика и геномика | JAMA

Заболевания легких вызывают заболеваемость, смертность и экономическое бремя. Восприимчивость
патогенезу большинства заболеваний легких в результате сложного взаимодействия
соответствующий вызов со стороны окружающей среды, генетического фона и природы
ответов хозяина. Передовые исследования болезней легких в настоящее время сосредоточены на
понимание легких как генетически детерминированного биологического органа, который функционирует
для посредничества в обмене газа и защиты от враждебной окружающей среды.Основным
Задача состоит в том, чтобы определить иерархию экспрессии генов, которая объединяет
функция нескольких типов клеток в этой сложной анатомии. Новые методы лечения
которые будут играть важную роль в будущем лечении заболеваний легких, включают:
использование рекомбинантных белков, в том числе моноклональных антител, клеточная терапия
(включая стволовые клетки) и генная терапия. Будущие достижения будут включать
лечение основных наследственных заболеваний легких с помощью генной терапии, новые методы лечения
при астме, хронической обструктивной болезни легких и интерстициальной болезни легких;
разработка вакцин для защиты легких от основных легочных патогенов; а также
патоген-специфические «дизайнерские» методы лечения для искоренения хронических инфекций легких.

Проблема болезней легких

Болезни легких вызывают серьезную заболеваемость, смертность и экономическое бремя. ¹ К наиболее частым формам относятся астма, хроническая обструктивная
легочные заболевания (ХОБЛ, включая бронхит и эмфизему), пневмония, интерстициальная
(фиброзные) и ингаляционные расстройства, а также тромбоэмболия легочной артерии.В 1998 г. легкое
болезни составили 251 000 смертей (10%) в Соединенных Штатах. Для
В 2000 году прогнозируемые прямые экономические затраты на заболевание легких составили 91,6 миллиарда долларов.
что составляет 7,3% затрат на здравоохранение в США. ¹
ХОБЛ, занимающая четвертое место по причинам смерти, стала причиной 109 000 смертей.
в 1998 году. Пневмония является пятой по значимости причиной смерти. Астма и хроническая
бронхит является причиной значительной заболеваемости во всех возрастах. Астма влияет на
15 миллионов человек в США, ²
и дает более 1.5 млн обращений в отделения неотложной помощи, 500 000
госпитализации и более 5500 смертей каждый год, многие из которых
дети. По оценкам, астма является причиной 11,3 миллиарда долларов США.
прямые и косвенные затраты в год. Синдром острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС)
(легочная недостаточность, требующая искусственной вентиляции легких и дорогостоящей интенсивной терапии)
имеет оценочную заболеваемость 75 человек на 100000 в год в
Соединенные Штаты. ³

Прогресс в борьбе с болезнями легких неоднозначен.С 1988-1998 гг.
уровень смертности от астмы и ХОБЛ снизился у мужчин, но существенно увеличился.
у женщин. ¹ Смертность от большинства легких младенцев
заболеваний, в том числе снижение смертности от
респираторный дистресс-синдром новорожденного, но заболевание легких по-прежнему является причиной
на 41% всех случаев смерти младенцев младше 1 года. ¹

Замечательные достижения были достигнуты за последние 25 лет в характеристике,
этиология, патогенез и лечение заболеваний легких.Усилия от
1950-1975 гг. Были направлены на понимание физиологии газа.
обмен, тогда как исследования за последние 25 лет были сосредоточены на легких
как биологический орган, применяя биохимию, клеточную биологию, молекулярную биологию,
и генетика, чтобы понять функцию легких при здоровье и болезнях. ⁴
Эти усилия вместе с эпидемиологическими методами и улучшениями в диагностике
привели к значительному прогрессу в понимании, профилактике и лечении
болезни легких.

Одним из величайших достижений было признание того, что респираторный дистресс
синдром новорожденных (болезнь гиалиновой мембраны) вызван дефицитом
поверхностно-активного вещества, белково-липидного комплекса, который снижает поверхностное натяжение на
граница раздела воздух-жидкость в альвеолах. ⁵ недоношенными
роды, если клетки альвеолярного эпителия II типа недостаточно дифференцировались
чтобы обеспечить достаточное количество поверхностно-активного вещества, чтобы позволить открыться достаточному количеству альвеол, газообмен
после родов заметно ухудшается.У этих новорожденных интратрахеальное введение
поверхностно-активного вещества в форме липида или липидно-белкового комплекса снижает
поверхностное натяжение и увеличивает газообмен до тех пор, пока эпителий легких не сможет обеспечить
нормальный набор эндогенного сурфактанта в альвеолах. ⁶
Приблизительно 2000 новорожденных ежегодно спасаются в Соединенных Штатах с помощью сурфактанта.
замена. ⁵

Генетическая медицина оказала большое влияние на диагностику, понимание,
и лечение заболеваний легких.Основные клинические проявления 2 из
Наиболее частые летальные наследственные заболевания у белых, муковисцидоз (МВ) и дефицит α ₁ -антитрипсина (ААТ), находятся в легких. Эти расстройства имеют
охарактеризованы на генетическом уровне, ^{7 -13}
и стратегия, используемая для идентификации регулятора трансмембранной проводимости CF
( CFTR ) ген стал парадигмой для выявления болезнетворных
гены, кодирующие неизвестные белки. ^{8 , 11 , 12}
Функция белков AAT и CFTR и общий патогенез
оба расстройства теперь хорошо изучены.При дефиците ААТ назначают аугментационную терапию.
с очищенным ААТ выпускается более 10 лет. ¹⁴
Несколько генетических аномалий связаны с повышенной восприимчивостью
при гиперкоагуляции и тромбоэмболии легочной артерии. ^{15 , 16}
Признание того, что астма связана с мутациями определенных генов, имеет
привели к серьезным усилиям по определению функции этих генов и разработке
препараты, соответствующие этим целям. ¹⁷

Эпидемиологические исследования сыграли важную роль в уменьшении легочного
болезнь.Были выявлены миирадные причины интерстициального (фиброзного) заболевания легких, ¹⁸ и установлена ​​взаимосвязь степени
воздействие и риск развития интерстициальных профессиональных расстройств
привело к снижению допустимых уровней переносимых по воздуху асбеста, кремнезема и
уголь на рабочем месте, и, в свою очередь, сокращение числа случаев заболевания легких.
болезнь от этих агентов. ¹⁹ Хотя много
реже заболеваемость острым и хроническим интерстициальным заболеванием легких (ILD)
также уступила место контролю на рабочем месте в результате тщательного
эпидемиологические исследования. ²⁰ Связь астмы
к специфическим аллергенам в городской среде, например, от тараканов,
привела к разработке стратегий, позволяющих избежать такого воздействия. ²¹
(Рисунок 1)

Замечательная технология была разработана для диагностики заболеваний легких и
для лечения дыхательной недостаточности. Волоконно-оптическая бронхоскопия позволяет:
более точно оцените дыхательные пути и альвеолы, чтобы выявить инфекционные, воспалительные,
а злокачественные заболевания теперь можно диагностировать более легко и безопасно. ²² Лазерные методы, эндобронхиальное облучение (брахитерапия),
и разработка стентов дыхательных путей предлагают паллиативное лечение обструкции дыхательных путей у
продвинутая злокачественная опухоль легких. ²² Техника
бронхоальвеолярный лаваж с помощью оптоволоконного бронхоскопа произвел революцию
клиническое исследование воспалительных заболеваний легких, разрешающее безопасное, повторяющееся
забор образцов воспалительных клеток на поверхности респираторного эпителия и
адаптация молекулярной биологии к изучению болезней легких человека. ^{23 , 24} Исследования нижних дыхательных путей
заболевания (ILD, эмфизема) и заболевания дыхательных путей (астма, бронхит) установлены
что эти расстройства представляют собой дисфункцию воспалительных / иммунных реакций хозяина.
Достижения в области мониторинга и техники искусственной вентиляции легких имеют
снижение смертности от дыхательной недостаточности из-за респираторного дистресс-синдрома,
застойная сердечная недостаточность и астма. ²⁵ The
стратегии мониторинга легочной медицины и неврологии привели к
определение различных нарушений сна, связанных с дисфункцией в
газообмен. ²⁶

Компьютерная томография грудной клетки, включая шлиф и спираль
компьютерная томография, позволяет проводить сложную, неинвазивную и быструю диагностику
многих заболеваний легких, включая раннюю диагностику рака легких в группе высокого риска
людям, прямая анатомическая оценка степени эмфиземы и
диагностика тромбоэмболии легочной артерии. ^{27 -29}
Разработаны методы ядерной медицины для диагностики тромбоэмболии легочной артерии.
(сканирование вентиляции / перфузии) и для оценки воспаления легких (сканирование с галлием). ³⁰ Видеоассистированная тораскопическая хирургия значительно сократилась
заболеваемость, связанная с биопсией легкого и ограниченной пневмонэктомией. ³¹

Текущий научный фонд

Две общие концепции являются краеугольными камнями размышлений о легочных заболеваниях.
болезнь: (1) предрасположенность к заболеваниям легких является результатом сложного взаимодействия
среди окружающей среды, генетики и ответов хозяина; и (2) патогенез большинства
незлокачественные заболевания легких связаны с несоответствующим воспалительным процессом.
процессы, которые повреждают или изменяют легкое.

Окружающая среда, генетика и реакции хозяина

Типичный индивидуум меняет 8000 л газа в день, постоянно подвергая
респираторный эпителий в окружающую среду, с его бременем инфекционных
агенты, аллергены и твердые частицы. Однако, несмотря на аналогичные проблемы в воздухе,
только у меньшинства людей развивается заболевание легких, и степень заболевания
в результате вдыхания этих агентов также варьируется.

Проиллюстрировано взаимодействие между окружающей средой, генетикой и защитными механизмами хозяина.
двумя распространенными аутосомно-рецессивными легочными заболеваниями — дефицитом МВ и ААТ.
При МВ мутации в обоих родительских генах CFTR приводят к
при дефиците уровня CFTR или, реже, нарушении функции CFTR,
в эпителиальных клетках дыхательных путей. ¹³ Белок CFTR
опосредует движение хлорида и натрия на апикальной поверхности эпителия в
эпителий дыхательных путей. ^{13 , 32} Однако,
дисфункция транспорта электролитов не оказывает серьезного прямого влияния на
se. Скорее, хроническая инфекция дыхательных путей, вызванная Pseudomonas .
и других организмов, и последующее воспаление эпителия дыхательных путей
поверхности несут ответственность за клинические проявления CF. ^{13 , 33}
В этом контексте маловероятно, что генетические аномалии CFTR
мутации имели бы значительные клинические легочные последствия без
экологическая проблема Pseudomonas и других
организмы.Кроме того, в то время как неспособность системы защиты хозяина защищать
против вдыхания инфекционных организмов позволяет организмам колонизировать
легкое при МВ, система защиты хозяина также опосредует повреждение дыхательных путей.
Хотя лекарства от МВ нет, смертность снизилась за счет агрессивных методов лечения.
лечение легочной инфекции и стратегии по удалению выделений из дыхательных путей. ¹³

Дефицит ААТ характеризуется выраженными недостатками в уровнях
ААТ в крови и легких. ^{7 , 9 , 13}
Однако система защиты хозяина и окружающая среда также способствуют легкому.
болезнь. ААТ — это антипротеаза, защищающая альвеолы ​​от разрушения.
вызвано эластазой нейтрофилов (протеазой нейтрофилов, которая обычно разрушает
инфекционных организмов и очищает легкие от белковых остатков). ³⁴
Когда уровни ААТ недостаточны, высвобождение эластазы нейтрофилов в
альвеолы ​​раскрепощены и разрушают альвеолы, что в конечном итоге приводит к
при эмфиземе. ³⁵ Эмфизема возникает намного раньше
при дефиците ААТ, если человек курит сигареты (т. е. без вредных для окружающей среды
последствия сигаретного дыма, у людей с дефицитом ААТ могут развиться легкие
заболевание, возникающее на 10-15 лет позже, чем у лиц с дефицитом ААТ
кто курит сигареты). ^{7 , 9}

Еще один пример взаимодействия генетики, окружающей среды и хозяина.
ответом является повышенная восприимчивость к тромбоэмболии легочной артерии
люди с мутациями в генах, кодирующих факторы свертывания крови (например,
как фактор V Лейден, протромбин и антитромбин). ^{15 , 16}
Эти мутации склоняют баланс свертывающей системы в сторону прокоагуляции.
Мутации в этих генах часто протекают бессимптомно, вероятно, из-за того, что
сочетание окружающей среды (например, обезвоживание, травма теленка, операция с
длительный постельный режим, длительные поездки в автомобиле без упражнений или оральных контрацептивов)
и неадекватные ответы хозяина (например, компенсация антикоагулянтной рукой
система свертывания крови) необходимы, чтобы вызвать клинически значимое легочное
эмболы.

Долгосрочное воздействие (> 15-20 лет) высоких концентраций переносимых по воздуху
асбест вызывает асбестоз, фиброзное заболевание альвеол. ^{19 , 36 , 37}
Фиброз вызывается не асбестом как таковым, а реакцией организма хозяина.
хроническое воспаление в присутствии асбеста. Однако лишь меньшинство
подвергшихся воздействию людей развивают клинический асбестоз, скорее всего, из-за
вариабельность защитных сил организма, которые предотвращают вдыхание асбеста.
достигая альвеол, удаляет частицы из легких и защищает от
воспаление. ^{36 , 37}

Аллергены в окружающей среде также могут спровоцировать болезни легких, а также индивидуальные
восприимчивость играет решающую роль в определении того, у кого разовьются клинические
болезнь. Например, во время эпидемии приступов астмы в Барселоне,
Испания, вызванная переносимыми по воздуху аллергенами сои, возникающими в результате образования пыли.
от выгрузки сои в доках города, ³⁸
Количество обращений в отделения неотложной помощи в связи с приступами астмы увеличилось, и несколько человек умерло.
произошло, но пострадала лишь небольшая часть населения.Другой
Примером является реакция на вдыхание аллергенов голубей птицеводами.
У большинства голубеводов циркулируют антитела против голубиного белка,
но только у небольшой части развивается гиперчувствительный пневмонит, потенциально
фатальный ILD. ³⁹ Точно так же многие рабочие, которые
подвергаются воздействию бериллия, чувствительны к металлу по сравнению с небольшими
числа, у которых развивается бериллиоз. ⁴⁰

Эти примеры иллюстрируют общий принцип, согласно которому генетические вариации
определить индивидуальную предрасположенность к легочным заболеваниям и выявить их проявления
легочных заболеваний требуют сложного взаимодействия между вызовом со стороны
окружающая среда и ответы хозяина в легких.

Большинство незлокачественных заболеваний легких связаны с накоплением
воспалительных клеток, обычно в ответ на провоцирующий агент или событие, которое
привлекает и активирует воспалительные клетки.

Респираторный дистресс-синдром у взрослых характеризуется острой недостаточностью
газообмена функции легких. ³ Хотя
причина не всегда ясна, ОРДС связан с острым воспалением
альвеол, вызванных конкретным агентом (например, вирусной инфекцией), событием (например,
подавляющая травма) или и то, и другое.Потому что обычно невозможно предотвратить
провоцирующее событие, исследования ARDS были сосредоточены в первую очередь на воспалительных процессах.
процессы, вызывающие альвеолярную дисфункцию.

Патогенез хронических ИЛЗ аналогичен патогенезу ОРДС ^{36 , 41}
в том, что воспаление вызывает повреждение альвеол, что приводит к фиброзу легких.
и потеря функции легких. Для некоторых ILD известные агенты (например, асбест, наркотики,
органическая пыль) вызывают воспалительные процессы в
альвеолы. ³⁶ Хотя этиология неизвестна
для других ILD (например, идиопатический фиброз легких, саркоидоз, связанный с ILD
с сосудистыми нарушениями коллагена), все ILD связаны с хроническим воспалением. ¹⁸

Астма — это обратимое ограничение воздушного потока, вызванное острым сужением.
бронхиальной стенки. ⁴² За последние 10 до
15 лет назад стало очевидно, что астма — хроническое воспалительное заболевание.
дыхательных путей, при этом степень воспаления определяется окружающей средой.
факторы, эндогенные факторы или и то, и другое.Эмфизема у курильщиков сигарет с
нормальный уровень ААТ является результатом хронического воспаления нижних дыхательных путей.
тракт. ^{34 , 35,43} Сигарета
дым привлекает и активирует воспалительные клетки в альвеолах и ухудшает
противовоспалительная защита легких за счет оксидантов в сигарете
курите этот неактивный AAT. ⁴⁴

Эти примеры иллюстрируют еще один общий принцип, согласно которому патогенез
большинства заболеваний легких связано с местным накоплением и активацией
воспалительных клеток в ответ на специфические раздражители и невозможность
местная защита для защиты легких от медиаторов воспаления.

Ключевые проблемы, вопросы и проблемы

Ключевые проблемы, вопросы и проблемы легочной болезни для
будущее включает определение генетической основы восприимчивости к заболеваниям легких,
идентификация и характеристика генов, контролирующих механизмы травмы
к легочной ткани и защитным силам хозяина от изучаемого повреждения легких, нарушение
контроля кровотока и воздушного потока и определения нормальных процессов в легких
восстановления и как эти механизмы не работают при легочных заболеваниях.Пока исследования
за последнее десятилетие добился значительных успехов во всех этих областях, многие параллельные
пути вносят свой вклад в эти биологические процессы, и главная задача состоит в том, чтобы расставить приоритеты
биологические процессы и понять иерархию экспрессии генов, которая
модулирует внутриклеточные и межклеточные биологические сети, контролирующие рост,
ремонт и функция легких.

Когда-то считался относительно неактивным органом, который просто пропускал газ
обмена, легкое, как известно, состоит из многих типов клеток, каждый из которых экспрессирует
множество генов, продукты которых регулируют отдельные клетки и
также интегрированная функция органа.Передовые исследования болезней легких
сосредоточен на понимании легкого как генетически детерминированного комплекса,
биологический орган, который опосредует газообмен и защищает от враждебных
среда.

Исследования легких в первой четверти 21 века будут сосредоточены на
по 5 основным направлениям: (1) характеристика экспрессии генов в легких в
здоровье и болезнь, начиная с определенных типов клеток, а затем интегрируя
эта информация влияет на общее функционирование легких; (2) идентификация
вариации последовательности генов, связанных со специфическими заболеваниями легких, и
выяснение роли этих генетических вариантов в заболевании; (3) понимание
роль окружающей среды в модулировании функции легких, особенно для
расстройства, связанные с факторами окружающей среды; (4) характеристика генетического
вариации инфекционных организмов, связанных с заболеванием легких, и взаимодействия
генов хозяина и патогенов, влияющих на восприимчивость к инфекционным заболеваниям;
и (5) использование достижений генетической медицины, включая генную терапию,
разработать методы лечения заболеваний легких.(Рис. 1. Возможности исследования
и прогноз.)

Легкое состоит как минимум из 10 основных типов клеток, более чем из 20 клеток.
типы, которые встречаются реже, но играют важную роль в функции легких, и
воспалительные клетки, происходящие из крови, участвующие в защите хозяина. ⁴
Технология была разработана для выделения и культивирования большинства этих типов клеток, ⁴⁵ , и подготовлена ​​почва для оценки экспрессии генов в
клетки легких в состоянии здоровья и болезни.Технология функциональной геномики с использованием
массивы генов адаптируются для оценки экспрессии генов легких. ⁴⁶
Должна быть возможность определить, какие гены активируются и подавляются в
нормальное легкое и как экспрессия определенных генов и кластеров генов
модулируются при заболевании с использованием животных моделей ⁴⁷
и клетки из легких при определенных заболеваниях человека. Многообещающее исследование
будет оценка экспрессии гена в развивающемся легком, с
конечная цель применения модуляции экспрессии генов для восстановления легочного
ткань.Другой ключевой задачей при оценке экспрессии генов легких является интеграция
эта информация поможет понять физиологию и патофизиологию легких.

Генетическая изменчивость и предрасположенность к болезням

С идентификацией и характеристикой AAT ^{7 , 10}
и CF ^{7 , 8,11 -13}
гены и другие единичные генные расстройства в семьях с астмой ¹⁷
и легочная гипертензия, ⁴⁸ легкие приложения
генов на функцию легких.В то время как индивидуальная восприимчивость
также играет роль в легочных инфекциях, ХОБЛ и ILD, ^{17 , 43 , 49}
это связано с множеством генов. Идентификация генов, участвующих в восприимчивости
заболеванию легких потребуется сочетание новых парадигм эпидемиологической
исследование вместе с разработкой методов выявления соответствующих
роли соответствующих генов и вариантов последовательностей, которые модулируют восприимчивость
к заболеванию и как оно проявляется у данного человека.

Среда-генетические взаимодействия

Генетическая предрасположенность к болезням, даже к аутосомно-рецессивным заболеваниям
(т. е. дефицит AAT и CF), часто имеет значение только в контексте окружающей среды.
стресс, связанный с этим заболеванием. Идентификация конкретных генов
связанных с восприимчивостью к астме, позволит определить
специфические раздражители окружающей среды, которые вызывают заболевание у людей. ¹⁷ Для ХОБЛ и профессиональных заболеваний легких ситуация
обратный — раздражитель окружающей среды известен (например, курение сигарет
и конкретные частицы, такие как асбест или диоксид кремния, при профессиональных заболеваниях),
но гены, отвечающие за индивидуальную восприимчивость, не были
идентифицированы. Идентифицируя гены, участвующие в защите хозяина и в
патогенез заболевания легких, связанный с факторами окружающей среды, следует
можно снизить частоту этих расстройств, если
избегайте контакта с соответствующими агентами окружающей среды, к которым они восприимчивы.

Генетические взаимодействия хозяина и патогена

Теперь, когда геномы нескольких патогенов человека секвенированы,
и другие скоро будут охарактеризованы, сцена готова для определения вариаций
генома патогена с течением времени у одного и того же восприимчивого индивидуума, а также от
от человека к человеку (включая влияние возраста, этнической и географической принадлежности)
место нахождения).Не менее важны, чем геном патогена, гены хозяина, которые
защищаться от каждого патогена и определять, как патоген и хозяин взаимодействуют
во время разных фаз заражения. Такой подход должен сделать возможным
для определения терапевтических мишеней возможности, оба патогенных гена для нацеливания
антибиотиками нового поколения и генами защиты хозяина, которые могут быть усилены
при соответствующей терапии.

Генетическая медицина и легкие

Генетическая медицина включает определение предрасположенности к болезням
гены и модуляция экспрессии генов в терапевтических целях.Генная терапия
является одной из актуальных технологий, в которой кодирующие последовательности терапевтических генов
используются ex vivo или in vivo для лечения или профилактики конкретного заболевания. ^{50 , 51} У человека возможно временное
исправить дефицит экспрессии гена CFTR в
эпителий дыхательных путей у лиц с МВ. ^{52 -54}
У животных можно использовать генную терапию для увеличения уровня в крови и легких.
ААТ. ^{53 , 55 , 56} Генетический
вакцины, использующие голые плазмиды или генетические модификации дендритных клеток,
показывают многообещающие результаты, направленные против легочных патогенов в экспериментальных исследованиях на животных. ^{57 , 58}

Технология рекомбинантной ДНК для «гуманизации» мышиных моноклональных антител
используется для разработки стратегий лечения астмы путем взаимодействия с
клетки и медиаторы, участвующие в приступах астмы. ^{53 , 55 , 59 , 60}
Поскольку эпителиальная поверхность нижних дыхательных путей взрослого составляет приблизительно
размером с теннисный корт, а поскольку белки могут распространяться по легочным
эпителий и эндотелий, ^{61 -63}
аэрозольная технология используется для доставки терапевтических белков человека в
альвеолы, где они могут диффундировать в кровь, обеспечивая тем самым новый, неинвазивный
способ системного введения терапевтических белков, ⁶⁴
и для местной доставки терапевтических белков, таких как AAT, в легкие.

Критические элементы для продвижения

Технические инструменты доступны для достижения целей определения
гены, контролирующие рост легких, и характеризующие экспрессию генов в состоянии здоровья
и болезни, включая культивирование первичных клеток легких различных типов, и
использование методов массива генов для оценки экспрессии генов.То же верно и для
определение вариаций последовательностей в конкретных генах, ответственных за различные легочные
расстройства, для понимания взаимодействия окружающей среды с геном
экспрессия в нормальном и больном легких, а также для определения патогена и
гены защиты хозяина, относящиеся к легочным инфекциям.

Следующие шаги, иерархическое ранжирование категорий задействованных генов,
в том числе, где в легких, в какой степени и в какие сроки во взаимоотношениях
экспрессии других генов, представляют собой серьезную проблему.Серьезная проблема
в ближайшей перспективе — разработать инструменты для понимания связанных выражений
многих генов во многих клетках в сложных физиологических и патологических условиях,
и восстановить дисциплину физиологии легких в контексте легочной
функциональная геномика. Современные технологии, в том числе трансгенные, подделки
и стратегии нокаута у животных, ⁴⁷ и
Перенос генов ex vivo и in vivo, ⁶⁵ может только
зашли так далеко, потому что эти экспериментальные стратегии были ограничены оценкой
экспрессии 1 или максимум нескольких генов.Чтобы понять функцию большого
количество генов на физиологическом уровне, необходимы новые технологии для
включать и выключать гены в легких по желанию и кластерами во времени, пространстве,
и степень.

Генная терапия, рекомбинантные белки, рекомбинантные моноклональные антитела,
и клеточная терапия будет применяться к человеческим болезням, но пока не появятся новые парадигмы
разработаны, эти подходы будут ограничены нацеливанием на 1 или несколько генов
в то же время.

При определении экспрессии большого количества генов в здоровье и болезнях
в легких будет достигнуто в ближайшем будущем, доступных технологий нет
сейчас или на горизонте, чтобы модулировать эти гены в терапевтических целях.Задача устрашающая — легкое сложное, и его функции зависят от
на комплексную функцию многих компонентов. Подойти к терапии
мультигенных расстройств, необходимо разработать технологию, чтобы модулировать
экспрессия разных генов в разное время и в разном месте. В качестве альтернативы,
необходимо будет определить «главные гены», которые контролируют большие компоненты
этих патологических процессов. Также будет важно понимать
контроль генов, участвующих в развитии легких и их функции.В то время как
усилия были предприняты в этой области, ^{66 , 67}
потребуется много лет, чтобы понять, как множество критических генов
регулируются в нормальном легком и при заболевании легких.

Прогноз основных достижений исследований

Основные достижения в понимании, профилактике и лечении легких
болезнь, скорее всего, возникнет в результате сосредоточения внимания на экспрессии генов в легких.
в контексте хоста и окружающей среды.На что это предвещает
основные заболевания легких?

Гены, участвующие в предрасположенности к астме, будут определены и охарактеризованы.
В контексте того, что стимулы окружающей среды играют важную роль в запуске
астматические приступы у восприимчивых людей, астма будет прототипом заболевания
в котором отпечаток пальца ДНК будет определять восприимчивость и предупреждать человека
избегать взаимодействия со стимулами, специфичными для их астмы.
Идентификация генов восприимчивости к астме также предоставит новые терапевтические
цели для предотвращения и лечения этого расстройства.

2 основных генетических заболевания легких, МВ и дефицит ААТ, большинство
скорее всего, излечится генной терапией. Возможно исправить генетический
недостаточность функции CFTR в эпителии дыхательных путей ⁶⁸
и для коррекции дефицита уровней ААТ в легких. ^{53 , 56}
Основной проблемой при лечении МВ является создание векторов для переноса генов, которые
экспрессируют кодирующую последовательность CFTR в эпителии дыхательных путей
длительный срок.При дефиците ААТ основной проблемой является разработка векторов, которые
может поддерживать достаточный уровень ААТ для защиты легких. Генетические факторы
несомненно, способствуют развитию других заболеваний легких, и это будет проблемой
определить гены, влияющие на каждое заболевание.

Самый эффективный метод профилактики эмфиземы и бронхита — это
прекратить продажу табачных изделий или убедить людей не курить. Запрет
такие серьезные социологические изменения, прогресс в определении этапов патогенеза
этих расстройств, которые могут быть уязвимы для терапевтического вмешательства, и
разработка методов лечения, специально ориентированных на эти этапы, будет медленной.Одна из возможностей — разработать антипротеазы и антиоксиданты для защиты уязвимых
легочные ткани от медиаторов воспаления.

Прогресс должен произойти в разработке новых поколений антибиотиков,
в том числе «дизайнерские» пептидные антибиотики. Введение противоинфекционных препаратов
аэрозольным путем, и разработка вакцины станет более популярной.
важный аспект исследований в этой области, особенно в области генных вакцин.
Понимание защиты легких от хозяина и способности генетически модифицировать клетки
участвующие в защите хозяина, приведут к разработке новых вакцин против
основные легочные патогены.Выяснение генома патогенов и генов
участвует в защите хозяина, что приведет к пониманию защиты легких
против острой инфекции и искоренение хронической инфекции. Идентификация
специфических генов вирулентности при инфекциях, таких как Mycobacterium
tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa следует
способствовать разработке «дизайнерских» схем лечения антибиотиками и, возможно, вакцин,
для конкретного штамма патогенов, поражающих данного человека.

Прогресс в идентификации основных генов, участвующих в патогенезе
ИЛЗ должны привести к определению целей для новых методов лечения для защиты
альвеолы ​​от последствий хронического воспаления. Легочная гипертония
сложно, потому что выбор методов лечения, специально нацеленных на это
сосудистое русло ограничено. Идентификация генов, контролирующих восприимчивость
к и развитию легочной гипертензии приведет к новым терапевтическим
цели.Как для интерстициального заболевания, так и для легочной гипертензии, гуманизированный
моноклональные антитела против соответствующих рецепторов могут обеспечить новый терапевтический
возможность. Выявление генов предрасположенности к развитию венозной
тромбоз должен позволить разработать методы лечения для предотвращения легочного
эмболия.

Хотя трансплантация легких полезна при прогрессирующей дыхательной недостаточности,
особенно с разработкой новых схем приема лекарств, чтобы избежать отторжения,
наличие подходящих органов для трансплантации остается ограничивающим фактором
фактор, ⁶⁹ и сомнительно, что наличие
будет решена в ближайшие 25 лет путем ксенотрансплантации.Конечная цель
для замещения пораженной легочной ткани означает вырастить новое функциональное легкое.
Благодаря доступной технологии для идентификации генов, контролирующих рост легких,
основные успехи в этой области должны произойти в ближайшие несколько десятилетий. Это только
вопрос времени до того, как стволовые клетки легких будут идентифицированы, как внутри легких
и циркулирует. Пока неясно, в каком направлении пойдет это исследование.
принимать во внимание такой клеточный и анатомически сложный орган, как легкое,
способность перепрограммировать рост легких — цель, к которой стоит стремиться.

1. Национальный институт сердца, легких и крови. Статистика заболеваний. В: Факт Национального института сердца, легких и крови
Забронируйте 1999 финансовый год. Bethesda, MD: National Heart, Lung, and Blood
Информационный центр института; 1999 г. Доступно по адресу: http://www.nhlbi.nih.gov/about/factpdf.htm. По состоянию на 9 августа 2000 г. 3. Ware LB, Matthay MA. Острый респираторный дистресс-синдром. N Engl J Med. 2000; 342: 1334-1349. Google Scholar4.

Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Lippencott-Raven Inc; 1997.

5.

Whitsett JA. Легочный сурфактант и респираторный дистресс-синдром у новорожденных
младенец. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2167-2177.

6.Jobe AH. Легочная сурфактантная терапия. N Engl J Med. 1993; 328: 861-868.Google Scholar7.Crystal RG. Дефицит альфа-1-антитрипсина, эмфизема и заболевание печени: генетические
основы и стратегии терапии. J Clin Invest. 1990; 85: 1343-1352. Google Scholar 8, Kerem B, Rommens JM, Buchanan JA.
и другие. Идентификация гена муковисцидоза: генетический анализ. Наука. 1989; 245: 1073-1080.Google Scholar 9.

McElvaney NG, Crystal RG. Унаследованная восприимчивость легких к протеолитическим повреждениям. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2537-2553.

10. Нукива Т., Сато К., Брантли М.Л.и другие. Выявление второй мутации в последовательности, кодирующей белок
гена альфа-1-антитрипсина z-типа. J Biol Chem. 1986; 261: 15989-15994. Google Scholar 11. Риордан Дж. Р., Ромменс Дж. М., Керем Б.
и другие. Идентификация гена муковисцидоза: клонирование и характеристика
комплементарной ДНК. Наука. 1989; 245: 1066-1073. Google Scholar, 12. Ромменс Дж. М., Яннуцци М.К., Керем Б.
и другие. Идентификация гена муковисцидоза: хромосомная ходьба и
прыжки. Наука. 1989; 245: 1059-1065.Google Scholar 13.

Валлийский MJ, Tsui L-C, Boat TF, Beaudet AL. Муковисцидоз. В: Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, eds. Метаболические и молекулярные основы наследственных заболеваний. Нью-Йорк, Нью-Йорк:
Макгроу-Хилл; 1995: 3799-3876.

14.Wewers MD, Casolaro MA, Sellers SE.
и другие. Заместительная терапия дефицита альфа-1-антитрипсина, связанного с
эмфизема. N Engl J Med. 1987; 316: 1055-1062.Google Scholar 15. Goldhaber SZ.Легочная эмболия. N Engl J Med. 1998; 339: 93-104.Google Scholar 16. Мурин С., Марелич Г.П., Арролига А.С., Маттай Р.А. Наследственная тромбофилия и венозная тромбоэмболия. Am J Respir Crit Care Med. 1998; 158: 1369-1373. Google Scholar17, Санфорд А.Дж., Паре П.Д. Генетика астмы. Am J Respir Crit Care Med. 2000; 161: S202-S206.Google Scholar 18.

Кристалл RG. Интерстициальное заболевание легких. В: Wyngaarden JB, Smith LHJ, eds. Учебник Сесила
медицины. 18 изд. Филадельфия, Пенсильвания: WB Saunders Co; 1988: 421-435.

19.

Parkes WR. Профессиональные заболевания легких. Оксфорд, Англия: Баттерворт-Хайнеманн Лтд; 1994.

20.

Waldron HA. Неопухолевые заболевания, вызванные металлическими, химическими и физическими агентами. В: Parkes WR, ed. Профессиональные заболевания легких. Оксфорд, Англия: Баттерворт-Хайнеманн Лтд; 1994: 593-643.

21.Rosenstreich DL, Eggleston P, Kattan M.
и другие. Роль аллергии на тараканов и воздействие аллергена на тараканов в
вызывает заболеваемость астмой среди детей из городских районов. N Engl J Med. 1997; 336: 1356-1363. Google Scholar 22.

Wang K-P, Mehta AC. Гибкая бронхоскопия. Кембридж, Массачусетс: Blackwell Science; 1995.

23.

Бевиг Б., Хакетт Н.Р., Кристал Р.Г. Инструменты молекулярной биологии, используемые для исследования легких. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 395-414.

24.

Русси Т.Дж., Кристалл РГ. Бронхоальвеолярный лаваж. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 371-382.

25.

Тобин MJ. Принципы и практика мониторинга интенсивной терапии. Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc; 1998.

26. Strollo PJJ, Rogers RM. Обструктивное апноэ во сне. N Engl J Med. 1996; 334: 99-104.Google Scholar 27.

Найдич Д.П., Уэбб В.Р., Моллер Н.Л.
и другие. Компьютерная томография и магнитный резонанс
Грудная клетка. Филадельфия, Пенсильвания: Lippincott-Raven Publishers Inc; 1998 г.

28. Rathbun SW, Raskob GE, Whitsett TL. Чувствительность и специфичность спиральной компьютерной томографии в диагностике
легочной эмболии: систематический обзор. Ann Intern Med. 2000; 132: 227-232.Google Scholar 29. Реми-Жардин М., Реми Дж. Спиральная КТ-ангиография малого круга кровообращения. Радиология. 1999; 212: 615-636.Google Scholar 30.

Уорсли Д., Готтшалк А. Методы и приложения ядерной медицины. В: Murray JF, Nadel JA, Mason RJ, Boushey HA Jr, ред. Учебник респираторной медицины. Филадельфия, Пенсильвания: WB Saunders Co;
2000: 697-723.

31.

Щиты TW. Общая торакальная хирургия. Филадельфия, Пенсильвания: Lea & Febiger; 2000.

32. Frizzell RA. Физиологические обзоры: физиология муковисцидоза. Физиологические обзоры. 1999; 79 (доп.): 1-103. Google Scholar 33.

Галлин Дж. И., Гольдштейн И. М., Снайдерман Р. Воспаление. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Raven Press; 1992: 983.

34.

МакЭлвейни Н.Г., Кристал РГ. Антипротеазы и защита легких.В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2219-2235.

35.

МакЭлвейни Н.Г., Кристал РГ. Протеазы и повреждение легких. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2205-2218.

36.

Харви Б.Г., Кристалл Р.Г. Легочные реакции на хроническое воздействие неорганической пыли. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2339-2352.

37.

Кристалл РГ. Альфа-1-антитрипсин: ключ к эмфиземе. В: Берштейн Э, изд. Ежегодник по медицине и здравоохранению. Чикаго, штат Иллинойс: Британская энциклопедия; 1984: 271-275.

38. Анто Дж. М., Суньер Дж., Родригес-Ройзин Р., Суарес-Сервера М., Васкес Л. для Токсико-эпидемиологического комитета. Вспышки астмы, связанные с вдыханием сои
пыль. N Engl J Med. 1989; 320: 1097-1102. Google Scholar, 39.

Роза CS. Гиперчувствительный пневмонит. В: Murray JF, Nadel JA, Mason RJ, Boushey HA Jr, ред. Учебник респираторной медицины. Филадельфия, Пенсильвания: WB Saunders Co;
2000: 1867–1884.

40.

Becklake MR, Cowie RL. Пневмокониозы. В: Murray JF, Nadel JA, Mason RJ, Boushey HA Jr, ред. Учебник респираторной медицины. Филадельфия, Пенсильвания: WB Saunders Co;
2000: 1811–1851.

41.

Вольф Г, Кристалл РГ. Биология легочного фиброза.В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2509-2524.

42.

Барнс П.Дж., Лефф А.Р., Грюнштейн М.М., Вулкок А.Дж. Asthma. Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт-Рэйвен; 1997.

43.Barnes PJ. Медицинский прогресс: хроническая обструктивная болезнь легких. N Engl J Med. 2000; 343: 269-280. Google Scholar. 44. Гадек Дж. Э., Феллс Г. А., Кристал РГ. Курение сигарет вызывает функциональный дефицит антипротеиназы в
нижние дыхательные пути человека. Наука. 1979; 206: 1315-1316.Google Scholar 45.

Finkbeiner WE. Культура респираторных клеток. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 415-433.

47.

Whitsett JA, Gerard C. Трансгенные мыши для исследования легочных заболеваний. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 383-392.

48.Deng Z, Morse JH, Slager SL.
и другие. Семейная первичная легочная гипертензия (ген PPh2) вызвана мутациями
в гене рецептора-II костного морфогенетического белка. Am J Hum Genet. , 2000; 67: 737-744. Google Scholar, 49. Биттерман ПБ, Реннард С.И., Кио Б.А., Веверс М.Д., Адельберг С., Кристал Р.Г. Семейный идиопатический фиброз легких: свидетельство воспаления легких
у здоровых членов семьи. N Engl J Med. 1986; 314: 1343-1347. Google Scholar, 51. Crystal RG. Передача генов человеку: первые уроки и препятствия на пути к успеху. Наука. 1995; 270: 404-410.Google Scholar 52. Кристалл Р.Г., МакЭлвейни Н.Г., Розенфельд М.А.
и другие. Введение аденовируса, содержащего кДНК CFTR человека, в
дыхательные пути людей с муковисцидозом. Nat Genet. 1994; 8: 42-51. Google Scholar. 53. Розенфельд М.А., Зигфрид В., Йошимура К.
и другие. Опосредованный аденовирусом перенос рекомбинантного гена альфа-1-антитрипсина
к эпителию легкого in vivo. Наука. 1991; 252: 431-434.Google Scholar 54.Розенфельд М.А., Йошимура К., Трапнелл BC.
и другие. Перенос in vivo трансмембранной проводимости муковисцидоза человека
ген-регулятор эпителия дыхательных путей. Cell. , 1992; 68: 143-155. Google Scholar, 55. Гарвер-младший, Р. И., Хитил, А., Кортни, М., Кристал Р. Клональная генная терапия: трансплантированные клоны фибробластов мыши экспрессируют человеческие
ген альфа-1-антитрипсина in vivo. Наука. 1987; 237: 762-764.Google Scholar 56.Song S, Morgan M, Ellis T.
и другие. Устойчивая секреция человеческого альфа-1-антитрипсина мышцами мышей
трансдуцированные аденоассоциированными вирусными векторами. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1998; 95: 14384-14388. Google Scholar 57. Gurunathan S, Klinman DM, Seder RA. ДНК-вакцины: иммунология, применение и оптимизация. Annu Rev Immunol. 2000; 18: 927-974.Google Scholar 58. Кикучи Т., Воргалл С., Сингх Р., Мур М.С., Кристал Р.Г. Дендритные клетки, модифицированные для экспрессии лиганда CD40 и обработанные Pseudomonas , вызывают CD4 + независимые от Т-клеток гуморальные защитные клетки.
иммунитет против бронхолегочной инфекции, вызванной Pseudomonas . Nat Med. 2000; 6: 1154-1159. Google Scholar, 59, Barnes PJ. Терапия анти-IgE антителами при астме. N Engl J Med. 1999; 341: 2006-2008. Google Scholar, 60. Milgrom H, Fick RBJ, Su JQ.
и другие. для исследовательской группы rhuMAb-E25. Лечение аллергической астмы моноклональными анти-IgE антителами. N Engl J Med. 1999; 341: 1966-1973. Google Scholar, 61. Хаббард Р.К., МакЭлвейни Н.Г., Селлерс С.Е., Хили Д.Т., Черски Д.Б., Кристал Р.Г. Продуцируемый рекомбинантной ДНК альфа-1-антитрипсин, вводимый в виде аэрозоля
усиливает антинейтрофильную эластазную защиту нижних дыхательных путей у людей
при дефиците альфа-1-антитрипсина. J Clin Invest. 1989; 84: 1349-1354.Google Scholar 62. Hubbard RC, Brantly ML, Sellers SE, Mitchell ME, Crystal RG. Защита нижних дыхательных путей от нейтрофилов и эластазы
дефицит альфа-1-антитрипсина напрямую усиливается аэрозолем альфа
1-антитрипсин. Ann Intern Med. 1989; 111: 206-212.Google Scholar, 63. Hubbard RC, Crystal RG. Стратегии аэрозольной терапии дефицита альфа-1-антитрипсина
аэрозольный путь. Легкое. 1990; 168 (доп.): 565-578.Google Scholar64.Cannizzo SJ, Frey BM, Raffi S.
и другие. Увеличение уровня тромбоцитов в крови путем интратрахеального введения
аденовирусного вектора, кодирующего кДНК тромбопоэтина человека. Nat Biotechnol. 1997; 15: 570-573.Google Scholar 65.

Мастрангели А, Харви Б.Г., Кристалл РГ. Генная терапия при заболеваниях легких. В: Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ, eds. Легкое: научные основы. Филадельфия, Пенсильвания: Липпенкотт-Рэйвен
Inc; 1997: 2795-2811.

66. Perl AK, Whitsett JA.Молекулярные механизмы, контролирующие морфогенез легких. Clin Genet. 1999; 56: 14-27.Google Scholar67.Whitsett J. Множество факторов транскрипции. Nat Genet. 1998; 20: 7-8. Google Scholar. 68. Harvey BG, Leopold PL, Hackett NR.
и другие. Экспрессия мРНК CFTR эпителия дыхательных путей у пациентов с муковисцидозом
после многократного введения рекомбинантного аденовируса. J Clin Invest. 1999; 104: 1245-1255.Google Scholar 69.Arcasoy SM, Kotloff RM. Трансплантация легких. N Engl J Med. 1999; 340: 1081-1091.Google Scholar

Новые методы диагностики и лечения респираторных заболеваний

S99 СРАВНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ РЕАКЦИИ БРОНХОДИЛЯТОРОВ У ПАЦИЕНТОВ С АСТМОЙ И ЗДОРОВЫХ ВОЛОНТЕРОВ С ПОМОЩЬЮ СПИРОМЕТРИИ И ИМПУЛЬСНОЙ ОСЦИЛЛОМЕТРИИ

¹ JH Ward ^{A. Би Джей Липуорт. 1 Больница и медицинская школа Найнуэллс, Данди, Великобритания, 2 Группа исследований астмы и аллергии, Больница и медицинская школа Найнуэллс, Данди, Великобритания}

Введение Обратимая обструкция воздушного потока часто используется в качестве критерия для поддержки клинический диагноз астмы.Обратимость бронходилататора обычно измеряется спирометрическими маневрами форсированного выдоха, но она зависит от усилий и требует сотрудничества пациента. Импульсная осциллометрия (ИОС) — это не требующий усилий и удобный для пациента метод определения функции легких, который кажется привлекательной альтернативой, но есть ограниченные данные, коррелирующие реакцию бронходилататора с использованием этих двух методов у взрослых с астмой и здоровых добровольцев.

Цели Сопоставить клинические измерения, выполненные спирометрией и ИОС в ответ на введение бронходилататора у взрослых с астмой и здоровых добровольцев.

Методы Исследование представляло собой проспективный аудит пациентов с астмой и здоровых добровольцев, проходящих плановый скрининг в исследовательском отделении университетской больницы. Тестирование обратимости проводилось с использованием стандартизованных критериев ATS / ERS после введения 400 мкг саллбутамола через спейсер с клапаном. Спирометрия (объем форсированного выдоха за 1 с (FEV ₁ )) и измерения IOS (R5, R20, X5) выполнялись в соответствии с рекомендациями ERS / ATS.

Результаты Скрининг прошли 95 пациентов с астмой и 61 здоровый доброволец.Средний прогнозируемый процент (SEM) исходного пребронходилататора FEV ₁ составлял 83,99 (2,23) для пациентов с астмой и 99,25 (1,72) для здоровых добровольцев. Базовые процентные прогнозируемые осциллометрические индексы в группе с астмой составили 162,22 (7,5) для R5; 154,73 (4,71) для R20; и 441,72 (173,86) для X5. У здоровых добровольцев это было 111,01 (3,96) для R5; 127,75 (4,12) для R20; и -229,80 (125,75) для X5.R5 было единственным измерением импульсной осциллометрии, которое показало корреляцию со спирометрическими показателями (ОФВ ₁ ).Среднее процентное прогнозируемое (SEM) постбронходилататорное изменение ОФВ ₁ и R5 в группе с астмой составило 6,35 (0,65) и -33,78 (4,43), соответственно; соответственно у здоровых добровольцев он составил 2,24 (0,32) и -14,91 (2,48). Отрицательная корреляция была продемонстрирована между двумя показателями r = -0,40, p <0,001. Моделирование линейной регрессии показало, что изменение ОФВ на 1 единицу в% ОФВ ₁ соответствует изменению на 2,5% в% R5.

Выводы Низкочастотные измерения IOS (R5) и спирометрические измерения коррелируют.Линейная регрессия позволяет предсказать это изменение. Перед использованием в клинической практике необходимо провести дополнительные исследования, чтобы убедиться в воспроизводимости этой меры.

S100 СРАВНЕНИЕ ПРИНУДИТЕЛЬНЫХ ВЫХОДНЫХ ОБЪЕМОВ, ИЗМЕРЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ СТРУКТУРИРОВАННОЙ СВЕТОВОЙ ПЛЕТИЗМОГРАФИИ И ПНЕВМАТАХНОЙ СПИРОМЕТРИИ

¹ E. Lau, ¹ DH Brand, ¹ 9016 R. Кэмерон, ¹ П. Бридж, ³ W.Hills, ³ G. Roberts, ¹ R. Iles, ² J. Lasenby. ¹ Addenbrooke’s Hospital NHS Trust, Кембридж, Великобритания, ² Инженерный факультет Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания, ³ PneumaCare Ltd, Кембридж, Великобритания

Введение В данном резюме представлен неинвазивный метод мониторинга, называемый структурированная световая плетизмография1 (SLP) (PneumaScan) и сравнивает свои измерения объемов форсированного выдоха с результатами пневматической спирометрии (PNT).

Методы Одновременные измерения SLP и PNT были выполнены у 27 здоровых субъектов (20 мужчин; возраст 9–61 год; индекс массы тела 15,9–33,6) во время маневра форсированного выдоха. Сетка из черных и белых квадратов проецировалась на грудную клетку и брюшную стенку испытуемых, обеспечивая покрытие от вырезки грудины выше передних верхних гребней подвздошной кости снизу. Движение сетки фиксировалось двумя цифровыми камерами и фиксировалось изменение объема. Алгоритмическая реконструкция и анализ данных позволили рассчитать объемы форсированного выдоха.Испытуемые были одеты в простую, светлую и обтягивающую футболку, стоя на черном фоне. Спины испытуемых были прикреплены к стене в трех разных точках (затылок, лопатки и крестец) для минимизации движений. Параллельные измерения были выполнены с использованием спирометра MasterScope и экспортированы через программное обеспечение производителя J-scope. Данные были нормализованы до форсированной жизненной емкости легких (FVC), а дрейфы, возникающие в результате поправок BTPS (температура и давление тела и насыщенность водяным паром), и ошибки интеграции были удалены, чтобы позволить прямое сравнение данных SLP и PNT.

Результаты Используя парный t-критерий Стьюдента, данные SLP показали высокую степень согласия с PNT для объема форсированного выдоха за 1 с (FEV ₁ ) и FEV ₁ / FVC (p = 0,085 и p = 0,1752, соответственно). Коэффициенты корреляции Пирсона для FEV ₁ и FEV ₁ / FVC были> 0,85. Кроме того, анализ Бланда – Альтмана не показал связанных с объемом изменений разницы в тенденциях.

Заключение Объемы принудительного выдоха из SLP сопоставимы с объемами, полученными с помощью традиционной пневматической спирометрии.Таким образом, SLP представляет собой альтернативу пневматической спирометрии для измерения форсированного выдоха. Постоянно ведется работа по автоматизации и совершенствованию метода.

S101 ИЗМЕРЕНИЕ ПРИЛИВНОГО ДЫХАНИЯ: СРАВНЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННОЙ СВЕТОВОЙ ПЛЕТИЗМОГРАФИИ С ПНЕВМАТАХОГРАФИЕЙ

¹ DH Brand, ¹ E. Lau, ¹ 9016 R. . Cameron, ¹ P. Bridge, ³ W. Hills, ³ G.Roberts, ² J. Lasenby, ¹ R. Iles. ¹ Addenbrooke’s Hospital NHS Trust, Кембридж, Великобритания, ² Инженерный факультет Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания, ³ PneumaCare Ltd, Кембридж, Великобритания

Введение При диагностике можно использовать измерения приливного дыхания респираторных заболеваний. Мы представляем новое неинвазивное устройство для определения функции легких, структурированную световую плетизмографию1 (SLP) (PneumaScan), а также результаты сравнения приливного дыхания, измеренного с помощью SLP, с данными, измеренными с помощью традиционной пневматахографии.

Метод SLP использует две цифровые камеры для отслеживания трехмерного положения шахматной сетки, проецируемой на переднюю часть груди и брюшную стенку объекта. Данные от 23 здоровых взрослых людей в возрасте 19–61 лет, одетых в относительно тесную одежду, были собраны в положении лежа, сидя и стоя (n = 69). Реконструкция и анализ алгоритмических данных позволили рассчитать параметры приливного дыхания. Одновременные сигналы пневматики и SLP собирались в течение 1 мин в каждой позиции.Исследуемые параметры включали частоту дыхания (RR), дыхательный объем (TV), время вдоха (IT) и время выдоха (ET). Поскольку SLP в настоящее время производит относительные объемы, данные были преобразованы в данные пневматической обработки, чтобы получить реальные числовые объемы для целей сравнения.

Результаты корреляция Пирсона r ² значений были рассчитаны для RR (r ² = 0,999, p <0,001), TV (r ² = 0,964, p <0,001), IT (r ² = 0,978, p <0,001) и ET (r ² = 0.988, р <0,001). Анализ парного t-критерия Стьюдента не показал статистически значимой разницы между средними значениями RR (p = 0,9071), TV (p = 0,6968), IT (p = 0,7328) или ET (p = 0,9134). Анализ различий в измерениях между SLP и пневматическими данными обобщен в таблице 1. Различные положения тела не давали статистически значимых различий в корреляции между SLP и пневматическими данными.

Выводы Была замечена отличная корреляция между SLP и пневматическим приводом по всем параметрам.ДИ для средних значений разницы были узкими. В данном случае SLP представляет собой клиническое устройство, сравнимое с пневматическим устройством. Хорошее согласование в положении лежа на спине может привести к применению для непрерывного наблюдения за приливным дыханием. Текущие работы позволят провести независимую автоматическую калибровку объема системы SLP.

S102 ОЦЕНКА КЛЕТОЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ БРОНХОАЛЬВЕОЛЯРНОГО ЛАВАЖА С ПОМОЩЬЮ ПОТОКОВОЙ ЦИТОМЕТРИИ У ПАЦИЕНТОВ С ЗАБОЛЕВАНИЕМ ЛЕГКИХ И СИСТЕМНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

¹ A. R. C. Patel, ² S.Джамал, ¹ К. Кумар, ² С. Лир, ² М. Лоуделл, ² Ф. Тахами, ¹ М. Беклс, ² Р. Чи, ¹ М. К. И. Липман. ¹ Отделение респираторной медицины, Королевская Фри Госпиталь, Лондон, Великобритания, ² Отделение иммунологии, Королевская Фри Госпиталь, Лондон, Великобритания

Предпосылки Анализ клеточной жидкости с помощью бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) может быть полезен в диагностика и лечение некоторых заболеваний легких.Обычно это выполняется с использованием микроскопии с помощью иммуногистохимии, определяющей конкретные подтипы клеток. Однако это трудозатратно, требует много времени и потенциально может вызвать предвзятость оператора. Проточная цитометрия позволяет проводить быстрый, автоматический подсчет клеток в большом объеме. Здесь мы оцениваем его использование при оценке количества дифференциальных клеток ЖБАЛ в больнице, респираторной популяции.

Методы Одноцентровое ретроспективное обследование взрослых с клиническими показаниями для БАЛ в период с октября 2006 г. по июнь 2009 г.Используя четырехцветный проточный цитометр, отфильтрованную и концентрированную часть образца окрашивали с использованием комбинаций моноклональных антител против CD45 (пан-лейкоцитарный маркер), CD3, CD4, CD8 (лимфоцитов), CD15 (нейтрофилов) и CD23 (маркера эозинофилов). ). Было зафиксировано минимум 100 000 событий, что дало как минимум 5000 событий в пулах лимфоцитов или гранулоцитов. Критерии оценки заключались в вариабельности внутри анализа (IAV) и взаимосвязи между дифференциальным числом клеток в ЖБАЛ и окончательным клиническим диагнозом.

Результаты Полная клиническая и лабораторная информация была доступна по 118 из 124 пациентов. ВИА оценивали с использованием 10 случайно выбранных образцов с трехкратным проведением анализов. Коэффициент дисперсии был хорошим, со средним значением <2% (диапазон 0–9%). 31 пациент имел подозрение на предбронхоскопию легочного саркоидоза. У 20 (65%), у которых был подтвержден диагноз, среднее соотношение CD4: CD8 составляло 4,4 (межквартильный размах (IQR) 2,7-8,3) по сравнению с 0,7 (0,5-1,0) у остальных, у которых был альтернативный диагноз (p < 0.001). Подтверждено наличие у восьми из 33 подозреваемых на туберкулез. Их средний процент лимфоцитов от общего количества клеток ЖБАЛ составил 59% (IQR 51–61%) против 9% (4–24,5%) в других 25 случаях (p = 0,001). Процент нейтрофилов в популяции клеток ЖБАЛ был значительно выше при бактериальной инфекции (в среднем 15%, IQR 8,8–30%) по сравнению с другими небактериальными инфекциями (4%, 2–10%, p = 0,007). В таблице 1 приведены медианные (IQR) клеточные дифференциалы для состояний с> 2 случаями (n = 104).

Выводы Жидкость БАЛ можно анализировать с помощью проточной цитометрии в обычных лабораторных условиях.Техника проста, точна и позволяет различать конкретные клинические процессы. Необходима дальнейшая работа, чтобы определить, добавляет ли это значение другим текущим диагностическим исследованиям.

S103 СОЧЕТАНИЕ EBUS-TBNA СО СТАНДАРТНЫМИ БРОНХОСКОПИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ САРКОИДОЗА ЛЕГКИХ

¹ N. Navani, ¹ HL Booth, ² B.Sheinman, ^{N. , Джейнс. 1 Университетский колледж Лондона, Лондон, Великобритания, 2 Университетская больница Северного Миддлсекса, Лондон, Великобритания, 3 Больница Уиттингтона, Лондон, Великобритания}

Введение Трансбронхиальная биопсия легкого (TBLB) и эндобронхиальная биопсия ( EBBs) являются стандартными методами диагностики легочного саркоидоза с доходностью до 75%.Когортные исследования предполагают, что эндобронхиальная трансбронхиальная игольчатая аспирация под контролем УЗИ (EBUS-TBNA) может быть полезным инструментом для диагностики саркоидоза. Однако в настоящее время нет данных о безопасности и эффективности комбинации стандартных бронхоскопических методов с EBUS-TBNA. Поэтому было проведено проспективное исследование, чтобы оценить диагностическую ценность EBUS-TBNA, TBLB, EBB и их комбинации у пациентов с подозрением на саркоидоз, для которых клинически требовалось патологическое подтверждение.

Методы Пациенты с увеличенными средостенными лимфатическими узлами и подозрением на саркоидоз (стадии 1 и 2) прошли EBUS-TBNA. У всех пациентов эндоскоп EBUS был удален и заменен стандартным видеобронхоскопом под седацией с сознанием, а также были выполнены TBLB и EBB.

Результаты Двадцать семь пациентов с подозрением на саркоидоз прошли EBUS-TBNA и бронхоскопию. В целом у 16 ​​пациентов был диагностирован саркоидоз, у 7 — туберкулез, у 2 — реактивная лимфаденопатия, у 1 — лимфома (диагностирована на EBUS-TBNA) и 1 остается в процессе наблюдения.Чувствительность EBUS-TBNA для получения неказеозных гранулем у пациентов с саркоидозом составила 81%. Чувствительность только стандартных бронхоскопических методов была значительно ниже — 44% (p = 0,029). Выход на процедуру в зависимости от стадии саркоидоза суммирован в таблице 1. У пациентов с отрицательным EBUS-TBNA неказеозные гранулемы были получены с помощью TBLB рентгенологически нормальной паренхимы легкого у одного пациента и EBB нормальной эндобронхиальной слизистой оболочки у одного пациента. Чувствительность комбинированной EBUS и стандартной бронхоскопической техники составила 94%.Никаких серьезных осложнений, связанных с EBUS-TBNA или седативным действием, не наблюдалось. Один пациент, перенесший TBLB, перенес пневмоторакс, потребовавший госпитализации, но не межреберного дренажа.

Заключение Комбинирование EBUS-TBNA со стандартными бронхоскопическими методами является безопасной процедурой и оптимизирует диагностический результат у пациентов с легочным саркоидозом. Необходимы дальнейшие проспективные исследования с экономическим анализом, чтобы определить, может ли комбинация EBUS-TBNA со стандартными бронхоскопическими методами избежать медиастиноскопии у пациентов с подозрением на саркоидоз, которым требуется патологическое подтверждение.

Abstract S103 Таблица 1

Диагностическая ценность EBUS-TBNA и бронхоскопии в зависимости от стадии саркоидоза

S104 ОПЫТ ТРЕТИЧЕСКОГО ЦЕНТРА СО СЪЕМНЫМИ САМОРАСШИРЯЕМЫМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ СТЕНТАМИ

Дж. Алсада, Н. Навани, ХЛ Бут, С. М. Джейнс Дж. Джордж. Отделение торакальной медицины, Госпиталь университетского колледжа, Лондон, Великобритания

Введение и цели Использование саморасширяющихся металлических стентов (SEMS) для лечения обструкции больших дыхательных путей и герметизации свищей стало более распространенным с появлением съемных стентов.Как специализированный центр, мы имеем значительный опыт установки стентов в дыхательные пути. Мы сообщаем о нашем опыте и оцениваем клиническую эффективность и безопасность съемных SEMS.

Методы Мы провели ретроспективное исследование в период с января 2005 г. по июль 2009 г. Анализ данных проводился с использованием SPSS.

Результаты Всего было установлено 36 стентов 33 пациентам (20 мужчин и 13 женщин). Средний возраст составил 59,7 ± 14,4 года (от 22 до 81 года). 32 стента (84,2%) были развернуты при злокачественных новообразованиях и 4 (10.5%) при доброкачественных заболеваниях. 81,8% пациентов имели злокачественную обструкцию дыхательных путей и 6,1% — трахео-пищеводные свищи. Обструкция находилась в трахее в 44,4% случаев. 88,9% пациентов сообщили об улучшении симптомов в первые 24 часа. 62,9% пациентов имели тяжелую респираторную недостаточность до введения SEMS с немедленным улучшением после этого. Осложнения были зарегистрированы в 14 стентах, 2 из которых возникли в течение 24 часов. Мы зарегистрировали 1 случай перелома стента, 6 случаев миграции, 5 случаев закупорки слизью, 1 незначительный разрыв бронхов, связанный с установкой стента, и 1 случай инфекции дыхательных путей, связанной со стентом.12 стентов были легко удалены без сопутствующих осложнений. Сообщалось о 17 смертельных случаях, ни один из которых не был связан с установкой стента, и все они произошли от пациентов с запущенным злокачественным заболеванием.