흡입 다중벽 탄소 나노튜브가 혈압과 심장 기능에 미치는 영향

방법

동물

Hilltop Lab Animals(미국 펜실베니아주 스콧데일)의 수컷 Sprague-Dawley(Hla:(SD) CVF) 쥐, 무게 275–300g, 바이러스성 병원체, 기생충, 마이코플라스마, 헬리코박터 및 섬모 관련 호흡기(CAR) 없음 bacillus는 모든 실험에 사용되었습니다. 쥐는 도착 후 1주일 동안 순응했고 제어된 온도 및 습도 조건 및 12시간 명/12시간 암 주기 하에 필터 탑 케이지에 수용되었습니다. 음식(Teklad 7913)과 수돗물은 임의로 제공되었습니다. 동물 시설은 특정 병원체를 사용하지 않고 환경적으로 관리되며 국제실험동물보호협회(AAALAC)의 인증을 받았습니다. 연구 기간 동안 사용된 모든 동물 절차는 국립 산업 안전 보건 연구소 동물 관리 및 사용 위원회의 검토 및 승인을 받았습니다.

폐 MWCNT 흡입 노출

MWCNT는 Hodogaya Chemical Company(MWCNT-7, 로트 번호 061220-31)에서 구입했습니다. 수컷 Sprague-Dawley 쥐(250–300g)는 MWCNT 에어로졸(5mg/m ³ ) 5시간 동안 쥐는 정전기 방지 유연한 튜브를 통해 주 노출 챔버(이 연구의 혼합 챔버로 사용됨)에 연결된 밀봉된 케이지에 개별적으로 배치되었습니다. Gilian gilair-5 R 기본 공기 샘플링 펌프(Sensidyne, St. Petersburg, FL 33716 USA)를 밀봉된 케이지에 부착하여 MWCNT의 에어로졸을 주 노출/혼합 챔버 또는 여과된 공기(대조군)를 밀봉된 케이지로 끌어들였습니다. 1.25l/min의 유량에서 밀폐된 케이지에서 MWCNT 에어로졸의 입자 질량 크기 분포는 캐스케이드 임팩터(MOUDI, 모델 110 및 115, MSP Co., Shoreview, MN)에 의해 결정되었습니다. MWCNT 질량 농도는 테플론 필터를 사용한 물리적 중량 분석에 의해 결정되었습니다. 에어로졸 생성 시스템, 노출 챔버 및 MWCNT 에어로졸의 물리적 특성은 다른 곳에서 설명되었습니다[10, 18, 19]. 1.5 또는 2.7%의 침착 비율과 186ml/min의 평균 분 환기[5]를 사용하여 노출 계획의 총 폐 부담은 5mg/m ³ 으로 계산됩니다. (노출 농도) × 186 ml/min(분 환기) × 10 ^{− 6} m ³ /ml(부피 변환) × 300분(노출 시간) × 1.5 또는 2.7%(폐포 침착 비율), 이는 쥐의 4.2 또는 7.5μg MWCNT와 거의 같습니다. 작업자가 40μg/m ³ 수준의 MWCNT에 노출된 경우 동일한 폐 부담에 도달하는 데 14~25일의 노출만 걸립니다. , 이는 가능한 인간 직업상 피폭[19, 20].

원격 측정 송신기 이식

수술 전에 쥐를 따로 따로, 조용하게 유지하고 고통을 피하기 위해 부드럽게 다루었습니다. 수술 기구와 용품은 고압증기멸균 처리되었으며 수술 절차 전반에 걸쳐 무균 기술이 사용되었습니다. 마취는 유도 챔버에서 3% 이소플루란과 분당 1리터의 산소로 유도되었고 수술 중 2% 이소플루란과 분당 ½리터의 산소로 유지되었습니다. 온도 조절식 가열 패드를 사용하여 전체 절차 동안 항문 프로브를 통해 모니터링한 쥐의 정상 체온을 유지했습니다. 적절한 마취 깊이를 결정하기 위해 척추 반사와 함께 수술 중 모니터링 기법으로 심폐 반응을 조사했습니다. 절개 부위를 잘라낸 다음 povidone-iodine과 70% 알코올로 무균적으로 준비했습니다. 복부 정중선 절개를 하고 멸균 면봉을 이용하여 복부 대동맥을 노출시켰다. 원격 측정 송신기(HD-S21, Data Sciences International, St. Paul, MN)의 압력 카테터를 복부 대동맥에 삽입하고 상류로 유도했습니다. 조직 접착제(Vetbond, 3M Animal Care Products, St Paul, MN)를 사용하여 카테터를 고정하고 지혈했습니다. 원격 측정 장치의 본체는 절개의 왼쪽 측면에서 복벽 아래에 위치되었고 4-0 비흡수성 봉합사(Surgical Specialties Corporation, Wyomissing, PA)를 사용하여 복근에 봉합하여 제자리에 고정되었습니다. 수술 후 관리에는 5mg/kg의 멜록시캄(Metacam, Boehringer Ingelheim Vetmedica, Inc. St. Joseph, MO)이 포함되어 4일 동안 하루에 한 번 통증 완화를 위해 피하 투여되었습니다. 쥐의 전반적인 상태, 체중, 음식과 물 섭취량을 면밀히 모니터링했습니다. 쥐는 데이터 수집 및 흡입 노출 전에 3주 회복 기간을 가졌습니다.

체내 혈역학적 측정

MWCNT에 노출된 후 도부타민에 대한 좌심실 기능은 마취된 쥐의 좌심실에 배치된 압력 부피 루프 카테터에 의해 평가되었습니다. 노출 후 1일과 7일에 쥐를 유도 챔버에서 분당 2리터의 산소와 함께 3% 이소플루란으로 마취하고 수술 중 분당 1리터의 산소와 함께 1-2% 이소플루란을 유지했습니다. 수술 중 모니터링 기법으로 심폐 반응(심박수, 호흡수 및 깊이)과 발가락 꼬집음 척추 반사를 조사했습니다. 정상 체온은 온도 조절 가열 패드로 유지되었으며 전체 절차 동안 항문 프로브를 통해 모니터링되었습니다. 쥐를 등쪽 누운 자세로 하고 절개 부위를 잘라낸 후 povidone-iodine과 70% 알코올로 무균 준비를 하였다. Millar의 Mikro-Tip® 초소형 PV 루프 카테터(SPR-901, Millar, Inc. Houston, TX)를 경동맥을 통해 좌심실에 삽입했습니다. 좌심실에서 카테터 팁의 정확한 위치는 컴퓨터 모니터에 시각화된 압력-체적 루프의 파형에 의해 확인되었습니다. 20분 동안 안정화된 후 좌심실 기능의 신호는 PowerLab 4/30에 연결된 PV 전도 시스템(MPVS-Ultra, Millar Instruments, Houston, TX, USA)을 사용하여 1000샘플/s의 샘플링 속도로 지속적으로 기록되었습니다. 데이터 수집 시스템(AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA). Dobutamine, USP 등급(Hospira, Inc., Lake Forest, IL)은 제약용 멸균 식염수 용액(1.25, 2.5, 5, 10μg/kg/50μl)에서 제조하고 Pump 11 Elite Programmable Syringe로 경정맥을 통해 적용했습니다. 각 용량에 대해 30초 동안 펌프(Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA).

데이터 수집 및 분석

자유롭게 움직이는 깨어 있는 쥐의 혈압은 노출 전 24시간 동안, MWCNT 노출 동안, 노출 후 1일 및 7일 동안 지속적으로 기록되었습니다. 노출 당일 쥐를 30분 동안 챔버에 적응시킨 다음 노출 동안 5시간(오전 9시~오후 2시) 연속 기록을 했습니다. 각 동물의 혈압 데이터를 수집한 다음(Dataquest ART 분석 소프트웨어, Data Sciences International) Excel 스프레드시트 프로그램(Excel 2010, Microsoft Corporation, Seattle, WA)으로 내보냈습니다. 수축기 혈압(SBP), 이완기 혈압(DBP) 및 평균 혈압은 대조군과 MWCNT 노출 그룹 간의 비교를 위해 5시간 노출(오전 9시~오후 2시) 동안 평균을 냈습니다.

통계 분석

데이터는 분산의 양방향(일별 처리) 반복 측정 분석을 사용하여 비교되었습니다. 후속 쌍별 비교는 Fishers LSD를 사용하여 테스트되었습니다. 모든 데이터는 SAS 소프트웨어(버전 9.3)를 사용하여 분석되었으며 차이는 p 수준에서 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다. <0.05. 그림의 값은 평균 ± SE로 표시되었습니다.

결과

이 연구에서는 밀폐된 노출 케이지에서 MWCNT 에어로졸의 입자 질량 크기 분포와 질량 농도를 결정했습니다. 결과는 질량 중앙값 공기역학적 직경이 1.4μm(그림 1)이고 MWCNT 질량 농도가 5mg/m ³ 임을 나타냅니다. (데이터는 표시되지 않음).

1.4μm의 질량 중앙값 공기역학적 직경을 나타내는 밀봉된 노출 케이지에서 MWCNT 에어로졸의 일반적인 크기 분포

혈압은 원격 측정 장치가 장착된 자유롭게 움직이는 쥐에서 측정하고 사전 노출로부터 백분율 변화로 비교했습니다. 우리의 결과는 수축기, 이완기 및 평균 혈압이 대조군과 비교할 때 MWCNT에 노출된 그룹에서 5시간 노출 기간 동안 모두 유의하게 증가했음을 나타냅니다(그림 2a-c). 노출 1일 후 MWCNT에 노출된 그룹의 수축기, 이완기 및 평균 혈압의 백분율 변화는 여전히 대조군보다 높았지만 그 차이는 유의하지 않았습니다(그림 2a-c). 노출 후 7일에는 두 그룹 간에 관찰된 혈압의 차이가 없었습니다(그림 2a-c).

아 노출 기간 동안과 노출 후 1일 및 7일에 수축기 혈압(SBP)의 백분율 변화를 노출 전 기저 수준에서 나타내는 막대 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT:127.0 ± 3.0 대 127.6 ± 1.7 mmHg). ㄴ 노출 기간 동안과 노출 후 1일 및 7일에 확장기 혈압(DBP)의 백분율 변화를 노출 전 기저 수준에서 나타내는 막대 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT:85.1 ± 2.0 대 86.9 ± 1.2 mmHg). ㄷ 노출 기간 동안과 노출 후 1일 및 7일 후 평균 혈압(MAP)의 백분율 변화를 노출 전 기저 수준에서 나타내는 막대 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT:99.1 ± 2.3 대 100.4 ± 1.4 mmHg). 각 값은 8마리 쥐의 평균 ± SE를 나타냅니다. 피 <0.01 대조군과 비교(*)

MWCNT에 노출된 후 심장 기능은 노출 후 1일 및 7일에 마취된 쥐에서 증가된 도부타민 용량에 대한 좌심실 성능을 측정하여 평가되었습니다. 결과는 MWCNT에 대한 노출이 기저 심박출량(SV), 심박출량(SW) 및 심박출량(CO)을 약간 감소시켰지만, 1회 투여량 증가에 대한 뇌졸중 체적, 뇌졸중 일 및 심박출량의 반응성을 유의하게 감소시켰다는 것을 나타냅니다. 노출 후 1일에 도부타민을 투여합니다(그림 3, 4, 5). 노출 후 7일에는 두 그룹 간에 차이가 관찰되지 않았습니다(그림 3, 4, 5). 도부타민을 증량한 상태에서 혈압을 측정한 결과 대조군과 MWCNT 노출군 간에 차이가 없었다(Fig. 6).

노출 전 기저 수준에서 뇌졸중 부피(SV)의 백분율 변화를 나타내는 선 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT 1일 후:109.3 ± 7.0 대 106.7 ± 10.4μl, 대조군 대 MWCNT 7일 후 ±8±8±5.7 :118). 대 127.5 ± 3.7μl). 각 값은 8마리 쥐의 평균 ± SE를 나타냅니다. 피 <0.01 노출 후 1일에 대조군과 비교하여 노출됨(*)

노출 전 기저 수준에서 뇌졸중 작업(SW)의 백분율 변화를 나타내는 선 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT 1일 후:11276 ± 1165 대 11,151.7 ± 727.9 mmHg × 일μl, 대조군 대 MWCNTs에서) ± 893.4 대 13,644.2 ± 536.5 mmHg × μl). 각 값은 8마리 쥐의 평균 ± SE를 나타냅니다. 피 <0.01 노출 후 1일에 대조군과 비교하여 노출됨(*)

노출 전 기저 수준에서 심박출량(CO)의 백분율 변화를 나타내는 선 그래프(노출 전 대조군 대 MWCNT 1일 후:42243.3 ± 4500.1 대 40,556.6 ± 2308.8μl/min, 대조군 대 MWCNT 7일 후 ± 2906.0 대 46,210 ± 1624.8μl/분). 각 값은 8마리 쥐의 평균 ± SE를 나타냅니다. 피 <0.01 노출 후 1일에 대조군과 비교하여 노출됨(*)

노출 전 기저 수준에서 평균 혈압(MBP)의 백분율 변화를 나타내는 선 그래프(1일 후 대조군 대 MWCNT:97.7 ± 2.8 대 98.1 ± 2.6, 7일 후 대조군 대 MWCNT:102.5 .9 대 4 5.5). 각 값은 8마리 쥐의 평균 ± SE를 나타냅니다.