功能簡介

• 機械式呼吸器：可提供每分鐘600次之震盪。
• 可精確紀錄與呼吸相關之實驗數據；如呼吸之順從性(Compliance)及阻力係數(Resistance)。
• 採用受迫振盪(forced oscillation)技術。
• 自動化壓力/體積迴路。
• 可控制之霧氣產生系統( aerosol -delivery system )。
• 可外接輔助控制器以收集與動物相關生命跡象的數據。

特性
氣體輸送模式
正弦函數型(Quasi-Sinusoidal)：此模式為模擬一般齧齒類動物之呼吸流模型所設計，吸氣及吐氣之時間間隔相等。可改變之參數為呼吸速率及潮氣量(Tidal Volume)。
定壓力流型(Pressure-limited Constant Flow)：此模式為進階模式，吸氣流量模型為固定不變。可調整之參處較多，包括：吸氣、吐氣之時間間隔、呼吸速率及潮氣量(Tidal Volume)。

電腦(軟體)控制
經由軟體可直接控制呼吸器部份。例如，可針對每次呼吸間的時間間隔作更精確的調整及利用軟體內定值即可針對不同體型動物進行自動設定潮氣量(Tidal Volume)。

參數設定範圍

• Respiratory rate:    6 ... 600 br/min
• Tidal volume:                0.1 ... 100 ml (depending on module)
• Insp:Exp ratio:       0.1 ... 0.5
• Pressure limit:        on/off; 5 ... 40 cmH2O

產品優點

• 精確紀錄與呼吸作用相關之特定數據。
• 實驗數據再現性高。
• 可區分中樞與周邊呼吸力學(central and peripheral mechanics )。
• 模組化設計。可根據不同動物之體型(10克至10公斤)，更換模組，以符合實驗需求。
• 容易使用之相容於Windows的軟體。
• 實驗數據可輸出至Excel，並以表格表示。
• 可測量參數如下：
• 氣道阻力(resistance)、肺順應性(compliance)、肺彈性值(Elastance)
• 呼吸系統輸入阻抗(Respiratory System Input Impedance)
• 呼吸道阻抗(Airway Resistance)、肺組織阻尼(Tissue Damping)、肺組織彈性(Tissue Elastance)
• 壓力/體積迴圈(P-V Loops)、準靜肺順應性(Quasi-static Compliance)
• 肺總量(TLC)、策略性憋氣(Breath-hold Maneuvers)
• 通氣波形參數(Descriptive Waveform Parameters)

應用領域
哮喘和氣道反應過度
哮喘是一種複雜的疾病，其主要特徵包括可逆性氣流阻塞，氣道高反應性，氣道炎症，粘液分泌過多和氣道重塑。該病在世界範圍內已達到流行病的程度，通常在生命早期開始。哮喘既可以是慢性的，也可以是異質的，通常與對空氣傳播的抗原過敏有關。
哮喘研究中最常報告的結果是評估對氣溶膠挑戰的氣道反應性。當配備了集成的霧化器時，flexiVent既可以用於向受試者的肺部輸送氣霧劑，又可以通過自動數據收集來跟踪發展中的支氣管狹窄。使用專有算法，系統可以計算並顯示輸送至受試者氣道開口的劑量的估計值。實時顯示表明氣道高反應性的詳細劑量反應曲線並繪製圖形。

通過對響應進行劃分以描述中央氣道和組織力學的貢獻，可以進一步了解該疾病。它使研究人員能夠研究與小鼠氣道高反應性相關的病理生理機制。

REFERENCES

• Crucial role for lung iron level and regulation in the pathogenesis and severity of asthma. – Ali MK et al. Eur Respir J. 2020 Apr 23;55(4). pii: 1901340.
• Targeting the ICOS/ICOS-L pathway in a mouse model of established allergic asthma disrupts T follicular helper cell responses and ameliorates disease – Uwadiae, F. I. et al. Allergy: European Journal of Allergy and Clinical Immunology, 74(4), 650–662. 2019.
• Food allergen-sensitized CCR9+ lymphocytes enhance airways allergic inflammation in mice – Castan, L. et al. Allergy. 73(7), pp. 1505–1514. 2018.
• Preventing acute asthmatic symptoms by targeting a neuronal mechanism involving carotid body lysophosphatidic acid receptors – Jendzjowsky, N. G. et al. Nature Communications. Nature Publishing Group, 9(1), p. 4030. 2018.
• Intranasal administration of probiotic Lactobacillus rhamnosus GG prevents birch pollen‐induced allergic asthma in a murine model – Spacova, I. et al. Allergy, 74(1), pp. 100–110. 2019.
• Inhaled delivery of Interferon-lambda restricts epithelial-derived Th2 inflammation in allergic asthma – Won, J. et al. Cytokine. Elsevier, 119(November 2018), pp. 32–36. 2019.
• Oxidative damage of SP-D abolishes control of eosinophil extracellular DNA trap formation – Yousefi, S. et al. Journal of Leukocyte Biology, 104(1), pp. 205–214. 2018.

藥物開發
由於大多數候選藥物都失敗了，因此鑑定和將新穎療法推向市場的過程極具挑戰性，而且眾所周知昂貴。與其他領域一樣，在呼吸領域，提高新治療藥物的成功率是該行業最大的挑戰之一。為此，使用可靠的方法來提供靈敏，可重現和詳細的預測臨床成功的結果是指導戰略決策過程的關鍵。
事實證明，flexiVent是早期藥物開發中的寶貴工具。多年來，就臨床前肺功能測量而言，它已成為行業標準，相關科學出版物和專利數量的不斷增長證明了這一點。flexiVent的詳盡的高度可重複的測量結果集可在臨床前藥物開發過程中的任何時候提供值得信賴的結果。詳細的測量有助於在此過程的早期收集對呼吸機制的深刻見解，從而避免了額外的開發成本。

REFERENCES

• SCIREQ Application Note: The flexiVent in the Asthma Drug Development Process
• List of drug-related patents citing the flexiVent
• Benchmarking of Human Dose Prediction for Inhaled Medicines from Preclinical In Vivo Data – Ericsson, T. et al. Pharmaceutical Research, 34(12), pp. 2557–2567. 2017.
• The Antibacterial and Anti-inflammatory Activity of Chicken Cathelicidin-2 combined with Exogenous Surfactant for the Treatment of Cystic Fibrosis-Associated Pathogens – Banaschewski, B. J. H. et al. Scientific Reports volume 7, Article number: 15545. 2017.
• Pulmonary administration of phosphoinositide 3-kinase inhibitor is a curative treatment for chronic obstructive pulmonary disease by alveolar regeneration – Horiguchi, M. et al. Journal of Controlled Release. 213, pp. 112–119. 2015.
• A purinergic P2Y6 receptor agonist prodrug modulates airway inflammation, remodeling, and hyperreactivity in a mouse model of asthma – Chetty, A. et al. Journal of asthma and allergy. 11, pp. 159–171. 2018.
• Bilirubin nanoparticles ameliorate allergic lung inflammation in a mouse model of asthma – Kim, D. E., et al. Biomaterials, 140, 37–44. 2017.

慢性阻塞性肺疾病
慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一個術語，用於指一系列由於暴露於吸入刺激物（如香煙煙霧和環境污染物）而導致的肺部表現（例如肺氣腫，慢性支氣管炎或兩者兼有）的慢性肺部疾病。COPD的肺部疾病通常包括特徵性病變，慢性炎症，過多的粘液產生以及與疾病嚴重性相關的一定程度的固定氣流受限。該疾病是全世界發病率和死亡率的主要原因之一。在臨床環境中，醫生嚴重依賴肺活量測定及其結果參數（例如FEV1和FVC）來進行診斷和監測以及評估疾病嚴重程度（如GOLD量表所定義）。其他肺功能測量，例如壓力-容量曲線，
在臨床前研究中，挑戰通常是將結構變化（例如香煙煙霧引起的肺泡破壞）與改變的肺功能測量（例如抵抗力，順應性或肺活量測定結果）聯繫起來。flexiVent是一個綜合工具，可以對肺功能下降的各種疾病決定因素（例如，誘發損傷的程度和模式）進行綜合評估。它以高靈敏度和可重複性測量肺的機械性能。此外，它可通過壓力-容量曲線，肺容量的變化（例如，吸氣或強制肺活量）或強制呼氣結局可靠地評估COPD病變的肺，並提供臨床相關信息。

REFERENCES

• HIV infection model of chronic obstructive pulmonary disease in mice – Geraghty, P. et al. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. 312(4), pp. L500–L509. 2017.
• Chronic exposure to electronic cigarettes results in impaired cardiovascular function in mice – Olfert, I. M. et al. Journal of Applied Physiology. American Physiological Society Bethesda, MD , 124(3), pp. 573–582. 2018.
• Subcutaneous administration of neutralizing antibodies to endothelial monocyte-activating protein II attenuates cigarette smoke-induced lung injury in mice – Koike, K. et al. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 316(3), pp. L558–L566. 2019.
• Elimination of p19 ARF -expressing cells protects against pulmonary emphysema in mice – Mikawa, R., et al. Aging Cell, 17(5). 2018.
• A critical role for ABC transporters in persistent lung inflammation in the development of emphysema after smoke exposure – Sonett, J., et al. FASEB Journal, 32(12), 6724–6736. 2018.

過敏性鼻炎
過敏性鼻炎是最常見的特應性疾病，估計全球有10％的人患有這種疾病，比過敏性哮喘還多。這種疾病特別影響鼻子，症狀通常包括瘙癢，打噴嚏，鼻漏和鼻塞。症狀的強度和持續時間各不相同，尤其是鼻塞，嚴重損害患者的正常呼吸並影響生活質量。
在其典型用途中，柔性軟管需要使用插管或氣管切開的動物，在該動物中，測量信號繞過上呼吸道並直接傳送到肺部。為了評估這種特應性疾病的影響，需要進行逆行插管，將插管插入氣管並從肺部引向上呼吸道。
在變應性鼻炎的臨床前模型中，flexiVent已成功用於直接測量上呼吸道阻力的變化。在這種配置下進行的測量可定量評估上呼吸道以及鼻縮和炎症，同時提供與使用flexiVent進行的下呼吸道測量相同的可重複性和準確性。

REFERENCES

• Characterization of nasal obstruction in the allergic guinea pig using the forced oscillation method. – McLeod et al. J Pharmacol Toxicol Methods, 48: 153, 2002.
• Physiologic assessment of allergic rhinitis in mice: Role of the high-affinity IgE receptor (FcɛRI). – Miyahara et al. J Allergy Clin Immunol. 116:5 2005.
• IL-13 is essential to the late-phase response in allergic rhinitis. – Miyahara et al. J Allergy Clin Immunol. 118:11 2006.
• Contribution of allergen-specific and nonspecific nasal responses to early-phase and late-phase nasal responses. – Miyahara et al. J All Clin Immunol., 121: 718, 2008.
• Blocking Histone Deacetylase Activity As A Novel Target For Epithelial Barrier Defects In Allergic Rhinitis. – Steelant et al. J Allergy Clin Immunol. 142:2 2019

胸腔成像
肺部成像技術已在人類中成功實施和驗證。這些技術在臨床前環境中也引起了極大的興趣，因為它們以無創方式提供了有關肺結構和功能的有價值的信息。因此，可以以重複的方式對肺進行定性和定量評估，以建立診斷，隨時間推移跟踪肺的生長或疾病進展，量化變化量或評估給定治療干預的影響。
在臨床前的水平上，由於結構的小尺寸和產生偽像的呼吸系統的持續運動，高分辨率圖像的採集在技術上更具挑戰性。flexiVent的可編程方面允許屏住呼吸，從而實現先進的門控技術，從而大大提高了圖像的對比度和分辨率。這種門控技術的其他優點包括在成像過程中執行呼吸力學測量以補充研究或幫助圖像解釋的能力。
靈活的門控協議同樣可以應用於採樣其他胸部結構（包括心臟結構）的高分辨率圖像，這些圖像也可能受到呼吸系統運動偽影的影響。

REFERENCES

• Tomographic in vivo microscopy for the study of lung physiology at the alveolar level – Lovric, G. et al. Scientific Reports. p. 12545. 2017.
• Dynamic in vivo chest x-ray dark-field imaging in mice – Dierolf, M. et al. IEEE Transactions on Medical Imaging, 0062(c), pp. 1–1. 2018.
• Autofluorescence multiphoton microscopy for visualization of tissue morphology and cellular dynamics in murine and human airways – Kretschmer, S. et al. Laboratory Investigation; a Journal of Technical Methods and Pathology. p. 918. 2016.
• In vivo Dynamic Phase-Contrast X-ray Imaging using a Compact Light Source – Gradl, R. et al. Scientific Reports. p. 6788. 2018.
• Visualizing treatment delivery and deposition in mouse lungs using in vivo x-ray imaging – Gradl, R. et al. Journal of Controlled Release. 2019.
• Three-Dimensional Quantitative Co-Mapping of Pulmonary Morphology and Nanoparticle Distribution with Cellular Resolution in Nondissected Murine Lungs – Yang, L. et al. ACS Nano. p. acsnano.8b07524. 2019.

基礎呼吸力學
在維持生命所需的所有基本要素中，氧氣是最重要的。呼吸系統的主要功能是為身體提供穩定的能量。呼吸空氣進出肺的行為基本上是一個機械過程，取決於壓力和體積的變化。所涉及的結構元件的機械性能將始終影響呼吸過程的效率或與之相關的舒適性。
作為一種材料，肺組織具有可以定量評估的複雜特徵。根據相關參數描述肺部機械功能的技術採用了生理學概念和物理學原理，這些概念被組合成數學方程式或模型。
描述肺部的數學模型也在不斷發展。在開發過程中，將預測結果與相關實驗數據進行匹配，以進行模型優化和驗證。用flexiVent生成的實驗數據可用於擴展，開發或驗證用於解釋呼吸力學測量結果或預測肺部機械功能的數學模型。

REFERENCES

• Relation between Respiratory Mechanics, Inflammation, and Survival in Experimental Mechanical Ventilation – Szabari, M. V. et al. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 60(2), pp. 179–188. 2019.
• Exposure to Silver Nanospheres Leads to Altered Respiratory Mechanics and Delayed Immune Response in an in Vivo Murine Model – Botelho, D. et al. Frontiers in Pharmacology, 9. 2018.
• Forced expiration measurements in mouse models of obstructive and restrictive lung diseases – Devos, F. C., et al. Respiratory Research, 18(1), 123. 2017.
• A new ovine model of spine and chest wall deformity at birth with alteration of respiratory system mechanics and lung development: a feasibility study – Parent, S. et al. European Spine Journal. 28(1), pp. 114–120. 2019.
• Using injury cost functions from a predictive single-compartment model to assess the severity of mechanical ventilator-induced lung injuries – Mellenthin, M. M. et al. Journal of Applied Physiology. 127(1), pp. 58–70. 2019.

心肺功能
心肺研究是研究體內心肺功能的兩步法。心力衰竭發生在心肌無力而無法抽出足夠的血液來滿足人體需要時。當左心室變弱時，肺血管中的壓力會增加，從而使液體聚集（肺水腫）。當右心室減弱時，通常是由於肺動脈高壓而導致的肺動脈變窄或受損。這使血液更難流經肺部，並迫使右心室更努力地工作，最終使肌肉變弱。
在臨床前的心肺研究中，挑戰通常是將結構或物理變化（例如，狹窄的路徑或水腫的形成）與改變的肺功能測量（例如阻力，順應性或肺活量測定結果）聯繫起來。flexiVent是一個綜合工具，可以對肺功能下降的各種疾病決定因素（例如，誘發損傷的程度和模式）進行綜合評估。它以高靈敏度和可重複性測量肺的機械特性，提供臨床相關結果。

REFERENCES

• Merz, et al. (2018). Interaction of the hydrogen sulfide system with the oxytocin system in the injured mouse heart. Intensive Care Medicine Experimental, 6(41).
• Dayeh, N., et al. (2018). Echocardiographic validation of pulmonary hypertension due to heart failure with reduced ejection fraction in mice. Scientific reports, 8(1363).
• Chabot, A., Jiang, B. H., Shi, Y., Tardif, J-C., Dupuis. (2011). Role of aldosterone on lung structural remodelling and right ventricular function in congestive heart failure, BMC Cardiovascular Disorders, 11(72), 1-13.
• Jiang, B.H., Tardif, J-C., Shi, Y., & Dupuis, J. (2010). Bosentan does not improve pulmonary hypertension and lung remodeling in heart failure. European Respiratory Journal, 37, 578-586.

原廠網頁: http://www.scireq.com/flexivent