Summary
Questo rapporto fornisce una descrizione dettagliata della metodologia e dei risultati della mappatura simultanea endocardici ed epicardici ottica di eccitazione elettrica nell'atrio intatto sinistra di un Langendorff-perfusione cardiaca pecore durante tratto indotta fibrillazione atriale.
Abstract
Fibrillazione atriale (FA) è un'aritmia cardiaca complessa con alta morbilità e mortalità. 1,2 E 'il più comune disturbo del ritmo cardiaco sostenuta osservata nella pratica clinica e la sua prevalenza è previsto un aumento nei prossimi anni. 3 Aumento della pressione intra-atriale e la dilatazione sono stati da tempo riconosciuto a portare a AF, 1,4 che evidenzia l'importanza di utilizzare modelli animali e si estendono per studiare la dinamica AF. Comprendere i meccanismi alla base AF richiede la visualizzazione delle onde cardiaco elettrico ad alta risoluzione spaziale e temporale. Mentre ad alta risoluzione temporale può essere ottenuto mediante la mappatura elettrica convenzionale tradizionalmente utilizzate nella umane studi elettrofisiologici, il piccolo numero di intra-atriale elettrodi che possono essere utilizzati contemporaneamente limita la risoluzione spaziale e preclude ogni monitoraggio dettagliato delle onde elettriche durante l'aritmia. L'introduzione di mappatura ottica nei primi anni 90 ha consentito a grande campo caratterizzazione di attività fibrillatory insieme con sub-millimetrica risoluzione spaziale in modelli animali 5,6 e ha portato alla identificazione di rapida rotazione modelli di onda elettrica (rotori) come le sorgenti del fibrillatory attività che possono verificarsi nei ventricoli e atri. 7-9 Con il tempo-e combinati dominio della frequenza analisi di mappatura ottica è possibile dimostrare siti discreti di attività ad alta frequenza periodici durante la fibrillazione atriale, con gradienti di frequenze comprese tra atrio destro e sinistro . La regione con il più veloce rotori si attiva a frequenza più alta e le unità l'aritmia generale. 10,11 Le onde provenienti dal rotore ad interagire con gli ostacoli sia funzionale o anatomica nel loro percorso, provocando il fenomeno della conduzione fibrillatory 12. Mappatura della superficie endocardica di l'atrio posteriore sinistro (PLA) consente il tracciamento di AF dinamica onda nella regione con la frequenza più alta del rotore. È importante sottolineare che il PLA è la regione dove intracavitaria procedure ablative catetere sono di maggior successo nei pazienti con fibrillazione atriale terminazione, 13 che sottolinea l'importanza di studiare le dinamiche AF dall'interno dell'atrio sinistro. Qui si descrive un modello di pecora tratto acuta indotta da AF, che ricorda alcune delle caratteristiche umane di fibrillazione atriale parossistica. Mappatura epicardico sulla atrio sinistro è completato con la mappatura endocardiche del PLA utilizzando un dual-channel boroscopio rigido c-montato una telecamera CCD, che rappresenta l'approccio più diretto di visualizzare il pattern di attivazione nella regione più rilevanti per la manutenzione AF.
Protocol
1. Cuore rimozione e perfusione Langendorff
Peso di 35-40 Kg pecore vengono anestetizzati con 4-6 mg / Kg di propofol e 60-100 mg / Kg di sodio pentobarbital. I cuori sono rimosse tramite toracotomia e collegato ad una Langendorff-perfusione con sistema di circolazione ossigenata (95% O2, 5% CO2) Tyrode soluzione è ad un flusso costante di 240-270 ml / min, pH 7.4 e 35,5-37,5 ° C. La composizione del Tyrode (in mm): NaCl 130, KCl 4.0, MgCl2 1, CaCl2 1.8, NaHCO3 24, NaH2PO4 1,2, 5,6 glucosio, albumina e 0,04 g / L. Blebbistatin 10 micron (Enzo Life Science International, Inc. Plymouth Meeting, PA, USA) viene utilizzato per ridurre la forza contrattile.
2. Stretch indotta fibrillazione atriale nel cuore perfuso Langendorff-pecora
L'isolato, coronarica perfuso sottoposto ad una atriale trans-settale foratura per permettere pareggio pressione intracavitaria in entrambi gli atri. Tutti gli orifizi vena vengono poi sigillate, ad eccezione della vena cava inferiore, che è cannulata e collegato ad un sensore digitale (Sistemi Biopac trasduttore-TSD104A; Biopac Systems, Inc., Goleta, CA, USA) e ad una cannula deflusso cui a tempo indeterminato altezza sopra gli atri controlla la pressione intra-atriale. La pressione viene poi aumentato a 12 cm H 2 O, che porta ad un aumento di circa il 30% in volume relativo al volume atriale a 6 cm H 2 O. La pressione viene mantenuta stabile durante l'esperimento. Prima di sigillare le vene cateteri elettrodi tetrapolari (Torq, Medtronic Inc. / Minneapolis / MN / USA) sono collocati in ciascuna delle vene polmonari per registrare i segnali bipolari da due elettrodi distali (frequenza di campionamento, 1,0 kHz) usando un amplificatore Biopac Sistemi (DA100C; Biopac Systems, Inc., Goleta, CA, USA). Due ulteriori custum fatti elettrodi bipolari sono posizionati sul tetto della sinistra appendice atriale (LAA) e la parte superiore del diritto appendice atriale.
3. Mappatura ottica impostare
- Mappatura epicardici dell'appendice atriale sinistra. Una iniezione in bolo da 5 a 10 ml Di-4-ANEPPS (10 mg / ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) e un periodo di carico di 10 minuti sono necessari per ottenere tensione sensibili alla fluorescenza eccitazione laser (532 nm) della superficie epicardico. La fluorescenza emessa viene poi trasmessa attraverso un lungo 600 nm filtro passa e proiettate su LittleJoe CCD videocamera (80x80 pixel, SciMeasure sistemi analitici, Inc. Decatur, Georgia, USA) e ha acquisito ad una velocità di 800 fotogrammi al secondo (vedi rappresentazione schematica nella Figura 1A). Cinque secondi di film sono ottenuti a intervalli di 2 min durante AF. L'area della superficie mappata epicardico è ~ 14 cm 2.
- Endocardica mappatura ottica del PLA del cuore intatto. Un secondo LittleJoe camera CCD (80x80 pixel) è sincronizzato con la fotocamera epicardico. A 10 mm di diametro a doppio canale boroscopio rigido (Everest VIT, Fiandre Inc., NJ, USA) con una di 90 gradi campo di vista viene introdotto attraverso la parete anteriore del ventricolo sinistro, attraverso la valvola mitrale e focalizzato sulla superficie endocardica del PLA. L'area otticamente mappato sul PLA è ~ 4 cm 2, che consente di visualizzare le quattro vene polmonari e il setto atriale-polmonare fascio (Figura 1A, B). Il boroscopio è c montata sulla fotocamera CCD con una misura per oculare. Luce laser 532 nm è poi consegnato al canale eccitazione del boroscopio attraverso un liquido fibre ottiche (0,2 nel nucleo).
4. Protocollo fibrillazione atriale
Sotto continuo tratto atriale AF è indotta attraverso stimolazione raffica (12 Hz, 5 ms legumi, soglia 2x diastolica) da un elettrodo di stimolazione situato sulla parte superiore del LAA. AF è permesso di continuare per 50 minuti e 5 secondi film ottici vengono acquisite a intervalli di due minuti. Registrazioni bipolari sono raccolti in modo continuo. Acquisizione del film ottica attiva acquisizione simultanea di 5-sec segmenti delle registrazioni bipolare.
5. Analisi in frequenza
Analisi in frequenza consente l'identificazione delle regioni con alto tasso di attivazione durante l'AF, insieme con gradienti di frequenze comprese tra atrio destro e sinistro. Dominante frequenza (DF) le mappe sono ottenuti da ciascun film ottico dopo l'applicazione di un veloce algoritmo di Fourier transform (FFT) per la serie temporale segnale di fluorescenza registrate in ciascun pixel. FFT 7 si applica anche ai 5 secondi segnali bipolari (filtro passa-alto a 3 Hz e filtro passa-basso a 35 Hz) sincronizzato con il film ottica.
6. Dinamiche di fibrillazione atriale
- Generazione di mappe di fase. Analisi delle dinamiche AF si avvale di filmati fase generato tramite la trasformazione di Hilbert. 14 In sintesi, la fase istantanea del potenziale d'azione ha registrato per ogni pixel è determinata dalla trasformando l'originale serie temporali di segnali in modo tale che ogni componente spettrale è spostato dal suo ciclo corrispondente trimestre . dopoguerra 15ds, la fase istantanea del segnale è ottenuto dalla arcotangente del rapporto tra il segnale trasformato al segnale originale. L'angolo di fase, con valori compresi tra-π e π radianti è rappresentato come una combinazione di colori continua a costruire una mappa di fase, in cui il continuo cambiamento di fase spaziale riflette il processo di eccitazione, ripolarizzazione e recupero 14.
- Caratterizzazione del pattern di attivazione. Varie classi di pattern di attivazione può essere identificato con i film di fase (Figura 2), inclusi i seguenti:
- Un rotore è identificato dalla presenza di tutte le fasi di convergere su un punto di singolarità della durata di più di una rotazione (Figura 2A).
- Un passo avanti è definito come un fronte d'onda che appare nel campo visivo e di propagazione verso l'esterno (Figura 2B) in un obiettivo-come il modello.
- Spatiotemporally organizzato onde periodiche sono definiti come un minimo di quattro onde in sequenza periodica che emergono dalla stessa posizione nel campo visivo, con la stessa direzione e inter-wave intervallo (Figura 2C).
Ulteriori quantificazione permette la correlazione spaziale dei domini più alta frequenza con il modello più comune di attivazione ottenute da quella particolare regione. Quest'ultimo mette in evidenza il ruolo cruciale della cartografia della superficie endocardica del PLA, in quanto rappresenta comunemente la regione in cui i domini più alta frequenza si trovano durante acuta AF.
7. Rappresentante dei risultati:
Dominante frequenza (DF) gradienti da PLA a LAA e RAA sono presenti durante acuta indotta tratto AF. La regione più alta DF è localizzata sia pari o vicino ad una delle vene polmonari o in qualche parte del PLA. Episodio 11 Un rappresentante AF è mostrato in figura 3, in cui il più alto DF è localizzato sul PLA (destro inferiore della vena polmonare). I risultati sostengono la presenza di sorgenti ad alta frequenza nella guida PLA AF coerente con la sinistra a gradienti DF destra osservate durante le procedure ablative in fibrillazione atriale parossistica umano 16.
Quantificazione dei pattern di attivazione usando film mappa fase mostra che il maggior numero di rotori si trova alla PLA e la giunzione tra il PLA e il LAA. 8 volte è possibile identificare i rotori di lunga durata il cui centro di rotazione (punto di Singolarità) localizza con il dominio più alta frequenza. 10 Poiché il tessuto atriale rappresenta una struttura tridimensionale, identificando rotori sulla superficie mappata endocardica del PLA suggerisce che il centro di rotazione di quei rotori (filamento) è finalmente perpendicolare alla superficie della zona di mappatura . La Figura 4 mostra un rotore registrato dall'endocardio del PLA con simultanea di conduzione fibrillatory verso il LAA, che correla anche con un gradiente di frequenza tra il PLA e il LAA (9 e 6,4 Hz rispettivamente). Il numero di rotori è costantemente superiore al PLA che il LAA, il che suggerisce un ruolo essenziale di rientro del PLA per mantenere l'aritmia in questo modello.
Nel complesso, i risultati confermano la teoria che rotori stabile e veloce in atrio sinistro può guidare tratto acuta indotta AF e le onde che emanano subiscono complessi, spazialmente distribuiti i modelli blocco di conduzione come si dirigono verso l'atrio destro, che si manifesta come conduzione fibrillatory e diminuire progressivamente dominante frequenza.
Figura 1. Rappresentazione schematica di sperimentale istaurato. R: Un boroscopio rigido viene introdotto attraverso la parete anteriore del ventricolo sinistro e l'orifizio della valvola mitrale e focalizzato sulla superficie endocardica dell'atrio posteriore sinistra (PLA). Una telecamera CCD è accoppiato al boroscopio e l'illuminazione laser è fornita attraverso una guida laser liquidi collegato alla parte inferiore del boroscopio. Mappatura epicardico viene eseguita sul LAA. Elettrodi bipolari sono immessi sul atrio destro e il tetto dell'atrio sinistro. Ulteriori segnali bipolari si ottengono dalle vene polmonari. B: vista laterale delle seguenti atrio sinistro aprendo la parete laterale a scopo illustrativo. La punta del boroscopio illumina la superficie endocardica della PLA. Un elettrodo bipolare si trova sul tetto dell'atrio sinistro. LAA: appendice atriale sinistra. LV: ventricolo sinistro. RA: atrio destro. RV: ventricolo destro.
Figura 2. Diversi modelli di attivazione identificato dopo la generazione di film fase. R: istantanee sequenziale dell'appendice atriale sinistra (LAA) mostrano la rotazione di un rotore attorno al suo centro di rotazione (punto di singolarità). Da sinistra a destra, una rotazione completa è stata completata. B: Un passo avanti modello campione di attivazione sul LAA. L'onda appare in crescitaper angolo destro del campo di vista e si propaga verso l'esterno. C: Quattro onde spatiotemporally organizzati periodici (A 0, 182, 352 e 512 ms, rispettivamente) provenienti dalla regione PLA verso il LAA. Isocrone sono tracciate a intervalli di 10 ms. Fondo, la chiave per le varie fasi del potenziale d'azione è un colore.
Figura 3. Identificazione delle regioni con l'attività più alta frequenza durante la fase acuta indotta tratto AF in una Langendorff-perfusione cardiaca pecore isolate. A: visione anatomica dell'appendice atriale sinistra (LAA), a destra appendice atriale (RAA) e posteriore dell'atrio sinistro (PLA). PLA immagine è una visione endoscopica della regione mappata con le quattro vene polmonari (PV). B: mappe DF ottenuto mappando ottico sul LAA e PLA. Valore di frequenza nel RAA è stato ottenuto da elettrogrammi bipolare. La regione più alta frequenza si trova in PLA. C: spettri di potenza Rappresentante, in cui il DF massima corrisponde al 12,4 Hz nella regione PLA del PV destra. LSPV: a sinistra della vena polmonare superiore. LIPV: a sinistra della vena polmonare inferiore. RSPV: a destra della vena polmonare superiore. RIPV: a destra della vena polmonare inferiore. Tratto da riferimento 11 (David Filgueiras Rama e José Jalife. Meccanismi alla base fibrillazione atriale. In Scienze di base per Elettrofisiologo Clinica, vol. 3 (a cura di Carlo Antzelevitch) 141-156 (Saunders, 2011).
Figura 4. Simultaneousphase mappe (A, B) e mappe delle frequenze dominanti (C) dal posteriore dell'atrio sinistro (PLA) e appendice atriale sinistro (LAA). R: istantanee in sequenza dal PLA mostrando un rotore e la deriva del suo punto di singolarità. B: simultanea scatti fase di scatto dalla LAA. Pattern di attivazione mostrare le onde di propagazione compatibile con conduzione fibrillatory. Punti di singolarità sono presenti anche in correlazione con wavebreaks nella regione di conduzione fibrillatory. (Vedi anche il video 4) C: simultanea mappe delle frequenze dominante dal PLA e il LAA. Il più veloce regione si trova al PLA (9 Hz), che è correlato con la presenza di un rotore in fase di analisi delle mappe. La frequenza più alta al LAA è di 6 Hz, che è correlato con la conduzione fibrillatory. Sul lato destro del pannello C, attivazioni singolo pixel ottiche da PLA e LAA sono mostrati.
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Discussion
Le caratteristiche del tratto acuta indotta AF nel cuore pecore isolate ricordano alcune delle proprietà delle risorse umane fibrillazione atriale parossistica. Un aumento acuto della pressione intra-atriale nel cuore pecore consente il mantenimento della fibrillazione atriale per lunghi periodi di tempo, simile a un più alto rischio di fibrillazione atriale osservata in pazienti con dilatazione atriale. 1 La presenza della sinistra a destra gradienti nel DF pecore atri è simili a quelli registrati nel umana studi elettrofisiologici. 16 Pertanto, la comprensione del meccanismo di sostegno AF in questo modello acuta può migliorare le strategie terapeutiche attualmente in uso in umana fibrillazione atriale parossistica. Alcune delle limitazioni dell'approccio attuale sono: primo, la difficoltà di riprodurre l'effetto del sistema nervoso autonomo sulla fibrillazione nei cuori isolati, il che esclude l'estrapolazione dei risultati a situazioni in vivo. E in secondo luogo, il modello si concentra sul tratto acuta indotta da AF, e quindi le conclusioni non dovrebbe essere estesa ai cuori strutturalmente ristrutturato, in cui la fibrosi e alterazioni delle proprietà elettriche potrebbero influire pattern di attivazione del PLA e LAA. Infine, va rilevato che i limiti di ottica e tossicità dei coloranti sensibili alla tensione e movimento disaccoppiamento composti, tecniche di mappatura ottica non sono attualmente realizzabili in soggetti viventi.
Nonostante, l'uso di mappatura ottica e in particolare la mappatura endocardica del PLA, come dimostrato in questo protocollo avanza la nostra comprensione meccanicistica della fibrillazione atriale, identificando il maggior numero di rotori nei settori più veloce di frequenza. Quest'ultimo suggeriscono che il rientro potrebbe essere essenziale per sostenere l'aritmia. Così, diverse strategie farmacologiche concentrarsi sulla terminazione rientro possono essere studiate usando questo modello, che lo rende adatto per i pertinenti studi traslazionali.
Miglioramenti tecnologici nel metodo di associazione ottici vengono continuamente ricercati. Nonostante l'ampio campo visivo e ad alta risoluzione spaziale e temporale ottenuti con mappatura ottica permette l'identificazione di rotori lunga durata sulla superficie 2D mappato, molto spesso questi rotori allontanarsi dal campo di vista. Quindi, un approccio più panoramica mappatura ottica consentirebbero una migliore tracciabilità dei rotori alla deriva e l'aritmia in generale. Nuovi colori che consentono di approfondire la penetrante segnali e nuove analisi matematiche potrebbe anche consentire il monitoraggio dei rotori e le loro filamenti all'interno della struttura 3D del muro di PLA. Quest'ultima consentirebbe anche una migliore comprensione dei modelli di attivazioni precedentemente descritta come innovazioni di superficie, che potrebbe rappresentare intramurale attività rientrante. Ulteriori miglioramenti perseguiti sono: ridotta tossicità della tensione sensibile coloranti; sonde ottiche per ulteriori parametri fisiologici, come la concentrazione di calcio intracellulare, composti migliorato e le tecniche per la riduzione del movimento.
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Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
Sostenuto in parte da sovvenzioni NHLBI-HL039707 P01 e P01-HL087226 e la Fondazione Leducq (JJ e OB), da una Società Spagnola di Cardiologia Fellowship, Fundación Pedro Barrie de la Maza e Fundación Alfonso Martín Escudero (DFR), dalla Fédération Française de Cardiologie (RPM), da una borsa di studio Premio Cuore Ritmo Società, La Compagnia del Giappone Heart Foundation / La società giapponese di elettrocardiologia (MIA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Heparin | Sigma-Aldrich | H3393 | |
| Propofol | Abbott Laboratories | 5206-04-03 | |
| Pentobarbital | Lundbeck Inc | NDC 67386-501-55 | |
| Introducer 18 Gauge | Terumo Medical Corp. | SS*FF1832 | |
| Cuffed endotracheal tube (9 mm) | DRE Veterinary | #9440 | |
| Fiber Optic Laryngoscope Case | DRE Veterinary | #991 | |
| Fiber Optic Blade | DRE Veterinary | #984 | |
| Operating Scissors | DRE Veterinary | #9702#1944 | |
| Scalpel Handle #3 Solid 4" | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-9843 | |
| Sterile Scalpel Blades | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-9801-10 | |
| Ventilation bag | Westmed | 562013 | |
| Sims Scissors Curved Sharp/Blunt | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-7035 | |
| Tissue Forceps (×2) | DRE Veterinary | #1895 | |
| KANTROWITZ Thoracic Forceps, 11" | Biomedical Research Instruments | 34-1980 | |
| Finochietto Large Chest Spreader | Kapp Surgical Instrument Inc. | KS-7301 | |
| Thoracotomy shears | Rostfrei Solingen | ||
| Plastic tray | Nalge Nunc international | Fischer | |
| Bonn Scissors (×2) | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-5840SC | |
| Surgical silk | Fisher Scientific | 50-900-04214 | |
| Micro Dissecting Forceps | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-5130 | |
| Tetrapolar electrode catheters (Torq) (×4) | Medtronic Inc. | 05580SP | |
| Digital sensor. Biopac Systems transducer | Biopac Systems, Inc. | RX104A | |
| Biopac Systems amplifier | Biopac Systems, Inc. | DA-100C | |
| Di-4-ANEPPS | Sigma-Aldrich | D8604-5mg | |
| Blebbistatin | Enzo Life Sciences | BML-E1315-0025 | |
| LittleJ– CCD video camera(×2) | SciMeasure Analytical Systems, Inc. | ||
| Dual-channel rigid borescope | Everest VIT, Inc. | R10-25-0-90 | |
| Perfusion pumps (×2) | Cole-Parmer | GK-77920-30 | |
| Temperature probe | Cole-Parmer | R-08491-02 | |
| pH meter | Fisher Scientific | 01-913-806 | |
| Digital temperature gauge | Cole-Parmer | GK89000-10 | |
| Oxygenator filters | Sorin | 05318 | |
| Silicon perfusion tubes (L/S 15) | Masterflex (Cole Palmer) | 96410-15 | |
| Laser light guides (×6) | Oriel Corp. | 77536 | |
| Liquid light-guide (0.2 in core) | Newport Corp. | 77556 | |
| Laser generator (1 watt) (×1) | Shanghai Dream Lsaer Tecchnology | SDL-532-1000T | |
| Laser generator (5 watt) (×1) | Newport Corp. | MILL 5sJ |
References
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