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Medicine

스트레치 유도 심방세동 세동의 쉽 모델에서 고해상도 Endocardial 및 Epicardial 광학 매핑

Published: July 29, 2011 doi: 10.3791/3103

Summary

이 보고서는 방법론과 스트레치 유발 심방 세동 동안 Langendorff - perfused 양의 마음을 그대로 좌심방의 전기적 자극을 동시에 endocardial와 epicardial 광학 매핑의 결과에 대한 자세한 설명을 제공합니다.

Abstract

심방 세동 (AF)은 높은 병적 상태와 사망률을 가진 복잡한 심장 부정맥입니다. 1,2는 그것은 임상 연습에서 본과 그 유행이 향후 증가할 것으로 예상되는 가장 일반적인 지속적인 심장 리듬 장애입니다. 3 내부 심방 압력을 증가 과 팽창은 오래 AF, 동물 모델을 사용하여의 관련성을 강조하고 AF 역학을 공부 스트레칭 1,4로 이어질 인정되었습니다. AF를 기본 메커니즘을 이해하는 것은 높은 공간과 시간적 해상도 심장 전기 파도의 시각화가 필요합니다. 높은 시간적 해상도가 전통적으로 인간의 electrophysiological 연구에 사용되는 종래의 전기 매핑에 의해 얻을 수 있지만, 동시에 사용할 수있는 내부 심방 전극의 작은 숫자는 공간 해상도를 제한하고 부정맥 동안 전기 파도의 자세한 추적하는 걸로. 함께 서브 밀리미터 공간 동물 모델 5,6의 해상도 및 급속히 fibrillatory의 원인으로 전기 웨이브 패턴 (로터)를 회전의 식별에 LED와 fibrillatory 활동의 초기 90 설정되어 넓은 분야 특성화에 광학 매핑의 도입 심실이나 심방에 발생할 수 있습니다 활동. 7-9은 결합 시간 및 사용 광학 매핑 주파수 도메인 분석은 왼쪽과 오른쪽 아트리움 사이의 주파수 그라디언트와 함께 AF 동안 고주파 정기 활동의 개별 사이트를 입증하는 것이 가능 . 빠른 로터와 지역은 가장 높은 주파수에서 활성화하고 전반적인 부정맥을시킵니다. 이러한 회전자에서 냄새가 나는데 10,11 파도 fibrillatory 전도의 현상 그 결과, 그들의 경로에서 기능이나 해부학 중 장애물과 상호 작용 12. 매핑의 endocardial 표면 뒷부분 좌심방 (괞찮아)는 최고의 회전자 주파수와 지역에서 AF 파도 역학의 추적을하실 수 있습니다. 중요한 것은 플레은 intracavitary 카테터 기반 절제 절차 좌심방의 내부에서 AF 역학을 공부의 관련성을 밑줄 환자, 13에서 가장 성공적인 종료 AF있는 지역입니다. 여기 우리는 인간의 발작 AF의 특성 중 일부를 비슷한 급성 신장 유도 AF의 양 모델을 설명합니다. 좌심방에 Epicardial 매핑은 단단한 내시경은 AF 유지 보수에 대해 가장 관련성이 높은 지역 활성화의 패턴을 시각화하는 가장 직접적인 접근 방식을 나타내는 CCD 카메라에 C - 탑재된 듀얼 채널을 사용하여 괞찮아의 endocardial 매핑을 구비하고 있습니다.

Protocol

1. 심장 제거 및 Langendorff 재관류

35~40킬로그램 무게 쉽 4-6 MG / kg propofol과 60-100 MG / pentobarbital 나트륨 kg를 사용하여 anesthetized 있습니다. 마음은 thoracotomy를 통해 제거 (95 % O2 5 % CO2) 240-270 ML / 분, 산도 7.4 및 35.5-37.5 ° C.의 일정한 흐름 속도 Tyrode의 솔루션을 산소 순환과 Langendorff - 재관류 시스템에 연결되어 있습니다 Tyrode의 조성은 (MM)입니다 : NaCl 130, KCl 4.0, MgCl2 1, CaCl2 1.8, NaHCO3 24, NaH2PO4 1.2, 포도당 5.6, 그리고 알부민 0.04 g / L. Blebbistatin 10 μm의는 (엔조 생명 과학 인터내셔널 플리 머스 미팅, PA, 미국) 수축성 힘을 줄이기 위해 사용됩니다.

2. Langendorff - perfused 양의 중심부에 스트레치 유발 심방 세동

절연, 관상 perfused 심장은 심방 모두 같도록 intracavitary 압력을 사용하는 심방 횡단 septal 소중히 겪습. 그리고 그의 개방적인 유출의 정맥에, 모든 정맥 orifices 그런 다음 cannulated 및 디지털 센서 (Biopac 시스템즈, 골레타, CA, 미국 Biopac 시스템 변환기 - TSD104A)에 연결된 하부 대정 맥을 제외하고 봉인된 심방 위의 높이 내부 심방 압력을 제어합니다. 압력이 다음 6cm H 2 O.에서 볼륨 심방 볼륨 상대의 ~ 30 %의 증가로 연결 12cm H 2 O로 증가 압력 실험을하는 동안 안정적으로 유지됩니다. 전에 혈관을 막기 위해 tetrapolar 전극 카테터는 (Torq, 메드 트로닉 주식 회사 / 미네 아 폴리스 / MN / 미국) Biopac 시스템 증폭기를 사용하여 두 개의 말초 전극 (샘플링 속도, 1.0 kHz에서)에서 바이폴라 신호를 기록하는 폐동맥 혈관 각에 배치됩니다 (DA100C; Biopac 시스템즈, 골레타, CA, 미국). 두 개의 추가 custum 만든 바이폴라 전극은 왼쪽 심방 부위요 (LAA)과 오른쪽 심방 부위요 상단의 지붕에 표시됩니다.

3. 광학 맵핑 설정

  1. 왼쪽 심방 부위요의 Epicardial 매핑. 5-10 ML 디 - 4 - ANEPPS (10 MG / ML) (시그마 - 알드리치, 세인트 루이스, MO, 미국) 10 분 로딩 기간 볼러스 주입은 레이저 여기에 얻은 전압에 민감한 형광하는 데 필요한 (532 NM) epicardial 표면. 방출 형광은 다음 (설계도 표현을 알 길이 필터를 통과 600 NM를 통해 전송하고 LittleJoe CCD 비디오 카메라 (80x80 픽셀, 분석 시스템 (주) 데카, GA, 미국 SciMeasure)로 예상하고 초당 800 프레임의 속도로 취득 그림 1A에서). 5 초 영화는 AF 동안 2 분 간격으로 얻을 수 있습니다. 매핑된 epicardial 표면의 면적은 ~ 14cm 2.
  2. 그대로 마음 괞찮아의 Endocardial 광학 매핑. 두 번째 LittleJoe CCD 카메라는 (80x80 픽셀) epicardial 카메라와 동기화됩니다. 보기의 90도 필드와 10mm 직경의 듀얼 채널 단단한 내시경은 (에베레스트 VIT 주식 회사 플랜더스, NJ, 미국) 승모판 전체, 좌심실의 앞쪽에 벽을 통해 소개하고 endocardial 표면에 초점을 맞추고 있습니다 플레니다. 괞찮아에있는 광학 매핑 영역은 네 개의 폐동맥 혈관과 심방 셉토 - 폐 번들 (그림 1A, B)를 시각화 수 있습니다 ~ 4cm 2입니다. 내시경은 맞춤 제작 접안 렌즈 어댑터를 통해 CCD 카메라로 C - 마운트됩니다. 레이저 532 nm의 빛이 그런 다음 (코어 0.2) 라이트 가이드 액체를 통해 내시경의 여기 채널에 전달됩니다.

4. 심방 세동 프로토콜

지속적인 심방 스트레칭 아래 AF는 LAA의 상단에 위치 서성 거려 전극에 의해 버스트 서성 거려 (12 Hz에서 5 MS 펄스, 2X diastolic 임계값)를 통해 유도합니다. AF 50 분 5 초 광 영화 두 분 간격으로 찾았을 위해 계속 허용됩니다. 바이폴라 녹음이 지속적으로 수집하고 있습니다. 광학 영화의 취득은 바이폴라 레코딩 5 초 세그먼트의 동시 인수를 트리거합니다.

5. 주파수 분석

주파수 분석은 왼쪽과 오른쪽 아트리움 사이의 주파수 그라디언트와 함께 AF 중에 높은 활성화 속도 영역의 식별을 허용합니다. 지배 주파수 (DF)지도는 각 픽셀에 기록된 시간 시리즈 형광 신호에 고속 푸리에 변환 알고리즘 (FFT)을 적용한 후에 각 광학 영화에서 얻을 수 있습니다. 7 FFT는 또한 오초 바이폴라 신호 (하이 패스 필터에 적용됩니다 3 Hz에서 낮은 통과 광학 영화와 동기화) 35 Hz에서에서 필터링.에서

6. 심방 세동 역학

  1. 위상지도의 생성. AF 역학 분석 힐버트 변환을 통해 생성된 위상 영화을 활용합니다. 간단히 14, 각 픽셀에 기록된 행동 잠재력의 순간 단계는 모든 스펙트럼 성분이 해당 분기주기에 의해 이동되어 같은 원래의 시간 시리즈 신호를 변환에 의해 결정됩니다 Afterwar. 15DS, 신호의 순간 위상은 원래 신호에 변환된 신호의 비율의 역수 탄젠트에서 얻은 것입니다. 와 π 라디안 - π 사이의 값으로 위상 각도는, 지속적인 공간적 위상 변화가 여기, repolarization 및 복구의 과정을 반영하는 위상지도를 구축하기 위해 지속적인 색 구성표로 표현된다. 14
  2. 활성화 패턴 특성화. 활성화 패턴의 다양한 수업은 다음과 같은 위상 영화를 (그림 2)를 사용 확인할 수 있습니다 :
    • 로터는 하나 이상의 회전 (그림 2A)을 지속 특이점 지점에 집결 모든 단계의 존재에 의해 식별됩니다.
    • 혁신은 파면 볼 분야에 나타나는 및 대상과 같은 패턴 (그림 2B) 외부를 전파로 정의됩니다.
    • Spatiotemporally 조직 정기 파도는 유사한 방향과 인터 웨이브 간격 (그림 2C)로 전망이 분야에서 동일한 위치에서 신흥 네 순차 정기 파도의 최소로 정의됩니다.

또한 부량 그 특정 지역에서 얻은 활성화의 가장 일반적인 패턴으로 높은 주파수 도메인의 공간적 상관 관계를 수 있습니다. 가장 높은 주파수 도메인은 급성 AF 동안의 위치는 일반적으로 지역을 나타내는 때문에 후자는 괞찮아의 endocardial 표면 매핑의 결정적인 역할을 강조 표시합니다.

7. 대표 결과 :

괞찮아에서 LAA와 RAA을 지배 주파수 (DF) 그라디언트는 급성 신장 유도 AF 동안 존재합니다. 최고 DF 지역은 중 또는 폐동맥 혈관이나 어딘가 괞찮아에 중 하나 근처 언어입니다. 11 대표 AF의 에피소드가 (오른쪽 하부 폐 정맥)이 가장 높은 DF는 괞찮아에 지역화된되는, 그림 3에 표시됩니다. 결과는 발작 인간 AF의 구멍 내기 절차 동안 관찰 오른쪽 DF의 기울기에 왼쪽과 일치 플레 운전 AF 높은 주파수 소스의 존재를 지원합니다. 16

위상지도 영화를 사용하여 활성화 패턴 부량는 로터의 가장 높은 번호가 괞찮아 및 괞찮아와 LAA 사이의 교차점에서 찾을 것을 보여줍니다. 8 때때로 그의 회전 중심 (특별 포인트) 지속 로터를 식별하는 것이 가능 가장 높은 주파수 도메인 localizes. 10 심방 조직은 3 차원 구조를 나타냅니다 때문에 괞찮아의 매핑된 endocardial 표면에 로터를 식별하는 것은 이러한 로터의 회전의 중심 (필라멘트)는 결국 수직 매핑 영역의 표면에 있다고 제시 . 그림 4는 또한 플레과 LAA (9 Hz에서 각각 6.4) 사이의 주파수 기울기와 상호 LAA 방면 동시 fibrillatory 전도와 괞찮아의 endocardium에서 기록된 이러한 회전자를 보여줍니다. 로터의 숫자는이 모델에 부정맥을 유지하기 위해 괞찮아에 재입국의 필수적인 역할을 제시 LAA,보다 괞찮아에서 일관되게 높다.

전체 결과가 좌심방에서 안정적이고 빠른 로터는 급성 신장 유도 AF와 냄새가 나는데 물결을 유발 수있는 이론을 지원하는 것은 fibrillatory 전도로 만들어 낸 그들은 머리로 바로 안뜰쪽으로 복잡한 공간 분산 유도 블록 패턴을 받아야하며 점차적으로 지배 감소 주파수.

그림 1
그림 1. 실험의 도표 대표가 설정할 수 있습니다. A : 단단한 내시경은 좌심실 및 승모판 오리피스의 앞쪽에 벽을 통해 도입 및 사후 좌심방 (괞찮아)의 endocardial 표면에 초점을두고 있습니다. CCD 카메라는 내시경으로 결합하고 레이저 조명은 내시경의 열등한 부분에 연결된 레이저 액체 가이드를 통해 제공됩니다. Epicardial 매핑은 LAA에서 수행됩니다. 바이폴라 전극은 좌심방의 권리 아트리움과 지붕에 게재됩니다. 추가 바이폴라 신호는 폐동맥 혈관에서 얻은 수 있습니다. B : 일러스트 레이션을 위해 측면 벽을 여는 왼쪽 아트리움 다음 래터럴 볼 수 있습니다. 내시경의 끝은 괞찮아의 endocardial 표면을 조명. 양극성 전극은 좌심방의 지붕에 위치해 있습니다. LAA : 심방 돌출부를 떠났다. LV : 좌심실. RA : 오른쪽 아트리움. RV : 우심실.

그림 2
그림 2. 위상 영화의 생성 이후에 확인된 정품 인증을 다른 패턴. A : 왼쪽 심방 부위요 (LAA)의 선형 스냅 샷은 회전의 중심 (특별 포인트) 주변 로터의 pivoting을 보여줍니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 한 완전한 회전이 완료됩니다. B : LAA의 샘플 획기적인 활성화 패턴. 파도 위에 나타납니다보기 및 바깥쪽 전파 분야의 오른쪽 모서리마다. C : LAA쪽으로 플레 지역에서 오는 네 spatiotemporally 구성 정기적인 파도 (각각 0, 182, 352 및 512 MS,에서). Isochrones 10 MS 간격으로 꾸몄다 있습니다. 행동 잠재력의 서로 다른 단계에 대한 주요 아래쪽은 색상 코드입니다.

그림 3
그림 3. Langendorff - perfused 절연 양의 중심부에 급성 신장 유도 AF 중 가장 높은 주파수 활동 영역의 식별. A : 왼쪽 심방 부위요 (LAA), 오른쪽 심방 부위요 (RAA) 및 사후 좌심방 (괞찮아)의 해부 참조하십시오. 플레 이미지는 네 개의 폐동맥 혈관 (PVS)과 매핑된 영역의 내시경 볼 수 있습니다. B : LAA와 괞찮아에 광학 매핑하여 얻은 DF지도. RAA의 주파수 값을 바이폴라 electrograms로부터 얻은 것입니다. 가장 높은 주파수 영역은 괞찮아에 위치하고 있습니다. C : 최대 DF가 올바른 PVS의 플레 지역에서 12.4 Hz에서에 해당하는 대표 파워 스펙트럼. LSPV : 왼쪽 우수한 폐 정맥. LIPV : 왼쪽 열등한 폐 정맥. RSPV : 오른쪽 우수한 폐 정맥. RIPV : 오른쪽 열등한 폐 정맥. 복제 참조 11 (데이빗 Filgueiras 라마 & 호세 Jalife. 심방세동 세동 밑에는 메커니즘. 기초 과학 임상 Electrophysiologist위한 권. 3 (ed. 찰스 Antzelevitch)를 141-156 (사운 2011 년)에서.

그림 4
그림 4. Simultaneousphase지도 (A, B)와 사후 좌심방 (괞찮아)과 왼쪽 심방 부위요 (LAA)에서 지배적인 주파수지도 (C). A : 로터 및 그 특이점 지점의​​ 표류를 보여주는 괞찮아에서 선형 스냅 촬영. B : LAA에서 동시 위상 스냅 촬영. 활성화 패턴은 fibrillatory 전도와 호환 전파의 파동을 보여줍니다. 특이점 포인트도 fibrillatory 전도 지역에서 wavebreaks와 상관 관계에 존재한다. 플레과 LAA의 동시 지배 주파수지도 : C를 (비디오 4 참고). 가장 빠른 지역은 위상지도 분석 로터의 존재와 연결합니다 괞찮아 (9 Hz에서)에 위치하고 있습니다. LAA에서 가장 높은 빈도는 fibrillatory 전도와 연결합니다 6 Hz에서입니다. 패널 C의 오른쪽에 플레 및 LAA의 단일 픽셀 광학 정품 인증이 표시됩니다.

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Discussion

분리된 양의 중심부에 급성 신장 유도 AF의 특성은 인간의 발작 AF의 속성의 일부 유사. 양을 마음에 내부 심방 압력의 급성 증가 심방 팽창 환자에서 관찰 AF의 높은 위험과 유사한 오랜 기간에 대한 AF의 유지하실 수 있습니다.에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 DF의 그라디언트 1 존재 양 심방은 또한 인간의 electrophysiological 공부에 등록된 것과 유사합니다. 따라서 16이 급성 모델 AF를 유지 메커니즘은 현재 인간의 발작 AF에 사용되는 치료 전략을 향상시킬 수 있습니다 이해. 현재 접근의 제한 중 일부는 다음과 같습니다 첫째, 생체내 상황에 대한 결과의 추정을하는 걸로 고립 마음에있는 세동에 대한 자율 신경계의 효과를 낳는 어려움. 그리고 두 번째 모델은 급성 신장 유도 AF에 초점을 맞추고, 따라서 결론은 섬유증과 전기적 특성에 변경이 괞찮아 및 LAA의 활성화의 패턴에 영향을 미칠 수있는 구조적 리모델링 마음에 확장되지 않습니다. 마지막으로, 그것은 광학 제약뿐만 아니라 전압에 민감한 염료 및 모션 - uncoupling 화합물, 광학 매핑 기술의 독성으로 인해 생활 주제에 현재 가능하지 않습니다 것을인지해야합니다.

에도 불구하고, 광학 매핑, 특히 괞찮아의 endocardial 매핑의 사용은 가장 빠른 주파수 도메인에서 로터의 가장 높은 번호를 식별하여이 프로토콜 진보 AF 우리의 기계론의 이해 보여주었다. 후자는 재입국이 부정맥을 유지하기 위해 필수적인 수 있습니다하는 것이 좋습니다. 따라서, 서로 다른 약리 전략 재입국을 종료에 초점이 관련 translational 연구에 적합하게이 모델을 사용하여 공부하실 수 있습니다.

광학 매핑 방식의 기술 향상은 지속적으로 후 모색되고있다. 광학 매핑과 함께 얻은 넓은 필드 뷰 높은 공간과 시간적 해상도는 2D 표면에 매핑된 오래 지속 로터의 식별을 허용하지만, 매우 자주 이러한 로터는보기의 현장에서 멀어지기. 따라서,보다 파노라마 광학 매핑 접근 방식은 더 나은 표류 로터의 추적 및 일반적으로 부정맥을 사용합니다. 깊은 - 관통 신호와 새로운 수학적 분석을 제공하는 새로운 염료도 괞찮아 벽의 3D 구조를 내부 추적 로터 및 필라멘트 수 있습니다. 후자는 또한 교내 들어가는 활동을 대표하는 수도 이전에 획기적인 표면으로 설명 정품 인증의 패턴에 대한 이해를 허용합니다. 쫓기고 추가 개선 사항은 다음과 같습니다 전압에 민감한 염료의 독성 감소, 같은 세포 내 칼슘 농도로 더 생리적 매개 변수에 대한 광학 프로브, 모션 감소 개선 화합물과 기술을.

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Disclosures

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

Acknowledgments

연맹 프헝쎄스 드하여 NHLBI 그란츠 P01 - P01 - HL039707 및 HL087226 및 Leducq 재단 (JJ와 OB), 심장의 원정 스페인 학회에 의해, Fundación 페드로 배리 데 라 마자와 Fundación 알폰소 마틴 Escudero (DFR)에 의해 부분적으로 지원 심장 리듬 사회 교제 수상, 일본, 하트 재단 / Electrocardiology (내)의 일본 사회의 원정대에 의해 Cardiologie (RPM).

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

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References

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의학 제 53 심방 세동 endocardial 매핑 활성화 패턴 사후 좌심방
스트레치 유도 심방세동 세동의 쉽 모델에서 고해상도 Endocardial 및 Epicardial 광학 매핑
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Filgueiras-Rama, D., Martins, R. P., More

Filgueiras-Rama, D., Martins, R. P., Ennis, S. R., Mironov, S., Jiang, J., Yamazaki, M., Kalifa, J., Jalife, J., Berenfeld, O. High-Resolution Endocardial and Epicardial Optical Mapping in a Sheep Model of Stretch-Induced Atrial Fibrillation. J. Vis. Exp. (53), e3103, doi:10.3791/3103 (2011).

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