Summary
압력반사는 혈압 변화에 반응하는 자율신경계의 심박수 조절 메커니즘입니다. 우리는 생쥐의 심전도와 혈압을 연속적이고 동시에 측정하기 위해 원격 측정 송신기를 이식하는 수술 기술을 설명합니다. 이것은 심혈관 질환의 중요한 예후 지표인 자발적인 압력반사 민감도를 결정할 수 있습니다.
Abstract
혈압(BP)과 심박수(HR)는 모두 자율신경계(ANS)에 의해 조절되며 반사 메커니즘으로 인해 밀접하게 얽혀 있습니다. 압력반사는 동맥 혈압의 급성, 단기 변화에 대응하고 상대적으로 좁은 생리학적 범위에서 혈압을 유지하는 핵심 항상성 메커니즘입니다. BP는 대동맥궁과 경동맥동에 위치한 압수용기에 의해 감지됩니다. 혈압이 변하면 신호가 중추 신경계로 전달된 다음 자율 신경계의 부교감 및 교감 신경 분지로 전달되어 HR을 조정합니다. 혈압이 상승하면 HR이 반사적으로 감소하고 혈압이 떨어지면 HR이 반사적으로 증가합니다.
압력 반사 민감도(BRS)는 동맥 혈압의 변화와 그에 상응하는 HR 변화 사이의 정량적 관계입니다. 심혈관 질환은 종종 압력 반사 기능 장애와 관련이 있습니다. 다양한 연구에서 감소된 BRS는 예를 들어 심부전, 심근 경색, 또는 관상 동맥 질환에서 보고되었습니다.
BRS를 결정하려면 BP와 HR의 정보가 필요하며, 원격 측정 장치를 사용하여 동시에 기록할 수 있습니다. 수술 절차는 압력 센서를 왼쪽 경동맥에 삽입하고 동맥압을 모니터링하기 위해 대동맥궁에 팁을 배치한 다음 송신기와 ECG 전극을 피하 배치하는 것으로 시작하여 설명됩니다. 또한 수술 후 집중 관리 및 진통제 관리에 대해서도 설명합니다. 수술 후 회복의 2 주 기간 후, 의식이 있고 구속되지 않은 마우스에서 장기 ECG 및 혈압 기록이 수행됩니다. 마지막으로, 고품질 기록의 예와 시퀀스 방법을 사용한 자발적 압력수용체 민감도 분석이 포함됩니다.
Introduction
동맥 압력 수용체 반사는 동맥 혈압 (ABP)의 단기 및 아마도 장기 1,2 조절을 제공하는 인간의 주요 피드백 제어 시스템입니다. 이 반사는 생리적 또는 환경적 유발 요인에 대한 반응으로 발생하는 BP의 섭동을 완충합니다. 심박수, 박출량 및 전체 말초 동맥 저항의 즉각적인 반사 변화를 제공합니다. 반사는 대동맥궁과 경동맥동의 감각 신경 종말에서 시작됩니다. 이 신경 말단은 동맥 압수용기를 구성합니다. 대동맥궁에 있는 신경 말단의 체마타는 결절 신경절에 위치하는 반면 경동맥동의 신경 말단은 소동맥 신경절에 있습니다. 반사는 혈압 상승에 의해 유발되며, 이는 압력 수용체 신경 말단을 늘리고 활성화합니다 (그림 1A). 활성화는 구심성 대동맥 억제기 및 경동맥 신경을 통해 중앙에서 뇌관 솔리타리(tractus solitarii) 핵 및 미주 신경의 등쪽 핵과 같은 심혈관 뇌간 핵으로 전달되는 활동 전위 발리를 초래합니다. 구 심성 신경 활동의 변화는 자율 원심성 활동을 조절합니다. 압력 수용체 신경의 활동이 증가하면 교감 신경이 감소하고 부교감 신경 활동이 증가합니다. 따라서 압력수용체 활성화의 결과는 심박수, 심박출량, 혈관 저항의 감소이며, 이는 함께 혈압 상승을 상쇄하고 완충한다3. 대조적으로, 압력수용체 신경의 활동 감소는 교감신경을 증가시키고 부교감신경 활동을 감소시켜 심박수, 심박출량 및 혈관 저항을 증가시켜 혈압 감소를 상쇄합니다.
인간과 동물을 대상으로 한 수많은 연구에서 압력수용체 반사는 운동4, 수면5, 열 스트레스6 또는 임신7과 같은 생리학적 조건에서 조절될 수 있음이 밝혀졌다. 또한 압력반사가 고혈압, 심부전, 심근경색 및 뇌졸중과 같은 심혈관 질환에서 만성적으로 손상된다는 증거가 있습니다. 사실, 압력반사 기능장애는 또한 여러 심혈관 질환에서 예후 마커로 활용된다 8,9,10. 또한, 압력반사의 기능 장애는 ANS의 장애에도 존재합니다. 건강 및 질병 상태에 대한 압력 수용체 반사의 중요성을 감안할 때, 이 반사의 생체 내 추정은 특정 심각한 임상적 의미를 지닌 자율 신경 및 심혈관 연구의 중요한 구성 요소입니다.
유전자 마우스 라인은 심혈관 연구에서 필수적인 도구입니다. 이러한 마우스 라인에 대한 생체 내 연구는 심혈관 생리학 및 병태생리학에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며 많은 경우 심혈관 질환에 대한 전임상 모델 시스템 역할을 합니다. 여기에서는 의식이 있고 구속되지 않고 자유롭게 움직이는 마우스에서 원격 측정 생체 내 ECG 및 혈압 기록을 위한 프로토콜을 제공하고 시퀀스 방법을 사용하여 이러한 기록에서 압력 반사 감도를 결정할 수 있는 방법을 설명합니다(그림 1B). 수축기 혈압(SBP) 및 RR 간격의 박동 간 시리즈가 HR의 반사 적응과 함께 SBP의 자발적인 증가 또는 감소 동안 3개 이상의 박동의 짧은 시퀀스에 대해 스크리닝되기 때문에 적용된 방법을 시퀀스 방법이라고 합니다. 이 방법은 자발적인 반사 메커니즘만 조사되기 때문에 압력 반사 감도 측정의 황금 표준입니다. 이 기술은 혈압 변화를 유도하기 위해 혈관 작용 약물 주입과 같은 침습적 절차를 포함하는 이전 기술보다 우수합니다.
그림 1: 시퀀스 방법을 사용한 압력반사 및 압력반사 민감도 평가의 개략도 . (A) 혈압이 급격히 상승하는 동안 압력반사의 경과. ABP의 단기적인 상승은 대동맥궁과 경동맥동에 위치한 압수용기에 의해 감지됩니다. 이 정보는 중추 신경계로 전달되어 부교감 신경 활동의 증가와 병행하여 교감 신경 활동의 감소를 유도합니다. 동방 결절 영역에 위치한 신경 말단에서 아세틸 콜린의 방출은 동방 결절 심박 조율기 세포에서 두 번째 메신저 cAMP의 감소를 유도하여 심박수를 감소시킵니다. 단기간의 혈압 감소는 반대의 효과가 있습니다. (B) 3개의 연속 비트의 위쪽 시퀀스(왼쪽 상단 패널) 및 아래쪽 시퀀스(오른쪽 상단 패널) 동안의 개략적인 BP 추적. 위쪽 시퀀스는 RR 간격(왼쪽 하단 패널)의 병렬 증가와 관련이 있으며, 이는 HR의 감소와 동일합니다. 다운 시퀀스는 RR 간격(오른쪽 하단 패널)의 병렬 감소와 연관되며, 이는 HR의 증가와 동일합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Protocol
모든 동물 실험은 동물 실험에 관한 현지 기관 지침 및 국내법에 따라 수행됩니다. 이 실험을 위해 연구는 Regierung von Oberbayern의 승인을 받았으며 동물 실험에 관한 독일 법률에 따랐습니다. WT 동물(C57BL/6J 배경) 및 증가된 BRS 민감도를 나타내는 아픈 부비동 증후군 마우스 모델의 동물(Hcn4tm3(Y527F; R669E; T670A)Biel)11(혼합 C57BL/6N 및 129/SvJ 배경)이 이 연구에 사용되었습니다.
1. 장비 설정
- 원격 측정 송신기를 멸균 패키지에서 꺼내고 ECG 리드를 마우스 크기에 적합한 길이로 줄입니다. 무게가 ~30g인 12주 된 수컷 검은색 6마리 마우스(C57BL/6J)의 경우 가위를 사용하여 양극 리드(빨간색)를 ~45mm 길이로, 음극 리드(무색)를 ~40mm 길이로 줄입니다.
참고: 이 값은 방향으로 제공되며 필요에 따라 조정해야 합니다(그림 2). - 메스를 사용하여 ECG 리드의 실리콘 튜브를 약 6mm 제거하여 와이어를 노출시킵니다. 전기 신호를 기록하기 위해 ECG 와이어의 ~2mm 부분을 덮지 않은 채로 과도한 튜브로 와이어 끝을 덮습니다. 비흡수성 5-0 실크 봉합사로 실리콘 튜브를 고정합니다(그림 2A).
- 송신기 일련 번호를 작동 프로토콜에 기록해 둡니다(보충 File 1).
- 따뜻하고 멸균된 0.9% NaCl 용액에 트랜스미터를 수화시킵니다.
- 마우스의 무게를 측정하고 무게를 기록합니다.
- 수술 전에 모든 수술 기구를 오토클레이브하십시오. 수술 중 및 수술 사이에 뜨거운 유리 구슬 살균기를 사용하여 건열로 다른 동물을 소독하십시오.
알림: 수술 기구는 피부 화상을 방지하기 위해 사용하기 전에 실온으로 식혀야 합니다. - 무균 상태를 보장하기 위해 작업대를 소독하십시오.
2. 결합된 ECG 및 혈압 측정을 위한 원격 측정 송신기의 외과적 이식
- 왼쪽 총 경동맥의 절개.
- 마취 혼합물(100mg/kg 케타민, 15mg/kg 자일라진, 1mg/kg 아세프로마진)을 복강내 주사하여 마우스를 마취합니다. 수술을 시작하기 전에 마우스가 완전히 마취되었는지 확인하기 위해 발가락 꼬집음 테스트를 수행합니다.
- 트리머를 사용하여 턱 아래에서 횡단 가슴 근육쪽으로 수술 부위를 면도합니다.
- 37°C로 설정된 온도 조절 수술 플레이트 위에 마우스를 앙와위 자세로 놓습니다. 수술용 테이프로 팔다리를 고정하고 직장 체온계로 체온을 지속적으로 모니터링합니다(그림 2C). 체온이 37 °C 이하로 떨어지면 수술 중 멸균 면봉으로 동물의 몸을 덮으십시오.
- 마취 중에 동물의 눈을 보호하기 위해 눈 연고를 바르십시오.
- 이전에 면도한 수술 부위에 제모 크림을 바릅니다. 3-4분 후에 면봉과 따뜻한 물을 사용하여 모발과 제모 크림을 제거합니다. 수술 중 상처가 오염되지 않도록 피부가 깨끗하고 잔여 모발과 제모 크림이 없는지 확인하십시오.
- 포비돈 요오드 또는 클로르헥시딘 스크럽을 번갈아 가며 알코올로 피부를 소독하십시오.
- 동물을 해부 현미경 아래에 놓고 수술 부위 주위에 멸균 드레이프를 놓습니다.
- 턱 바로 아래에서 시작하여 목 피부를 통해 1-1.5cm 정중선 절개를하십시오. 절개를 가능한 한 똑바로 만들기 위해 노력하십시오. (그림 2D).
알림: 다음 단계에서 멸균되고 따뜻한(37°C) 0.9% NaCl을 정기적으로 적용하여 수술 부위를 촉촉하게 유지해야 합니다. - 뭉툭한 절개 가위로 밑에 있는 결합 조직에서 피부를 분리하여 절개 부위 양쪽에 피하 공간을 만듭니다. 집게로 피부를 너무 세게 끼우면 괴사를 일으키고 수술 후 상처 치유 장애를 일으킬 수 있으므로 주의하십시오.
- 면봉 어플리케이터를 사용하여 이하선과 턱밑샘을 분리하여 기관 위에 있는 근육을 노출시킵니다.
- 기관 측면에 위치한 왼쪽 경동맥을 식별하기 위해 구부러진 절개 집게로 왼쪽 침샘을 수축시킵니다(그림 2E).
- 구부러진 집게를 사용하여 인접한 조직에서 경동맥을 조심스럽게 해부하십시오. 혈관을 따라 흐르는 미주 신경을 손상시키지 않도록 각별히 주의하십시오. 좌경동맥을 약 10mm 길이로 노출시키고 혈관 근막과 미주 신경에서 완전히 분리하기 위해 둔기 박리를 계속합니다(그림 2F).
- 경동맥의 고립된 부분 아래에 흡수되지 않는 5-0 실크 봉합사를 통과시키면서 구부러진 집게로 혈관을 약간 들어 올려 봉합사와 경동맥 사이의 마찰을 줄이면 혈관벽이 쉽게 손상될 수 있습니다.
- 봉합사를 경동맥의 분기점에 근접하여 두개골에 놓고 매듭을 형성하고 묶어 혈관을 영구적으로 결찰합니다(그림 2G). 두개골 교합 봉합사의 양쪽 끝을 수술용 테이프로 수술대에 고정합니다.
- 경동맥 아래에 두 번째 폐색 봉합사를 통과시키고 두개골 봉합사까지 ~5mm 거리에 꼬리 모양으로 놓습니다(그림 2H). 동맥 캐뉼라 삽입 중 혈류의 일시적인 폐색에 필요합니다. 따라서 느슨한 매듭을 묶고 양쪽 봉합사 끝을 수술 용 테이프로 고정하십시오.
- 두개골과 꼬리 폐색 봉합사 사이에 세 번째 봉합사(고정 봉합사)를 배치하고 느슨한 매듭을 만듭니다(그림 2I). 이 봉합사는 동맥을 캐뉼러내는 동안 카테터를 제자리에 유지하는 데 필요합니다. 봉합사의 한쪽 끝을 수술대에 테이프로 붙입니다.
- 왼쪽 총 경동맥의 캐뉼라 삽입.
참고: 혈압 카테터의 센서 영역은 말단부에서 4mm 떨어진 곳에 위치하며 비압축성 유체와 생체적합성 젤이 들어 있는 튜브로 구성됩니다(그림 2B). 이 부위는 매우 민감하므로 기포가 없는지 확인하고 시술 중 언제든지 만지지 마십시오.- 24G 바늘 끝을 ~100° 각도로 구부려 카테터 도입기로 사용합니다.
- 꼬리 폐색 봉합사를 부드럽게 당기고 장력으로 고정하여 일시적으로 혈류를 멈추고 동맥을 약간 들어 올립니다.
- 구부러진 바늘로 두개골 폐색 봉합사에 근접한 동맥을 조심스럽게 관통합니다(그림 2J). 혈관 캐뉼러 집게로 카테터를 잡고 작은 구멍에 넣고 천천히 혈관 안으로 밀어 넣습니다. 구부러진 바늘을 동시에 부드럽게 뒤로 당깁니다(그림 2K).
- 카테터가 꼬리 폐색 봉합사에 도달하면 고정 봉합사를 약간 조여 카테터를 제자리에 유지합니다(그림 2L).
- 꼬리 폐색 봉합사를 풀어 카테터가 끝이 대동맥궁에 위치할 때까지 더 움직일 수 있도록 합니다.
알림: 카테터의 올바른 삽입 길이는 마우스 크기에 따라 다르므로 결정해야 합니다. 12주령에 C57BL/6J 배경과 ~30g의 체중을 가진 수컷 마우스의 경우 통합 노치가 두개골 폐색 봉합사에 도달할 때까지 카테터를 삽입하는 것이 좋습니다. 특정 마우스 라인에 대한 카테터의 올바른 삽입 깊이와 배치는 동물의 안락사 후에 확인할 수 있습니다. - 제대로 배치되면 세 개의 봉합사로 카테터를 고정하고 끝을 가능한 한 짧게 자릅니다. 깨지기 쉬운 혈압 카테터가 손상될 수 있으므로 매듭을 너무 세게 당기지 마십시오.
그림 2: 결합된 ECG와 혈압 트랜스미터의 이식 - 왼쪽 경동맥의 캐뉼라. (A) 원격 측정 송신기는 압력 카테터, 2개의 생체 전위 전극 및 장치 본체로 구성됩니다. (B) 압력 카테터의 개략도. 센서 영역은 비압축성 유체와 생체적합성 젤로 구성됩니다. 카테터는 노치가 두개골 폐색 봉합사 수준에 도달하여 혈관의 적절한 위치를 확보 할 때까지 경동맥에 삽입해야합니다. (C) 외과적 송신기 이식을 위해 준비된 마취된 C57BL/6J 마우스. (D-L) 왼쪽 경동맥의 캐뉼라 삽입을 위한 수술 절차를 보여주는 이미지 시퀀스. (D) 자궁 경부 피부 절개. (E) 기관 측면에 위치한 좌경동맥을 식별하기 위해 노출된 기관. (F) 인접 조직 및 미주 신경으로부터 동맥을 분리하기 위한 둔기 박리. (G) 두개골 폐색 봉합사를 사용한 좌경동맥의 영구 결찰. (H) 일시적으로 혈류를 멈추기 위해 꼬리 폐색 봉합사에 장력을 가합니다. (I) 캐뉼러 삽입 중에 카테터를 제자리에 유지하기 위해 봉합사를 고정합니다. (J) 카테터를 혈관에 삽입하기 위한 구부러진 팁이 있는 캐뉼라. (K) 압력 카테터가 경동맥에 삽입됩니다. (L) 카테터 팁은 대동맥궁에 위치하고, 카테터는 중간 봉합사로 고정된다. D - L의 스케일 바는 4mm를 나타냅니다.16에서 재인쇄. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 마우스의 왼쪽 측면에 있는 피하 주머니에 원격 측정 장치 본체를 배치합니다(그림 3).
- 동물의 왼쪽 옆구리를 향한 목에서 피하 터널을 형성하고 작고 뭉툭한 해부 가위를 사용하여 작은 주머니를 만듭니다 (그림 3B).
- 따뜻하고 멸균된 0.9% NaCl 용액으로 채워진 1mL 주사기로 터널을 관개하고 ~300μL의 용액을 파우치에 넣습니다(그림 3C).
- 뭉툭한 집게로 피부를 조심스럽게 들어 올리고 송신기 장치 본체를 파우치에 넣습니다(그림 3D). 이 단계에서 경동맥에서 혈압 카테터를 빼지 않도록 매우 주의하십시오.
- Einthoven II 구성에서 ECG 리드 배치.
- 뭉툭한 해부 가위로 오른쪽 가슴 근육에 얇은 터널을 만들고 뭉툭한 집게를 사용하여 음극 (무색) 리드를 터널에 넣습니다. 6-0 흡수성 봉합사를 사용하여 가슴 근육에 스티치로 리드의 말단 끝을 고정합니다(그림 3E).
- 양극(빨간색) 리드에 루프를 형성하고 팁을 왼쪽 꼬리 갈비뼈 부위에 배치하고 6-0 흡수성 봉합사 재료를 사용하여 봉합사로 위치를 고정합니다.
알림: 조직 자극을 피하기 위해 두 리드가 전체 길이에 대해 몸에 평평하게 놓이는 것이 중요합니다(그림 3F). - 5-0 비흡수성 봉합사를 사용하여 단일 매듭으로 피부를 닫습니다(그림 3H). 또한 동물이 봉합사를 물지 않도록 모든 매듭에 소량의 조직 접착제를 바르고 열개를 방지하십시오.
- 회복 단계에서 상처 감염을 예방하기 위해 상처에 포비돈 요오드 하이드로겔 10%를 바르십시오.
- 선제적 통증 완화를 위해 마우스가 마취 상태인 동안 5mg/kg 카프로펜을 0.9% NaCl에 피하 주사합니다.
- 가열 플랫폼을 39 ± 1 °C로 설정하고 마우스를 별도의 하우징 케이지에 넣습니다. 수술 후 12시간 동안 케이지의 절반을 플랫폼에 놓고 마우스를 따뜻한 곳으로 옮깁니다. 동물이 마취에서 깨어 나면 따뜻한 곳에 머물거나 케이지의 서늘한 부분으로 이동할 수 있습니다.
그림 3: 결합된 ECG와 혈압 트랜스미터의 이식 - ECG 전극과 장치 본체의 피하 배치 . (A) 혈압 카테터를 삽입한 후 마우스. 카테터 위치는 폐색 봉합사에 의해 고정됩니다. (B) 뭉툭한 가위로 동물의 왼쪽 옆구리에 피하 주머니를 형성합니다. (C) 파우치에 ~300μL의 따뜻한 멸균 식염수를 주입합니다. (D) 장치 본체는 피하 주머니에 넣습니다. (E) 음극의 말단 (무색)은 흡수성 봉합사로 오른쪽 가슴 근육에 고정됩니다. (F) 양극(빨간색)을 왼쪽 늑간근에 고정합니다. (G) ECG 전극의 위치를 고정하기 위해 가슴 근육에 영구 봉합사를 배치합니다. (H) 피부 봉합 후 마우스. ECG 전극 팁의 피하 위치는 빨간색 원으로 표시됩니다. 시연을 위해 죽은 동물을 사용하여 이러한 이미지를 촬영했습니다. 살아있는 동물을 사용하는 동안 멸균 관행을 따르십시오. 16에서 재판. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 수술 후 관리
- 수술 후 통증 완화를 위해 상처가 치유될 때까지 3-5일 동안 12시간마다 0.9% NaCl에 5mg/kg 카프로펜을 피하 주사합니다.
- 동물을 탈수로부터 보호하기 위해 10μL/g의 따뜻한 링거-젖산 용액을 복강 주사합니다.
- 첫 번째 원격 측정을 실행하기 전에 마우스가 2-3주 동안 회복되도록 합니다. 회복 기간 동안 일반적인 건강 상태, 상처 치유, 체중, 음식 및 물 섭취량을 주의 깊게 모니터링합니다.
- 실험이 끝나면 마우스를 이산화탄소(CO2) 흡입으로 안락사시킨다.
알림: 경추 탈구 또는 참수는 ECG 및 BP 송신기 장치의 부품을 손상시킬 수 있으므로 안락사 방법으로 권장되지 않습니다.
- 데이터 수집.
- 데이터 기록 중 음향 및 전자 노이즈를 방지하기 위한 조치를 취하십시오. 또한 데이터 기록 중 직원의 접근을 제한하고 실험 전에 모든 축산 절차를 완료하십시오.
- 동물의 케이지를 원격 측정 수신기 플레이트에 놓고 자석을 동물에게 가까이 가져가 원격 측정 송신기를 켭니다.
- 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 72시간(12시간 어두운/밝은 주기) 동안 지속적인 ECG, 혈압 및 활동 기록을 수집합니다(그림 4).
- 심박수, 혈압 및 활동의 일주기 리듬 분석.
- 데이터 수집 소프트웨어12 를 사용하여 HR, BP 및 활동의 규칙적인 일주기 리듬의 존재를 확인합니다(그림 5).
- ECG 및 BP 분석 소프트웨어를 사용한 시퀀스 방법을 사용한 압력 수용체 민감도 측정을 포함한 데이터 분석.
- 데이터 수집 소프트웨어에서 ECG 및 BP 분석 소프트웨어로 BP 및 HR 데이터를 내보냅니다(보충 파일 2). 다음 명령 시퀀스를 사용합니다. ECG 및 BP 분석 소프트웨어 열기 > 파일 > 변환기의 원시 데이터 > 비 IOX 원시 데이터를 변환합니다. 새 창에서 파일 > 데이터퀘스트 ART4 데이터 로드를 클릭합니다. 다시 새 창이 열리고 내보낼 데이터 파일을 선택합니다 > 새 창이 열리고 "피험자" 목록에서 동물을 선택하고 "파형 목록"에서 ECG 및 BP를 선택하고 확인을 누릅니다. 데이터 변환 > IOX 바이너리 사이트 파일 만들기를 클릭하여 데이터를 변환할 동물을 선택합니다.
- 다음 명령 시퀀스를 사용하여 ECG 및 BP 분석 소프트웨어에서 IOX 바이너리 사이트 파일을 엽니다. 파일 > IOX 데이터 로드 > BP 및 ECG 추적을 선택하고 녹색 확인 표시를 누릅니다>
참고: 다음 데이터 처리 매개변수는 야생형 마우스에서 획득한 데이터에 최적화되어 있으며 원칙적으로 전임상 분야에서 사용되는 모든 마우스 모델에 적합해야 합니다. 그러나 특정 실험 모델(예: HR 및/또는 BP 값이 매우 높거나 낮은 마우스 또는 다른 설치류 종)로 작업할 때 이러한 매개변수의 적응이 필요할 수 있습니다. 어떤 경우든 데이터 처리 매개변수가 연구 중인 특정 모델에 맞는지 확인하기 위해 신중하게 검토해야 합니다. - ECG, BP 및 BRS 분석에 대한 설정은 보충 파일 3,4를 참조하십시오. 마우스의 BRS 분석의 경우, BRS 파라미터를 조정하여 한 비트의 SBP와 RR 사이의 지연을 나타내는 3개(또는 그 이상) 비트의 시퀀스만 검출하고, SBP 및 RR 변경에 대한 임계값을 0.5mmHg 및 2ms로 설정합니다. RR/SBP 그림에서 회귀선 기울기의 상관 계수가 0.75보다 큰지 확인하고 안정적인 동리듬을 나타내는 섹션만 분석합니다. 다음 명령 시퀀스를 사용하여 ECG, BP 및 BRS 분석에 대한 매개변수를 적절하게 설정합니다. > 분석 설정 조정 새 창이 열립니다>
- ECG 설정("ECG 모드 및 신호 필터링" 창에서 마우스 오른쪽 버튼 클릭(보충 File 3)). 여기에 설명된 대로 매개 변수를 설정합니다. 모드: ECG, RR 전용, 필터 모드: 자동, 설정된 HR에 따름, 예상 심박수: bpm > 300, 기준선 제거 필터 너비(ms): 100.00, 노이즈 제거 필터 폭: 1.00ms, 노치 필터: 50.0Hz, 스파이크 제거 필터: 꺼짐, 드롭아웃 감지 모드: 꺼짐, 최대 RR 길이(ms): 900.00, 조정된 R 피크에서 RR: 꺼짐, RR_only 설정 모드: Xsmall: 마우스, R 피크 너비(ms): 10.00, PR 너비(ms): 20.00, RT 너비(ms): 50.00, 최대 비트 간 아티팩트(%): 50.00, R 대 기타 진폭 비율: 3.00, R 피크 기호: 양수 및 추가 매개변수 계산: 꺼짐
- 혈압 설정(BP, 압력 설정)의 경우 "BP 분석기" 창에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭합니다(보충 File 4). 여기에 설명된 대로 매개 변수를 설정합니다. 노이즈 제거 필터 너비(ms): 10.00, 미분 필터 너비(ms): 6.00, 노치 필터: 50.0 헤르츠, 스파이크 제거 필터: 꺼짐, 검증 임계값(교정 단위): 12.00, 제거 임계값(교정 단위): 8.00, 시작 업스트로크 미분(교정 U/s): 10.00, 거부 한계: 꺼짐, 기준 ECG로부터의 지연: 사용자 정의 창, ECG Rpeak의 최소 지연(ms): 10.00, ECG의 최대 지연 Rpeak(ms): 250.00, Conduct_time_1 시작 표시: 계산되지 않음, Conduct_time_2 시작 표시: 계산되지 않음, BR(호흡수): 꺼짐, BRS(압력 반사 감도): 켜짐, 최소 연속 박동 수: 3, 대기 시간 박동 수: 1, 압력 값: SBP, 펄스 간격 계산 표시: R, 최소 압력 변화(caIU): 0.50, 최소 간격 변동(ms): 2.00, 최소 상관관계: 0.75
- 활동이 적은 3시간 시퀀스에 대한 활동 신호를 스크리닝합니다. 동물의 높은 활성이 BP 및 RR 상관관계를 방해하기 때문에 이 시간 창에서 BRS 분석을 수행합니다.
- 이 3시간 동안 BP 및 RR 분석을 수행하면서 3시간 분석을 10분 단위로 세분화합니다.
- 다음 명령 시퀀스를 사용하여 BRS 분석을 수행합니다. BRS 분석 창 열기 > > BRS 분석 보기를 클릭합니다. 그러면 BRS 분석 패널이 열립니다. BRS 분석 패널에 표시된 모든 염기서열을 수동으로 검사하고 이소성 박동, 부비동 일시 정지, 부정맥 이벤트 또는 잡음이 있는 데이터를 제외합니다. 이러한 시퀀스의 모든 단일 비트를 무효화하여 분석에서 성공적으로 제외해야 합니다.
- BRS 분석 결과를 스프레드시트 파일(결과 파일)로 내보냅니다. 다음 명령 시퀀스(보충 파일 5-7)를 사용하여 스프레드시트 파일로 내보내는 매개 변수를 수정합니다.
- 목록/파일 > 섹션의 > 매개 변수를 txt (보충 파일 5)> 조정합니다. "beats" 섹션과 무효화된 beats 섹션을 제외하고 관심 있는 정보가 포함된 다른 섹션을 선택합니다.
- 목록/파일 > > 매개 변수를 txt (보충 파일 6)> 단계 조정합니다. 내보낼 단계 값을 선택합니다.
- Tune > Parameters in list/to file > beats -> txt (Supplemental File 7).
- 파일의 beats 섹션에 모든 단일 비트에 대해 최소한 다음 데이터가 포함되어 있는지 확인합니다. ECG_RR, ECG_HR, BP_SBP, BP_BRS_deltaP, BP_BRS_#(=시퀀스의 연속 비트 간격), BP_BRS_slope, BP_BRS_correl, BP_BRS_shiftl(=후속 비트의 RR)
- 그런 다음 파일( File) > 결과 파일 저장(Save results file)을 클릭합니다.
- Excel의 필터 기능(보충 파일 8)을 사용하여 내보낸 데이터를 위아래 순서로 정렬합니다. 상하 시퀀스에 대한 BRS 기울기의 시퀀스 수, 평균 BRS 기울기, 표준 편차 및 표준 오차를 별도로 계산합니다. 또한 1000 비트 당 총 시퀀스 수를 계산하십시오.
참고: 상하 시퀀스의 자동 정렬 및 분석을 위한 스프레드시트 템플릿(TemplateBRS)은 부록(보충 파일 8)에 제공되며 분석을 용이하게 합니다. 필터 기능을 조정하여 다른 비트 번호(예: 3비트 또는 4비트 시퀀스)로 시퀀스를 정렬할 수 있습니다. 자세한 내용은 추가 파일 9-13을 참조하십시오.- 결과 파일 및 TemplateBRS Excel 파일(보충 파일 8)을 엽니다. 결과 파일에서 (압력)_BRS_deltaP, (압력)_BRS_# 및 (압력)_BRS_slope (보충 파일 9) 열의 데이터를 복사합니다. TemplateBRS 파일(보충 파일 10)에 있는 "Up sequences" 및 "Down sequences" 스프레드시트의 각 열에 데이터를 붙여넣습니다. 또한 결과 파일(보충 파일 11)에서 열(압력)_BRS_SBP의 데이터를 복사하여 TemplateBRS 파일(보충 파일 12)의 "모든 시퀀스" 스프레드시트에 붙여넣습니다.
참고: (Pressure)_BRS_# 열의 숫자는 시퀀스의 마지막 비트에만 나열되며 시퀀스 길이를 나타냅니다. 상하 순서는 (Pressure)_deltaP 값의 부호에 의해 구별될 수 있다. 3비트 시퀀스의 두 번째 및 세 번째 비트에 대한 음수 값은 다운 시퀀스를 나타냅니다. 양수 값은 각각 위쪽 시퀀스를 나타냅니다. - 복사된 데이터를 기본 필터 설정으로 필터링합니다. (압력)_BRS_# 열의 필터 아이콘을 클릭하고 "확인"을 누릅니다(보충 파일 13). 이 단계를 'Up sequences' 및 'Down sequences' 스프레드시트에 적용합니다.
참고: 스프레드시트는 3비트 시퀀스를 필터링합니다. 다른 시퀀스 길이가 필요한 경우 드롭다운 메뉴에서 이 열의 설정을 변경해야 합니다. 시퀀스 수, 평균 BRS 기울기, 표준 편차 및 BRS 기울기의 표준 오차에 대한 계산은 "위쪽 시퀀스" 및 "아래쪽 시퀀스" 스프레드시트의 녹색 상자에 표시됩니다. 1000비트당 총 시퀀스 수에 대한 계산은 "모든 시퀀스" 스프레드시트의 녹색 상자에 나타납니다.
- 결과 파일 및 TemplateBRS Excel 파일(보충 파일 8)을 엽니다. 결과 파일에서 (압력)_BRS_deltaP, (압력)_BRS_# 및 (압력)_BRS_slope (보충 파일 9) 열의 데이터를 복사합니다. TemplateBRS 파일(보충 파일 10)에 있는 "Up sequences" 및 "Down sequences" 스프레드시트의 각 열에 데이터를 붙여넣습니다. 또한 결과 파일(보충 파일 11)에서 열(압력)_BRS_SBP의 데이터를 복사하여 TemplateBRS 파일(보충 파일 12)의 "모든 시퀀스" 스프레드시트에 붙여넣습니다.
Representative Results
ECG 및 BP 원시 데이터에 대한 긍정적인 결과
이 프로토콜을 사용하여 고품질 ECG 및 BP 데이터를 획득할 수 있으므로(그림 4 및 보충 파일 14) 정확한 BRS 분석뿐만 아니라 광범위한 ECG 또는 BP 파생 매개변수(예: ECG 간격(그림 4B, 상단 패널), 혈압 매개변수(그림 4B, 하단 패널), 심박수 및 혈압 변동성, 부정맥 감지 등12,13,14,15.
그림 4: 원격 측정 ECG 및 BP 기록. (A) 대표적인 고품질 ECG 추적(상단 패널) 및 해당 고품질 원시 BP 기록(하단 패널). (B) ECG 흔적의 확대(상단 패널). P파, QRS 복합체, T파 및 RR 간격이 표시됩니다. 해당 BP 데이터의 확대(하단 패널). 이완기 혈압 (DBP)과 수축기 혈압 (SBP)이 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
일주기 리듬에 대한 긍정적인 결과
수술에서 충분히 회복된 건강한 마우스는 활동(어두운) 단계에서 활동, HR 및 BP의 생리학적 증가를 보여줍니다(그림 5). 많은 다른 요인들이 이 규칙적인 일주기 리듬을 방해할 수 있습니다. 여기에는 심리적 스트레스, 음향 또는 전기 소음 및 통증이 포함됩니다. 예를 들어, 수술 직후의 급성 통증 상태는 심박수의 증가와 동시에 활동의 감소를 초래합니다. 따라서 일주기 리듬은 동물의 건강과 웰빙에 중요한 지표이며 BRS 분석 전에 정기적으로 확인해야 합니다.
그림 5: 일주기 리듬 변화를 결정하기 위한 장기 원격 측정 분석 심박수(A), 활동(B), 수축기 혈압(C) 및 이완기 혈압(D)의 일주기 리듬은 12시간 명암 주기 동안 9마리의 수컷 야생형 C57BL/6J 마우스에서 평균화되었습니다. 회색 영역은 활동 (어두운) 단계를 나타내고 흰색 영역은 동물의 휴식 (밝은) 단계를 나타냅니다. 모든 매개 변수는 동물의 활동 (어두운) 단계에서 생리 학적으로 상승합니다. 데이터는 평균 +/- SEM으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
BRS 분석에 대한 긍정적인 결과
프로토콜 섹션 2.8에 설명된 대로 분석을 수행한 후 소프트웨어는 각각 업 및 다운 시퀀스를 감지합니다. SBP에서 자발적인 상승 또는 하강과 함께 3개 이상의 비트의 짧은 시퀀스 동안 SBP 및 RR 간격의 변화를 비트 간 기준으로 검사하기 때문에 사용되는 방법을 시퀀스 방법이라고 합니다(그림 6). 3회 이상의 심장 박동에 걸쳐 SBP가 지속적으로 상승하면 부교감 신경 활동이 반사적으로 증가하고 결과적으로 HR이 느려지며 이는 더 긴 RR 간격과 동일합니다. 반사 HR 적응의 대기 시간은 1비트입니다. 이러한 시퀀스는 도 6A에 도시되어 있으며, 업 시퀀스로서 정의된다. 대조적으로, HR의 병렬 상승(RR 간격의 감소)과 함께 3비트에 걸쳐 SBP의 지속적인 감소는 다운 시퀀스로 정의됩니다(그림 6B). RR과 SBP 간의 상관관계를 평가하기 위해 두 파라미터를 서로 플로팅하고 각 시퀀스에 대해 선형 회귀선의 기울기(ms/mmHg)를 계산합니다(그림 6A, B, 하단 패널). 상하 시퀀스로 정렬한 후 상하 시퀀스에 대해 각각 1000비트당 평균 시퀀스 수(그림 6C)와 자발적 BRS의 평균 이득을 계산할 수 있습니다(그림 6D,E). 자발적 BRS의 이득은 RR/SBP 관계식에서 계산된 선형 회귀선의 기울기에 의해 반영됩니다. 정상 BRS 값과의 편차에는 다양한 원인이 있을 수 있습니다. 여기에는 ANS 입력의 변화 또는 자율 신경계 입력에 대한 동방 결절의 반응성 변화가 포함됩니다. 도 6에는 미주신경 입력에 대한 동방 결절의 과장된 반응성을 갖는 아픈 부비동 증후군(SSS)에 대한 마우스 모델에서 증가된 BRS가11로 나타났다.
그림 6: 시퀀스 방법을 사용한 BRS 추정. (A) HR 감소와 동일한 RR 간격(중간 패널)의 병렬 증가와 관련된 3회 연속 박동(상단 패널)의 업 시퀀스 동안 야생형 C57BL/6J 마우스의 대표적인 BP 추적. RR 간격은 SBP(하부 패널)에 대해 플롯팅되었습니다. 상단 및 중간 패널(WT, 검은색 원)에 묘사된 위쪽 시퀀스에 대한 회귀선(빨간색 선)의 기울기는 4.10ms/mmHg였습니다. 아픈 부비동 증후군 마우스 모델의 대표적인 RR/SBP 관계는 상승된 BRS(SSS, 회색 원)를 나타내는 6.49ms/mmHg의 증가된 기울기를 산출했습니다. (B) SBP(상부 패널)의 하락과 4.51ms/mmHg의 BRS 기울기를 초래하는 RR 간격(중간 패널)의 후속 감소를 갖는 야생형 마우스의 대표적인 다운 시퀀스(하부 패널; WT, 검은색 원). 기울기가 7.10ms/mmHg인 아픈 부비동 증후군 마우스 모델(SSS, 회색 원)의 대표적인 RR/SBP 관계. 빨간색 화살촉의 방향은 시퀀스의 방향(위쪽 또는 아래쪽 시퀀스)을 나타냅니다. (C) WT 및 SSS 마우스에 대한 1000 비트 당 총 시퀀스 양. (D) WT 및 SSS 마우스에 대한 up 서열에 대한 RR/SBP 관계의 평균 기울기. (E) WT 및 SSS 마우스에 대한 다운 시퀀스에 대한 RR/SBP 관계의 평균 기울기. (C-E)에서의 통계는 아픈 부비동 증후군 마우스 모델의 6마리의 수컷 WT 동물 및 8마리의 수컷 동물의 결과로부터 수행되었다. 상자 그림에는 중앙선, perc 25/75 및 최소/최대 값이 표시됩니다. 열린 기호는 평균값을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
원시 데이터 품질에 대한 부정적인 결과
특히 활동이 더 높은 단계에서는 신호 품질이 저하될 수 있습니다(그림 7 및 보충 파일 15,16). 이것은 동물의 움직임으로 인한 일시적인 변위 또는 BP 카테터 또는 ECG 리드 또는 둘 다의 잘못된 위치로 인해 발생할 수 있습니다. 또한 ECG 리드에서 골격근 활동이 감지되어 노이즈를 유발할 수 있습니다(그림 7B, 상단 패널). 위에서 설명한 소프트웨어 설정을 사용하면 이러한 낮은 품질의 비트가 감지되지 않으므로 분석에서 제외됩니다. 그럼에도 불구하고 분석된 원시 데이터의 수동 검사는 필수입니다.
그림 7: 저품질 원시 신호의 예. (A) ECG 신호(상부 패널)는 양호한 품질로 검출되지만 BP 신호(하부 패널)의 품질은 낮습니다. (B) ECG(상부 패널) 및 BP(하부 패널) 신호의 품질이 충분하지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
BRS 분석에 대한 부정적인 결과
프로토콜 섹션 2.8.3에 나열된 BRS 분석 설정은 일반적으로 상하 시퀀스를 빠르고 정확하게 감지하는 데 필수적입니다. 회귀선에 대한 최소 상관 계수는 0.75로 설정됩니다. 최소 상관 계수에 대해 너무 낮은 값을 설정하면 압력 반사 활동을 반영하지 않고 오히려 부정맥 박동으로 인해 발생하는 시퀀스가 잘못 감지됩니다(그림 8). BRS 분석의 경우 안정적인 부비동 리듬이 있는 에피소드만 분석해야 합니다. 이소성 박동 또는 기타 부정맥 사건(예: 부비동 일시 중지)은 ECG 및 BP 분석 소프트웨어의 HRV 옵션으로 찾을 수 있으며 무효화해야 합니다.
그림 8: 압력반사 활성을 반영하지 않는 염기서열 . (A) 경미한 부비동 부정맥이 있는 마우스의 ECG 추적. (B) SBP의 자발적인 증가를 묘사하는 BP 기록. (C) 해당 RR 간격은 BP의 증가에 따른 HR의 감소를 나타냅니다. (D) SBP의 플롯 및 해당 RR 간격. 회귀선의 낮은 상관 계수는 HR 감소가 압력반사의 활동이 아니라 부비동 부정맥에 의해 발생했음을 나타냅니다. (E) 부비동 일시 중지를 나타내는 원시 ECG 추적. (F) 해당 원시 BP 신호. 부비동 일시 중지는 이완기 혈압을 떨어 뜨립니다. 후속 박동의 수축기 혈압은 거의 영향을받지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 1: 수술 프로토콜. 수술 절차 및 수술 후 관리에 대한 문서화를 위한 템플릿입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 2: ecgAUTO 소프트웨어에서 분석하기 위해 Dataquest A.R.T 데이터를 IOX 데이터로 변환. 피사체 목록(왼쪽)에서 동물을 선택하고 파형 목록에서 압력 및 ECG(오른쪽)를 선택합니다. 확인을 눌러 데이터를 변환합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 3: BRS 분석을 위한 ECG 설정. 나열된 대로 매개변수를 설정하고 확인을 누른 다음 구성을 적용합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 4: BRS 분석을 위한 BP 설정. 나열된 대로 매개변수를 설정하고 확인을 누른 다음 구성을 적용합니다. 설정을 쉽게 로드할 수 있도록 구성을 구성 파일로 저장합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 5: "섹션"에 대한 목록/파일 창의 매개 변수입니다. 섹션 > txt 헤더 (선택됨)에서 내보낼 섹션을 선택하고 Apply!를 누릅니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 6: "단계"에 대한 목록/파일 창의 매개 변수입니다. 단계 > txt 헤더 (선택됨)에서 내보낼 단계 데이터를 선택하고 적용!을 누릅니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 7: "beats"에 대한 목록/파일 창의 매개변수. beats > txt 헤더 (선택됨)에서 내보낼 값을 선택하고 Apply!를 누릅니다. BRS 분석의 경우 틱된 매개변수가 필요합니다. 숫자로 표시된 선택 순서에 유의하십시오. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 8: TemplateBRS 스프레드시트 파일. 위아래 시퀀스의 자동 정렬 및 분석을 위한 스프레드시트 템플릿입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 9: 결과 파일에서 관련 데이터 복사 I. 결과 파일에서 (Pressure)_BRS_deltaP, (Pressure)_BRS_# 및 (Pressure)_BRS_slope 열을 복사합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 10: 데이터 정렬 및 분석을 위한 스프레드시트 템플릿 파일(TemplateBRS) I. 복사한 데이터를 TemplateBRS 스프레드시트 파일의 "Up sequences" 및 "Down sequences" 스프레드시트의 각 열에 붙여넣습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 11: 결과 파일에서 관련 데이터 복사 II. 결과 파일에서 (압력) 열(압력)_BRS_SBP을 복사합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 12: 데이터 정렬 및 분석을 위한 스프레드시트 템플릿 파일(TemplateBRS) II. 복사한 SBP 데이터를 TemplateBRS 스프레드시트 파일의 "모든 시퀀스" 스프레드시트에 붙여넣어 총 시퀀스 수를 계산합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 13: 시퀀스 필터링 및 분석. TemplateBRS 스프레드시트 파일의 "Up sequences" 스프레드시트에서 (Pressure)_BRS_# 열 필터의 드롭다운 메뉴를 열고 매개변수를 변경하지 않고 OK 를 누릅니다. 이렇게 하면 데이터가 자동으로 정렬되고 3비트가 있는 시퀀스에 대한 계산이 업데이트됩니다. "Down sequences" 스프레드시트에 대해 이 작업을 반복합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 14: ECG 및 혈압 분석 소프트웨어로 감지된 고품질 기록의 스크린샷. 상부 트레이스(ECG)는 각 R-피크의 검출을 나타내고 하부 트레이스(BP)는 각 이완기 혈압(DP) 및 수축기 혈압(SP) 피크의 검출을 보여줍니다. 성공적으로 감지된 피크 아래의 영역은 빨간색으로 표시됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 15: BP 매개변수가 부분적으로만 감지되는 저품질 BP 기록의 스크린샷입니다. 상부 트레이스(ECG)는 각 R-피크의 검출을 보여주지만, 하부 트레이스(BP)는 검출된 BP 피크 사이의 간격을 보여줍니다. 이완기 혈압(DP) 및 수축기 혈압(SP)의 감지된 피크는 빨간색 영역으로 표시됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 16: ECG 및 BP 매개변수를 감지할 수 없는 저품질 ECG 및 BP 기록의 스크린샷. 상단 트레이스(ECG)는 ECG 매개변수를 감지할 수 없는 영역(보라색 배경)을 나타냅니다. 낮은 신호 품질로 인해 BP 감지(낮은 트레이스)도 실패했습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
대체 방법에 대한 방법의 중요성
본 연구에서는 서열 방법을 사용하여 자발적인 BRS를 정량화하기 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 접근 방식은 ECG 및 BP 원격 측정으로 측정된 자발적인 BP 및 반사 HR 변화를 활용합니다. 이 방법의 장점은 측정이 수행되는 방으로 걸어 들어가거나 약물 주입에 필요한 신체적 상호 작용에 의해 동물을 방해하지 않고 의식적이고 자유롭게 움직이며 구속되지 않은 동물에 두 매개 변수를 모두 기록 할 수 있다는 것입니다. 이 점은 이러한 교란이 HR 및 BP 기록을 심각하게 방해한다는 것이 분명하게 밝혀졌기 때문에 매우 중요합니다. 예를 들어, 약물 주입은 마우스의 고정이 필요하며, 이는 HR을 최대 650-700 bpm까지 증가시키는 최대 스트레스 반응을 유발합니다. 이러한 스트레스 반응을 피하기 위해 BRS는 이전에 마취된 마우스에서 결정되었습니다. 그러나 케타민/자일라진 또는 이소플루란과 같은 수의학에 사용되는 표준 마취제는 서맥을 유발하고 자율신경 반사 반응에 영향을 주어 이러한 접근법의 타당성과 결과 해석을 제한합니다. 이러한 한계를 부분적으로 극복하기 위해 복강 내로 약물을 방출할 수 있는 이식형 약물 전달 장치, 즉 삼투압 펌프가 사용되었습니다. 그러나 삼투압 펌프를 사용하면 이러한 장치의 적용을 제한하는 정의된 용량의 약물을 일시 투여하는 것이 불가능합니다. 또는 복잡한 주입 카테터17 약물을 투여하기 위해 마우스에 이식 할 수 있습니다. 그러나 이러한 카테터는 다루기 어렵고 원격 측정 장치 이식에 필요한 것과 유사한 수술 기술이 필요하며 자발적인 BRS 측정에 비해 과학적 결과가 적습니다. 약물 주사를 사용하여 BRS를 측정하는 것과 관련된 기술적 문제 외에도 약물 작용 자체와 관련된 몇 가지 제한 사항이 있습니다. BRS를 결정하기 위한 전통적인 접근 방식에는 혈관 작용 약물의 일시 주사가 포함됩니다. 그러나 혈관 수축제(예: 페닐에프린) 또는 혈관 확장제(예: 니트로프루시드 나트륨)의 일시 주사는 혈압 변화에 대한 반사 HR 적응을 위한 과도하고 비생리학적 자극으로 간주되었습니다18. 압력 수용체 반사의 자발적인 활동은 또한 스펙트럼 방법을 사용하여 정량화 할 수 있습니다. 이러한 방법 중 하나는 특정 주파수 대역에서 HR의 변화와 혈압의 변화 사이의 비율을 계산하여 주파수 영역에서 BRS를 평가하는 것입니다18,19. 다른 스펙트럼 방법은 BP와 HR의 전달 함수의 결정 또는 BP와 HR 사이의 일관성의 정량화를 포함합니다20,21. 이러한 방법은 또한 자발적인 BP 및 HR 매개변수의 원격 측정 획득이 필요하며 자발적인 BRS를 결정하는 데 적합하지만 집약적인 계산 도구가 필요하고 적용하기 어렵습니다. 또한, 모든 스펙트럼 방법은 비정상 신호가 스펙트럼 방법의 적용을 배제한다는 한계를 가지고 있습니다. 특히, 호흡 리듬에 의해 유도된 스펙트럼 피크는 환자에게 호흡을 멈추도록 요청함으로써 인간 환자에서 감소될 수 있지만, 이것은 분명히 마우스에서는 불가능합니다. 따라서 신호 대 잡음비는 마우스에서 매우 낮은 경우가 많습니다. 위에서 논의한 방법의 한계를 감안할 때, 우리는 마우스에서 BRS를 결정하기 위한 서열 방법을 선호합니다. 이 방법의 상당한 장점은 실제 조건에서 자발적인 BRS에 대한 데이터를 제공하는 비침습적 기술이라는 사실입니다22. 한 가지 더 중요한 점은 시퀀스 방법을 사용하여 분석된 시퀀스의 지속 시간이 3-5비트를 포함하여 매우 짧다는 것입니다. 미주 신경에 의한 HR의 반사 조절은 매우 빠르고 이러한 시퀀스의 시간 프레임 내에 있습니다. 따라서 서열 방법은 BRS에 대한 미주 신경의 기여도를 평가하는 데 매우 적합합니다. 대조적으로, 교감 신경계에 의한 조절은 훨씬 느립니다. 사실, 이러한 짧은 시퀀스 동안 교감 신경계의 활동은 거의 일정하다고 가정할 수 있습니다. 따라서, 이 방법은 미주 신경 활동에 의해 구동되는 HR의 반사 변화를 선택적으로 감지하도록 맞춤화된다.
BRS 데이터의 해석
BRS 기능 장애 또는 BRS 데이터 자체를 해석하려면 압력 수용체 반사에 관여하는 개별 기능 수준을 고려하는 것이 중요합니다. 뉴런 수준에서는 반사의 구심성, 중추성 또는 원심성 성분이 영향을 받을 수 있다23. 심혈관 수준에서, ANS 입력에 대한 동방 결절의 감소되거나 과장된 반응성이 존재할 수 있다11,24. 각 레벨의 변경은 BRS의 변경으로 이어질 수 있습니다. 신경 및/또는 심장 메커니즘이 BRS, 심장 또는 뉴런 특이적 유전자 결실에서 관찰된 변화에 책임이 있는지 여부를 분석하기 위해 녹다운 또는 유전자 편집 접근법을 사용할 수 있습니다.
프로토콜의 중요한 단계
이 프로토콜에서 가장 정교하고 중요한 단계는 좌경동맥의 준비 및 캐뉼라입니다(2.3단계). 꼬리 폐색 봉합사의 장력은 캐뉼러 삽입 전에 혈류를 완전히 멈출 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다. 그렇지 않으면 캐뉼라 삽입 중 혈액이 조금만 누출되어도 시야가 심각하게 제한되거나 마우스가 출혈로 사망 할 수 있습니다. 캐뉼러 삽입은 첫 번째 시도에서 성공해야 합니다. 그러나 첫 번째 시도가 실패하면 조심스럽게 캐뉼러 삽입을 다시 시도 할 수 있습니다.
목에서 왼쪽 옆구리까지의 정중선 절개 및 피하 터널(2.3단계)은 힘 없이 송신기를 쉽게 삽입할 수 있을 만큼 충분히 커야 하지만 송신기를 제자리에 유지하기 위해 가능한 한 작아야 합니다. 그렇지 않으면 봉합사 재료 또는 조직 접착제로 제자리에 고정해야 합니다. 생쥐는 매우 섬세한 피부를 가지고 있기 때문에 송신기의 터널이 너무 작 으면 피부 괴사가 발생할 수 있습니다.
ECG 전극이 너무 길어서 피하 터널에 맞지 않는 경우(단계 2.4), 전극을 적절한 길이로 줄여 새로운 팁을 형성해야 합니다. 전극은 리드의 전체 길이에 걸쳐 본체에 평평하게 놓여야 합니다. 전극이 너무 길면 동물을 방해하고 상처를 열어 송신기를 제거하려고 시도하여 조직 자극 및 상처 열개의 위험이 있습니다. 물론 너무 짧은 리드는 확장 할 수 없으며이 경우 전극이 아인트호벤 II 구성에 해당하는 방식으로 배치 될 수 없습니다. 따라서 동일한 성별, 체중 및 유전적 배경을 가진 죽은 마우스에서 ECG 리드의 최적 길이를 결정하는 것이 좋습니다.
마우스가 정상적인 일주기 리듬을 가지고 있지 않고 이것이 연구 중인 마우스 라인의 표현형이 아닌 경우 송신기 이식 후 더 긴 회복 시간을 주어야 합니다(단계 2.7). 일주기 리듬이 방해받는 또 다른 이유는 측정 중에 동물 시설이나 방에 들어오는 사람의 부적절한 음향 격리일 수 있습니다.
ECG, BP 및 BRS 데이터 분석은 간단합니다 (2.8 단계). 가장 중요한 단계는 이소성 박동, 부비동 일시 중지, 부정맥 에피소드 또는 저품질 신호가 있는 섹션을 데이터 분석에서 제외하는 것입니다.
Disclosures
없음
Acknowledgments
이 연구는 독일 연구 재단 [FE 1929 / 1-1 및 WA 2597 / 3-1]의 지원을 받았습니다. 우수한 기술 지원을 해주신 Sandra Dirschl과 수의학적 조언을 해주신 Julia Rilling에게 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acepromazine maleate (Tranquisol KH) Solution Injectable 0.5 mg/mL | CP-Pharma, Germany | 1229 | anesthesia |
| B.Braun Injekt-F 1 mL syringe | Wolfram Droh GmbH, Germany | 9166017V | |
| Bepanthen eye and nose ointment | Bayer AG, Germany | ||
| Blunt dissecting scissors | Fine Science Tools GmbH, Germany | 14078-10 | |
| Carprofen (Carprosol) 50 mg/mL | CP-Pharma, Germany | 115 | preemptive and post-operative pain relief |
| Cutasept F skin desinfectant | BODE Chemie GmbH, Germany | 9803650 | |
| Cotton Tipped Applicator sterile | Paul Boettger GmbH & Co. KG, Germany | 09-119-9100 | |
| Forceps - Micro-Blunted Tips | Fine Science Tools GmbH, Germany | 11253-25 | |
| Forceps - straight | Fine Science Tools GmbH, Germany | 11008-13 | |
| Gauze swabs with cut edges, 7.5x7.5 cm, cotton | Paul Hartmann AG. Germany | 401723 | |
| HD?X11, Combined telemetric ECG and BP transmitters | Data Sciences International, United States | ||
| Homothermic blanket system with flexible probe | Harvard Apparatus, United States | ||
| Hot bead sterilizer | Fine Science Tools GmbH, Germany | 18000-45 | |
| Ketamine 10% | Ecuphar GmbH, Germany | 799-760 | anesthesia |
| Magnet | Data Sciences International, United States | transmitter turn on/off | |
| Needle holder, Olsen-Hegar with suture cutter | Fine Science Tools GmbH, Germany | 12502-12 | |
| Needle single use No. 17, 0.55 x 25 mm | Henke-Sass Wolf GmbH, Germany | 4710005525 | 24 G needle |
| Needle single use No. 20, 0.40 x 20 mm | Henke-Sass Wolf GmbH, Germany | 4710004020 | 27 G needle |
| Needle-suture combination, sterile, absorbable (6-0 USP, metric 0.7, braided) | Resorba Medical, Germany | PA10273 | lead fixation |
| Needle-suture combination, sterile, silk (5-0 USP, metric 1.5, braided) | Resorba Medical, Germany | 4023 | skin closure |
| OPMI 1FR pro, Dissecting microscope | Zeiss, Germany | ||
| Pilca depilatory mousse | Werner Schmidt Pharma GmbH, Germany | 6943151 | |
| PVP-Iodine hydrogel 10% | Ratiopharm, Germany | ||
| Ringer's lactate solution | B. Braun Melsungen AG, Germany | 401-951 | |
| Sensitive plasters, Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | 102100 | surgical tape |
| Sodium chloride solution 0.9% sterile Miniplasco Connect 5 ml | B. Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Surgibond tissue adhesive | SMI, Belgium | ZG2 | |
| Suture, sterile, silk, non-needled (5-0 USP, metric 1 braided) | Resorba Medical, Germany | G2105 | lead preparation, ligation sutures |
| Trimmer, Wella Contura type 3HSG1 | Procter & Gamble | ||
| Vessel Cannulation Forceps | Fine Science Tools GmbH, Germany | 18403-11 | |
| Xylazine (Xylariem) 2% | Ecuphar GmbH, Germany | 797469 | anesthesia |
| Data acquisition and analysis | Source | ||
| DSI Data Exchange Matrix | Data Sciences International, United States | ||
| DSI Dataquest ART 4.33 | Data Sciences International, United States | data aquisition software | |
| DSI Ponemah | Data Sciences International, United States | data aquisition software | |
| DSI PhysioTel HDX-11 for mice | Data Sciences International, United States | ||
| DSI PhysioTel receivers RPC1 | Data Sciences International, United States | ||
| ecgAUTO v3.3.5.11 | EMKA Technologies | ECG and BP analysis software | |
| Microsoft Excel | Microsoft Corporation, United States |
References
- Landgren, S. On the excitation mechanism of the carotid baroceptors. Acta Physiologica Scandinavica. 26 (1), 1-34 (1952).
- Heyman, C., Neil, E.
- Lu, Y., et al. The ion channel ASIC2 is required for baroreceptor and autonomic control of the circulation. Neuron. 64 (6), 885-897 (2009).
- Fadel, P. J., Raven, P. B. Human investigations into the arterial and cardiopulmonary baroreflexes during exercise. Experimental Physiology. 97 (1), 39-50 (2012).
- Nagura, S., Sakagami, T., Kakiichi, A., Yoshimoto, M., Miki, K. Acute shifts in baroreflex control of renal sympathetic nerve activity induced by REM sleep and grooming in rats. The Journal of Physiology. 558, Pt 3 975-983 (2004).
- Crandall, C. G., Cui, J., Wilson, T. E. Effects of heat stress on baroreflex function in humans. Acta Physiologica Scandinavica. 177 (3), 321-328 (2003).
- Crandall, M. E., Heesch, C. M. Baroreflex control of sympathetic outflow in pregnant rats: effects of captopril. The American Journal of Physiology. 258 (6), Pt 2 1417-1423 (1990).
- Mortara, A., et al. Arterial baroreflex modulation of heart rate in chronic heart failure: clinical and hemodynamic correlates and prognostic implications. Circulation. 96 (10), 3450-3458 (1997).
- La Rovere, M. T., Bigger, J. T., Marcus, F. I., Mortara, A., Schwartz, P. J. Baroreflex sensitivity and heart-rate variability in prediction of total cardiac mortality after myocardial infarction. ATRAMI (Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction) Investigators. Lancet. 351 (9101), 478-484 (1998).
- Robinson, T. G., Dawson, S. L., Eames, P. J., Panerai, R. B., Potter, J. F. Cardiac baroreceptor sensitivity predicts long-term outcome after acute ischemic stroke. Stroke. 34 (3), 705-712 (2003).
- Fenske, S., et al. cAMP-dependent regulation of HCN4 controls the tonic entrainment process in sinoatrial node pacemaker cells. Nature Communications. 11 (1), 5555 (2020).
- Fenske, S., et al. Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology. Nature Protocols. 11 (1), 61-86 (2016).
- Thireau, J., Zhang, B. L., Poisson, D., Babuty, D. Heart rate variability in mice: a theoretical and practical guide. Experimental Physiology. 93 (1), 83-94 (2008).
- Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory Mice. Journal of Visualized Experiments. (57), e3260 (2011).
- Alam, M. A., Parks, C., Mancarella, S. long-term blood pressure measurement in freely moving mice using telemetry. Journal of Visualized Experiments. (111), e53991 (2016).
- Brox, V. Optical and electrophysiological approaches to examine the role of cAMP-dependent regulation of the sinoatrial pacemaker channel HCN4. Dissertation, LMU Munich. , Available from: https://edoc.ub.uni-muenchen.de/24431/1/Brox_Verena.pdf (2019).
- Just, A., Faulhaber, J., Ehmke, H. Autonomic cardiovascular control in conscious mice. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 279 (6), 2214-2221 (2000).
- Parati, G., Di Rienzo, M., Mancia, G. How to measure baroreflex sensitivity: from the cardiovascular laboratory to daily life. Journal of Hypertension. 18 (1), 7-19 (2000).
- Robbe, H. W., et al. Assessment of baroreceptor reflex sensitivity by means of spectral analysis. Hypertension. 10 (5), 538-543 (1987).
- Pinna, G. D., Maestri, R., Raczak, G., La Rovere, M. T. Measuring baroreflex sensitivity from the gain function between arterial pressure and heart period. Clinical Science. 103 (1), 81-88 (2002).
- Pinna, G. D., Maestri, R. New criteria for estimating baroreflex sensitivity using the transfer function method. Medical and Biological Engineering and Computing. 40 (1), 79-84 (2002).
- Laude, D., Baudrie, V., Elghozi, J. L. Applicability of recent methods used to estimate spontaneous baroreflex sensitivity to resting mice. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 294 (1), 142-150 (2008).
- Ma, X., Abboud, F. M., Chapleau, M. W. Analysis of afferent, central, and efferent components of the baroreceptor reflex in mice. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 283 (5), 1033-1040 (2002).
- Fleming, S., et al. Impaired Baroreflex Function in Mice Overexpressing Alpha-Synuclein. Frontiers in Neurology. 4 (103), (2013).
