Summary
مخطط كهربية القلب (ECG) هو المتغير الرئيسي لفهم الفيزيولوجيا الكهربية للقلب. ممارسة الرياضة البدنية لها آثار مفيدة ولكنها قد تكون ضارة أيضا في سياق أمراض القلب والأوعية الدموية. توفر هذه المخطوطة طريقة لتسجيل تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء التمرين ، والتي يمكن أن تعمل على التحقيق في آثاره على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب في الفئران.
Abstract
ممارسة الرياضة البدنية بانتظام هو مساهم رئيسي في صحة القلب والأوعية الدموية ، مما يؤثر على مختلف عمليات التمثيل الغذائي وكذلك الفيزيولوجيا الكهربية. ومع ذلك ، في بعض أمراض القلب مثل متلازمات عدم انتظام ضربات القلب الموروثة ، على سبيل المثال ، اعتلال عضلة القلب المسبب لاضطراب النظم (ACM) أو التهاب عضلة القلب ، قد يكون للتمرين البدني آثار سلبية على القلب مما يؤدي إلى إنتاج الركيزة المسببة لاضطراب النظم. في الوقت الحالي ، الآليات الجزيئية الأساسية لإعادة تشكيل اضطراب النظم المرتبط بالتمرين غير معروفة إلى حد كبير ، وبالتالي لا يزال من غير الواضح أي تواتر ومدة وشدة التمرين يمكن اعتباره آمنا في سياق المرض (الأمراض).
تسمح الطريقة المقترحة بدراسة التأثيرات الارتباكية / المضادة لاضطراب النظم للتمرين البدني من خلال الجمع بين التدريب على جهاز المشي والمراقبة في الوقت الفعلي لتخطيط القلب. تستخدم أجهزة القياس عن بعد القابلة للزرع لتسجيل تخطيط القلب باستمرار للفئران التي تتحرك بحرية على مدى فترة تصل إلى 3 أشهر سواء أثناء الراحة أو أثناء التدريب على جهاز المشي. يستخدم برنامج الحصول على البيانات مع وحدات التحليل الخاصة به لتحليل معلمات تخطيط القلب الأساسية مثل معدل ضربات القلب أو مدة الموجة P أو فاصل العلاقات العامة أو فترة QRS أو مدة QT أثناء التدريب وبعده. علاوة على ذلك ، يتم تقييم معلمات تقلب معدل ضربات القلب (HRV) وحدوث عدم انتظام ضربات القلب. باختصار ، تصف هذه المخطوطة نهجا خطوة بخطوة لاستكشاف التأثيرات التي يسببها التمرين تجريبيا على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب ، بما في ذلك إعادة تشكيل اضطراب النظم المحتمل في نماذج الفئران.
Introduction
النشاط البدني المنتظم مهم لحياة صحية. ومع ذلك ، تؤدي بعض أمراض القلب والأوعية الدموية إلى مواقف يكون فيها هذا الاتفاق المنطقي مشكوكا فيه على الأقل. في المرضى الذين يعانون من التهاب عضلة القلب ، تظهر البيانات الحالية حتى الآثار الضارة لممارسة الرياضة ، وبالتالي ، فمن المستحسن إيقاف جميع التمارين لفترة معينة في هؤلاء المرضى1،2،3. في أمراض القلب والأوعية الدموية الأخرى (CVD) مثل متلازمات عدم انتظام ضربات القلب الموروثة ، توجد أدلة أقل نسبيا على المستوى المناسب من التمارين4،5،6،7 ، مما يجعل الاستشارة السريرية في هذه الحالات ، ومعظمها للمرضى الشباب والنشطين بدنيا ، صعبة للغاية.
تم اقتراح إعادة البناء السلبية التي تؤدي إلى تقليل الانقباض وفشل القلب وإعادة تشكيل اضطراب النظم مما يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب والموت القلبي المفاجئ كسمات مميزة للآثار الضارة المرتبطة بالتمرين على القلب8. يشير عدد كبير من الدراسات إلى الآثار المفيدة للتمرين المعتدل على مجموعة واسعة من الأمراض المختلفة 9,10. ومع ذلك ، قد يكون للتدريب المكثف آثار ضارة على القلب مما يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب خاصة في الرياضيين الأصحاء11. على الرغم من أن عمليات إعادة البناء الهيكلية التي تؤدي إلى إنتاج ركيزة ضعيفة لاضطراب النظم قد تكمن وراء هذا الموقف المتناقض كما هو موضح في عدائي الماراثون12 ، إلا أن الآليات المحددة لإعادة البناء السلبية المرتبطة بالتمارين الرياضية في كل من الأشخاص الأصحاء والمرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية لا تزال غير معروفة إلى حد كبير.
في الحيوانات ، وخاصة في الفئران ، تم تطوير العديد من النماذج المناسبة لتقليد مجموعة واسعة من أمراض القلب والأوعية الدموية13,14. أيضا ، تم إنشاء نماذج تمارين وبروتوكولات تدريب مختلفة في الفئران15،16،17 ، بما في ذلك التدريب على جهاز المشي الآلي ، والجري الطوعي للعجلات (VWR) ، والسباحة17،18. يعتمد تقييم الفيزيولوجيا الكهربية للقلب عن طريق مراقبة تخطيط القلب بشكل كلاسيكي على اتصال مباشر بين الحيوان ونوع من أجهزة الكشف. وبالتالي ، إما أن تحتاج الحيوانات إلى التخدير ، على سبيل المثال ، للحصول على تسجيلات تخطيط القلب باستخدام أقطاب كهربائية حادة19 ، أو تحتاج الحيوانات إلى شل حركتها بواسطة مقيد 20 ، أو يتم تقليل جودة البيانات بسبب القطع الأثرية الحركية ، على سبيل المثال ، عند استخدام أقطاب كهربائية21 أو منصات موصلة 22 تسمح فقط بالتحليل الأساسي. وبالتالي ، لا يتوافق أي من الأساليب المذكورة أعلاه مع بروتوكولات التدريب وبالتالي يمنع الدراسات حول الآليات المتعلقة بالتمرين التي تؤدي إلى إعادة تشكيل سلبية في الفئران. يمكن لأجهزة القياس عن بعد القابلة للزرع التغلب على هذه العقبات وهي في الوقت الحاضر أقوى أداة ومعيار ذهبي لتقييم الفيزيولوجيا الكهربية للفئران في الجسم الحي في الحيوانات الواعية والمتحركة23,24. تم تطوير حلول أجهزة القياس عن بعد الحالية لمراقبة الفئران في أقفاصها25,26 ، وعادة ما تتطلب وضع جهاز استقبال تحت القفص للحصول على البيانات ، مما يجعل المراقبة في الوقت الفعلي خارج هذه الظروف صعبة. نقدم هنا نهجا للتحقيق في آثار التمرين على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب وعدم انتظام ضربات القلب عن طريق تسجيل تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء تدريب جهاز المشي في الفئران باستخدام أجهزة القياس عن بعد المزروعة. تم تحليل جميع المعلمات التي تم الحصول عليها كما هو موضح سابقا من قبل Tomsits et al.23.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تم إجراء جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة رعاية الحيوان والأخلاقيات بجامعة ميونيخ وتمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل حكومة بافاريا ، ميونيخ ، ألمانيا (ROB-55.2-2532.Vet_02-16-200). تم استخدام أربعة ذكور من الفئران البرية التي تم تربيتها في المنزل C57BL / 6N في هذه الدراسة.
1. التحضير والزرع الجراحي لجهاز الإرسال
ملاحظة: للحصول على بروتوكول مفصل لإعداد جهاز الإرسال وزرعه ، راجع McCauley et al.26.
- تحضير جهاز الإرسال
- استخدم أجهزة إرسال جديدة مباشرة لأنها معقمة. إذا تم إعادة استخدام أجهزة الإرسال ، فقم بتنظيف الجهاز عن طريق وضعه في محلول ملحي للتخلص من بقع الدم ، وقم بإزالة أي شظايا من الأنسجة الملتصقة بجهاز الإرسال وأقطاب الرصاص. بعد التنظيف الأولي ، إذا لزم الأمر ، اغمر جهاز الإرسال في محلول تنظيف بنسبة 1٪ (انظر جدول المواد) لمدة 4 ساعات لتنظيف جهاز الإرسال بشكل أكبر.
- قم بتنشيط جهاز الإرسال عن طريق وضع المغناطيس المرفق على مقربة. بعد التنشيط ، اختبر الإشارة من جهاز الإرسال باستخدام جهاز راديو بتردد AM 530 هرتز. يشير صوت تنبيه حاد وواضح إلى تنشيط جهاز الإرسال ، في حين أن جهاز الإرسال المعطل لا يعطي أي إشارة.
- التحضير الجراحي والزرع
ملاحظة: يجب إجراء جميع العمليات الجراحية في ظل ظروف نظيفة ومعقمة.- تطهير جميع الأسطح والمعدات القابلة لإعادة الاستخدام قبل الاستخدام واستخدام المستهلكات المعقمة ، على سبيل المثال ، الشاش والقفازات ، إلخ.
- قم بإعداد أسلاك جهاز الإرسال عن طريق تقصير الأطوال المثلى ، ويؤدي السالب (الأبيض) إلى حوالي 3.5 سم ويؤدي الموجب (الأحمر) إلى 2.5 سم. قم بإزالة غلاف العزل الأحمر والأبيض على طرف الأقطاب الكهربائية عن طريق عمل قطع صغير لفضح 5-7 مم من السلك الموصل.
ملاحظة: تم اقتراح هذه الأطوال للفئران BALB / c أو C57BL / 6 البالغة من العمر 9-12 أسبوعا ، والتي تزن ~ 25 جم. اضبط ما إذا كانت الحيوانات المستخدمة في الدراسة أكبر / أثقل. - لاحظ وزن جهاز الإرسال ووزن جسم الماوس. لاحظ أيضا الرقم التسلسلي وقيم المعايرة لجهاز الإرسال الذي يوفره DSI.
ملاحظة: يستخدم وزن جسم الحيوان لحساب جرعات التخدير والمسكنات. يستخدم وزن الجسم الأولي أيضا كمرجع لتقييم تعافي الحيوان بعد الجراحة. - تخدير الفأر في غرفة تحريض متصلة بمبخر إيزوفلوران متدفق ب 2٪ -3٪ إيزوفلوران (حجم / حجم) مدفوعا ب 1 لتر / دقيقة من الأكسجين بنسبة 100٪. انتظر بداية التخدير الكامل وتحقق من قرصة إصبع القدم ومنعكس الجفن لضمان عمق التخدير المناسب قبل المتابعة.
- بعد ذلك ، ضع الحيوان المخدر في وضع ضعيف واستخدم مرهما (انظر جدول المواد) لمنع جفاف العين أثناء العملية. قم بإجراء العملية الجراحية في ظل ظروف نظيفة على جناح جراحي للحفاظ على درجة حرارة جسم الفأر عند 37 درجة مئوية. أدخل مسبار المستقيم كمستشعر لدرجة الحرارة.
- الحفاظ على التخدير عن طريق تطبيق الأيزوفلوران المستمر (1.5٪ -2٪). حقن الفنتانيل (0.50 ميكروغرام / جم) داخل الصفاق لتسكين الألم. قم بتوصيل جهاز الامتزاز بإعداد التهوية لتجنب تسرب الغاز الزائد إلى غرفة العمليات (موصى به).
- أدخل أقطاب كهربائية لتخطيط كهربية القلب بالإبرة في كلا الذراعين وقطب التأريض في الساق اليسرى للماوس للحصول على تكوين ECG من الرصاص الأول لمراقبة تخطيط القلب أثناء الجراحة وللحصول على تخطيط كهربية القلب الأساسي.
- حلق البطن والصدر وعقم منطقة الجراحة باستخدام الكلورهيكسيدين / الكحول (انظر جدول المواد). استخدم الملقط لشد الجلد وإجراء شق بطني في منتصف البطن بطول 1.5-2 سم باستخدام المقص (بضع البطن).
- اصنع جيبا تحت الجلد (حوالي 1 مم) في الجزء العلوي الأيمن من الصدر وأسفل الصدر الأيسر أسفل القلب لوضع أسلاك الأقطاب الكهربائية ، كما هو موضح في الشكل 1.
- ضع جسم المرسل برفق في الصفاق فوق الأمعاء. أدخل إبرة 14 G تحت الجلد من كلا الجيبين في الجزء العلوي الأيمن من الصدر وجيب الصدر الأيسر السفلي المصنوع مسبقا لإنشاء نفق لوضع القطب الكهربائي.
- قم بتوجيه الأقطاب الكهربائية الحمراء والبيضاء عبر الإبرة لوضعها في تكوين الرصاص II. ضع أطراف الأقطاب الكهربائية وثبتها باستخدام 6.0 خيوط ، قطب موجب (أحمر) في أسفل الصدر الأيسر والقطب السالب (أبيض) في الجزء العلوي الأيمن من الصدر.
- خياطة جميع الشقوق باستخدام 6.0 خيوط وتطبيق مطهر (انظر جدول المواد) على الجروح. انقل الحيوان إلى قفص التعافي (/ قفص واحد فقط) وضعه تحت مصدر حرارة للحفاظ على درجة حرارة الجسم حتى الشفاء التام من التخدير. فقط بعد الشفاء التام والقدرة على الحفاظ على الاستلقاء القصي ، يمكن إعادة الحيوان إلى الشركة إذا لزم الأمر.
- تزويد الحيوان بجرعة كافية من المسكنات والمضادات الحيوية بعد الجراحة. استخدم كاربروفين (5 ميكروغرام / جم) كمسكن وإنروفلوكساسين (5 ميكروغرام / جم) كمضاد حيوي. راقب الجرح على فترات منتظمة للتأكد من عدم حدوث التهاب أو تفزر الجرح.
- بعد 7-10 أيام من فترة الشفاء بعد الجراحة ، يكون الحيوان جاهزا للخضوع لتدريب جهاز المشي. تأكد من التئام الجروح بشكل صحيح ، وأن الماوس يتمتع بصحة جيدة قبل بدء التدريب.
ملاحظة: بعد الانتهاء من الفترة التجريبية ، لا يتطلب استخدام أجهزة إرسال القياس عن بعد طريقة محددة للقتل الرحيم. يعتمد اختيار الطريقة على التحليل اللاحق ومتطلباته المحددة لحالة الأنسجة وكذلك على قواعد ولوائح رعاية الحيوانات المحلية وموافقة لجنة الأخلاقيات المحلية المعنية.
2. الحصول على البيانات
- الترتيبات المسبقة
- لبدء الحصول على البيانات ، ضع قفص الحيوان على مستقبل الإشارة. قم بتوصيل مستقبل الإشارة بنظام الحصول على البيانات الذي يتكون من مصفوفة تبادل البيانات وواجهة الإشارة. قم بتوصيل نظام الحصول على البيانات بجهاز كمبيوتر باستخدام برنامج الاكتساب لتصور البيانات (انظر تفاصيل الإعداد في الشكل 2A).
- ابدأ تشغيل البرنامج وقم بتأكيد اسم المستخدم والترخيص على الشاشة التالية، ثم انقر فوق متابعة. انقر فوق الأجهزة لإعداد جهاز الإرسال وجهاز استقبال الإشارة. حدد تحرير تكوين Physio Tel/HD (MX2) لفتح نافذة تكوين.
- حدد تكوين MX2 في عرض القائمة في علامة تبويب التكوين لرؤية جميع أجهزة الإرسال المتاحة وأرقامها التسلسلية في العمود المتاح. انقر واسحب جهاز الإرسال المزروع من العمود المتاح إلى العمود المحدد.
ملاحظة: إذا كان جهاز الإرسال مدرجا في العمود المحدد، فستتم إضافته أيضا إلى تكوين MX2 في علامة تبويب التكوين في أقصى اليسار. - تشير الرموز الملونة بجوار الرقم التسلسلي لجهاز الإرسال إلى الحالة. تحقق من حالة جميع أجهزة الإرسال: أخضر مع علامة اختيار = جهاز الإرسال متزامن وجاهز ؛ أحمر مع علامة تعجب = جهاز الإرسال غير متوفر حاليا ، على سبيل المثال ، تم تكوينه حاليا في تجربة على نظام آخر ؛ الأصفر = جهاز الإرسال يقوم بالمزامنة أو لا يحتوي على أي أجهزة استقبال متصلة. تأكد من وجود ضوء أخضر يشير إلى نقل البيانات الاسمي.
- لتكوين جهاز الإرسال ، حدد الرقم التسلسلي لجهاز الإرسال المضاف وانقر فوق إنشاء غرسة جديدة. حدد ETA-F10 من القائمة المنسدلة لنموذج الزرع للاطلاع على تفاصيل الزرع.
- حدد الطراز والرقم التسلسلي لجهاز الاستقبال من القائمة الموجودة في أقصى يسار جهاز الاستقبال (أجهزة الاستقبال) المرتبطة بالزرع. تظهر قائمة بأجهزة الاستقبال المتصلة والمتصلة ضمن هذه القائمة مع مربع اختيار.
- انقر فوق البحث عن ETA Implant لتعيين مستقبل إشارة لجهاز الإرسال المزروع. افتح قائمة نوع الإشارة وحدد ECG بمعدل عينة يبلغ 1000 هرتز. أدخل قيم المعايرة على ظهر عبوة الغرسة. حدد حفظ وإنهاء.
- انقر فوق إعداد في شريط القائمة وحدد إعداد الموضوع. سيظهر مربع حوار يحتوي على تفاصيل الموضوع. أدخل اسم الملف المطلوب ، والذي سيتم حفظه في إعداد الموضوع.
- حدد جنس الحيوان وحدد الماوس من القائمة المنسدلة للأنواع. افتح القائمة المنسدلة للتحليل وحدد ECG (الوحدة النمطية). قم بتغيير الملصقات الافتراضية إلى ECG والوحدات إلى mV إذا رغبت في ذلك. حدد المشغل المجاور لتخطيط القلب.
- انقر فوق ECG أسفل اسم الموضوع داخل القائمة اليمنى القصوى لفتح قائمة تفاصيل القناة. حدد معلمات ECG المطلوبة مثل Num (رقم الدورة) أو HR (معدل ضربات القلب) أو فترات مثل PR-I و QT-I و RR-I و QRS وما إلى ذلك. من قائمة المعلمات.
- لإعداد العرض ، انقر فوق إعداد في شريط القائمة وحدد إعداد التجربة. يظهر مربع حوار إعداد. حدد إعداد الرسم البياني من القائمة اليمنى القصوى لتحديد ما يصل إلى 16 نافذة رسومية توفر كلا من البيانات الأولية ، على سبيل المثال ، إشارات ECG والمعلمات المشتقة ، على سبيل المثال ، حلقة XY ، اتجاه الموارد البشرية. لعرض مخطط كهربية القلب، حدد خانة الاختيار تمكين الصفحة للصفحة 1.
- تدريب جهاز المشي مع تسجيل تخطيط القلب في الوقت الفعلي في وقت واحد
- قم بإعداد إعداد تجريبي كما هو موضح في الشكل 2B لجهاز المشي ثنائي المسار مع مراقبة تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء التدريب.
ملاحظة: يوصى باستخدام جهاز مشي القوارض المكون من 5 حارات (انظر جدول المواد) للتدريب. يتكون الإعداد من حزام ناقل مقسم إلى خمس مقصورات تشغيل ووحدة تحكم مزودة بشاشة تعمل باللمس. يتم تشكيل كل حجرة تشغيل بواسطة صندوق زجاجي شفاف مع غطاء ، مثبت على الحزام الناقل. تحتوي كل حجرة على شبكة صدمة كهربائية حيث تعمل النبضات الكهربائية القصيرة كحافز للحفاظ على تشغيل الحيوان. يتم توصيل كل حجرة بشكل فردي بوحدة التحكم لتمكين الضبط الخاص للمقصورة لشدة الصدمات. يمكن لوحدة التحكم عرض مسافة الجري وعدد الصدمات والمدة الإجمالية للصدمات. نظرا لأن جميع المقصورات تشترك في نفس الحزام الناقل ، لا يمكن ضبط السرعة والميل إلا لجميع المقصورات في نفس الوقت. - لتمكين نقل إشارة جيد أثناء التدريب ، ضع مستقبل الإشارة أعلى الصندوق الذي ينشئ ممر الجري مع الحيوان كما هو موضح في الشكل 2 ب. يختلف الموضع الدقيق لمستقبل الإشارة على ممر الجري بين الحيوانات الفردية بسبب اختلاف نسب الإشارة / الضوضاء.
- حرك مستقبل الإشارة حتى يتم العثور على الموضع الأمثل على حارة الجري. افعل ذلك عن طريق إجراء تجربة اختبار مع تحت التدريب ولاحظ الموضع بأفضل نسبة إشارة / ضوضاء. استخدم هذا الموضع الأمثل للتجربة الفعلية.
ملاحظة: نظرا لحجم مستقبل الإشارة ووضع جهاز الاستقبال الطبيعي لمحور ممرات الجري (كما هو موضح في الشكل 2B) ، يمكن لحيوانين فقط التدريب في نفس الوقت مع مراقبة ECG في هذا التكوين.
- حرك مستقبل الإشارة حتى يتم العثور على الموضع الأمثل على حارة الجري. افعل ذلك عن طريق إجراء تجربة اختبار مع تحت التدريب ولاحظ الموضع بأفضل نسبة إشارة / ضوضاء. استخدم هذا الموضع الأمثل للتجربة الفعلية.
- قسم تدريب جهاز المشي إلى المرحلتين التاليتين.
- مرحلة التأقلم: الوقت الذي يتكيف فيه الحيوان مع ظروف التدريب. قم بإجراء بروتوكول تأقلم لمدة أسبوع واحد كما هو موضح في الجدول 1 مع سرعة الجري ووقت التدريب لكل يوم كما هو موضح.
- مرحلة التدريب: بعد التأقلم تدريب الحيوان بسرعة ثابتة لفترة محددة في اليوم لمدة X أيام. بالنسبة لهذا البروتوكول ، قم بإجراء نظام تدريب لمدة 5 أيام على مدار 3 أسابيع بسرعة ثابتة تبلغ 25 سم / ثانية ومدة 60 دقيقة / يوم (الجدول 2). بعد 5 أيام من التدريب ، وفر استراحة لمدة 2 يوم قبل الأسبوع التالي من التدريب.
ملاحظة: يحدد X إجمالي عدد أيام التدريب ويتم تعريفه بناء على الهدف التجريبي.
- قم بتشغيل جهاز المشي. اضبط منحدر جهاز المشي والسرعة وشدة الصدمة وفقا لبروتوكول التدريب. استخدم منحدرا تصاعديا بمقدار 5 درجات ، مما يؤدي إلى مستوى معتدل من التوتر (موصى به). استخدم نفس الميل لمرحلة التأقلم ومرحلة التدريب.
ملاحظة: يحدد ميل جهاز المشي كثافة التدريب. اختر الميل المطلوب. يمكن أن يختلف بروتوكول التدريب بناء على الهدف التجريبي. - اضغط على الإعدادات في وحدة التحكم وحدد اختبار الشبكة. يؤدي هذا إلى فتح شاشة تحديد حجم الشبكة. حدد الفئران. ستظهر شاشة اختبار الشبكة مع اختبارين فرعيين: اختبار الصدمة واختبار التنظيف. اضغط على ابدأ لبدء اختبار الصدمة. ستظهر رسالة تحذر المستخدم من صدمات الاختبار. لبدء الاختبار ، قم بتأكيد التحذير عن طريق لمس الشاشة.
- ضع الجزء الموصل من ملحق الإسفنج المزود مع جهاز المشي على شبكة جهاز المشي. ضعه حتى تظهر كلمة Pass على الشاشة. اختبر جميع الشبكات مثل هذا. سينتهي الاختبار تلقائيا بعد اجتياز جميع الممرات بنجاح ولكن يمكن للمستخدم إيقافه في أي وقت عن طريق الضغط على زر الإيقاف .
- لمتابعة اختبار التنظيف ، اضغط على زر >> وابدأ وانتظر حتى يتم تشغيل الاختبار. سيتوقف هذا الاختبار أيضا تلقائيا بمجرد اجتياز جميع الممرات له. إذا فشل الاختبار ، فستظهر رسالة تحذير على الشاشة. المس الرسالة لرؤية النتيجة.
ملاحظة: يتم إجراء هذه الاختبارات للتحقق من نظافة الشبكة ووظيفتها. يجب أن تكون الشبكات نظيفة لضمان الكشف الجيد عن الحيوانات وبالتالي التسليم الصحيح للتحفيز الكهربائي إذا لزم الأمر. إذا فشل الاختبار ، فقم بتنظيف الشبكات ، وتحقق مما إذا كانت جميع الكابلات متصلة بشكل صحيح وكرر الاختبار. - نقل الحيوان إلى مقصورة الجري. ضع مستقبل الإشارة على الصندوق الشفاف وقم بتوصيل مستقبل الإشارة عبر كابل التوصيل بنظام الحصول على البيانات ، والذي يتكون من مصفوفة تبادل البيانات وواجهة الإشارة ، والتي بدورها تتصل بجهاز كمبيوتر مع تشغيل برنامج الاستحواذ لعرض إشارة ECG أثناء التجربة.
- اضغط على ابدأ للدخول إلى وضع التشغيل. ستتلقى الحيوانات دفعة كهربائية قصيرة عند ملامستها للشبكة الكهربائية ، والتي ستدفع الحيوان نحو ممر الجري. استخدم الحد الأدنى من شدة الصدمة 0.1 مللي أمبير. هذا يكفي لتحفيز الحيوانات ولكنه غير مرئي في تسجيل تخطيط القلب. حاول وضع كريات الطعام خارج خطوط الجري على مرأى من الحيوان لإبقائه متحفزا.
ملاحظة: النطاق الذي قدمته الشركة المصنعة للصدمات الكهربائية هو 0.1 مللي أمبير -2 مللي أمبير. قد تكون الزيادة في شدة الصدمة ضرورية في سلالات الفئران المختلفة أو في ظل ظروف تجريبية مختلفة ، ومع ذلك ، نوصي باستخدام أقل شدة صدمة ممكنة. بدلا من ذلك ، لتقليل الصدمات الكهربائية الكلية ، حاول إبقاء الحيوان على حارة الجري عن طريق دفعه برفق ، على سبيل المثال ، باستخدام براعم الأذن القطنية أو عن طريق تحفيزه بنفخة لطيفة من الهواء المضغوط. إذا تم تدريب الحيوانات بشكل جيد ، يمكن فصل الشبكة الكهربائية وممر الجري بقطعة من الستايروفوم لتجنب الصدمات غير المرغوب فيها. - إذا لم يتدرب ولا يمكن تحفيزه حتى مع حدوث صدمة كهربائية ، فقم بإزالته من بروتوكول التدريب لذلك اليوم إذا لم يكن هناك تحسن خلال أول 15 دقيقة من التجربة.
- عند الانتهاء ، اترك الحيوان يستريح لمدة 5 دقائق بعد التدريب قبل نقله مرة أخرى إلى القفص. قم بإزالة مستقبل الإشارة من الصندوق الشفاف وضعه مرة أخرى أسفل القفص كما هو موضح في الشكل 2 أ. قم بإيقاف تشغيل جهاز المشي لتجنب أي صدمات غير مرغوب فيها.
- قم بتنظيف حزام جهاز المشي ومقصورات الجري والشبكة الكهربائية بعامل تنظيف غير كحولي. الممرات النظيفة تؤدي إلى نتائج تدريب أفضل.
ملاحظة: أثناء التدريب ، من المهم تنظيف الممرات باستمرار ، حيث تتوقف الحيوانات عن الجري في الممرات المتسخة. نستخدم براعم الأذن القطنية للتخلص من براز الحيوانات أثناء التدريب.
- قم بإعداد إعداد تجريبي كما هو موضح في الشكل 2B لجهاز المشي ثنائي المسار مع مراقبة تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء التدريب.
3. تحليل البيانات
ملاحظة: اعتمادا على أهداف البحث الفردية ، يمكن الحصول على معلمات مختلفة وتحليلها. يركز هذا البروتوكول على جانبين: تحليل سمات تخطيط القلب الكمية وحدوث عدم انتظام ضربات القلب قبل التدريب وأثناءه وبعده باستخدام نهج سبق وصفه بواسطة Tomsits et al.23. وتحليل تقلب معدل ضربات القلب (HRV)27.
- تحليل تخطيط القلب
- للحصول على وصف مفصل ، راجع Tomsits et al.23. باختصار ، ابدأ تشغيل البرنامج ، وقم بتأكيد اسم المستخدم والرقم التسلسلي لترخيص البرنامج ، وانقر فوق متابعة.
- لفتح ملف بملحق. PnmExp ، انقر فوق تحميل التجربة. يفتح مربع حوار الاستعراض بحثا عن مجلد ، وحدد الملف ، وانقر فوق فتح.
- انتقل إلى الإجراءات / بدء المراجعة في شريط الأدوات وحدد مربع الحوار تحميل بيانات المراجعة ، والذي يوفر نظرة عامة على جميع الموضوعات وإشاراتها المسجلة ضمن التجربة المحددة مسبقا.
- حدد الملف المراد تحليله بالنقر فوق مربع الاختيار بجوار اسمه في لوحة الموضوعات على الجانب الأيسر من الشاشة. لتحليل تخطيط كهربية القلب، حدد خانة الاختيار بجوار ECG في لوحة أنواع الإشارات.
- حدد إما التسجيل بأكمله أو حدد نطاقا أو مدة باستخدام خيار النطاق الزمني. انقر فوق "موافق " لتحميل مجموعة البيانات المحددة في المراجعة وفتح نوافذ الأحداث والمعلمات تلقائيا.
- لعرض مخطط كهربية القلب ، انقر فوق إعداد الرسم البياني في شريط أدوات القائمة لفتح نافذة جديدة. حدد أساسي في نوع الإشارة ، وأدخل الوقت 0: 00: 00: 01 ، ثم حدد التسمية المطلوبة ، ووحدة العرض ، وحدود المحور المنخفض والعالي عن طريق إدخال مربعات النص المعنية. قم بالتأكيد بالنقر فوق مربع الاختيار تمكين الصفحة وستظهر نافذة تتبع ECG المحددة.
- اضبط أبعاد المحور X والمحور Y لتخطيط القلب عن طريق النقر المزدوج. انقر بزر الماوس الأيسر على التتبع لإظهار التعليق التوضيحي للموجة والتعرف على كل جزء من التتبع والتعليق عليه ، موجة P و Q و R و T بشكل صحيح.
ملاحظة: إذا كانت التعليقات التوضيحية غير صحيحة ، فيمكن استخدام العديد من الخيارات ، QRS ، PT ، Advanced ، Noise ، Marks ، Notes ، Precision ، لتحسين ، على سبيل المثال ، خيار التحليل / السمات باستخدام النقر بزر الماوس الأيمن. للحصول على وصف مفصل ، راجع Tomsits et al.23. - حدد معلمات ECG المطلوبة من نافذة المعلمة وانسخها إلى جدول بيانات أو برنامج إحصائي لمزيد من التحليل.
- كشف عدم انتظام ضربات القلب
- للكشف عن عدم انتظام ضربات القلب ، انقر فوق التجربة / رؤى البيانات لفتح نافذة جديدة لرؤى البيانات.
- حدد قواعد البحث المخصصة لفحص التسجيل في لوحة البحث. قم بإنشاء بحث جديد عن طريق تحديد إنشاء بحث جديد بعد النقر بزر الماوس الأيمن داخل قائمة البحث.
- في القائمة المنسدلة لمربع حوار الإدخال ، حدد قاعدة البحث المعنية وانقر فوق "موافق " لإضافة قاعدة البحث هذه إلى القائمة. لتطبيق قواعد البحث، انقر عليها واسحبها إلى قناة الاهتمام على اليمين.
- في لوحة النتائج، يتم عرض كل قسم داخل تسجيل ECG تنطبق عليه القاعدة. للحصول على نظرة عامة مفصلة حول قواعد البحث المختلفة ، راجع Tomsits et al.23. للحصول على قاعدتين مثاليتين ، بطء القلب وعدم انتظام دقات القلب ، انظر التعريف والوصف أدناه.
ملاحظة: بالنسبة لقواعد البحث هذه ، يتم تعريف معدل ضربات القلب الفسيولوجي للفئران وفقا ل Kaese et al.28 على أنه 500-724 نبضة / دقيقة ، وهو ما يتوافق مع طول دورة 82-110 مللي ثانية.- بطء القلب: في نهج من خطوتين ، حدد كل فترة RR فردية أطول من 120 مللي ثانية. نظرا لأن بطء القلب يتطلب أكثر من فاصل RR ممدود واحد ، حدد قاعدة بحث إضافية لتحديد 20 فترة RR متتالية أطول من 120 مللي ثانية فقط مثل بطء القلب على النحو التالي: بطء القلب الفردي كقيمة (HRcyc0) <500 ، وبطء القلب كسلسلة (بطء القلب الفردي ، 1) > = 20. انقر فوق "موافق " لإضافة قاعدة البحث هذه إلى القائمة.
- باتباع نفس النهج الخاص بتسرع القلب ، حدد تسرع القلب الفردي على أنه القيمة (HRcyc0) >724 ، مع تحديد كل فترة RR فردية أقصر من 82 مللي ثانية ، ثم أضف قاعدة البحث الإضافية تسرع القلب كسلسلة (عدم انتظام دقات القلب مفرد ، 1) > = 20. انقر فوق "موافق " لإضافة قاعدة البحث هذه إلى القائمة.
- تحليل تقلب معدل ضربات القلب
ملاحظة: لا يتم إجراء تحليل تقلب معدل ضربات القلب (HRV) في برنامج الاستحواذ ويتطلب تصدير البيانات من برنامج الاستحواذ بتنسيق قابل للقراءة. هنا ، نقدم دليلا قصيرا خطوة بخطوة لتصدير البيانات بتنسيق البيانات الأوروبي المستخدم على نطاق واسع (EDF).- ابدأ تشغيل البرنامج ، وقم بتأكيد اسم المستخدم والرقم التسلسلي ، وانقر فوق متابعة.
- لتصدير تتبع ECG على سبيل المثال ، تحليل HRV ، انقر فوق تجربة وحدد تصدير إلى EDF. في نافذة تصدير إلى EDF ، حدد رقم الحيوان ، وتحقق من ECG ، وحدد نطاقا زمنيا سيتم تصدير البيانات إليه وانقر فوق تصدير.
ملاحظة: لا يوجد حد للنطاق الزمني المصدر الذي حدده البرنامج ، ستستغرق معالجة المزيد من البيانات وقتا أطول. ومن الممكن أيضا تقسيم الصادرات إلى أقسام، على سبيل المثال، 24 ساعة وإعادة إدماجها في وقت لاحق إذا لزم الأمر. - ابدأ تشغيل برنامج التحليل المستخدم لتحليل HRV (انظر جدول المواد) ، وانقر فوق ملف وحدد فتح لتحميل ملف EDF المطلوب.
- انقر فوق HRV وحدد الإعدادات. سيؤدي هذا إلى فتح نافذة لتعيين معلمات مختلفة. ضمن اكتشاف الإيقاع ، حدد الأنواع التي يتم إجراء تحليل HRV لها. سيؤدي اختيار الأنواع إلى تعيين قيم عرض حاوية الرسم البياني وعتبة pRR وقيمة متوسط SDARR داخل لوحة التحليل إلى معيار محدد مسبقا.
- حدد HRV واختر عرض التقرير. انسخ النتائج إلى برنامج إحصائي لمزيد من التحليل الإحصائي.
- يمكن أن تكون جودة الإشارة أقل بكثير خلال مراحل التدريب. إذا كان الأمر كذلك ، فحدد يدويا الدورات ذات P و QRS المرئيين للتحليل اللاحق. استبعاد علامات البيانات السيئة وعلامات البيانات بدون موجات P واضحة من التحليل. افعل ذلك تحت دراسة متأنية من محلل تخطيط القلب ذي الخبرة لتجنب القضاء على نقاط البيانات الجيدة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
اعتمادا على أهداف البحث الفردية ، سيختلف التحليل اللاحق لبيانات القياس عن بعد التي تم الحصول عليها اختلافا كبيرا. هنا ، نوضح جدوى الطريقة من خلال الحصول على بيانات جيدة الجودة مسجلة خلال فترات التدريب وتقديم نتائج مثالية لتخطيط القلب وتحليلات تقلب معدل ضربات القلب قبل التدريب وأثناءه وبعده. يتم تقديم البيانات كمتوسط ± خطأ معياري للمتوسط (SEM) ، وقد أجريت جميع التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج إحصائي مناسب (انظر جدول المواد). تم تقييم الدلالة الإحصائية من خلال اختبار t للطالب. تم تصحيح فترة QT كما تمت مناقشتها سابقا بواسطة Roussel et al. باستخدام الصيغة QTc = QT / (√ (RR / 100))29.
تسجيل تخطيط القلب عن بعد بنجاح أثناء التدريب
باستخدام هذا البروتوكول ، من الممكن الحصول على بيانات تخطيط القلب بموجات P و Q و R و S و T واضحة في الحيوانات أثناء التدريب كما هو موضح في الشكل 3.
تم أخذ جميع القياسات من واحد من نفس اليوم. تم أخذ قياسات خط الأساس في الساعة 10 صباحا ± 10 دقائق قبل التدريب عندما كانت الحيوانات لا تزال في مساكنها الدائمة. تم أخذ القياسات أثناء التدريب من منتصف جلسة التدريب 60 دقيقة ± 10 دقائق في اليوم الثالث من التدريب ، وتم أخذ قياسات ما بعد التدريب من فترة الراحة لمدة 5 دقائق بعد التدريب وقبل النقل إلى السكن الدائم وتم أخذ القياسات المستردة 1 ساعة بعد التدريب ± 10 دقائق. تم اختيار الأقسام المناسبة من تتبع تخطيط القلب للتحليل يدويا من هذه الأقسام المحددة فيما يتعلق بالقراءة ، على سبيل المثال ، 40 دورة متتالية للبيانات المقدمة في الشكل 4.
تقييم المعلمات المشتقة من تخطيط القلب
تستخدم البيانات لتحليل التغيرات الفسيولوجية قبل التمرين وأثناءه وبعده كما هو موضح في مثال واحد في الشكل 4. يتم تقييم معدل ضربات القلب (الشكل 4 أ) ، والفاصل الزمني للعلاقات العامة (الشكل 4 ب) ، ومدة QRS (الشكل 4 ج) ، وفاصل QTc (الشكل 4 د) بمتوسط 40 دورة تخطيط كهربية القلب متتالية. يرتفع معدل ضربات القلب إلى حوالي 800 نبضة في الدقيقة عندما يمارس الحيوان الرياضة ويتعافى تدريجيا نحو خط الأساس بعد التدريب. تقصر فترات العلاقات العامة ومدة QRS وفترات QTc تحت الضغط وبمجرد انتهاء الضغط ، تعود إلى خط الأساس. يتم عرض بيانات نموذجية من واحد.
الكشف عن عدم انتظام دقات القلب
تم استخدام تعريفات البحث كما هو موضح في الخطوة 3.2.4 للكشف عن نوبات تسرع القلب وبطء القلب. يوضح الشكل 5 أ إيقاع الجيوب الأنفية عند خط الأساس. يظهر أثر تمثيلي لعدم انتظام دقات القلب الجيبي أثناء التدريب في الشكل 5B. يتم عرض بيانات نموذجية من واحد هنا.
تقييم جودة البيانات عن طريق تقييم معلمات تقلب معدل ضربات القلب
يتم تحليل HRV كما هو موضح في الخطوة 3.3. يتم عرض أقسام 5 دقائق لتحليل HRV في الشكل 6. يوضح الشكل 6 أ معدل ضربات قلب واحد على مدار التجربة. يزداد معدل ضربات القلب أثناء التدريب ويعود تدريجيا إلى خط الأساس بعد التدريب ، ويمكن أيضا تصور هذا الاتجاه من خلال متوسط فترة RR كما هو موضح في الشكل 6B. ويبين الشكل 6C الانحراف المعياري القابل للمقارنة لفواصل لوائح الراديو (SDRR) التي تم الحصول عليها عند خط الأساس وأثناء التدريب بواسطة التعليق التوضيحي الآلي للوائح الراديو، مما يدل على جودة البيانات. البيانات التي تم الحصول عليها هي من ثلاثة فئران. SDRR هو الانحراف المعياري لجميع الفواصل الزمنية البينية (IBI) ويتم حسابه تلقائيا بواسطة البرنامج كجذر تربيعي موجب لتباين IBI حول متوسط IBI باستخدام الصيغة:
σس = 
الشكل 1: رسم تخطيطي لجهاز إرسال القياس عن بعد وتحديد موضع الرصاص. الماوس في وضع ضعيف. يتم وضع جهاز الإرسال داخل الصفاق ، ويتم تثبيت الخيوط تحت الجلد في تكوين الرصاص II. تم إنشاؤها باستخدام Biorender. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: الإعداد التجريبي . (أ) الإعداد لتسجيل تخطيط القلب باستخدام القياس عن بعد القابل للزرع قبل وبعد التدريب مع إبقاء مستقبل الإشارة أسفل قفص الحيوانات. (ب) الإعداد لمراقبة تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء التدريب على جهاز المشي. للحصول على جودة إشارة مثالية ، يتم وضع مستقبل الإشارة على الصندوق الشفاف. تم إنشاؤها باستخدام Biorender. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تخطيط القلب التمثيلي أثناء التدريب. يشار إلى إيقاع الجيوب الأنفية الطبيعي ، الموجة P ، QRS ، والموجة T باستخدام الأحرف الكبيرة ، ويتم تمييز فاصل RR بشريط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: القياس عن بعد بمرور الوقت. توضح التمثيلات البيانية للاتجاهات نتائج تمثيلية ل (أ) معدل نبضات القلب (BPM). (ب) فاصل العلاقات العامة (مللي ثانية). (ج) مدة QRS (مللي ثانية). (د) فترة QTc (مللي ثانية) قبل (خط الأساس) ، أثناء (التدريب) ، مباشرة بعد التدريب (بعد التدريب) ، وبعد الشفاء التام (التعافي). يتم الحصول على البيانات من واحد بمتوسط 40 دورة تخطيط كهربية القلب متتالية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: تخطيط كهربية القلب التمثيلي قبل التدريب وأثناءه. أ: إيقاع الجيوب الأنفية قبل التدريب. ب: تسرع القلب الجيبي أثناء التدريب. البيانات من واحد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: تقييم جودة البيانات عن طريق تحليل HRV. (أ) اتجاه معدل ضربات القلب التمثيلي لحيوان واحد قبل (خط الأساس) وأثناء (التدريب) وبعد التمرين (بعد التدريب). (ب) متوسط فترة RR قبل (خط الأساس) وأثناء التدريب (التدريب) وبعد الشفاء التام (التعافي) ، كما هو موضح كمتوسط ± SEM ، اختبار t للطالب غير المزاوج ، ***p < 0.001. (ج) SDRR قبل (خط الأساس) وأثناء التدريب (التدريب) وبعد الشفاء التام (التعافي) ، n = 3 ، يظهر كمتوسط ± SEM. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| مرحلة التأقلم لمدة 5 أيام | ||
| يوم | السرعة (سم / ثانية) | الوقت (دقيقة) |
| 1 | 16.7 | 10 |
| 2 | 18.3 | 20 |
| 3 | 20 | 30 |
| 4 | 21.7 | 40 |
| 5 | 23.3 | 50 |
| ملاحظة: 2 دقيقة فترات راحة بعد كل 15 دقيقة | ||
الجدول 1: نظام التدريب خلال مرحلة التأقلم.
| مرحلة التدريب لمدة 5 أيام | ||
| يوم | السرعة (سم / ثانية) | الوقت (دقيقة) |
| 1 | 25.0 | 60 |
| 2 | 25.0 | 60 |
| 3 | 25.0 | 60 |
| 4 | 25.0 | 60 |
| 5 | 25.0 | 60 |
| ملاحظة: 2 دقيقة فترات راحة بعد كل 15 دقيقة | ||
الجدول 2: نظام التدريب خلال مرحلة التدريب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
توصي الإرشادات الحالية بالنشاط البدني المنتظم حيث ثبت أنه معدل مهم لعوامل الخطر القلبية الوعائية30. هناك أيضا مجموعة متزايدة من الأدلة على أن النشاط البدني المعتدل قد يحمي من الرجفان الأذيني (AF) في كل من الوقاية الأولية والثانوية31،32،33. على العكس من ذلك ، فإن رياضيي التحمل مثل عدائي الماراثون لديهم مخاطر أكبر لتطوير AF مما يشير إلى أن تدريب التحمل قد يكون له أيضا آثار سلبية34,35. وقد ظهرت مثل هذه العلاقة على شكل حرف U بين خطر عدم انتظام ضربات القلب وشدة التدريب بوضوح للرجفان الأذيني في الرياضيين الأصحاء9،36،37،38 وفي المرضى الذين يعانون من أمراض القلب الكامنة ، ومع ذلك ، لا يعرف سوى القليل فيما يتعلق بكثافة التدريب وعدم انتظام ضربات القلب4،5،6،7.
للتغلب على هذا القيد وتحسين رعاية المرضى ، هناك ما يبرر إجراء مزيد من الأبحاث حول التأثيرات المرتبطة بالتمارين على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب. للتحقيق في الآليات الأساسية والتكيفات الجزيئية / الخلوية استجابة لتدريب نماذج مختلفة في عدد من الأنواع الحيوانية تم تطوير15. بالنظر إلى الفوائد الجوهرية ولكن أيضا القيود المفروضة على كل نموذج / نوع ، يتعين على الباحثين اختيار الأنسب لكل سؤال بحثي فردي ؛ فيما يتعلق بالفيزيولوجيا الكهربية وأبحاث عدم انتظام ضربات القلب ، يتم استخدام الماوس 13،14،39،40 ونماذج الخنازير على نطاق واسع 13،14،41،42،43. على الرغم من تطوير بروتوكولات التدريب باستخدام جهاز المشي الآلي في الخنازير ، إلا أن هناك عددا من التحديات المهمة بما في ذلك (i) سلوك الخنازير المستقر ، والذي يتطلب تكييفا مكثفا للوقت والعمل قبل التجربة بالإضافة إلى محفزات للحفاظ على امتثال الخنازير أثناء التجربة و (ii) حجم الجسم ووزنه ، مما قد يمنع التدريب في الخنازير الأكبر سنا أو التدريب على مدى فترات طويلة من الزمن15 ، 44. في الفئران ، تم تطوير العديد من بروتوكولات التمرين بما في ذلك التدريب على جهاز المشي الآلي أو VWR أو السباحة17,18. على الرغم من أن VWR يحاكي نمط الجري الطبيعي في القوارض وهو أقل إرهاقا مقارنة بأساليب التمرين القسري مثل السباحة والتدريب على جهاز المشي ، إلا أن له أيضا عيوبا معينة45. لا تسمح الطبيعة التلقائية ل VWR بالتحكم في شدة التمرين أو مدته أو تواتره وبالتالي منع التجارب التي يتم التحكم فيها جيدا. في نماذج السباحة ، يمكن تنظيم مدة وكثافة التدريب بسهولة ، والمعدات اللازمة بسيطة ومتاحة بتكاليف منخفضة ، ويمكن إنشاء الطريقة في معظم مختبرات الأبحاث46. على الرغم من هذه المزايا ، فإن دراسة الفيزيولوجيا الكهربية في نموذج السباحة أمر صعب حيث لا يوجد حاليا خيار لمراقبة تخطيط القلب أثناء السباحة. يجمع النهج الموصوف في هذا البروتوكول بين نظام القياس عن بعد القابل للزرع ونموذج تمرين جهاز المشي ، وبالتالي يتغلب على قيود نماذج التدريب الأخرى في سياق أبحاث الفيزيولوجيا الكهربية47,48. يسمح استخدام جهاز المشي بالتحكم في ظروف التمرين المختلفة مثل الشدة (ميل المنحدر وسرعة الجري) أو المدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن دراسة بروتوكولات التدريب المختلفة بما في ذلك التدريب على تمارين التحمل والتدريب المتقطع والتمارين الحادة. باتباع هذا البروتوكول ، أصبح من الممكن الآن أيضا تسجيل ومراقبة تخطيط القلب باستخدام أجهزة إرسال القياس عن بعد القابلة للزرع أثناء تشغيل الماوس على جهاز المشي.
بالنظر إلى أن الفئران عادة ما تعمل عن طيب خاطر لبضع دقائق فقط ، فإن المحفزات مثل النقر على ظهرها بعصي صغيرة أو نفخ نفث من الهواء المضغوط أو المحفزات الكهربائية ضرورية. ومع ذلك ، يمكن أن تحفز هذه المحفزات الإجهاد النفسي ، والذي يمكن أن يؤثر على جودة البيانات التجريبية بشكل كبير. ومن ثم ، حاولنا تقليل عوامل الإجهاد هذه عن طريق السماح للماوس بالتكيف مع جهاز المشي أثناء مرحلة التأقلم ، مع زيادة ثابتة في السرعة واستخدام شدة صدمة من الحد الأدنى إلى الصفر كما هو موضح سابقا 15،17،45.
بشكل عام ، عند تسجيل ECGs ، تعد القطع الأثرية المتحركة مشكلة رئيسية ، خاصة أثناء النشاط البدني. باتباع بروتوكولنا المقترح ، سيتمكن الباحثون من الحصول على إشارات ECG بجودة جيدة مما يسمح بالتمييز بوضوح والتعليق على P و Q و R و S و T (الشكل 3). وبالتالي ، يمكن تقييم معلمات تخطيط القلب المختلفة مثل معدل ضربات القلب أو تقلب معدل ضربات القلب أو الفاصل الزمني للعلاقات العامة أو مدة QRS أو مدة QT بشكل موثوق قبل التدريب وأثناءه وبعده باستخدام خوارزميات البرامج الآلية. أيضا ، يمكن الكشف عن عدم انتظام ضربات القلب مثل عدم انتظام ضربات القلب ، بطء نظم القلب ، أو توقف مؤقت. نظرا لأن تحليلات تقلب معدل ضربات القلب - التي يتم إجراؤها عادة للتحقيق في تأثيرات الجهاز العصبي اللاإرادي على القلب27,28 - تعتمد على شرح كاف للموجة R ، يمكن التحقق من جودة البيانات من خلال قيم SDRR المنخفضة المماثلة التي تم الحصول عليها أثناء الراحة وأثناء التدريب عن طريق التعليق التوضيحي الآلي كما هو موضح في الشكل 6.
مثل كل تقنية تجريبية ، لا تأتي هذه الطريقة بدون مزالق وتحتوي على العديد من الخطوات الحاسمة. تعد الظروف المعقمة ووقت التشغيل القصير من متطلبات زرع جهاز الإرسال بنجاح ، والتئام الجروح بشكل صحيح ، والتعافي السريع للحيوانات بعد الجراحة. يجب ألا تكون الغرز ضيقة جدا ، وإلا فإنها تسبب نخر الجلد. بشكل عام ، يتطلب الإجراء الجراحي خبرة عملية ، وستتحسن النتائج بمرور الوقت. يؤثر تحديد موضع الرصاص على المتجه الرئيسي المسجل ، ويتم الحصول على أفضل النتائج من خلال موضع رئيسي حاد ، حيث ينتج عنه سعات أعلى للموجة P و R ، والتي بدورها متطلبات حاسمة لتحليل ECG لاحقا. يمكن أن يكون تدريب الفئران أمرا صعبا حيث لا تتدرب جميع الحيوانات عن طيب خاطر. يمكن أن يساعد بروتوكول التأقلم المصمم جيدا ، بما في ذلك مقدمة لبيئة جهاز المشي ، والزيادات البطيئة في سرعة الحزام الناقل والتعزيز الإيجابي لسلوك التدريب الجيد ، على سبيل المثال ، مع كريات الطعام ، في تهيئة الحيوانات للتدريب بشكل أفضل وتقليل الحاجة إلى محفزات يحتمل أن تتداخل أثناء التجارب. من المهم تقليل جميع المحفزات إلى الحد الأدنى المطلق لأنها قد تؤثر على جودة البيانات. ومع ذلك ، فإن الخطوة الأكثر أهمية هي تحديد الموضع الأمثل لجهاز استقبال القياس عن بعد أثناء تدريب جهاز المشي لأنه يحدد بشكل مباشر جودة البيانات التي تم الحصول عليها. يجب تحديد موضع جهاز الاستقبال لكل زوج من الحيوانات التي يتم تدريبها في نفس الوقت ، حيث يختلف اعتمادا على الموضع الدقيق لجهاز القياس عن بعد والخيوط وكذلك على نمط تشغيل الحيوانات الفردية. تم العثور على الموقف عن طريق التجربة والخطأ ، والحكم بصريا على جودة الإشارة في الوقت الفعلي. يجب أن تكون جميع سمات تخطيط القلب المراد تحليلها مرئية بوضوح قبل بدء التجارب. نظرا لارتفاع معدل ضربات قلب الفئران ، تتراكم العديد من نقاط البيانات حتى مع فترات التسجيل القصيرة. هذا بالإضافة إلى سعة الإشارة المنخفضة بشكل عام ، مما يؤدي بشكل طبيعي إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء في القوارض مقارنة بالبشر أو الحيوانات الكبيرة ، مما يجعل تحليل البيانات صعبا للغاية ، كما ناقشنا سابقا23. يتمثل أحد القيود الرئيسية لهذا البروتوكول إلى جانب المعدات المكلفة اللازمة لإجراء التدريب على القياس عن بعد وجهاز المشي في الطلب الفني المرتفع على الإجراء الجراحي وعلى تحليل البيانات ، مما يحد من إمكانية الوصول للمبتدئين في هذا المجال.
باختصار ، يعد تخطيط القلب أداة رائعة لدراسة الفيزيولوجيا الكهربية للقلب وعدم انتظام ضربات القلب. في البشر ، يتم إجراء اختبارات الإجهاد لتسجيل تخطيط القلب أثناء التمرين بشكل روتيني وتسمح بتقييم الآثار المرتبطة بالتدريب على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب. الفئران هي الأنواع الأكثر استخداما في البحث ، وقد تم تطوير العديد من بروتوكولات التمرين ، ولكن مراقبة تخطيط القلب في الوقت الفعلي أثناء التدريب لم تكن ممكنة حتى الآن. يسمح بروتوكولنا المقترح بالحصول على تسجيلات تخطيط القلب خلال فترات التمرين في الفئران لأول مرة. سيمكن هذا الباحثين من دراسة كل من الآليات المتعلقة بالتمارين الرياضية التي تؤدي إلى تكيفات قلبية مفيدة وإعادة تشكيل غير قادرة على التكيف وعدم انتظام ضربات القلب ، وبالتالي سيؤدي في النهاية إلى تحسين رعاية المرضى في المستقبل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG; برنامج العالم السريري في طب الأوعية الدموية (PRIME) ، MA 2186 / 14-1 إلى P. Tomsits) ، والمركز الألماني لأبحاث القلب والأوعية الدموية (DZHK ؛ 81X2600255 إلى S. Clauss) ، ومؤسسة كورونا (S199 / 10079/2019 إلى S. Clauss) ، و ERA-NET حول أمراض القلب والأوعية الدموية (ERA-CVD ؛ 01KL1910 إلى S. Clauss). لم يكن للممولين أي دور في إعداد المخطوطات.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14-gauge needle | Sterican | 584125 | |
| Any mouse | e.g. Jackson Laboratories | ||
| Bepanthen | Bayer | 1578675 | |
| Carprofen 0.005 mg/µL | Zoetis | 53716-49-7 | |
| Data Exchange Matrix 2.0 (MX2) | Data Science International | Manages communication between PhysioTel and PhysioTel HD telemetry implants and the acquisition computer. | |
| Enrofloxacin 25 mg/ml | Baytril | 400614.00.00 | |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | Braun Melsungen | ||
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Five Lane Treadmill for Mouse | Panlab - Harvard Apparatus | 76-0896 | Includes treadmill unit, touchscreen control unit, a sponge , and cables |
| Iris scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Isoflurane 1 mL/mL | Cp-Pharma | 31303 | |
| Isoflurane vaporizer system | Hugo Sachs Elektronik | 34-0458, 34-1030, 73-4911, 34-0415, 73-4910 | Includes an induction chamber, a gas evacuation unit and charcoal filters |
| LabChart Pro 8.1.16 | ADInstruments | ||
| Magnet | Data Science International | ||
| Modified Bain circuit | Hugo Sachs Elektronik | 73-4860 | Includes an anesthesia mask for mice |
| Modular connectors | Data Science International | Connecting cables between Reciever, Signal Interface and Matrix 2.0 (MX2) | |
| Novafil s 5-0 | Medtrocin/Covidien | 88864555-23 | |
| Octal BioAmp | ADInstruments | FE238-0239 | Amplifier for recording Surface ECG |
| Octenisept | Schülke | 121418 | |
| Oxygen 5 L | Linde | 2020175 | Includes a pressure regulator |
| PhysioTel ETA-F10 transmitter | Data Science International | ||
| PhysioTel receiver RPC-1 | Data Science International | Signal reciever | |
| Ponemah 6.42 | Data Science International | ECG Analysis Software | |
| Powerlab | ADInstruments | 3516-1277 | Suface ECG Acquisition hardware device. Includes ECG electrode leads |
| Prism 8.0.1 | Graph Pad | ||
| Radio Device (Sony AF/AM) | Sony | ||
| Signal Interface | Data Science International | Acquires and synchronizes digital signals with telemetry data in Ponemah v6.x. | |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Surgical platform | Kent Scientific | SURGI-M | |
| Tergazyme 1% | Alconox | 13051.0 | Commercial cleaning solution |
| Tweezers | Kent Scientific | INS600098-2 |
References
- Halle, M., et al. Myocarditis in athletes: A clinical perspective. European Journal of Preventive Cardiology. , (2020).
- Maron, B. J., et al. Eligibility and disqualification recommendations for competitive athletes with cardiovascular abnormalities: Task force 3: Hypertrophic cardiomyopathy, arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy and other cardiomyopathies, and myocarditis: A scientific statement from the American Heart Association and American College of Cardiology. Circulation. 132 (22), 273-280 (2015).
- Caforio, A. L. P., et al. Current state of knowledge on aetiology, diagnosis, management, and therapy of myocarditis: a position statement of the European Society of Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. European Heart Journal. 34 (33), 2636-2648 (2013).
- Eberly, L., Garg, L., Vidula, M., Reza, N., Krishnan, S. Running the risk: Exercise and arrhythmogenic cardiomyopathy. Current Treatment Options in Cardiovascular Medicine. 23 (10), 64 (2021).
- Lang, C. N., Steinfurt, J., Odening, K. E. Avoiding sports-related sudden cardiac death in children with congenital channelopathy: Recommendations for sports activities. Herz. 42 (2), 162-170 (2017).
- Maron, B. J., et al. Recommendations for physical activity and recreational sports participation for young patients with genetic cardiovascular diseases. Circulation. 109 (22), 2807-2816 (2004).
- Martinez-Sole, J., et al. Facts and gaps in exercise influence on arrhythmogenic cardiomyopathy: New insights from a meta-analysis approach. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 702560 (2021).
- Sharma, S., Merghani, A., Mont, L. Exercise and the heart: the good, the bad, and the ugly. European Heart Jorunal. 36 (23), 1445-1453 (2015).
- Guasch, E., Mont, L. Diagnosis, pathophysiology, and management of exercise-induced arrhythmias. Nature Reviews. Cardiology. 14 (2), 88-101 (2017).
- Konhilas, J. P., et al. Exercise can prevent and reverse the severity of hypertrophic cardiomyopathy. Circulation Research. 98 (4), 540-548 (2006).
- Trivedi, S. J., et al. Differing mechanisms of atrial fibrillation in athletes and non-athletes: alterations in atrial structure and function. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 21 (12), 1374-1383 (2020).
- Clauss, S., et al. MicroRNAs as biomarkers for acute atrial remodeling in marathon runners (The miRathon study--A sub-study of the Munich marathon study). PLoS One. 11 (2), 0148599 (2016).
- Clauss, S., et al. Animal models of arrhythmia: classic electrophysiology to genetically modified large animals. Nature Reviews. Cardiology. 16 (8), 457-475 (2019).
- Schüttler, D., et al.
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), 1100-1138 (2020).
- Pynn, M., Schafer, K., Konstantinides, S., Halle, M. Exercise training reduces neointimal growth and stabilizes vascular lesions developing after injury in apolipoprotein e-deficient mice. Circulation. 109 (3), 386-392 (2004).
- Wang, Y., Wisloff, U., Kemi, O. J. Animal models in the study of exercise-induced cardiac hypertrophy. Physiological Research. 59 (5), 633-644 (2010).
- Massett, M. P., Matejka, C., Kim, H. Systematic review and meta-analysis of endurance exercise training protocols for mice. Frontiers in Physiology. 12, 782695 (2021).
- Ha, T. W., Oh, B., Kang, J. O. Electrocardiogram recordings in anesthetized mice using lead II. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (160), e61583 (2020).
- Mongue-Din, H., Salmon, A., Fiszman, M. Y., Fromes, Y. Non-invasive restrained ECG recording in conscious small rodents: a new tool for cardiac electrical activity investigation. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 454 (1), 165-171 (2007).
- Chu, V., et al. Method for non-invasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Sato, S. Multi-dry-electrode plate sensor for non-invasive electrocardiogram and heart rate monitoring for the assessment of drug responses in freely behaving mice. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 97, 29-35 (2019).
- Tomsits, P., et al. Analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (171), e62386 (2021).
- Gkrouzoudi, A., Tsingotjidou, A., Jirkof, P. A systematic review on the reporting quality in mouse telemetry implantation surgery using electrocardiogram recording devices. Physiology & Behavior. 244, 113645 (2022).
- Russell, D. M., McCormick, D., Taberner, A. J., Malpas, S. C., Budgett, D. M. A high bandwidth fully implantable mouse telemetry system for chronic ECG measurement. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual International Conference. 2011, 7666-7669 (2011).
- McCauley, M. D., Wehrens, X. H.
- 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).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: a matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 345 (2012).
- Roussel, J., et al. The complex QT/RR relationship in mice. Scientific Reports. 6, 25388 (2016).
- Visseren, F. L. J., et al. ESC Guidelines on cardiovascular disease prevention in clinical practice: Developed by the Task Force for cardiovascular disease prevention in clinical practice with representatives of the European Society of Cardiology and 12 medical societies With the special contribution of the European Association of Preventive Cardiology (EAPC). European Heart Journal. 42 (34), 3227 (2021).
- Buckley, B. J. R., Lip, G. Y. H., Thijssen, D. H. J. The counterintuitive role of exercise in the prevention and cause of atrial fibrillation. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1051-1058 (2020).
- Elliott, A. D., et al. Association between physical activity and risk of incident arrhythmias in 402 406 individuals: evidence from the UK Biobank cohort. European Heart Journal. 41 (15), 1479-1486 (2020).
- Qureshi, W. T., et al. Cardiorespiratory fitness and risk of incident atrial fibrillation: Results from the Henry Ford Exercise Testing (FIT) project. Circulation. 131 (21), 1827-1834 (2015).
- Abdulla, J., Nielsen, J. R. Is the risk of atrial fibrillation higher in athletes than in the general population? A systematic review and meta-analysis. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 11 (9), 1156-1159 (2009).
- Centurion, O. A., et al. The association between atrial fibrillation and endurance physical activity: How much is too much. Journal of Atrial Fibrillation. 12 (3), 2167 (2019).
- Calvo, N., et al. Emerging risk factors and the dose-response relationship between physical activity and lone atrial fibrillation: a prospective case-control study. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 18 (1), 57-63 (2016).
- Khan, H., et al. Cardiorespiratory fitness and atrial fibrillation: A population-based follow-up study. Heart Rhythm. 12 (7), 1424-1430 (2015).
- Morseth, B., et al. Physical activity, resting heart rate, and atrial fibrillation: the Tromso Study. European Heart Journal. 37 (29), 2307-2313 (2016).
- Hulsmans, M., et al. Macrophages facilitate electrical conduction in the heart. Cell. 169 (3), 510-522 (2017).
- Xiao, L., et al. Ibrutinib-mediated atrial fibrillation attributable to inhibition of C-terminal Src kinase. Circulation. 142 (25), 2443-2455 (2020).
- Clauss, S., et al. Characterization of a porcine model of atrial arrhythmogenicity in the context of ischaemic heart failure. PLoS One. 15 (5), 0232374 (2020).
- Renner, S., et al. Porcine models for studying complications and organ crosstalk in diabetes mellitus. Cell and Tissue Research. 380 (2), 341-378 (2020).
- Schuttler, D., et al. A practical guide to setting up pig models for cardiovascular catheterization, electrophysiological assessment and heart disease research. Lab Animal (NY). 51 (2), 46-67 (2022).
- De Wijs-Meijler, D. P., et al. Surgical placement of catheters for long-term cardiovascular exercise testing in swine. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (108), e53772 (2016).
- Borzsei, D., et al. Multiple applications of different exercise modalities with rodents. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021, 3898710 (2021).
- Kaplan, M. L., et al. Cardiac adaptations to chronic exercise in mice. The American Journal of Physiology. 267 (3), Pt 2 1167-1173 (1994).
- Fewell, J. G., et al. A treadmill exercise regimen for identifying cardiovascular phenotypes in transgenic mice. The American Journal of Physiology. 273 (3), Pt 2 1595-1605 (1997).
- Kemi, O. J., Loennechen, J. P., Wisloff, U., Ellingsen, O. Intensity-controlled treadmill running in mice: cardiac and skeletal muscle hypertrophy. Journal of Applied Physiology. 93 (4), Bethesda. Md. 1301-1309 (2002).
