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 JoVE Clinical and Translational Medicine

Cartografía de alta resolución óptica endocárdicos y epicárdicos en un modelo de ovejas inducidas por el estiramiento de la fibrilación auricular

1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1

1Center for Arrhythmia Research. Internal Medicine, University of Michigan

Article
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    Summary

    Este informe proporciona una descripción detallada de la metodología y los resultados del mapeo simultáneo óptico endocárdico y epicárdico de excitación eléctrica de la aurícula izquierda intacta de un corazón de oveja Langendorff perfundidos durante el estiramiento inducido por fibrilación auricular.

    Date Published: 7/29/2011, Issue 53; doi: 10.3791/3103

    Cite this Article

    Filgueiras-Rama, D., Martins, R. P., Ennis, S. R., Mironov, S., Jiang, J., Yamazaki, M., et al. 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).

    Abstract

    La fibrilación auricular (FA) es una arritmia cardíaca compleja con una elevada morbilidad y mortalidad. 1,2 Es la más común de trastorno del ritmo cardíaco sufrido en la práctica clínica y su prevalencia se espera que aumente en los próximos años. 3 El aumento de la presión intraauricular y la dilatación se ha reconocido desde hace tiempo para llevar a la fibrilación auricular, el 1,4 que pone de relieve la importancia de la utilización de modelos animales y se estiran para estudiar la dinámica de la FA. Comprender los mecanismos AF requiere la visualización de las ondas eléctrica cardiaca con alta resolución espacial y temporal. Con alto nivel de resolución temporal se puede lograr mediante la asignación eléctrico convencional utilizado tradicionalmente en humanos los estudios electrofisiológicos, el pequeño número de electrodos intra-auricular que se pueden utilizar al mismo tiempo los límites de la resolución espacial y se opone a cualquier seguimiento detallado de las ondas eléctricas durante la arritmia. La introducción de mapeo óptico en los años 90 permitió a todo el campo de la caracterización de la actividad fibrilatoria junto con sub-milimétrica resolución espacial de 5,6 modelos animales y condujo a la identificación de patrones eléctricos de giro rápido de onda (rotores) como las fuentes de la fibrilatoria actividad que pueda ocurrir en los ventrículos o aurícula el 7-9. Con el tiempo, y combinado dominio de la frecuencia de los análisis de mapeo óptico es posible demostrar sitios discretos de la actividad de alta frecuencia periódica durante la FA, junto con gradientes de frecuencias entre la aurícula izquierda y la derecha . La región con más rápido rotores activa en la frecuencia más alta y las unidades de la arritmia en general. 10,11 Las ondas que emanan de rotor como interactuar con los obstáculos ya sea funcional o anatómica en su camino, lo que resulta en el fenómeno de la conducción fibrilatoria 12. Mapeo de la superficie endocárdica del la aurícula izquierda posterior (PLA) permite el seguimiento de AF dinámica de las olas en la región con la mayor frecuencia de rotor. Es importante destacar que el EPL es la región donde intracavitaria con catéter procedimientos ablativos son AF terminar con más éxito en los pacientes 13, que subraya la importancia de estudiar la dinámica del FA en el interior de la aurícula izquierda. Aquí se describe un modelo de oveja de aguda inducidas por el estiramiento de AF, que se asemeja a algunas de las características de los derechos humanos FA paroxística. Cartografía epicárdica en la aurícula izquierda se complementa con el mapeo endocárdico de la PLA utilizando un canal de doble endoscopio rígido c-montado en una cámara CCD, lo que representa el enfoque más directo para visualizar los patrones de activación en la región más importante para el mantenimiento de la FA.

    Protocol

    1. Corazón de la eliminación y la perfusión Langendorff

    Ovejas con peso 35-40 kg son anestesiados utilizando 6.4 mg / Kg de propofol y 60-100 mg / kg de pentobarbital sódico. Los corazones se elimina a través de una toracotomía y se conecta a un sistema de Langendorff-perfusión con circulación oxigenada (95% O2, 5% CO2) solución Tyrode, con un caudal constante de 240 a 270 ml / min, pH 7.4 y 35.5 a 37.5 ° C. La composición de Tyrode (en mM): NaCl 130, KCl 4,0, MgCl2 1, CaCl2 1,8, NaHCO3 24, NaH2PO4 1,2, glucosa 5,6 y albúmina 0,04 g L. / Blebbistatin 10 M (Enzo Ciencias de la Vida Internacional, INC Plymouth Meeting, PA, EE.UU.) se utiliza para reducir la fuerza contráctil.

    2. Inducidas por el estiramiento fibrilación auricular en el corazón de oveja Langendorff perfundidos

    El corazón aislado, perfusión coronaria se somete a un auricular trans-septal punción para permitir que la presión intracavitaria igualó en ambas aurículas. Todos los orificios de la vena se cierra a continuación, a excepción de la vena cava inferior, que es una cánula y se conecta a un sensor digital (sistemas de Biopac transductor TSD104A, sistemas Biopac, Inc., Goleta, CA, EE.UU.) y una cánula de salida, cuya composición abierta altura por encima de las aurículas controla la presión intra-auricular. La presión se incrementa a 12 cm H 2 O, lo que conduce a un aumento de aproximadamente el 30% en términos relativos, el volumen auricular con el volumen a los 6 cm H 2 O. La presión se mantiene estable durante todo el experimento. Antes de sellar las venas catéteres tetrapolares electrodo (Torq, Medtronic Inc. / Minneapolis / MN / EE.UU.) se colocan en cada una de las venas pulmonares para registrar señales bipolares de los dos electrodos distal (frecuencia de muestreo, 1,0 kHz) utilizando un amplificador de Biopac Systems (DA100C, sistemas Biopac, Inc., Goleta, CA, EE.UU.). Otros dos hechos custum-electrodos bipolares se colocan en el techo de la orejuela auricular izquierda (LAA) y la parte superior de la orejuela de la aurícula derecha.

    3. Mapeo óptico establecido

    1. Cartografía epicárdica de la orejuela auricular izquierda. Una inyección intravenosa de 5 a 10 ml Di-4-ANEPPS (10 mg / ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE.UU.) y un período de carga de 10 minutos son necesarios para obtener sensibles al voltaje de fluorescencia a la excitación láser (532 nm) de la superficie del epicardio. La fluorescencia emitida se transmite a través de un 600 nm de longitud de filtro de paso y se proyecta en LittleJoe CCD cámara de vídeo (80x80 píxeles, SciMeasure Sistemas Analíticos, Inc. Decatur, GA, EE.UU.) y adquirió a una velocidad de 800 cuadros por segundo (Ver representación esquemática en la Figura 1 A). Cinco segundos se obtienen las películas a intervalos de 2 minutos durante la FA. El área de la superficie epicárdica asignada es de ~ 14 cm 2.
    2. Mapeo endocárdico óptica de la PLA del corazón intacto. Un segundo LittleJoe cámara CCD (80x80 píxeles) se sincroniza con la cámara epicárdica. A 10 mm de diámetro, de doble canal de endoscopio rígido (Everest VIT, Flandes Inc., NJ, EE.UU.) con un campo de 90 grados de visión se introduce a través de la pared anterior del ventrículo izquierdo, a través de la válvula mitral y se centró en la superficie del endocardio del EPL. El área de óptica asignada en el PLA es de ~ 4 cm 2, que permite la visualización de las cuatro venas pulmonares y la aurícula septo-pulmonar paquete (Figura 1 A, B). El endoscopio es c-montado en la cámara CCD a través de un adaptador del ocular a la medida. Láser 532 nm de luz se entrega al canal de excitación de la boroscopio a través de una guía de luz líquida (0,2 en el núcleo).

    4. Protocolo de la fibrilación auricular

    Bajo estiramiento auricular AF continuo es inducida a través de la estimulación de ráfaga (12 Hz, pulsos de 5 ms, diastólica umbral 2x) por un electrodo de estimulación situado en la parte superior de la orejuela izquierda. AF se permite que continúe durante 50 minutos y 5 segundos películas ópticas se adquieren a intervalos de dos minutos. Registros bipolares se recogen de forma continua. Adquisición de las películas ópticas dispara la adquisición simultánea de 5 segundos segmentos de las grabaciones bipolar.

    5. Análisis de frecuencia

    Análisis de frecuencias permite la identificación de regiones con alta tasa de activación durante la FA, junto con gradientes de frecuencias entre la aurícula izquierda y la derecha. Frecuencia dominante (DF) los mapas se obtienen de cada película óptica después de aplicar un algoritmo de la transformada rápida de Fourier (FFT) para la señal de fluorescencia de series de tiempo registrado en cada píxel. 7 FFT también se aplica a los 5 segundos señales bipolares (High-pass filtrada a 3 Hz y paso bajo filtrada a 35 Hz) sincronizado con las películas ópticas.

    6. La dinámica de la fibrilación auricular

    1. Generación de mapas de fase. Análisis de la dinámica de AF se aprovecha de las películas de fase generada a través de la transformación de Hilbert. 14 En pocas palabras, la fase instantánea del potencial de acción registrados en cada píxel se determina mediante la transformación de la serie original de tiempo de las señales de tal manera que cada componente espectral se desplaza por su cuarto de ciclo correspondiente . Afterwar 15ds, la fase instantánea de la señal se obtiene de la tangente inversa de la relación entre la señal transformado a la señal original. El ángulo de fase, con valores entre-π y π radianes se representa como un esquema de color permanente para construir un mapa de fase, en la que el continuo cambio de fase espacial refleja el proceso de excitación, la repolarización y la recuperación de 14.
    2. Caracterización de los patrones de activación. Diferentes clases de patrones de activación pueden ser identificados utilizando películas de fase (Figura 2), incluyendo las siguientes:
      • Un rotor se identifica por la presencia de todas las fases que convergen en un punto de singularidad que dura más de una rotación (Figura 2A).
      • Un gran avance se define como un frente de onda que aparece en el campo de visión y la propagación hacia afuera (Figura 2B) en un patrón objetivo-como.
      • Spatiotemporally organizado ondas periódicas se define como un mínimo de cuatro ondas secuenciales periódicas que salen de la misma ubicación en el campo de visión, con la misma dirección y entre ola intervalo (Fig. 2C).

    Además, permite cuantificar la correlación espacial de los dominios de frecuencia más alta con el patrón más común de la activación obtenidos a partir de esa región en particular. Este último destaca el papel crucial de la asignación de la superficie endocárdica del EPL, ya que habitualmente representa a la región en la que los dominios de frecuencia más alta se encuentran durante la fase aguda de AF.

    7. Los resultados representativos:

    Frecuencia dominante (DF) gradientes de PLA para LAA y RAA están presentes durante la fase aguda inducidas por el estiramiento de AF. La región de mayor DF se localiza ya sea en o cerca de una de las venas pulmonares o en alguna parte del PLA. 11 Un representante episodio de FA se muestra en la figura 3, en el que la mayor DF se localiza en el PLA (vena pulmonar inferior derecha). Los resultados apoyan la presencia de fuentes de alta frecuencia en la FA PLA conducción consistente con la izquierda a la derecha DF gradientes observados durante los procedimientos de ablación de FA paroxística humanos. 16

    La cuantificación de los patrones de activación a través de películas fase mapa muestra que el mayor número de discos se encuentra en el EPL y la unión entre el EPL y la LAA. 8 vez en cuando es posible identificar a largo plazo rotores cuyo centro de rotación (punto singular) localiza con el dominio de la frecuencia más alta. 10 Dado que el tejido auricular representa una estructura tridimensional, la identificación de los rotores sobre la superficie cartografiada endocárdica del PLA sugiere que el centro de rotación de los rotores (filamento) es el tiempo perpendicular a la superficie del área de la cartografía . La Figura 4 muestra un rotor grabado desde el endocardio del EPL con la conducción simultánea fibrilatoria hacia el LAA, que también se correlaciona con un gradiente de frecuencia entre el EPL y la LAA (9 y 6,4 Hz respectivamente). El número de rotores es consistentemente mayor en el Pla de la LAA, lo que sugiere un papel esencial de la reentrada en la PLA para mantener la arritmia en este modelo.

    En general, los resultados apoyan la teoría de que los rotores estable y rápido en la aurícula izquierda puede conducir agudas inducidas por el estiramiento de AF y las ondas que emanan someterse a complejos, distribuidos espacialmente los patrones de bloqueo de la conducción mientras se dirigen hacia la aurícula derecha, que se manifiesta como la conducción fibrilatoria y progresiva dominante de frecuencia.

    Figura 1
    Figura 1. Representación esquemática del montaje experimental para arriba. R: Un endoscopio rígido se introduce a través de la pared anterior del ventrículo izquierdo y el orificio de la válvula mitral y se centró en la superficie del endocardio de la aurícula izquierda posterior (PLA). Una cámara CCD acoplada al endoscopio e iluminación láser se proporciona a través de una guía láser líquido conectada a la parte inferior del endoscopio. Cartografía epicárdica se realiza en el LAA. Electrodos bipolares se colocan en la aurícula derecha y el techo de la aurícula izquierda. Señales adicionales bipolar se obtienen de las venas pulmonares. B: Vista lateral de la aurícula izquierda tras abrir la pared lateral a modo de ilustración. La punta del endoscopio ilumina la superficie endocárdica del PLA. Un electrodo bipolar se encuentra en el techo de la aurícula izquierda. LAA: la orejuela. LV: ventrículo izquierdo. RA: aurícula derecha. VD: ventrículo derecho.

    Figura 2
    Figura 2. Diferentes patrones de activación identificado después de la fase de generación de películas. A: Fotografías secuenciales chasquido de la orejuela auricular izquierda (LAA) muestran el giro de un rotor en torno a su centro de rotación (punto singular). De izquierda a derecha, un giro completo se ha completado. B: Un adelanto de la muestra patrón de activación de la LAA. La ola aparece en la hastapor la esquina derecha del campo de visión y se propaga hacia el exterior. C: Cuatro spatiotemporally organizado ondas periódicas (a 0, 182, 352 y 512 ms, respectivamente) procedentes de la comarca del Pla hacia la LAA. Isócronas se trazan a intervalos de 10 ms. En pocas palabras, clave para las diferentes fases del potencial de acción es un código de colores.

    Figura 3
    Figura 3. Identificación de las regiones con mayor actividad de frecuencia durante la fase aguda inducidas por el estiramiento de AF en el corazón de oveja Langendorff perfundidos aislados. A: visión anatómica de la orejuela auricular izquierda (LAA), apéndice auricular derecho (RAA) y la aurícula izquierda posterior (PLA). PLA imagen es una vista endoscópica de la región mapeada con las cuatro venas pulmonares (VP). B: DF mapas obtenidos por mapeo óptico en la LAA y PLA. Valor de la frecuencia en la RAA se obtuvo de los electrogramas bipolares. La región de mayor frecuencia se encuentra en el PLA. C: Representante espectros de energía, en la que el DF máximo corresponde a 12,4 Hz en la comarca del Pla de las venas pulmonares derecha. VPSI: vena pulmonar superior izquierda. LIPV: izquierda vena pulmonar inferior. RSPV: vena pulmonar superior derecha. VPID: vena pulmonar inferior derecha. Reproducido de la referencia 11 (David Filgueiras Rama y José Jalife. Mecanismos que subyacen a la fibrilación auricular. En la ciencia básica para Electrofisiólogo Clínica, vol. 3 (ed. Antzelevitch Charles) 141-156 (Saunders, 2011).

    Figura 4
    Figura 4. Simultaneousphase mapas (A, B) y mapas de frecuencia dominante (C) de la aurícula izquierda posterior (PLA) y el apéndice auricular izquierdo (AAI). A: Fotografías secuenciales presión del EPL que muestra un rotor y la deriva de su punto de singularidad. B: Simultánea instantáneas de fase de la LAA. Los patrones de activación muestra que las olas de propagación compatible con la conducción fibrilatoria. Puntos de singularidad también están presentes en correlación con wavebreaks en la región de conducción fibrilatoria. (Véase también el vídeo 4) C: Simultánea mapas frecuencia dominante de la PLA y la LAA. La región de más rápido se encuentra en el PLA (9 Hz), que se correlaciona con la presencia de un rotor en el análisis del mapa de fase. La mayor frecuencia en el LAA es de 6 Hz, que se correlaciona con la conducción fibrilatoria. En la parte derecha del panel C, de un solo píxel de activaciones óptica de PLA y LAA se muestran.

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    Discussion

    Las características de la aguda inducidas por el estiramiento de AF en el corazón de las ovejas aisladas se asemejan a algunas de las propiedades de los humanos FA paroxística. Un aumento agudo de la presión intra-auricular en el corazón de oveja permite el mantenimiento de la FA durante largos períodos de tiempo, similar a un mayor riesgo de fibrilación auricular en pacientes con dilatación de la aurícula. 1 La presencia de izquierda a derecha los gradientes en el DF ovejas aurículas es también similar a los registrados en humanos los estudios electrofisiológicos. 16 Por tanto, la comprensión del mecanismo de mantenimiento de la FA en este modelo aguda puede mejorar las estrategias terapéuticas actualmente en uso en humanos FA paroxística. Algunas de las limitaciones del enfoque actual son: primero, la dificultad de reproducir el efecto del sistema nervioso autónomo en la fibrilación en corazones aislados, lo que impide la extrapolación de los resultados en situaciones in vivo. Y en segundo lugar, el modelo se centra en la aguda inducidas por el estiramiento de AF, y por lo tanto las conclusiones no deben extenderse a los corazones estructuralmente remodelado, en el que la fibrosis y alteraciones en las propiedades eléctricas pueden afectar los patrones de activación en el EPL y LAA. Por último, cabe señalar que debido a las limitaciones ópticas, así como la toxicidad de los tintes sensibles al voltaje y desacoplar el movimiento de compuestos, las técnicas de mapeo óptico no están actualmente factible en sujetos vivos.

    No obstante, el uso de la cartografía óptica y, específicamente, el mapeo endocárdico del EPL como lo demuestran los avances en este protocolo de nuestra comprensión de la FA, identificando el número más alto de los rotores en los dominios de mayor frecuencia. Este último sugiere que la reentrada puede ser esencial para sostener la arritmia. Por lo tanto, diferentes estrategias farmacológicas se centran en terminar la reentrada pueden ser estudiados usando este modelo, que lo hace adecuado para los estudios pertinentes de traslación.

    Las mejoras tecnológicas en el enfoque de mapeo óptico son continuamente solicitados. A pesar de la amplia visión de campo y alta resolución espacial y temporal obtenida con el mapeo óptico permite la identificación de larga duración en los rotores de la superficie cartografiada en 2D, muy a menudo los rotores de alejarse del campo de visión. Por lo tanto, un enfoque óptico cartografía más panorámica permitirá un mejor seguimiento de los rotores de la deriva y la arritmia en general. Nuevos tintes que proporcionan más profundo que penetra las señales y los nuevos análisis matemáticos podrían permitir también el seguimiento de los rotores y sus filamentos en el interior de la estructura 3D de la pared del PLA. Este último también permitirá una mejor comprensión de los patrones de activación se ha descrito anteriormente como avances en la superficie, lo que podría representar la actividad reentrante intramuros. Otras mejoras se persiguen son: reducción de la toxicidad de los tintes sensibles al voltaje, sondas ópticas de más parámetros fisiológicos, tales como la concentración intracelular de calcio, compuestos y técnicas mejoradas para la reducción de movimiento.

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    Disclosures

    No hay conflictos de interés declarado.

    Acknowledgements

    Apoyado en parte por subvenciones del NHLBI P01-P01 y HL039707 HL087226-y la Fundación Leducq (JJ y OB), por una Sociedad Española de Cardiología beca, la Fundación Pedro Barrié de la Maza y la Fundación Alfonso Martín Escudero (DFR), la Fédération Française de Cardiologie (RPM), por un premio de la Sociedad de Ritmo Cardíaco comunión, la comunidad del Japón Heart Foundation / La Sociedad Japonesa de Electrocardiology (MI).

    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

    1. Kannel, W.B., Wolf, P.A., Benjamin, E.J., & Levy, D. Prevalence, incidence, prognosis, and predisposing conditions for atrial fibrillation: population-based estimates. Am J Cardiol. 82, 2N-9N (1998).
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