Name: 分析长期心电图记录以检测小鼠心律失常 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 7 s
Description: 学习使用半自动化方法分析小鼠长期心电图数据以检测心律失常。该方案结合Ponemah软件的自动分析与人工复核，可快速识别心动过缓、心动过速及房室传导阻滞等异常事件，提高临床前心脏电生理研究的效率与准确性。

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本工作由德国研究基金会（DFG；血管医学临床科学家项目（PRIME），项目编号 MA 2186/14-1，授予 P. Tomsits 和 D. Schüttler）、德国心血管研究中心（DZHK；项目编号 81X2600255，授予 S. Clauss）、Corona 基金会（项目编号 S199/10079/2019，授予 S. Clauss）、心血管疾病 ERA-NET（ERA-CVD；项目编号 01KL1910，授予 S. Clauss）、Heinrich-and-Lotte-Mühlfenzl 基金会（授予 S. Clauss）以及中国国家留学基金管理委员会（CSC，授予 R. Xia）资助。资助方在稿件撰写过程中未发挥任何作用。

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体表心电图是诊断心律失常患者的主要工具，可提供多种电生理现象的信息。然而，对心脏体表心电图异常进行充分分析，需要掌握并明确正常生理参数的定义。多年来流行病学研究已对人类生理状态的正常范围达成广泛共识，从而使全球医生能够清晰区分病理状态。然而，在小鼠模型中分析体表心电图数据仍面临重大挑战；由于对基本心电图参数的理解和定义尚不完善，生理性与病理性心电图结果的鉴别可能较为困难15,16。1968年，Goldbarg 等人首次描述了健康小鼠的心电图特征17。除了展示心率和基本心电图模式（如PR间期和QRS波持续时间）外，他们还描述了麻醉状态下与清醒状态下动物之间的显著差异，以及不同麻醉剂和不同小鼠品系之间的差异，这些发现随后被其他研究团队所证实16,17。
这些早期数据强调了为何解读小鼠心电图（ECG）数据具有...

心律失常十分常见，影响着全球数以百万计的患者1。随着人口老龄化，心律失常的发病率不断上升，由此带来的公共健康负担日益加重，其发病率和死亡率已成为重要问题2。目前的治疗策略有限，常伴随显著的副作用，并且在许多患者中疗效不佳3,4,5,6。因此，迫切需要开发能够针对心律失常发病机制的新型且创新的治疗方法。为了研究心律失常复杂的病理生理过程，需要合适的动物模型；小鼠已被证实是评估遗传因素对心律失常影响、探究基本分子与细胞机制以及识别潜在治疗靶点的理想模型物种7,8,9。持续心电图（ECG）记录是临床实践中检测心律失常的成熟方法10。
植入式遥测设备是研究小鼠电生理学最强大的工具之一，它能够在数月时间内对自由活动的清醒小鼠持续记录心电图（ECG）（常用方法是将导联植入II导联位置）11,12。然而，由于数据点数量巨大（每天可多达超过100万个QRS波群）以及对小鼠标准值了解有限，遥测数据的分析仍然具有挑战性。目前常用的小鼠遥测发射器最长可工作3个月，期间可记录多达1亿个QRS波群。这意味着亟需实用的分析方案，以减少处理每个独立数据集所需的时间，从而使研究人员能够有效处理和解读如此庞大的数据量。为了在记录时获得清晰的心电信号，必须优化发射器的植入——导联位置应尽可能分开，以获得更高的信号幅度。
感兴趣的读者可参考 McCauley 等人发表的方案12以获取更多信息。此外，为了最大限度减少噪声干扰，笼具和发射器必须放置在安静且不易受干扰的环境中，例如具备可控环境因素（温度、光照和湿度）的通风柜内。在实验期间，需定期检查导联位置，以避免因导联穿孔或伤口愈合问题导致信号丢失。生理上，啮齿类动物与人类一样，心电图参数存在昼夜节律性变化，因此需要采用标准化方法从连续记录中获取基线心电图参数。不应通过长时间记录计算心电图参数的平均值，而应类似于人类心电图分析，对静息状态下的心电图进行分析，以获得静息心率、P波持续时间、PR间期、QRS波持续时间或QT/QTc间期等基本参数。在人类中，静息心电图通常在正常心率50–100次/分钟条件下记录10秒，该心电图包含8至17个QRS波群。在小鼠中，建议分析连续20个QRS波群，作为&#34;等效静息心电图&#34;。由于上述昼夜节律性变化，一种简便的方法是每天分析两次静息心电图，分别在白天和夜间进行。根据动物设施的光照开/关周期，选择合适的时间点（e.g.，上午12点/下午12点），并获取基本参数。
接下来，通过绘制随时间变化的心率图来检测相关的心动过速和心动过缓，并对这些事件进行连续的手动探查以获得初步印象。该心率图可进一步提供记录期间的最大和最小心率，以及随时间变化的心率变异性等重要参数。随后，对数据集进行心律失常分析。本文介绍了一种逐步获取清醒小鼠长期遥测记录（记录期最长可达三个月）中这些基线心电图数据的方法。此外，还介绍了如何使用 Data Sciences International (DSI) 开发的 Ponemah 6.42 版本软件及其分析模块 ECG Pro 和 Data Insights 来检测心律失常。该软件版本兼容 Windows 7 (SP1, 64 位) 和 Windows 10 (64 位) 操作系统。

<table><tbody><tr><td>Ponemah 软件</td><td>数据科学国际公司</td><td></td><td>心电图分析软件</td></tr></tbody></table>

分析长期心电图记录以检测小鼠心律失常

Analyzing Long-Term Electrocardiography Recordings to Detect Arrhythmias in Mice

心律失常十分常见，影响全球数百万患者。目前的治疗策略常伴随显著的副作用，且对许多患者疗效不佳。为了改善患者诊疗，亟需开发能够针对心律失常发病机制的新型创新治疗策略。为了研究心律失常复杂的病理生理过程，需要合适的动物模型。小鼠已被证实是理想的模型物种，可用于评估遗传因素对心律失常的影响，探究基本的分子与细胞机制，并识别潜在的治疗靶点。
可植入式遥测设备是研究小鼠电生理学最强大的工具之一，可在数月时间内对自由活动的清醒小鼠进行连续心电图记录。然而，由于数据点数量巨大（&gt;每天100万个QRS波群），对遥测数据的分析仍然具有挑战性。本文介绍了一种使用Data Sciences International（DSI）开发的Ponemah软件及其分析模块ECG Pro和Data Insights，对长期遥测记录中的心电图（ECG）进行分析并检测心律失常的逐步操作方法。为分析心率、P波持续时间、PR间期、QRS间期或QT间期等基本心电图参数，采用Ponemah进行自动属性分析，通过在已识别的R波周围设定个体化调整的时间窗口，自动识别P波、Q波和T波。 
随后对结果进行人工复核，以便调整各个注释。属性分析和模式识别分析的输出结果由数据洞察模块用于检测心律失常。该模块可在记录中自动筛查用户自定义的心律失常事件，随后对疑似心律失常发作进行人工复核。本文简要讨论了心电图信号记录与检测中的挑战，提出了提高数据质量的策略，并提供了利用上述方法在小鼠中检测到的心律失常的代表性记录。

记录长期心电图会产生大量数据集。进一步分析的选项多种多样，取决于具体的研究项目。本方案介绍了一些大多数研究人员均可使用的基本读数方法，尤其适用于筛选实验，例如在鉴定转基因小鼠品系或研究特定治疗在疾病模型中的效应时。e.g., 在一项先前的研究中，通过随时间分析心电图参数，评估了一种新型候选药物是否具有心脏毒性作用。在给药前20天植入遥测发射器，并在给药前10天开始心电图记录，以确保小鼠伤口充分愈合并适应环境。给药前每三天进行一次心电图检测；给药后第一周内每日检测一次心电图，之后每周分析一次，直至给药后第三周记录结束。
该方法能够检测到使用新药处理的小鼠出现心率降低、房室传导（PR间期）和心室传导（QRS时限）延长，以及复极化过程异常（QTc间期）的时期，如图5所示。这一步骤起到了“筛查”作用，有助于识别记录中可能包含心律失常的时间段。对心电图进行更详细的分析后发现，用药两天后出现导致心率降低的窦性停搏，用药六天后出现不同程度的房室（AV）传导阻滞，同样导致心率降低。后一发现得到了该时间点PR间期延长的进一...

本文介绍了一种半自动分析小鼠长期心电图（ECG）数据的分步实验方案，用于获取基本 ECG 参数及常见心律失常的分析结果。数据通过植入式遥测发射器在清醒、自由活动的小鼠中采集，并使用 Ponemah 及其分析模块进行处理。

心律失常十分常见，影响全球数百万患者。目前的治疗策略常伴随显著的副作用，且仍存在……

分析大型心电图数据集，尤其是在筛查各种心律失常时，具有很大挑战性且耗费大量人力。我们开发的半自动化方法可显著加快小鼠心律失常的筛查速度，并提高操作的便捷性。该半自动化方法能够获得更准确的结果。该操作将由我实验室的博士生 Aparna Chivukula 演示。首先分析基本的心电图参数。点击“受试者设置”或“通道详情”以选择任意衍生参数。由于小鼠具有昼夜节律，每天应采集两份静息状态下的心电图，分别在白天和夜间进行，以控制昼夜节律的影响，具体时间应根据动物房照明开启或关闭的周期来确定。选择心电图中信号质量良好、且在该时间点前后合理时间段内心率趋势图显示心率稳定的片段进行分析。确认验证掩码的准确性，或手动调整为连续20个QRS波群，并添加缺失的验证标记。为进行后续计算和可视化，在衍生参数列表中选中包含这连续20个QRS波群数值的行，并将其复制到电子表格或统计软件中。单击“实验数据洞察”以打开数据洞察界面，并查看顶部的搜索面板。然后显示结果面板。观察面板底部以直方图形式显示的搜索命中次数。鉴于小鼠的正常心率为每分钟 500 至 724 次，定义一个名为“心动过缓”的搜索规则，以检测心动过缓。在搜索列表中单击右键，选择“创建新搜索”以打开搜索条目对话框。在白色框内单击右键，选择“添加新条件”。利用下拉菜单和文本字段，将搜索规则定义为“Bradycardia Single”，其值小于 500，然后单击“确定”将此搜索规则添加到列表中。通过单击并拖动此搜索规则至左侧的目标通道来应用该规则。由于心动过缓需要超过一个长RR间期，因此需定义另一个名为“Bradycardia”的搜索规则以满足此条件。单击“Okay”以将此搜索规则添加到列表中。通过单击并拖动此搜索规则至左侧的目标通道来应用该规则。为确认心动过缓并排除假阳性结果，需通过左键单击波形手动逐一审查每个结果。按 STRG 加 R 键可拒绝选定结果，该结果将从列表中消失。为了定义用于检测心动过速的搜索规则，可在搜索列表中单击右键，然后选择“创建新搜索”以打开搜索条目对话框。接着在白色框内单击右键，选择“添加新条件”。利用下拉菜单和文本字段，将搜索规则“Tachycardia Single”定义为数值大于 724，然后单击“确定”以将此搜索规则添加到列表中。通过单击并拖动此搜索规则至左侧的目标通道来应用该规则。由于心动过速需要出现多个短RR间期，需额外定义一个名为“Tachycardia”的搜索规则以满足此条件，然后单击“Okay”将此搜索规则添加到列表中。通过单击并拖动此搜索规则至左侧的目标通道来应用该规则。为确认心动过速并排除假阳性结果，需通过鼠标左键单击波形手动复查每一项结果，并使用快捷键 STRG 加 R 排除选定的结果。为检测窦房传导阻滞和房室传导阻滞，需在搜索列表内单击鼠标右键，选择“创建新搜索”以打开搜索条目对话框。然后在白色面板内单击鼠标右键，选择“添加新条件”。使用下拉菜单和文本字段，将搜索规则定义为“暂停”，其值大于 300，然后单击“确定”以将此搜索规则添加到列表中。通过将该搜索规则点击并拖动至左侧感兴趣的通道，以应用此规则。为确认一次暂停，请判断该暂停是窦房传导阻滞还是房室传导阻滞，并剔除误报结果。通过左键单击波形，手动逐一审查每个结果，按 STRG 加 R 键以拒绝所选结果，该结果将从结果列表中消失。该方法可检测经新药处理的小鼠出现的心率降低、房室传导和心室传导增强，以及复极化异常。此外，该方案可用于确定心律失常发生的时间进程，其形式表现为正常窦性心律、窦性停搏、三度房室传导阻滞和心房颤动的波形图。最终的检测指标多样，取决于研究设计和研究主题。在心房颤动中，总疾病负担已被确立为一种预后标志物，可通过本方案获得的数据进行计算。

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程序性电刺激可用于评估心脏的传导特性，并通过不同的起搏方案诱导和终止心律失常。利用经静脉导管，在小鼠中实施程序性电刺激方案后，可获取心内电图记录，以识别致心律失常的基质。...

小鼠程序性电刺激

遥测心电图已成为评估动物心律失常和心脏性猝死模型的重要工具。本文提供了一套逐步操作指南，用于小鼠长期动态心电图监测中的遥测心电图记录。...

小鼠动态心电图记录

本方案描述了利用具有高时间分辨率和空间分辨率的光学标测系统对小鼠心房进行电生理学评估的方法，包括通过特制电极导管进行程序化刺激，同步记录膜电位和Ca2+瞬变信号。...

小鼠心房的高分辨率光学标测电生理学评估

本文介绍了一种利用同步视频、脑电图（EEG）和心电图（ECG）记录小鼠脑部和心脏生物信号的实验方案。同时，我们还描述了分析所得EEG-ECG记录数据的方法，用于检测癫痫发作、EEG频谱功率、心脏功能及心率变异性。...

同步视频-脑电图-心电图监测用于识别癫痫小鼠模型中的神经心脏功能障碍

本文介绍一种针对出生后早期小鼠优化的非侵入性心电图（ECG）检测方案，该方案无需使用麻醉剂。...

围产期小鼠的无创心电图检查

我们介绍一种在小型小鼠中技术上简便、成本低廉、快速且经济的ECG检测方案，并可实现更高的检测灵敏度。我们建议将该方法作为研究小鼠中药物作用、基因修饰及疾病模型的筛选手段。...

使用II导联记录麻醉小鼠的心电图

本方案旨在介绍一种利用微电极阵列记录完整窦房结组织以测量内在心脏起搏频率的新方法，用于识别小鼠的起搏功能缺陷。该方法还可引入药理学试剂，以研究其对内在起搏活动的影响。...

利用微电极阵列记录窦房结放电频率以鉴定小鼠固有心脏起搏功能缺陷

心电图（ECG）是理解心脏电生理学的关键指标。体力运动具有有益作用，但在心血管疾病背景下也可能产生危害。本文提供了一种在运动过程中实时记录心电图的方法，可用于研究运动对小鼠心脏电生理学的影响。...

小鼠跑台训练期间的实时心电图监测

本实验方案描述了在使用经食管心房起搏评估小鼠心房颤动易感性时，优化实验参数的方法。...

优化经食管心房起搏评估小鼠心房颤动易感性

我们介绍一种对新生仔猪的肠淋巴干进行插管的外科手术方法，以从输出淋巴液中收集大量脂质代谢成分。...

新生猪肠道淋巴干的长期插管及淋巴液采集

学习使用半自动化方法分析小鼠长期心电图数据以检测心律失常。该方案结合Ponemah软件的自动分析与人工复核，可快速识别心动过缓、心动过速及房室传导阻滞等异常事件，提高临床前心脏电生理研究的效率与准确性。

分析长期心电图记录以检测小鼠心律失常

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