Name: 小鼠跑步机训练期间的实时心电图监测 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-05-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 45 s
Description: 学习小鼠跑步机训练期间的实时心电图监测方法，用于研究运动对心脏电生理的影响。该技术通过植入式发射器和信号接收器，在训练前后及过程中连续记录ECG数据，帮助科研人员深入理解运动诱发心律失常的机制。

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本研究由德国研究基金会（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）、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）以及心血管疾病 ERA-NET 计划（ERA-CVD；项目编号 01KL1910，授予 S. Clauss）资助。资助机构在稿件撰写过程中未发挥任何作用。

作者无任何利益冲突需要披露。

目前的指南建议定期进行体力活动，因为已有研究表明，体力活动是心血管危险因素的重要调节因素30。此外，越来越多的证据表明，适度体力活动在房颤（AF）的初级和二级预防中均可能具有保护作用31,32,33。相反，耐力运动员（如马拉松跑者）发生房颤的风险更高，提示耐力训练也可能带来负面影响34,35。这种心律失常风险与训练强度之间的U型关系，在原本健康的运动员中已针对房颤得到明确证实9,36,37,38；然而，在患有基础心脏病的患者中，关于训练...

规律的体育活动对健康生活至关重要。然而，某些心血管疾病会导致这种情况下的普遍共识至少受到质疑。在心肌炎患者中，现有数据甚至显示运动具有不利影响，因此建议这些患者在一定时期内暂停所有运动1,2,3。对于其他心血管疾病（CVD），例如遗传性心律失常综合征，关于适当运动水平的证据相对较少4,5,6,7，这使得针对这些患者（尤其是年轻且身体活跃的患者）的临床指导变得极具挑战性。
已有研究提出，运动相关的心脏有害效应表现为导致心肌收缩力下降和心力衰竭的不良重构，以及引发心律失常和猝死的致心律失常性重构8。大量研究表明，适度运动对多种不同疾病具有有益作用9,10。然而，长期高强度训练可能对心脏产生不利影响，尤其在原本健康的运动员中可导致心律失常11。尽管结构性重构过程可能导致促心律失常的易损基质形成，如在马拉松运动员中所观察到的现象12，但运动相关不良重构在健康人群及心血管疾病患者中的具体机制仍 largely 未知。
在动物中，尤其是在小鼠中，已开发出多种合适的模型，以模拟广泛的心血管疾病13,14。此外，已在小鼠中建立多种运动模型和训练方案15,16,17，包括电动跑步机训练、自主转轮跑动（VWR）和游泳训练17,18。通过心电图（ECG）监测评估心脏电生理的传统方法，通常依赖于动物与某种检测设备之间的直接导电连接。因此，要么需要对动物进行麻醉，例如使用尖锐电极获取心电图记录19；要么需要使用固定装置限制动物活动20；或者由于运动伪影导致数据质量下降，例如使用足垫电极21或导电平台22，仅能实现基本分析。因此，上述方法均无法与训练方案兼容，从而阻碍了对小鼠运动相关不良心脏重构机制的研究。可植入式遥测设备能够克服这些障碍，目前已成为在清醒且自由活动的小鼠中进行体内电生理评估最强大且被公认为金标准的工具in vivo 23,24。现有的遥测硬件系统主要用于监测小鼠在笼内状态下的生理信号25,26,&#160;通常需要将接收器置于笼子下方以采集数据，因此在这些条件之外实现实时监测具有挑战性。本文提供一种利用植入式遥测设备，在小鼠跑步机训练期间进行实时心电图记录，以研究运动对心脏电生理及心律失常发生影响的方法。所有获得的参数均按照Tomsits等23先前描述的方法进行分析。

<table><tbody><tr><td>14号针头</td><td>Sterican</td><td>584125</td><td></td></tr><tr><td>任意小鼠</td><td>例如 Jackson Laboratories</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bepanthen</td><td>Bayer</td><td>1578675</td><td></td></tr><tr><td>卡洛芬 0.005 mg/&amp;micro;L</td><td>Zoetis</td><td>53716-49-7</td><td></td></tr><tr><td>数据交换矩阵2.0（MX2）</td><td>Data Science International</td><td></td><td>管理PhysioTel和PhysioTel HD遥测植入物与采集计算机之间的通信。</td></tr><tr><td>恩诺沙星 25 mg/mL</td><td>Baytril</td><td>400614.00.00</td><td></td></tr><tr><td>芬太尼 0.5 mg/10 mL</td><td>Braun Melsungen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>精细镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>11295-51</td><td></td></tr><tr><td>五通道小鼠跑台</td><td>Panlab - Harvard Apparatus</td><td>76-0896</td><td>包含跑台单元、触摸屏控制单元、一块海绵及连接线缆</td></tr><tr><td>虹膜剪</td><td>Fine Science Tools</td><td>14084-08</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷 1 mL/mL</td><td>Cp-Pharma</td><td>31303</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷蒸发器系统</td><td>Hugo Sachs Elektronik</td><td>34-0458, 34-1030, 73-4911, 34-0415, 73-4910</td><td>包含诱导室、气体排出装置和活性炭过滤器</td></tr><tr><td>LabChart Pro 8.1.16</td><td>ADInstruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>磁铁</td><td>Data Science International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>改良Bain回路</td><td>Hugo Sachs Elektronik</td><td>73-4860</td><td>包含适用于小鼠的麻醉面罩</td></tr><tr><td>模块化连接器</td><td>Data Science International</td><td></td><td>用于连接接收器、信号接口与矩阵2.0（MX2）的电缆</td></tr><tr><td>Novafil s 5-0</td><td>Medtrocin/Covidien</td><td>88864555-23</td><td></td></tr><tr><td>Octal BioAmp</td><td>ADInstruments</td><td>FE238-0239</td><td>用于记录体表心电图的放大器</td></tr><tr><td>Octenisept</td><td>Sch&amp;uuml;lke</td><td>121418</td><td></td></tr><tr><td>氧气 5 L</td><td>Linde</td><td>2020175</td><td>包含压力调节器</td></tr><tr><td>PhysioTel ETA-F10发射器</td><td>Data Science International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PhysioTel接收器 RPC-1</td><td>Data Science International</td><td></td><td>信号接收器</td></tr><tr><td>Ponemah 6.42</td><td>Data Science International</td><td></td><td>心电图分析软件</td></tr><tr><td>Powerlab</td><td>ADInstruments</td><td>3516-1277</td><td>体表心电图采集硬件设备，包含心电电极导联</td></tr><tr><td>Prism 8.0.1</td><td>Graph Pad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>无线电设备（Sony AF/AM）</td><td>Sony</td><td></td><td></td></tr><tr><td>信号接口</td><td>Data Science International</td><td></td><td>在Ponemah v6.x中采集并同步数字信号与遥测数据。</td></tr><tr><td>弹簧剪</td><td>Fine Science Tools</td><td>91500-09</td><td></td></tr><tr><td>手术平台</td><td>Kent Scientific</td><td>SURGI-M</td><td></td></tr><tr><td>Tergazyme 1%</td><td>Alconox</td><td>13051.0</td><td>商用清洗液</td></tr><tr><td>镊子</td><td>Kent Scientific</td><td>INS600098-2</td><td></td></tr></tbody></table>

小鼠跑台训练期间的实时心电图监测

Real-Time Electrocardiogram Monitoring During Treadmill Training in Mice

规律的体育锻炼对心血管健康具有重要作用，可影响多种代谢及电生理过程。然而，在某些心脏疾病中，例如遗传性心律失常综合征，如致心律失常性心肌病（ACM）或心肌炎，体育锻炼可能对心脏产生不利影响，导致促心律失常基质的形成。目前，运动相关促心律失常性重构的潜在分子机制在很大程度上尚不清楚，因此在疾病背景下，何种频率、持续时间和强度的运动可被视为安全仍不明确。
该方法通过将跑台训练与心电图实时监测相结合，可用于研究运动对心律失常/抗心律失常的效应。采用可植入遥测装置，对自由活动的小鼠在静息状态及跑台训练期间连续记录心电图，持续时间最长可达3个月。利用配备分析模块的数据采集软件，分析静息、训练期间及训练后的心率、P波持续时间、PR间期、QRS间期和QT间期等基本心电图参数。此外，还评估心率变异性（HRV）参数及心律失常的发生情况。简言之，本文详细描述了一种逐步实验方案，用于系统研究运动对心脏电生理的影响，包括在小鼠模型中可能引起的心律失常倾向性重构。

根据具体的研究目标，所获取遥测数据的后续分析方法将有显著差异。本文通过获取训练期间记录的高质量数据，验证了该方法的可行性，并展示了训练前、训练中和训练后心电图及心率变异性分析的示例结果。数据以均值 ± 均值标准误（SEM）表示，所有统计分析均使用适当的统计软件进行（见 材料表）。统计学显著性通过学生的 t 测试。QT 间期的校正按照 Roussel 等人先前所述方法，采用公式 QTc = QT / (√(RR / 100)) 进行计算。29.
训练期间成功进行遥测心电图记录 
通过本方案，可在动物训练期间获得包含清晰P波、Q波、R波、S波和T波的心电图数据，如图3所示。
所有测量均在同一动物的同一天进行。基线测量于训练前上午10点±10分钟在动物仍处于常规饲养环境时进行；训练期间的测量于训练第三周第3天的60分钟训练过程的中间时段...

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。

规律的体育锻炼是心血管健康的重要促进因素，影响着多种代谢和电生理过程。

迄今为止，在训练过程中对海洋生物电生理特性的实时评估一直具有挑战性。本方案通过实现跑步机训练前、训练中和训练后的实时心电图监测，提供了一种克服该难题的方法。结合跑步机训练与实时心电图监测，有助于深入理解运动与心律失常之间的关系，特别是在利用转基因小鼠模型研究遗传性心律失常综合征时。该方法本身较为简单，但在发射器植入和电极导线定位过程中需要仔细操作，以确保良好的信噪比。我实验室的两名博士生 Aparna Chivukula 和 Kavi Raj Chataut 将演示该操作流程。通过将随附的磁铁靠近发射器来激活设备。激活后，使用调幅频率为530赫兹的无线电设备检测发射器信号，清晰尖锐的蜂鸣声表明发射器已激活，而未激活的发射器则不会发出任何信号。打开跑步机，根据训练方案设置跑步机的坡度、速度和电击强度。按下控制单元中的“设置”并选择“网格测试”。这将打开一个网格尺寸选择界面。选择“小鼠”。按下“开始”以启动电击测试。要开始测试，请触摸屏幕确认警告信息。将跑步机附带的海绵配件的导电部分放置在跑步机的网格上。放置直至屏幕上出现“pass”字样。以这种方式测试所有网格。当所有通道均成功通过测试后，测试将自动结束，但用户也可随时通过按下“停止”按钮来终止测试。继续进行清洁测试时，按下“开始”按钮并等待测试运行。将动物转移至跑步仓室。将信号接收器放置在透明盒子上，并通过连接线缆将信号接收器连接到数据采集系统，该系统由数据交换矩阵和信号接口组成，信号接口再连接至运行采集软件的计算机，以便在实验过程中实时查看心电图信号。按下开始按钮以进入运行模式。完成后，将信号接收器从透明盒中取出，并按图示放回笼子下方。关闭跑步机，以避免产生不必要的电击。在动物训练期间获得了包含清晰P波、Q波、R波、S波和T波的心电图数据。动物运动时心率升高至约800次/分钟，训练结束后逐渐恢复至基线水平。应激状态下PR间期、QRS波群持续时间和QTc间期均缩短，应激结束后恢复至基线水平。心动过速和心动过缓事件的检测显示，基线状态下为窦性心律，训练期间出现窦性心动过速。心率在训练期间升高，训练后逐渐恢复至基线水平。该趋势也可通过中位RR间期进行观察。通过自动RR间期标注，基线期和训练期间均获得了相似的RR间期标准差，表明数据质量良好。其中最关键的步骤之一是将信号接收器放置在透明盒子上的合适位置，以确保良好的信噪比。

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小鼠跑步机训练期间的实时心电图监测

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

经胸超声心动图提供了一种无创评估小鼠心脏功能的方法。结合超声成像和多普勒成像技术，可获取心脏的结构尺寸和心内血流信息，从而综合评价心脏的收缩和舒张功能。...

小鼠经胸超声心动图检查

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

介绍了一种用于自由活动小鼠的市售遥测发射器植入手术技术，该发射器可连续测量生物电位（单导联心电图）、心率、核心体温和运动活动。同时提供了术后护理和镇痛的建议与操作规程，以促进动物恢复、改善健康状况并提高存活率。...

植入遥测发射器以获取自由活动实验小鼠心电图、心率、核心体温和活动数据

我们描述了在正常小鼠中通过多巴酚丁胺诱导并由心脏导管插入术监测的心脏应激试验的操作方案。同时，我们展示了该方法在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中揭示隐匿性心脏疾病的应用。...

多巴酚丁胺诱导并经心导管术监测的小鼠心脏应激试验

在小鼠心肌缺血/再灌注手术中，通常通过肉眼观察心肌苍白来确认结扎线位置是否正确。本文以雄性C57Bl/6小鼠为例，展示一种通过心电图确认缺血和再灌注的方法，以补充对心肌苍白的观察。...

利用体表贴片式心电图确认小鼠心肌缺血与再灌注损伤

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

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...

分析长期心电图记录以检测小鼠心律失常

我们提出一种新方法，利用禽类胚胎模型中的动态实时活体成像，定量分析纳米颗粒在人源异种移植肿瘤血管系统中的定位。...

利用活体成像实时评估肿瘤中纳米颗粒的摄取

学习小鼠跑步机训练期间的实时心电图监测方法，用于研究运动对心脏电生理的影响。该技术通过植入式发射器和信号接收器，在训练前后及过程中连续记录ECG数据，帮助科研人员深入理解运动诱发心律失常的机制。

小鼠跑台训练期间的实时心电图监测

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