Methodenartikel

Analyse von Langzeit-Elektrokardiographie-Aufnahmen zum Nachweis von Arrhythmien bei Mäusen

DOI:

10.3791/62386

23. Mai 2021

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Hier präsentieren wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für einen halbautomatischen Ansatz zur Analyse von Daten der murinen Langzeitelektrokardiographie (EKG) für grundlegende EKG-Parameter und häufige Arrhythmien. Die Daten werden von implantierbaren Telemetriesendern in lebenden und wachen Mäusen gewonnen und mit Ponemah und seinen Analysemodulen analysiert.

Zusammenfassung

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Arrhythmien sind häufig und betreffen Millionen von Patienten weltweit. Aktuelle Behandlungsstrategien sind mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden und bleiben bei vielen Patienten wirkungslos. Um die Patientenversorgung zu verbessern, sind neuartige und innovative Therapiekonzepte erforderlich, die ursächlich auf Arrhythmiemechanismen abzielen. Um die komplexe Pathophysiologie von Arrhythmien zu untersuchen, sind geeignete Tiermodelle notwendig, und Mäuse haben sich als ideale Modellspezies erwiesen, um den genetischen Einfluss auf Arrhythmien zu bewerten, grundlegende molekulare und zelluläre Mechanismen zu untersuchen und potenzielle therapeutische Ziele zu identifizieren.

Implantierbare Telemetriegeräte gehören zu den leistungsfähigsten Werkzeugen zur Untersuchung der Elektrophysiologie bei Mäusen und ermöglichen eine kontinuierliche EKG-Aufzeichnung über einen Zeitraum von mehreren Monaten bei frei beweglichen, wachen Mäusen. Aufgrund der großen Anzahl von Datenpunkten (>1 Million QRS-Komplexe pro Tag) bleibt die Analyse von Telemetriedaten jedoch eine Herausforderung. Dieser Artikel beschreibt einen schrittweisen Ansatz zur Analyse von EKGs und zur Erkennung von Arrhythmien in langfristigen Telemetrieaufzeichnungen mit der Software Ponemah mit ihren Analysemodulen ECG Pro und Data Insights, die von Data Sciences International (DSI) entwickelt wurde. Um grundlegende EKG-Parameter wie Herzfrequenz, P-Wellendauer, PR-Intervall, QRS-Intervall oder QT-Dauer zu analysieren, wurde eine automatisierte Attributanalyse mit Ponemah durchgeführt, um P-, Q- und T-Wellen innerhalb individuell angepasster Fenster um detektierte R-Wellen zu identifizieren.

Die Ergebnisse wurden dann manuell überprüft, so dass einzelne Anmerkungen angepasst werden konnten. Die Ergebnisse der attributbasierten Analyse und der Mustererkennungsanalyse wurden dann vom Data Insights-Modul verwendet, um Arrhythmien zu erkennen. Dieses Modul ermöglicht ein automatisches Screening auf individuell definierte Arrhythmien innerhalb der Aufzeichnung, gefolgt von einer manuellen Überprüfung von vermuteten Arrhythmie-Episoden. Der Artikel diskutiert kurz Herausforderungen bei der Aufzeichnung und Detektion von EKG-Signalen, schlägt Strategien zur Verbesserung der Datenqualität vor und bietet repräsentative Aufzeichnungen von Arrhythmien, die bei Mäusen mit dem oben beschriebenen Ansatz erkannt wurden.

Einleitung

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Herzrhythmusstörungen sind weit verbreitet und betreffen Millionen von Patienten weltweit1. Die Alterung der Bevölkerung weist eine zunehmende Inzidenz und damit eine erhebliche Belastung für die öffentliche Gesundheit auf, die sich aus Herzrhythmusstörungen und deren Morbidität und Mortalität ergibt2. Aktuelle Behandlungsstrategien sind begrenzt und oft mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden und bleiben bei vielen Patienten unwirksam 3,4,5,6. Neue und innovative therapeutische Strategien, di....

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Protokoll

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1. Vorabsprachen

  1. Starten Sie die Ponemah 6.42-Software und bestätigen Sie den Benutzernamen und die Seriennummer der Softwarelizenz auf dem folgenden Bildschirm, indem Sie auf Weiter klicken.
  2. Laden Sie das Experiment, das das EKG von Interesse enthält.
    1. Wenn Ponemah zum ersten Mal gestartet wird, beachten Sie, dass das Dialogfeld "Erste Schritte" von Ponemah geöffnet wird und drei Optionen bietet: 1) Test erstellen, 2) Test laden, 3) Test importieren.
      1. Wählen Sie Experiment laden aus, um eine Datei zu öffnen. Sobald das Dialogfeld Ordner suchen geöffnet wird, wählen Sie....

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Ergebnisse

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Die Aufzeichnung von Langzeit-EKGs führt zu riesigen Datensätzen. Die Möglichkeiten für weitere Analysen sind vielfältig und hängen vom jeweiligen Forschungsprojekt ab. Dieses Protokoll bietet eine Beschreibung einiger sehr grundlegender Messwerte, die von den meisten Forschern verwendet werden können, insbesondere für Screening-Experimente, z. B. bei der Charakterisierung einer transgenen Mauslinie oder bei der Untersuchung der Auswirkungen einer bestimmten Behandlung in einem Krankheitsmodell. Ein früheres Pro.......

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Diskussion

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Das Oberflächen-EKG ist das primäre Diagnoseinstrument für Patienten mit Herzrhythmusstörungen und gibt Einblicke in viele elektrophysiologische Phänomene. Dennoch erfordert eine ausreichende Analyse von Herzoberflächen-EKG-Pathologien die Kenntnis und Definition normaler physiologischer Parameter. Viele Jahre epidemiologischer Forschung haben zu einer breiten Übereinstimmung darüber geführt, was beim Menschen physiologisch ist, und es Ärzten weltweit ermöglicht, das Pathologische klar zu unterscheiden. Die Analyse von O.......

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Danksagungen

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Diese Arbeiten wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; Clinician Scientist Program In Vascular Medicine (PRIME), MA 2186/14-1 an P. Tomsits und D. Schüttler), Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK; 81X2600255 an S. Clauss), die Corona Foundation (S199/10079/2019 an S. Clauss), das ERA-NET on Cardiovascular Diseases (ERA-CVD; 01KL1910 to S. Clauss), die Heinrich-and-Lotte-Mühlfenzl Stiftung (an S. Clauss) und das China Scholarship Council (CSC, an R. Xia). Die Geldgeber spielten keine Rolle bei der Vorbereitung des Manuskripts.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Ponemah SoftwareData Science internationaleEKG-Analysesoftware

Referenzen

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  1. Camm, A. J., et al. Guidelines for the management of atrial fibrillation: the Task Force for the Management of Atrial Fibrillation of the European Society of Cardiology (ESC). Europace. 12 (10), 1360-1420 (2010).
  2. Chugh, S. S., et al.

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Schlagwörter

Langzeit EKGArrhythmie DetektionMaus TelemetrieElektrokardiographie AnalyseHerzfrequenzmonitoringBradykardie DetektionTachykardie DetektionAtrioventrikul rer BlockVorhofflimmernautomatisierte EKG Analyse

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