High-Resolution cartographie endocardique et épicardique optique dans un modèle de moutons de Stretch-Induced fibrillation auriculaire

Résumé

Ce rapport fournit une description détaillée de la méthodologie et les résultats de la cartographie simultanée optiques endocardique et épicardique de l'excitation électrique dans les oreillettes gauche intact d'un cœur de mouton Langendorff perfusé pendant l'étirement induit une fibrillation auriculaire.

Résumé

La fibrillation auriculaire (FA) est une arythmie cardiaque avec complexe taux élevé de morbidité et de mortalité ^1,2. Il est le plus commun des perturbations du rythme cardiaque soutenue vu dans la pratique clinique et sa prévalence devrait augmenter dans les prochaines années. ³ Augmentation de pression intra-auriculaire et la dilatation ont reconnu depuis longtemps pour mener à AF, ^1,4 qui souligne la pertinence de l'utilisation de modèles animaux et étirer pour étudier la dynamique AF. Comprendre les mécanismes sous-jacents AF nécessite la visualisation des vagues électrique cardiaque avec une résolution spatiale et temporelle élevée. Bien haute résolution temporelle peut être réalisé par la cartographie électrique conventionnel, traditionnellement utilisés en médecine humaine études électrophysiologiques, le petit nombre d'électrodes intra-auriculaire qui peut être utilisé simultanément les limites de la résolution spatiale et exclut toute un suivi détaillé des vagues électriques lors de l'arythmie. L'introduction de la cartographie optique dans le début des années 90 a permis à grand champ de caractérisation de l'activité fibrillatoire avec sub-millimétrique résolution spatiale de ^5,6 modèles animaux et conduit à l'identification des modes de rotation rapide onde électrique (rotors) que les sources de la fibrillation activité qui peut se produire dans les ventricules ou les oreillettes. ^7-9 Utilisation de l'heure-et combinés dans le domaine fréquentiel des analyses de cartographie optique, il est possible de démontrer sites distincts d'activité à haute fréquence périodiques pendant la FA, avec des gradients de fréquence entre l'oreillette gauche et à droite . La région la plus rapide des rotors s'active à la fréquence la plus élevée et les lecteurs de l'arythmie globale. ^10,11 Les ondes émanant de rotor de telle interagir avec les obstacles soit fonctionnelle ou anatomique sur leur chemin, ce qui entraîne le phénomène de conduction fibrillatoire ^12. Cartographie de la surface endocardique du l'atrium postérieur gauche (PLA) permet le suivi de l'AF dynamique des ondes dans la région avec la fréquence la plus élevée du rotor. Surtout, l'APL est la région où intracavitaire à base de cathéter d'ablation des procédures sont les plus réussies chez les patients AF fin ^13, qui souligne la pertinence d'étudier la dynamique des AF de l'intérieur de l'oreillette gauche. Nous décrivons ici un modèle de moutons d'étirer aiguë induite par la FA, qui ressemble à certaines des caractéristiques des humains FA paroxystique. Cartographie épicardique sur l'oreillette gauche est complété par la cartographie endocardique de l'APL à l'aide d'un canal bi-endoscope rigide c monté à une caméra CCD, qui représente l'approche la plus directe pour visualiser les modèles d'activation dans la région la plus pertinente pour la maintenance AF.

Protocole

1. L'enlèvement et la perfusion de Langendorff Cœur

Les moutons pesant 35-40 kg sont anesthésiés à l'aide 4-6 mg / kg de propofol et de 60-100 mg / kg de pentobarbital de sodium. Les coeurs sont enlevés par thoracotomie et connecté à un système de Langendorff perfusion avec circulant oxygénée (95% O2, 5% de CO2) la solution de Tyrode à un débit constant de 240 à 270 ml / min, pH 7,4 et de 35,5 à 37,5 ° C. La composition du Tyrode (en mM) est la suivante: NaCl 130, KCl 4,0, MgCl2 1, CaCl2 1,8, NaHCO3 24, NaH2PO4 1,2, glucose 5,6, et l'albumine 0,04 g / L. Blebbistatin 10 uM (Enzo Life Sciences International, Inc Plymouth Meeting, PA, USA) est utilisé pour réduire la force contractile.

2. Étirez-induite fibrillation auriculaire dans le cœur de mouton Langendorff perfusé

Les isolés, perfusés coronarienne subit une auriculaire transseptale perforation pour permettre à la pression intracavitaire égalisé dans les deux oreillettes. Tous les orifices de la veine sont ensuite scellés, à l'exception de la veine cave inférieure, ce qui est canulée et relié à un capteur numérique (systèmes Biopac transducteur TSD104A; Systèmes Biopac, Inc, Goleta, CA, USA) et à une canule de sortie dont ouvertes hauteur au-dessus des oreillettes contrôle de la pression intra-auriculaire. La pression est ensuite augmentée à 12 cm H ₂ O, ce qui conduit à une augmentation de ~ 30% en volume relatif au volume auriculaire à 6 cm H ₂ O. La pression est maintenue stable tout au long de l'expérience. Avant de sceller les veines cathéters électrodes tétrapolaires (Torq, Medtronic Inc / Minneapolis / MN / USA) sont placés dans chacune des veines pulmonaires pour enregistrer des signaux bipolaires des deux électrodes distales (taux d'échantillonnage, 1,0 kHz) à l'aide d'un amplificateur de BIOPAC Systems (DA100C; Systèmes Biopac, Inc, Goleta, CA, USA). Deux autres custum-rendu des électrodes bipolaires sont placés sur le toit de l'auricule gauche (AAL) et le sommet de l'auricule droite.

3. Cartographie optique mis en place

1. Cartographie épicardique de l'appendice auriculaire gauche. Une injection d'un bolus de 5 à 10 ml Di-4-ANEPPS (10 mg / ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) et une période de chargement de 10 min sont nécessaires pour obtenir sensibles au voltage de fluorescence après excitation par laser (532 nm) de la surface épicardique. La fluorescence émise est alors transmise à travers un 600 nm à long filtre passe et projetées sur LittleJoe caméra CCD vidéo (80x80 pixels, SciMeasure Systèmes analytiques, Inc Decatur, Géorgie, USA) et a acquis à un taux de 800 images par seconde (voir représentation schématique sur la figure 1A). Cinq secondes films sont obtenus à des intervalles de 2 min pendant la FA. L'aire de la surface cartographiée épicardiques est ~ 14 cm ^2.
2. Endocardique cartographie optique de l'APL du cœur intact. Une deuxième caméra CCD LittleJoe (80x80 pixels) est synchronisé avec l'appareil photo épicardique. A 10 mm de diamètre à double canal endoscope rigide (Everest VIT, Inc Flandres, NJ, USA) avec un champ de 90 degrés de vue est introduite à travers la paroi antérieure du ventricule gauche, à travers la valve mitrale et focalisé sur la surface endocardique de l'APL. La zone optiquement cartographiés sur le PLA est ~ 4 cm ^2, ce qui permet de visualiser les quatre veines pulmonaires et de l'auriculaire septo-pulmonaire faisceau (figure 1A, B). L'endoscope est c-monté sur la caméra CCD à travers un adaptateur d'oculaire sur mesure. La lumière laser 532 nm est ensuite livré à la chaîne d'excitation de l'endoscope par un guide de lumière liquide (0,2 dans le noyau).

4. Protocole de fibrillation auriculaire

Sous étirer auriculaire AF continu est induite par la stimulation en rafale (12 Hz, 5 ms impulsions, seuil 2x diastolique) la stimulation par une électrode située sur le dessus de l'AAL. AF est autorisé à continuer pendant 50 minutes et 5-sec des films optiques sont acquises à intervalles de deux minutes. Enregistrements bipolaires sont collectées en continu. Acquisition des films optiques déclenche l'acquisition simultanée de 5-sec segments des enregistrements bipolaires.

5. L'analyse de fréquence

L'analyse de fréquence permet d'identifier les régions où le taux d'activation élevée pendant AF, avec des gradients de fréquence entre l'oreillette gauche et à droite. Dominantes de fréquence (DF) sont obtenus à partir des cartes chaque film optique après l'application d'un algorithme de transformée de Fourier rapide (FFT) pour le signal de fluorescence de séries chronologiques enregistrées à chaque pixel. ⁷ FFT est également appliquée à la 5 secondes signaux bipolaires (filtre passe-haut à 3 Hz et filtre passe-bas à 35 Hz) synchronisé avec les films optiques.

6. Dynamique de la fibrillation auriculaire

1. Génération de cartes de phase. Analyse de la dynamique AF tire profit de films de phase générée par la transformation de Hilbert. ¹⁴ Brièvement, la phase instantanée du potentiel d'action enregistré à chaque pixel est déterminée par transformer l'original de séries temporelles de signaux tel que chaque composante spectrale est décalée par son cycle au trimestre correspondant . Afterwar ¹⁵DS, la phase instantanée du signal est obtenu à partir de la tangente inverse du ratio du signal transformé au signal original. L'angle de phase, avec des valeurs comprises entre-π et π radians est représenté comme un jeu de couleurs continue de construire une carte de phase, dans laquelle le changement de phase en continu spatiale reflète le processus d'excitation, la repolarisation et la récupération. ¹⁴
2. Caractérisation des modèles d'activation. Différentes classes de modèles d'activation peuvent être identifiées en utilisant des films de phase (figure 2), dont les suivantes:
   • Un rotor est identifié par la présence de toutes les phases convergent sur un point singulier de plus d'une rotation (figure 2A).
   • Une percée est défini comme un front d'onde apparaissant dans le champ de vision et se propageant vers l'extérieur (figure 2B) dans un modèle cible le souhaitez.
   • Spatio-temporellement organisée ondes périodiques sont définis comme étant un minimum de quatre séquentielle ondes périodiques émergent au même endroit dans le champ de vision, avec la même direction et inter-ondes intervalle (figure 2C).

Une plus ample quantification permet la corrélation spatiale des domaines plus haute fréquence avec le modèle le plus courant d'activation obtenues à partir de cette région particulière. Ce dernier met en évidence le rôle crucial de la cartographie de la surface endocardique de l'APL, car elle représente souvent la région où les domaines de plus haute fréquence sont situés au cours aiguë AF.

7. Les résultats représentatifs:

Dominantes de fréquence (DF) des gradients de PLA d'AAL et RAA sont présents pendant aiguë induite par étirement AF. La région plus DF est localisée soit au niveau ou à proximité de l'une des veines pulmonaires ou quelque part dans l'APL. ¹¹ Un représentant AF épisode est montré dans la figure 3, dans laquelle la plus haute DF est localisée sur le PLA (inférieure droite veine pulmonaire). Les résultats confirment la présence de sources à haute fréquence dans la FA PLA de conduite conforme à la gauche à droite DF gradients observés au cours des procédures d'ablation en paroxystique humaine AF ^16.

Quantification des schémas d'activation en utilisant des films carte de phase montre que le plus grand nombre de rotors se trouve à l'APL et la jonction entre l'APL et l'AAL. ⁸ Occasionnellement, il est possible d'identifier de longue durée dont les rotors centre de rotation (point de singularité) localise avec le domaine haute fréquence. ¹⁰ Depuis tissu auriculaire représente une structure en trois dimensions, l'identification des rotors sur la surface cartographiée endocardique de l'APL suggère que le centre de rotation de ces rotors (filament) est finalement perpendiculaire à la surface de la zone de cartographie . La figure 4 montre un tel rotor enregistrées à partir de l'endocarde de l'APL à la conduction fibrillatoire simultanée vers le LAA, qui est également corrélé avec un gradient de fréquence entre l'APL et l'AAL (9 et 6,4 Hz respectivement). Le nombre de rotors est systématiquement plus élevée à l'APL que l'AAL, ce qui suggère un rôle essentiel de la rentrée sur l'APL pour maintenir l'arythmie dans ce modèle.

Globalement, les résultats soutiennent la théorie que les rotors stable et rapide dans l'oreillette gauche peut conduire aiguë induite par étirement AF et ondes émanant subissent complexes, distribuées spatialement schémas bloc de conduction comme ils se dirigent vers l'oreillette droite, se manifestant comme la conduction et de fibrillation décroît progressivement dominante fréquence.

Figure 1. Représentation schématique du dispositif expérimental mis en place. R: Un endoscope rigide est introduit à travers la paroi antérieure du ventricule gauche et l'orifice de la valve mitrale et focalisé sur la surface endocardique de l'oreillette gauche postérieure (APL). Une caméra CCD est couplé à l'endoscope et l'illumination laser est fourni à travers un guide liquides au laser relié à la partie inférieure de l'endoscope. Cartographie épicardique est effectuée sur la LAA. Électrodes bipolaires sont placées sur l'oreillette droite et le toit de l'oreillette gauche. D'autres signaux bipolaires sont obtenus à partir des veines pulmonaires. B: Vue latérale de l'oreillette gauche après l'ouverture de la paroi latérale des fins d'illustration. Le bout de l'endoscope illumine la surface endocardique de l'APL. Une électrode bipolaire est situé sur le toit de l'oreillette gauche. LAA: l'auricule gauche. LV: ventricule gauche. RA: oreillette droite. RV: ventricule droit.

Figure 2. Différents modèles d'activation identifiés après la génération de films de phase. A: clichés séquentiels de l'appendice auriculaire gauche (LAA) montrent le pivotement d'un rotor autour de son centre de rotation (point de singularité). De gauche à droite, une rotation complète est terminée. B: Un modèle d'activation de l'échantillon percée sur la LAA. La vague apparaît sur la placepar le coin supérieur droit du champ de vue et se propage vers l'extérieur. C: Quatre spatio-temporellement organisée ondes périodiques (A 0, 182, 352 et 512 ms, respectivement) venant de la région vers l'APL AAL. Isochrones sont tracées à intervalles de 10 ms. Bas, la clé pour les différentes phases du potentiel d'action est de couleur.

Figure 3. Identification des régions avec l'activité la plus haute fréquence au cours aiguë induite par étirement AF dans un cœur perfusé de Langendorff moutons isolés. A: vue anatomique de l'appendice auriculaire gauche (LAA), l'auricule droite (RAA) et postérieur oreillette gauche (APL). PLA image est une vue endoscopique de la région cartographiée avec les quatre veines pulmonaires (PV). B: Cartes DF obtenus par cartographie optique sur la LAA et l'APL. Valeur de la fréquence dans le RAA a été obtenu à partir de électrogrammes bipolaires. La région la plus haute fréquence se situe dans l'APL. C: spectres de puissance représentant, dans lequel le DF maximale correspond à 12,4 Hz à la région de l'APL PVs droite. LSPV: veine pulmonaire supérieure gauche. LIPV: veine pulmonaire inférieure gauche. RSPV: veine pulmonaire supérieure droite. RIPV: veine pulmonaire inférieure droite. Reproduit de la référence 11 (David Filgueiras Rama & José Jalife. Mécanismes sous-jacents de fibrillation auriculaire. En sciences de base pour électrophysiologue clinique, vol. 3 (dir. Charles Antzelevitch) 141-156 (Saunders, 2011).

Figure 4. Simultaneousphase cartes (A, B) et des cartes de fréquence dominante (C) de l'oreillette gauche postérieure (APL) et l'auricule gauche (LAA). A: clichés séquentiels de l'APL montrant un rotor et la dérive de son point de singularité. B: simultanée clichés de phase de la LAA. Les modèles de propagation des ondes d'activation montrent compatible avec la conduction fibrillation. Singularité de points sont également présents en corrélation avec wavebreaks dans la région de conduction fibrillation. (Voir aussi la vidéo 4) C: simultanée des cartes de fréquences dominantes de l'APL et l'AAL. La région est située le plus rapide à l'APL (9 Hz), ce qui est en corrélation avec la présence d'un rotor dans l'analyse des cartes de phase. La fréquence la plus élevée à la LAA est de 6 Hz, ce qui corrèle avec la conduction fibrillation. Sur le côté droit du panneau C, seule pixel activations optique à partir de PLA et AAL sont affichés.

Discussion

Les caractéristiques des aigus induits étirer AF dans le cœur de mouton isolées ressemblent certaines des propriétés des humains FA paroxystique. Une augmentation aiguë de la pression intra-auriculaire dans le cœur des moutons permet le maintien de la FA pendant de longues périodes de temps, semblable à un risque plus élevé de la FA chez les patients présentant une dilatation auriculaire. ¹ La présence de gradients de DF de gauche à droite dans la moutons oreillettes est également similaire à ceux enregistrés...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom du produit	Société	Numéro de catalogue
L'euthanasie
Héparine	Sigma	H3393
Le propofol	Abbott	5206-04-03
Pentobarbital	Lundbeck Inc	NDC 67386-501-55
Introducteur de calibre 18	Terumo	SS * FF1832
Revers tube endotrachéal (9 mm)	DRE vétérinaire	# 9440
Fibre optique Laryngoscope Case	DRE vétérinaire	# 991
Fibre Optique Lame	DRE vétérinaire	# 984
Ciseaux d'exploitation	DRE vétérinaire	# 9702 # 1944
Manche de bistouri n ° 3 Solid 4 "	Roboz Surgical Instrument Co., Inc	RS-9843
Lames de bistouri stérile	Roboz Surgical Instrument Co., Inc	RS-9801-10
Sac de ventilation	Westmed	562013
Ciseaux courbes Sims Sharp / Blunt	Roboz Surgical Instrument Co., Inc	RS-7035
Pince tissus (x 2)	DRE vétérinaire	# 1895
Pince Kantrowitz thoracique, 11 "	Biomedical Research Instruments, Inc	34-1980
Épandeur Finochietto grand coffre	Kapp Surgical Instrument Inc	KS-7301
Thoracotomie cisaille	Rostfrei Solingen
Bac en plastique	Nalgene	Fischer
Cartographie optique
Ciseaux à Bonn (x 2)	Roboz Surgical Instrument Co., Inc	RS-5840SC
De soie chirurgicale	Fischer	50-900-04214
Micro pince à disséquer	Roboz Surgical Instrument Co., Inc	RS-5130
Cathéters électrodes tétrapolaires (Torq) (x 4)	Medtronic Inc	05580SP
Capteur numérique. Biopac systèmes de transducteurs	BIOPAC Systems, Inc	RX104A
BIOPAC Systems Amplificateur	BIOPAC Systems, Inc	DA-100C
Di-4-ANEPPS	Sigma-Aldrich, Saint-	D8604-5mg
Blebbistatin	Enzo Life Sciences International, Inc	BML-E1315-0025
LittleJoe une caméra vidéo numérique (× 2)	SciMeasure Systèmes analytiques, Inc
Dual-channel endoscope rigide	Everest VIT, Inc	R10-25-0-90
Pompes pour perfusion (x 2)	Cole Parmer	GK-77920-30
La sonde de température	Cole Parmer	R-08491-02
pH-mètre	Fischer	01-913-806
Manomètre digital de la température	Cole Parmer	GK89000-10
Filtres oxygénateur	Sorin	05318
Tubes de perfusion de silicium (L / S 15)	Masterflex	96410-15
Guides de lumière laser (× 6)	Oriel Corporation	77536
Liquid guide de lumière (0,2 dans le noyau)	Newport Corporation	77556
Générateur laser (1 watt) (× 1)	Shanghai rêve Lsaer Tecchnology	SDL-532-1000T
Laser générateur (5 watts) (× 1)	Lasers Spectra Physics	MOULIN 5sJ