Ce protocole décrit une méthode de mesure de la pression et du volume ventriculaires gauches à l’aide de la technique de conductance pression-volume. Cette méthode permet une surveillance continue et en temps réel des effets des médicaments sur le cœur.
Article de méthode
Détection en temps réel des effets de l’acide férulique sur le ventricule gauche du rat à l’aide d’un cathéter de conductivité pression-volume
Dans cet article
Résumé
Résumé
Une diminution de la fonction cardiaque peut avoir un impact négatif sur d’autres organes. La relation pression-volume ventriculaire gauche est considérée comme une méthode valide pour évaluer la fonction cardiaque. La surveillance en temps réel de la fonction cardiaque est importante pour l’évaluation des médicaments. Dans des conditions thoraciques fermées, le transducteur miniature, qui est un composant important du cathéter pression-volume, pénètre dans le ventricule gauche du rat par l’artère carotide droite. L’appareil visualise les changements de la fonction cardiaque pendant l’expérience sous la forme d’une boucle pression-volume. Le volume réel du ventricule est calculé en modifiant la conductivité du sang en injectant 50 μL d’une solution de chlorure de sodium à 20 % dans la veine jugulaire gauche du rat. Le volume réel de la cavité ventriculaire du rat est calculé en mesurant la conductivité du sang dans un volume connu à l’aide d’un cathéter à conductance pression-volume. Ce protocole permet une observation continue des effets des médicaments sur le cœur et favorisera la justification de l’utilisation de médicaments ethniques spécialisés dans les maladies cardiovasculaires.
Introduction
Les maladies cardiovasculaires ont le taux de mortalité le plus élevé au monde1. Ses causes comprennent la sténose de l’artère coronaire (ischémie myocardique), le blocage de l’artère coronaire (infarctus du myocarde) et la lésion d’ischémie-reperfusion2. Comme le cœur est dans un cycle systolique et diastolique constant, c’est l’une des parties du corps les plus exigeantes en énergie. Par conséquent, lorsque les artères coronaires ont du mal à maintenir suffisamment d’énergie et d’oxygène, la fonction cardiaque diminue inévitablement, ce qui a un impact négatif sur les autres organes 3,4. Le cœur est une centrale électrique du système circulatoire et la fonction cardiaque doit être évaluée rationnellement.
L’évaluation de la fonction cardiaque par les relations entre la pression ventriculaire et le volume est considérée comme une méthode complète5. Les changements en temps réel de la pression et du volume ventriculaires au cours du cycle cardiaque complet constituent la boucle pression-volume. La boucle pression-volume ventriculaire permet une analyse quantitative de la fonction cardiaque et de la capacité de réserve en termes de différentes phases et énergies du ventricule. Le ventricule normal a un petit volume systolique final avec un bon travail de battement et une bonne efficacité 5,6,7.
La technique du cathéter à conduction pression-volume est une méthode invasive pour détecter l’état du ventricule gauche. Il peut être utilisé pour obtenir une boucle pression-volume continue en temps réel8. Les cathéters de conductivité volumétrique à pression sont des outils puissants, et des procédures de manipulation judicieuses sont essentielles pour obtenir des résultats reproductibles et fiables, y compris l’analyse in vivo de la conductivité myocardique parallèle pendant l’étalonnage d’une solution saline et la mesure in vitro de la conductivité sanguine dans l’étalonnage de cuvette3.
L’acide férulique (FA), un acide phénolique, est largement répandu dans les règnes végétaux tels que Avena sativa et Ligusticum chuanxiong hort 9,10. L’acide férulique a des effets pharmacologiques d’abaissement de la pression artérielle et d’arythmie. L’AF est un produit naturel bioactif aux multiples fonctions. L’AF peut résister aux dommages oxydatifs, réduire les réponses inflammatoires, inhiber l’agrégation plaquettaire et prévenir les maladies coronariennes et l’athérosclérose11. Cependant, la plupart des études sur l’acide férulique se sont concentrées sur un aspect du cœur et les effets de l’acide férulique ont rarement été évalués dans le système circulatoire 12,13,14,15. Nous décrivons ici une approche thoracique fermée de l’anesthésie à l’isoflurane combinée à de la kétamine (50 mg/kg) en mettant l’accent sur la réponse cardiaque à une solution d’acide férulique pendant l’injection de la veine jugulaire.
Nous décrirons la procédure complète d’utilisation de l’outil dans des conditions thoraciques fermées, y compris la préparation de la solution, la préparation du transducteur, la préparation pré-expérimentale du rat, l’insertion du cathéter dans l’artère carotide droite et l’analyse des données. La durée de l’expérience est généralement inférieure à 4 h et elle est déterminée par les différents protocoles expérimentaux. En une seule expérience, nous pouvons obtenir des informations cardiaques détaillées telles que la pression ventriculaire gauche, le volume et la fréquence cardiaque.
Protocole
Le protocole animal a été examiné et approuvé par le comité d’éthique du bien-être des animaux expérimentaux de l’Université de médecine traditionnelle chinoise de Chengdu (enregistrement n° 2023-04). Des rats Sprague Dawley (SD) mâles (280 ± 20 g, âgés de 8 à 10 semaines) ont été utilisés pour la présente étude. Les rats étaient gardés dans une chambre pour animaux et étaient libres de boire et de manger.
1. Préparation de la solution
- Préparez une solution de NaCl à 0,9 % à utiliser pour maintenir la zone de travail suffisamment humide.
- Pour préparer une solution de NaCl hypertonique à 20 %, dissoudre 2 g de NaCl dans 10 mL d’eau doublement distillée (jjH2O). Afin de déterminer la conductivité parallèle du myocarde, il est nécessaire de modifier la conductivité du liquide intraventriculaire.
- Préparez une solution détergente en poudre à 1 % d’enzymes. Utilisez-le à la fin de l’expérience, pour immerger le cathéter électrique pression-volume dans la solution pendant 1 à 2 h.
- Préparer la solution d’acide folique en dissolvant 10 mg d’acide férulique dans 20 mL de ddH2O. Filtrer la solution à travers une membrane de 0,22 μm. Injecter au rat une solution d’acide férulique de 1 mL/kg.
2. Préparation du capteur
- Immerger le capteur pression-volume dans une solution de NaCl à 0,9 % à 37 °C pendant environ 30 à 60 minutes avant le début de l’expérience, ce qui facilite la stabilité des données expérimentales.
- Connectez l’appareil expérimental. Le système de mesure des boucles pression-volume se compose d’un cathéter pression-volume, de deux unités de commande, d’une unité d’enregistrement et d’un logiciel fonctionnant sur ordinateur. Le module de boucle pression-volume du logiciel fournira une procédure expérimentale de référence.
- Appuyez sur le bouton Start et le logiciel enregistrera automatiquement les données de surveillance du capteur de pression-volume.
- Utilisez le logiciel Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) pour calibrer la pression et la conductivité.
3. Préparation pré-expérimentale du rat
- Administrer de la kétamine (50 mg/kg) et du fentanyl (0,25 mg/kg) aux rats par injection intramusculaire5.
- Pincez les orteils des rats pour vérifier la profondeur de l’anesthésie par l’absence de réflexes. L’émotion affecte l’état physiologique des rats et la douleur provoque des altérations de la fonction cardiaque16. Utilisez des rasoirs pour petits animaux et des crèmes dépilatoires pour éliminer les poils sur les sites chirurgicaux. Utilisez de l’iodophore et de l’alcool à 75 % pour essuyer la peau afin de maintenir la stérilité.
- Immobiliser des rats complètement anesthésiés sur une plaque chauffante isotherme avec le dos en contact avec la plaque chauffante.
- Insérez une sonde de température recouverte de vaseline dans le rectum du rat. Maintenez la température corporelle du rat à 37 °C ± 0,5 en ajustant la plaque chauffante.
REMARQUE : Il est nécessaire de garder les voies respiratoires dégagées pendant l’expérience.
4. Insertion du cathéter dans l’artère carotide droite
- Incisez la peau du côté droit de la ligne médiane du cou des rats, longitudinalement. Faites une incision de 4 cm et séparez le muscle et le tissu conjonctif à l’aide d’une pince. L’artère carotide située sur le côté droit de la trachée est visible. L’artère carotide droite du rat est rouge foncé, fortement pulsée et a un nerf vague blanc parallèle.
- Séparez l’artère carotide des autres tissus et nerfs à l’aide d’une pince. Placez trois lignes chirurgicales 5-0 sous l’artère carotide propre. Verser une solution stérile de chlorure de sodium à 0,9 % sur la zone chirurgicale pour maintenir l’humidification de l’artère carotide.
- Coupez la peau au-dessus de la clavicule gauche et retirez le tissu autour de la veine jugulaire. Ensuite, placez un fil chirurgical 5-0 sous la veine jugulaire gauche.
- Utilisez des clips artériels pour suspendre le flux sanguin à proximité, en utilisant des micro-ciseaux pour couper une section du vaisseau où le flux sanguin s’est arrêté. Il est normal qu’une petite quantité de sang apparaisse dans la coupe transversale de la plaie. Si le sang sort du vaisseau rapidement et par intermittence, soulevez la ligne chirurgicale proximale et appliquez à nouveau la pince artérielle.
- Insérez le cathéter de la section transversale le long de l’artère carotide profondément dans le ventricule gauche. Assurez-vous que la valeur de pression systolique la plus basse après avoir pénétré dans le ventricule gauche est proche de 0 mmHg.
- Pour obtenir une relation pression-volume raisonnable, ajustez légèrement le cathéter pression-volume dans la chambre ventriculaire. Pour éviter une perte de sang massive et le changement de position du cathéter en raison des battements cardiaques, ligaturez l’extrémité proximale de la ligne chirurgicale.
REMARQUE : La température corporelle, le niveau d’anesthésie, le signal de pression et le signal de conductance du rat doivent rester stables pendant ce processus. Les voies respiratoires du rat doivent être maintenues ouvertes.
5. Injection de médicaments et étalonnage de la conductivité
- Maintenir la position du cathéter de volume de pression dans la chambre ventriculaire, une fois les données stabilisées, ligaturer la ligne chirurgicale distale à la veine jugulaire ligaturée et injecter lentement jusqu’à 1 mL/kg de solution d’acide férulique. Observer pendant 5 à 10 min.
- Injecter 50 μL de solution de NaCl à 20 % de la veine jugulaire gauche pour éliminer la conductance parallèle générée par le myocarde. La plage de volume de la conductance parallèle était d’environ 130-280 μL5. Répétez cette opération 3 fois à 2 minutes d’intervalle.
- Après un test de pression ventriculaire et de volume chez le rat, prélevez du sang de l’aorte abdominale du rat à l’aide d’une aiguille de prélèvement sanguin. Placez le sang prélevé dans un tube de prélèvement d’héparine de sodium et retournez de haut en bas 2 fois pour éviter la coagulation du sang. Euthanasier les rats expérimentaux en injectant 120 mg/kg de pentobarbital sodique par la veine jugulaire gauche.
- Effectuez la conversion de la conductance mesurée en volume sanguin réel à l’aide de tubes d’étalonnage du volume de rat. Placez le sang mélangé à l’héparine de sodium, séquentiellement, dans les orifices du tube d’étalonnage, et le cathéter détecte les valeurs de conductance du sang dans les différents orifices et les enregistre dans le module de surveillance pression-volume.
6. Analyse des données
- En ajoutant la valeur de conductivité mesurée d’un volume de sang connu à l’emplacement spécifié, le logiciel trace automatiquement la courbe et extrapole la conductivité du sang. Utilisez au moins trois ensembles de valeurs de conductivité sanguine pour déduire la conductivité sanguine du rat testé. La conductivité sanguine est individualisée. Pour chaque rat testé, effectuez cette procédure individuellement.
- Étalonnage hypertonique : En ajoutant les données obtenues à partir de trois injections de solution saline hypertonique à un endroit spécifié, le logiciel calcule les moyennes de conductance parallèles et étalonne automatiquement les données expérimentales.
- Utilisez des régions où la pression artérielle et les valeurs de conductance sont stables pour analyser la fonction ventriculaire gauche des rats.
- Cliquez sur Analyser et le logiciel calculera automatiquement une variété de paramètres en fonction de la zone sélectionnée, y compris EF (fractions d’éjection ventriculaire gauche), SW (travail sur les accidents vasculaires cérébraux) et CO (débit cardiaque), etc.
Résultats
Chaque test (n = 3) reposait sur l’entrée d’un cathéter de conductivité pression-volume dans le ventricule gauche. Il y a des changements significatifs du signal, comme une augmentation marquée de la plage de pression, lorsque le cathéter pénètre dans le ventricule gauche à partir de l’artère carotide (Figure 1). L’analyse graphique de la relation pression-volume est complétée par le tracé du volume (μL) sur l’axe des Y et de la pression (mmHg) sur l’axe des X. La pression ventriculaire gauche chez le rat était comprise entre 10 et 105 mmHg, et les valeurs de conductance du volume entre 65 et 115 μL.
Le cycle cardiaque complet est formé par la boucle pression-volume dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (Figure 2). Des changements significatifs de la fonction cardiaque ont été observés chez les rats après l’administration d’acide férulique (figure 3). La pression ventriculaire gauche chez le rat était comprise entre 0 et 85 mmHg et les valeurs de conductance du volume entre 30 et 100 μL.
Comme le montre la figure 4, des changements se produisent dans l’anse pression-volume ventriculaire gauche lorsque la solution saline hypertonique a été injectée dans la veine jugulaire de rats. En raison de la mesure directe des signaux de pression et de conductivité dans la cavité ventriculaire, l’injection d’une solution saline hypertonique par la veine jugulaire gauche peut entraîner une augmentation des valeurs de conductivité. Les interférences du myocarde peuvent être éliminées en prenant plusieurs mesures des changements de valeurs de conductivité.
La conductance volumétrique de la pression a été utilisée pour l’étalonnage de la cuvette (figure 5). Il s’agit de convertir les valeurs de conductance mesurées en volumétrique.
Figure 1 : Différentes boucles pression-volume dans l’artère carotide et le ventricule créées par des cathéters de conductivité pression-volume. (A) Il existe des différences significatives de pression et de conductivité entre les artères et les ventricules. (B) L’insertion d’un capteur miniature dans le ventricule peut former une boucle pression-volume. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Boucle pression-volume. La boucle pression-volume comprend quatre phases : diastole, contraction isovolumétrique, systole et relaxation isovolumétrique. L’aire de la boucle pression-volume représente le travail généré par une contraction cardiaque. En soustrayant le volume systolique final (ESV) du volume diastolique final (EDV), on obtient le débit ventriculaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : La fonction ventriculaire gauche est affectée chez le rat après l’injection d’une solution d’acide férulique. (A) Boucle pression-volume ventriculaire gauche affectée. (B) La fraction d’éjection (FE) représente le pourcentage du volume systolique par rapport au volume diastolique final du ventricule : variation de la fraction d’éjection ventriculaire gauche avec le nombre de battements cardiaques. (C) Le volume ventriculaire gauche en fin de systolique varie avec l’augmentation du nombre de battements cardiaques. (D) Relation pression-volume du ventricule gauche en fin de diastolique changements constants avec une augmentation de la fréquence cardiaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Changements de pression et de conductance dans le ventricule gauche de rats après l’injection d’une solution de NaCl à 20 % dans la veine. (A) Données analysées où la conductivité a été altérée. (B) L’anneau de volume de pression se déplace vers la droite en raison de l’augmentation de la conductivité. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Les cathéters de conductance pression-volume sont utilisés pour mesurer la conductance d’un volume connu de cuvette remplie de sang de rat. (A) Conductivité de différents volumes. (B) Bonne corrélation de la conductivité mesurée par les cathéters de conductivité pression-volume. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Discussion
Il est essentiel d’adopter une stratégie de dosage rationnelle pour les différents états de la fonction cardiaque. La technique du cathéter de conductance pression-volume est le moyen le plus intuitif d’étudier la fonction ventriculaire gauche5. Cette méthode permet d’étudier les effets des médicaments sur la fonction cardiaque dans une perspective globale. Nous décrivons en détail les différentes étapes de l’expérience. Cela permettra d’étudier la fonction cardiaque.
La technique du cathéter à conductivité pression-volume est la méthode la plus complète et la plus rigoureuse. Des informations peuvent être obtenues sur jusqu’à 30 indicateurs en une seule expérience, y compris des valeurs absolues (pression et volume) et des valeurs relatives (FE), et même des informations sur le métabolisme des médicaments.
La température corporelle des rats a été maintenue à 37 °C ± 0,5 pendant toute la procédure expérimentale5. La perte de sang des rats doit être minimisée pendant l’expérience5. Le volume sanguin du rat doit être noté pendant l’expérience17.
La technologie de cathéter à conduction pression-volume permet de détecter en temps réel l’état des ventricules18. Cette technologie peut être très utile pour étudier l’effet d’un seul médicament ou d’une combinaison de médicaments sur le cœur. Le cathéter de conductance mesurera directement la pression et la conductance du ventricule gauche. Ceci est étroitement lié à la température corporelle et au degré d’anesthésie du rat testé. Dans cette expérience, après injection de la solution d’acide férulique, les changements de la fonction ventriculaire gauche ont été clairement démontrés par la boucle pression-volume, y compris une diminution de la pression systolique finale et du volume systolique final (Figure 2A). La fraction d’éjection ventriculaire gauche des rats a été significativement augmentée, avec une valeur maximale de 89,87 % (Figure 2B). La pression systolique terminale du ventricule gauche chez le rat a été considérablement réduite, avec une valeur minimale de 55,44 μL. Cela correspond à l’effet pharmacologique de l’acide férulique sur la réduction de la pression artérielle, comme indiqué précédemment11.
Certains composés naturels présents dans les aliments et les plantes médicinales peuvent contribuer au maintien de la santé. L’acide férulique est un composé phénolique largement présent dans les plantes, notamment Ligusticum chuanxiong et Angelica sinensis19, qui sont des ingrédients actifs importants dans diverses médecines traditionnelles chinoises. Les recherches actuelles ont rapporté que l’acide férulique possède de multiples activités biologiques, notamment des effets anti-inflammatoires, anti-fibrotiques et anti-apoptotiques11. Il est nécessaire d’étudier l’impact de ce produit naturel facilement disponible à partir de l’alimentation sur la fonction cardiaque dans le système circulatoire, bien que la recherche ait indiqué ses effets positifs sur la structure morphologique cardiaque12,20.
Le cathéter pression-volume peut être placé dans la chambre ventriculaire de l’animal de laboratoire pour obtenir directement la pression ventriculaire et la conductance. L’étalonnage salin et l’étalonnage en cuvette sont utilisés pour obtenir de vrais volumes ventriculaires. Cette expérience permet d’obtenir une boucle pression-volume continue, qui reflétera visuellement les changements de la fonction ventriculaire. Il existe deux méthodes d’accès à la chambre ventriculaire avec le cathéter de volume de pression, y compris la condition thoracique ouverte et la condition thoracique fermée. Dans la condition thoracique ouverte, il est plus facile de contrôler la position du cathéter de volume de pression dans la cavité ventriculaire. La mesure de la fonction ventriculaire dans des conditions de poitrine fermée ne nécessite pas de respiration assistée de l’animal, est moins dommageable pour l’animal et a un taux de réussite plus élevé. De plus, la boucle volumique de pression est observée dans des conditions thoraciques fermées pour déterminer si le cathéter volumique de pression se trouve dans la cavité ventriculaire. Si ce cathéter est comprimé par le myocarde, la boucle volumique de pression montrera un pic anormal.
Le cœur est un organe vital qui pompe le sang dans tout le corps. Une approche plus rationnelle de l’évaluation de la fonction cardiaque est nécessaire, y compris avant et après les charges ainsi que l’état du cœur lui-même21. Les boucles pression-volume sont utilisées pour décrire en temps réel les changements de pression et de volume de la chambre ventriculaire centrale sur l’ensemble du cycle cardiaque. Ce protocole décrit une méthode complète de mesure de la fonction ventriculaire gauche à l’aide de capteurs miniatures. La modification du modèle de microcapteur dans le protocole expérimental permet de mesurer la fonction cardiaque chez différents animaux, tels que les porcs, les souris, etc. 4,8,22. L’utilisation de cathéters à conductance pression-volume permet d’observer en temps réel les effets des médicaments sur la pression et le volume ventriculaires gauches, ainsi que l’impact global sur le système circulatoire du sujet expérimental. Cette technique aide à minimiser les effets négatifs potentiels des médicaments sur le cœur.
Déclarations de divulgation
Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.
Remerciements
Ce travail a été soutenu par le projet majeur de R&D de la province du Sichuan (2022YFS043) et le projet spécial de promotion des talents de la Fondation de la jeunesse de l’Université de médecine traditionnelle chinoise de Chengdu (QJJJ2022029).
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Seringue de 1 mL | Sartorius AG, | Allemagne-Mainteneur | |
| de la température animale | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Dual Bio Amp Millar | , Inc., États-Unis | DA-100 | |
| Détergent en poudre enzymatique | Alconox Inc., États-Unis | 1104 | |
| Acide férulique | ; Macklin Biochemical Co., Ltd, Shanghai, Chine | F900027 | |
| Sondes de cathéter Mikro-Tip, SPR-838NR | Millar, Inc., | États-Unis SPR-838NR | |
| Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra | Millar, Inc., États-Unis | SPR-869 | |
| Tondeuses électriques pour animaux de compagnie | Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd. | ;- | |
| Power Lab 8 / 35 | Millar, Inc., États-Unis | PL3508 | |
| Chlorure de sodium, NaCl | ; Kelong Chemical Reagent, Chengdu, Chine | KX829463 | |
| Veet crème dépilatoire | Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. |
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Réimpressions et autorisations
