ストレッチ誘発性心房細動の羊のモデルで高解像度の心内膜と心外膜光学マッピング

サマリー

このレポートは、ストレッチ誘発性心房細動時のランゲンドルフ灌流羊の心臓の無傷の左心房の電気的興奮を同時に心内膜と心外膜の光学的マッピングの方法論と結果の詳細な説明を提供します。

要約

心房細動（AF）は、高い罹患率と死亡率との複雑な不整脈です^。1,2は、それが臨床の現場で見られるし、その有病率は今後数年間で増加すると予想される最も一般的な持続的な心臓のリズム障害です^。3は心房内圧を増加と拡張が長いAF、動物モデルを使用しての妥当性を強調し、AFのダイナミクスを研究するためにストレッチ^1,4につながることが認識されている。 AFのメカニズムを理解することは、高い空間分解能と時間分解能を持つ心臓の電気的な波の可視化が必要です。高時間分解能は伝統的に人間の電気生理学的研究で使用されている従来の電気マッピングすることによって達成することができますが、同時に使用することができます心房内電極の数が少ない空間分解能を制限し、不整脈の中に電波のいずれかを詳細に追跡を排除する。動物モデル^5,6のサブミリメートルの空間分解能と一緒にfibrillatory活動の90年代初頭対応広視野特性の光学的マッピングの導入と急速にfibrillatoryの源として電気波のパターン（ローター）の回転が同定された心室または心房で発生する可能性のある活動^。7-9組み合わせた時間と光学マッピングの周波数領域解析を使用すると、それは左と右心房の間の周波数勾配とともに、AF時の高周波周期的な活動の離散的な部位を実証することが可能です。 。最速ローターと地域が最も高い周波数で有効化され、全体的な不整脈を駆動する。このようなロータから発せられる^10,11波がfibrillatory伝導の現象で、その結果、彼らのパスで機能的または解剖学的のどちらかの障害物との対話¹²のマッピングの心内膜面後方左心房（PLA）は、最高回転周波数と地域のAF波ダイナミクスの追跡を可能にします。重要なのは、PLAは、腔内カテーテルベースのアブレーティブ手順は左心房の内側からAFのダイナミクスを研究の妥当性を強調患者^、13の終端AF最も成功している。領域ですここでは、人間の発作性心房細動の特性のいくつかのような急性ストレッチ誘発性心房細動、の羊のモデルを説明します。左心房での心外膜マッピングは、硬質ボアスコープは、AFのメンテナンスのために最も関連性の高い領域では活性化のパターンを視覚化する最も直接的なアプローチを表すCCDカメラにCマウントのデュアルチャネルを使用してPLAの心内膜マッピングによって補完されます。

プロトコル

1。心臓の除去とランゲンドルフ灌流

35〜40キロの重量を量る羊は4-6 mg / kgのプロポフォールとペントバルビタールナトリウムの60から100 mg / kgを使用して麻酔する。ハーツは、開胸により除去し（95％O2、5％CO2）240〜270ミリリットル/分、pHは7.4と35.5〜37.5℃の一定流量でタイロード溶液を酸素循環にランゲンドルフ灌流システムに接続されていますタイロードの組成は（mMで）です：塩化ナトリウム130、KClを4.0、MgCl2の1、塩化カルシウム1.8、NaHCO3水溶液24、リン酸二水素ナトリウム1.2、グルコース5.6、およびアルブミン0.04グラム/ L Blebbistatin 10μM（エンツォライフサイエンスインターナショナル、INC。プリマスミーティング、ペンシルバニア州、米国）は、収縮力を減少させるために使用されます。

2。ランゲンドルフ灌流羊の心臓のストレッチ誘発性心房細動

隔離された、冠動脈潅流心臓は心房の両方で等化腔内圧力を有効にするには、心房トランス中隔穿刺を受ける。と、そのオープンエンド流出のカニューレに、すべての静脈の開口部は、その後、カニューレを挿入し、デジタルセンサー（モンテシステム、（株）、ゴレタ、カリフォルニア州、米国モンテシステムトランスデューサ- TSD104A）に接続されて下大静脈、を除いて、密封されています心房からの高さは、心房内圧を制御します。圧力は、その後6センチメートルH ₂ Oの量に心房容積の相対的なの〜30％の増加につながる12センチメートルH ₂ O、に増加しています圧力は、実験全体を通して安定して維持されます。事前の静脈を密閉するtetrapolar電極カテーテルは（Torqでは、メドトロニック社/ミネアポリス/ミネソタ州/アメリカ）モンテシステムアンプを使用して、2つの遠位電極（サンプリングレート、1.0 kHzの）からバイポーラ信号を記録するために肺静脈のそれぞれに配置されます（DA100C、モンテシステム、（株）、ゴレタ、カリフォルニア州、米国）。つの追加custum製双極電極は左心耳（LAA）と右心耳の上部の屋根上に配置されています。

3。光学マッピングで設定する

1. 左心耳の心外膜マッピング。 5〜10ミリリットルジ- 4 - ANEPPS（10 mg / mLの）（Sigma - Aldrich社、セントルイス、MO、米国）と10分のローディング期間は、レーザー励起時に得られる電位感受性蛍光ために必要なのボーラス注射（532nm）を心外膜面の。放出された蛍光は、（模式図を参照して長いフィルター通過の600 nmを透過してLittleJoe CCDビデオカメラ（80 × 80ピクセルは、アナリティカルシステムズ、（株）ディケーター、ジョージア州、米国をSciMeasure）に投影し、毎秒800フレームの速度で取得され図1A上）。 5秒間のムービーは、AF中に2分間隔で取得されます。マップされた心外膜面の面積は〜14 cm ²である。
2. そのまま心のPLAの心内膜光学マッピング。第二LittleJoe CCDカメラ（80 × 80ピクセル）心外膜カメラと同期しています。ビューの90度のフィールドを持つ直径10mmのデュアルチャネルリジッドボアスコープ（エベレストVIT（株）フランドル、NJ、米国）は、僧帽弁を越え、左心室の前壁を介して導入し、心内膜表面に焦点を当てているPLAの。 PLAで光学的にマップされた領域は、4つの肺静脈と心房septo -肺バンドルを可視化することができます（図1A、B）〜4 cm ^2と 、なります。ボアスコープは、カスタムメイドの接眼アダプタを介してCCDカメラにC -マウントされています。レーザー波長532 nmの光は、液体、光ガイド（コアでは0.2）を介してボアスコープの励起チャネルに配信されます。

4。心房細動のプロトコル

連続的な心房の伸展下でAFがLAAの上部に位置するペーシング電極によってバーストペーシング（12 Hzの、5ミリ秒のパルスを、2倍の拡張しきい値）を介して誘導される。 AFは、光学ムービーが2つ分の間隔で取得された50分、5秒のために継続して許可されます。バイポーラ記録は継続的に収集されます。光学映画の買収は、バイポーラの録音の5秒間のセグメントの同時取得をトリガします。

5。周波数分析

周波数解析には、左と右心房の間の周波数勾配とともに、AF時の高い活性化率を持つ領域の同定を可能にします。支配的な周波数（DF）のマップは、各ピクセルで記録された時系列の蛍光信号に高速フーリエ変換アルゴリズム（FFT）を適用した後、各光学ムービーから得られる⁷ FFTはまた5秒間のバイポーラ信号（ハイパスフィルタ処理に適用される3 Hzと低域の光ムービーと同期）は、35 Hzでフィルタリング。における

6。心房細動のダイナミクス

1. 相マップの生成。 AFダイナミクスの解析は、ヒルベルト変換によって生成された位相のムービーを利用しています^。14簡単に言うと、各ピクセルで記録された活動電位の瞬時位相毎のスペクトル成分を、対応する四半期サイクルでシフトされるように、元の時系列信号を変換することによって決定される戦後の¹⁵DS、信号の瞬時位相は元の信号に変換された信号の比の逆正接から取得されます。とπラジアン-πの間の値で位相角は、連続的な空間的な相変化が励起、再分極と回復のプロセスを反映した位相マップを、構築するために連続的なカラースキームとして表されます^。14
2. 活性化パターンのキャラクタリゼーション。活性化パターンの様々なクラスは次のような位相の映画を（図2）、使用して識別することができます。
   • ローターが1回転を超える（図2A）を持続する特異点に収束するすべての相の存在によって識別されます。
   • 画期的な、パターンのようなターゲットにビューのフィールドに表示されていると（図2B）外側に伝播する波面として定義されています。
   • 時空間に組織化周期的な波は、同様の方向と間波の間隔（図2C）と、視野の同じ場所から出てきた4つの連続周期的な波の最小値として定義されています。

さらに、定量化は、その特定の地域から得られた活性化の最も一般的なパターンで最も高い周波数領域の空間相関することができます。それは一般的に最も高い周波数ドメインは急性AF中に配置されている領域を表すので、後者は、PLAの心内膜表面をマッピングするのに重要な役割を強調。

7。代表的な結果：

PLAからLAAとRAAへの支配的な周波数（DF）勾配は、急性ストレッチ誘発性心房細動中に存在している。最高のDFの領域は肺静脈またはどこかPLAでの一つで、または近辺にローカライズされている^。11が代表的なAFのエピソードは、最高のDFは、PLA（右下肺静脈）に局在している、図3に示されています。結果は、左と発作性のヒト心房細動のアブレーション手順中に観察された右DFの勾配への一貫したPLA運転AFにおける高周波源の存在をサポートしています^。16

位相マップのムービーを使用してアクティベーションのパターンの定量化は、ローターの最高数はPLAとPLAとLAAの間の接合部で発見されることを示しています^。8は時折その回転の中心（特異点）長期的なローターを識別することが可能です。最高周波数領域で局在する^。10は心房組織は、三次元構造を表しているため、PLAのマップされた心内膜表面にローターを識別すると、それらのローターの回転の中心（フィラメント）が最終的に垂直マッピング領域の表面にあることを示唆している。図4はまた、PLAとLAA（それぞれ9および6.4 Hz）の間の周波数の勾配と相関LAA、に向かって同時fibrillatory伝導によるPLAの心内膜から記録されたそのようなローターを示しています。ローターの数は、このモデルでは不整脈を維持するためにPLAで再入国の重要な役割を示唆するLAA、よりPLAで一貫して高くなっています。

全体的に、結果は左心房の安定と高速ローターが急性ストレッチ誘発性心房細動と発せられる波がfib​​rillatory伝導として発現すると徐々に支配的な減少、右心房に向かって、彼らの頭のような複雑な、空間的に分散伝導ブロックのパターンを受ける駆動可能という理論を支持周波数。

図1実験の模式図は、設定する。 ：硬質ボアスコープは、左心室の前壁および僧帽弁口を介して導入し、後部左心房（PLA）の心内膜表面に焦点を当てています。 CCDカメラは、ボアスコープに結合され、レーザー照射は、ボアスコープの下部に接続されているレーザーの液体のガイドを介して提供されます。心外膜マッピングはLAAに実行されます。バイポーラ電極を右心房と左心房の屋根の上に配置されます。追加のバイポーラ信号は肺静脈から取得されます。 B：説明のために横方向の壁を開いて左心房の以下の側面図。ボアスコープの先端には、PLAの心内膜表面を照らします。バイポーラ電極を左心房の屋根の上に位置しています。 LAA：左心耳。 LV：左心室。 RA：右心房。 RV：右心室。

図2相のムービーの生成後に特定されたアクティベーションのさまざまなパターン。 ：左心耳（LAA）のシーケンシャルスナップショットは、回転の中心（特異点）の周りローターの旋回を示す。左から右へ、一周は完了です。 B：LAA上のサンプルの画期的な活性化パターン。波は最大に表示されますビューと外側に伝播するの欄の右上隅あたり。 C：LAAに向かってPLAの地域から来る四時空主催定期的な波（それぞれ0、182、352、512ミリ秒、で）。等時は10ミリ秒の間隔でプロットされます。底、活動電位のさまざまなフェーズのためのキーは色分けされています。

図3。ランゲンドルフ灌流絶縁羊の心臓の急性ストレッチ誘発性心房細動時の最高周波数の活性を持つ領域の同定。 ：左心耳（LAA）、右心耳（RAA）と後部左心房（PLA）の解剖学的ビュー。 PLA画像は、4つの肺静脈（PV）とでマップされた領域の内視鏡ビューです。 B：LAAとPLAの光学マッピングによって得られたDFマップ。 RAAの周波数の値は、バイポーラelectrogramsから入手した。最高の周波数領域はPLAに位置しています。 C：最大のDFは右のPVのPLAの地域は12.4 Hzに対応している代表的なパワースペクトル、。 LSPV：左上肺静脈。 LIPV：左下肺静脈。 RSPV：右上肺静脈。 RIPV：右下肺静脈。再現リファレンス11（デイヴィッドFilgueirasラマ＆ホセJalife。心房細動のメカニズム。 基礎科学における臨床Electrophysiologistために 、第3巻（編チャールズAntzelevitchは）141から156（サンダース、2011）から。

図4。Simultaneousphaseマップ（A、B）と後部左心房（PLA）と左心耳（LAA）から支配的な周波数マップ（C）。 ：ローターとその特異点のドリフトを示すPLAからのシーケンシャルスナップショット。 B：LAAから同時相のスナップショット。活性化のパターンがfibrillatory伝導と互換性の伝播波を示しています。特異点でもfibrillatory伝導地域のwavebreaksと相関関係に存在する。 PLAとLAAの同時支配的な周波数のマップ：C（ビデオ4を参照してください）​​。最速領域は、位相マップの分析でローターの存在と相関するPLA（9 Hz）を、に位置しています。 LAAでの最高周波数はfibrillatory伝導と相関6 Hzの、です。パネルCの右側に、PLAとLAAから単一ピクセルの光アクティベーションが表示されます。

ディスカッション

孤立した羊の心臓の急性ストレッチ誘発性心房細動の特徴は、人間の発作性心房細動のプロパティの一部に似ています。羊の心臓の心房内圧の急性増加は、心房細動のリスクが高い心房拡張症患者で観察と同様の長時間、のためのAFのメンテナンスを行うことができます^。1の左から右DFの勾配の存在羊心房にも人間の電気生理学的研究に登録されているものと似ています。従って^16、この急性モデルでAFを維持するメカニズムは現在、人間の発作性心房細動に使用される治療戦略を向上させることが理解する。現在のアプローチのいくつかの制限があります：まず、in vivoの状況での結果の外挿を排除する孤立した心臓の細動、上自律神経系の効果を再現することの難しさ。そして第二に、モデルは急性ストレッチ誘発性心房細動に焦点を当て、そのための結論は、線維化と電気特性の変化は、PLAとLAAの活性化のパターンに影響を及ぼすおそれのある構造的に改造心、に延長すべきではない。最後に、それは光学的制約だけでなく、電位感受性色素と運動 - 脱共役化合物、光学的マッピング技術の毒性のために生きている被験者では現在不可能であ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
材料名	会社	カタログ番号
安楽死
ヘパリン	シグマ	H3393
プロポフォール	アボット	5206-04-03
ペントバルビタール	ルンドベック社	NDC 67386-501-55
イントロデューサ18ゲージ	テルモ	SS * FF1832
カフ付き気管内チューブ（9ミリメートル）	DRE獣医	＃9440
光ファイバー喉頭鏡のケース	DRE獣医	＃991
光ファイバーブレード	DRE獣医	第984位
営業はさみ	DRE獣医	＃9702＃1944
スカルペルハンドル＃3ソリッド4"	Roboz手術器械株式会社	RS - 9843
滅菌メスブレード	Roboz手術器械株式会社	RS - 9801〜10
換気のバッグ	Westmed	562013
ブラント/シャープカーブシムズはさみ	Roboz手術器械株式会社	RS - 7035
組織鉗子（× 2）	DRE獣医	＃1895
カントロウィッツ胸部鉗子、11"	生物医学研究インスツルメンツ株式会社	34から1980
Finochietto大型チェストスプレッダー	カップ手術器具（株）	KS - 7301
開胸さみ	Rostfreiゾーリンゲン
プラスチックトレイ	Nalgene	フィッシャー
光学マッピング
ボンハサミ（× 2）	Roboz手術器械（株）、株式会社	RS - 5840SC
外科絹	フィッシャー	50-900-04214
ミクロ解剖鉗子	Roboz手術器械（株）、株式会社	RS - 5130
Tetrapolar電極カテーテル（Torqを）（× 4）	メドトロニック株式会社	05580SP
デジタルセンサー。モンテシステムトランスデューサ	モンテシステム、（株）	RX104A
モンテシステムアンプ	モンテシステム、（株）	DA - 100C
ジ-4 ANEPPS	シグマアルドリッチ、セントルイス	D8604 - 5mgの
Blebbistatin	エンツォ生命科学インターナショナル、INC。	BML - E1315 - 0025
LittleJoe CCDビデオカメラ（× 2）	アナリティカルシステムズ、（株）をSciMeasure
デュアルチャネルリジッドボアスコープ	エベレストVIT（株）	R10 - 25 - 0から90まで
血流ポンプ（× 2）	コー​​ルパーマー	GK - 77920〜30
温度プローブ	コー​​ルパーマー	R - 08491〜02
pHメータ	フィッシャー	01-913-806
デジタル温度計	コー​​ルパーマー	GK89000 - 10
人工肺のフィルター	ソリン	05318
シリコン灌流チューブ（L / S 15）	MasterFlex	96410〜15
レーザー光ガイド（× 6）	オリエ株式会社	77536
液体ライトガイド（コアでは0.2）	ニューポートコーポレーション	77556
レーザー発生器（1ワット）（× 1）	上海ドリームLsaer Tecchnology	SDL - 532 - 1000T
レーザー発生器（5ワット）（× 1）	スペクトラフィジックスレーザー	MILL 5​​sJ