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방법 논문

마우스에서 컨덕턴스 카테터를 사용하여 심장 압력 볼륨 루프 분석

19.2K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/52942

⸱

2015년 9월 17일

 , 
1Department of Medicine, Duke University Medical Center

이 논문에서

요약

심장 압력-부피 루프 분석은 온전한 심장의 심장 기능을 측정하는 가장 포괄적인 방법입니다. 컨덕턴스 카테터를 사용하여 심압 볼륨 루프를 수행하고 분석하는 기술을 설명합니다.

초록

심장 압력-부피 루프 분석은 심실 수축기 및 이완기 기능에 대한 부하 의존 및 부하 독립적 측정 평가에서 "황금 표준"입니다. 심실 수축성 및 순응도의 측정은 후부하 및 예압의 변화에 대한 심장 반응 검사를 통해 얻습니다. 이 기술은 원래 대형 포유류와 인간의 심장 기능을 측정하기 위해 거의 30년 전에 개발되었습니다. 이러한 분석을 마우스와 같은 작은 포유류에 적용하는 것은 미세 수술 기술의 최적화와 전도 카테터의 생성을 통해 이루어졌습니다. 전도 카테터는 전기 전도도와 부피 사이의 관계를 활용하여 혈액 풀을 추정할 수 있습니다. 이러한 기술을 적절하게 수행하면 유전자 돌연변이 마우스 모델 또는 약물 치료 연구에서 심장 기능을 테스트할 수 있습니다. 이러한 연구의 정확성과 정밀도는 기기 교정, 혈류역학적 측정의 체계적인 수행 및 데이터 분석에 대한 세심한 주의에 달려 있습니다. 마우스에서 전도성 카테터를 사용하여 압력-부피 루프 실험을 수행하는 방법을 검토할 것입니다.

서론

심장 압력 볼륨 루프 분석은 심장 기능의 상세한 정보를 제공하고 기능 평가 1 금 표준이다. 이러한 심 초음파 또는 심장 MRI 등의 영상 기술이 작동하는 수단을 제공하지만, 이러한 조치는 하중 조건에 크게 의존한다. 심장의 수축력과 이완의 부하에 관계없이 조치 프리로드와 후 부하의 범위에서 심실의 압력과 부피의 관계의 동적 측정을 필요로한다. 압력 볼륨 관계의이 이해는 사가와 익스프레스와 동료 2,3의 혁신적인 작업에서 발생한다. 그들은 압력 볼륨 루프 유도 수축 대책 하중 조건 (4) 독립적이라고 생체 관류 개 마음에 보여 주었다.

이러한 분석의 생체 내 응용 프로그램에서 1980 년대에 전도 카테터의 개발을 가능하게되었다. 카 허용이 기술 사전SS와 동료들은 인간 5,6 압력 볼륨 루프 분석을 수행 할 수 있습니다. 1990 년대 후반의 7 전도성 카테터 및 수술 기법의 향상의 소형화 수행 할 유전 적, 약리학 적 연구를 허용, 설치류 심장 기능의 분석이 가능했다. 이 사전은 압력 볼륨 루프 분석의 광범위한 사용으로 이어질 때문에 가지고 있으며, 포유류의 심장 생리학에 대한 통찰력의 큰 거래를 생성했습니다.

컨덕턴스 카테터의 사용과 이로부터 획득 된 데이터의 해석에 중요한 개념은 볼륨 및 컨덕턴스의 관계이다. 컨덕턴스 반비례 근위 전극 배치, 보통 LV 에이펙스 8에서, 대동맥판 아래에 배치하고, 원심으로 카테터를 사용하여 측정되는 전압과 관련되어있다. 전압 또는 전도도의 변화는 근위부에서 원위부 전극에 흐르는 전류의 변화에​​ 의해 측정된다. 혈액 풀 기여하지만크게 전도에이야, 심실 벽의 기여, 병렬 전도도 (V P는)라고, 측정 전도도가 절대 LV 볼륨 측정을 얻기 위해 감산해야합니다.

이 보정 방법을 수행하기 위해, 아래에서 설명하는 프로토콜, 식염수 보정을했다. 반 및 동료에 의해 기술 전도도 및 볼륨 사이의 수학적 관계는 해당 볼륨 = 1 / α이다 (ρ의 L 2) (피 GG), 여기서 α = 균일 필드 보정 계수, ρ = 혈액 저항률, L = 전극 간 거리 G = 컨덕턴스 G의 p = 비 혈액 컨덕턴스 9. 참고로, 마우스에서 균일 필드 보정 계수 인해 스몰 챔버 볼륨 (10)에 접근 1.0. 압력 트랜스 듀서와 결합 컨덕턴스 카테터 실시간 동시 압력 볼륨 데이터를 제공한다.

심장 pressu그들은 하중 조건과 심장 박동의 독립적 인 심실 기능의 측정을 허용로 다시 볼륨 분석은 심장 기능의 다른 방법을 통해 특정 장점을 제공한다. 최종 수축기 혈압 볼륨 관계 (ESPVR), D의 P / D T의 최대 -end-이완기 볼륨과 관련하여, 최대 elastance (E 최대) 및 recruitable 스트로크 일 (PRSW를) 미리로드 : 수축력의 특정 부하에 관계없이 심장 지수 등이 있습니다. 확장기 함수의 부하에 관계없이 측정은 확장 기말 압력 볼륨 관계 (EDPVR) (11)이다. 프로토콜은 다음과 경동맥 혀끝 접근법 모두 사용하여, 심장 압력 볼륨 루프 분석의 수행을 설명한다. 이러한 연구를 수행하는 방법이 상세히 이전 8,11에서 설명 하였지만, 우리는 두 식염수 큐벳 교정 정정 포함한 정밀한 압력 볼륨 측정을 획득하기 위해 중요한 단계를 검토하고 살전의 시각 증명을 제공한다전자 절차. 이 연구 수행 동물 연구 승인 프로토콜과 듀크 대학 의료 센터의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 동물 복지 규정에 따라 처리한다.

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프로토콜

1. 컨덕턴스 카테 테르 준비 및 압력 교정

  1. 혈역학 적 카테터 모듈에 전도 카테터를 연결합니다. 전자적으로 카테터 모듈에 설정 프리셋 압력과 부피를 기록하여 압력과 부피 측정을 교정. 0mm 수은 25 mmHg로 (그림 1A)의 추적을 기록하고 모두 압력 트레이싱 (그림 1B 및 1C)에 전압을 할당합니다. 마찬가지로, 5 RVU 25 RVU (그림 1D)의 볼륨 추적을 기록하고 두 볼륨 트레이싱 (1E 및 1 층)에 전압을 할당합니다.
  2. 수은주 혈압계를 사용하여 수동 압력 교정과 전자 압력 보정을 확인합니다. 3 방향 스톱 콕 혈압계 커프 포트를 장착한다. 측면 포트를 사용하여 RT 물 종종 관상 동맥 확장술에 사용될 3 포트 지혈 밸브 시스템을 채우기.
    1. 유체 가득 지혈 밸브에 전도성 카테터의 팁을 놓고 부드럽게 기지 확보심은 카테터를 비틀면. 혈압계로 지혈 밸브를 연결하고 200 mmHg로에 팽창과 3 방향 스톱 콕을 잠급니다. 측정 된 압력이 혈압계에 팽창 압력에 해당 여부를 검사합니다.
  3. 식염수 장소 카테터 운영 필드 및 측정 압력 레벨 인 37 ° C로 가열 하였다. 기록 된 압력이 제로가 될 때까지 압력 제어를 조정합니다.

2. 마취 / 삽관

  1. 케타민 / 자일 라진 복강 내 주입 (-1 80 ~ 100 / 10 mg을 kg)을 관리합니다.
    참고 : 대체 마취제를 사용할 수 있습니다. 마취제의 광범위한 목록은이 기술을 11, 12의 이전 검토에 제공됩니다. 적절한 마취는 부드러운 꼬리 핀치에 의해 확인 될 수있다.
  2. 일단 마취, 온수 패드에 머리를 가위와 장소 목과 가슴을 면도. 36.5-37.5 ºC에서 마우스 직장 온도를 유지한다. 낮은 체온우울 심장 박동수가 발생합니다. 건조 함을 방지하기 위해 눈 연고를 적용
  3. 목의 정중선 절개를 확인하고 기관을 노출 멀리 기관 근육을 해부하다. 삽관을 보장하기 위해 기관을 시각화하는 동안, 입을 통해 기관 내 튜브를 배치하고 인공 호흡기에 연결합니다.
  4. 절차를 수행하는 동안 인공 호흡기에 마우스를 유지한다. 이전에 기술 된 바와 같이 11으로 설정 호흡기 설정 동물 중량을 기준. 호흡량 (㎖) 6.2 × (kg 동물의 무게) 1.01와 호흡 속도 = 53.5 × (kg 동물의 무게) -0.26을 =.

LV 챔버 컨덕턴스 카테터 3. 배치

  1. 경동맥 접근
    1. 불임을 보장하기 위해, 무균 수술 도구의 두 세트의 초기 피부 절개 및 개흉술에서 작동하는 하나 used- 하나입니다. 악기는 개별 수술 세션 동안 동물의 건조 살균기를 사용하여 오염을 제거해야한다ND 각 수술 당일의 끝에서 멸균.
    2. 피부 클로르헥시딘 + 알콜 피부 스크럽 (0.5 % 클로르헥시딘 / 70 % 알코올 용액)의 3주기와 정화 된 후, 흉골 하악에서 오른쪽 경동맥을 통해 절개를. 오른쪽 경동맥을 노출 주변 조직 해부 및 경동맥에 인접 실행 미주 신경을 잘랐다.
    3. 넥타이, 보안, (떨어져 가슴에서) 경동맥의 말단부 주위 멸균 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 느슨하게 중간 봉합을 묶는 첫 번째 봉합에 (가슴에 가까운) 경동맥 근위부 아래에 두 개의 추가 봉합을 놓습니다. 부드럽게 근위 봉합사를 당겨 피부에 클램프로 고정합니다. 경동맥이 진행하기 전에 모두 근위 및 원위 고정되어 있는지 확인하십시오.
    4. 첫 번째 봉합에 작은 R.의 경동맥에 절개, 근위을 확인하고 가슴을 향해 길이 방향으로 연장된다.
    5. 전도 카테터 팁을 삽입,미리 절개를 통해 용기에 30 분 동안 따뜻한 식염수에 침지하고 중간 봉합사를 이용하여 카테터를 고정.
    6. 정확한 위치를 보장하기 위해 추적 압력 볼륨 루프를 보면서 부드럽게 경동맥을 통하여 좌심실로 카테터를 전진.
      참고 : 구형 나타나는 압력 볼륨 루프를 수득한다 카테터의 최적 배치 (도 2 참조). 카테터의 흐름에 대한 저항이 발생하면, 조심스럽게 당겨 부드러운 압력으로 다시 진행합니다. 카테터의 부드러운 회전은 좌심실에 배치에 도움이 될 수 있습니다. 전도 카테터를 강제하는 것은 심각한 심혈 관계 합병증 또는 카테터가 손상 될 수 있습니다.
    7. 녹화 기준 압력 볼륨은 10 ~ 카테터 배치 분 후 및 정상 상태를 달성 (도 2) 루프.
  2. 혀끝 접근
    1. 마취 및 통풍이 마우스에서, 절개 FR을OM 칼 모양의 프로세스와 조리개가 가시 측방까지 가슴 벽을 통해 절단.
    2. 다이어프램 비록 잘라 마음의 정점을 시각화.
    3. 근위 전극 막 심실 내에까지 (25-30 G 바늘 사용) 바늘 자상 통해 좌심실의 정점에 컨덕턴스 카테터를 삽입한다.
    4. 녹화 기준 압력 볼륨은 10 ~ 카테터 배치 분 후 및 정상 상태를 달성 루프.

일시적인 대동맥 폐색을 사용하여 4. 변하는 후 부하

  1. 과도 대동맥 폐색을 수행하기 위해, 상부 가슴에 작은 절개를 수평 횡 대동맥을 노출 주변 조직 해부.
  2. 가로 대동맥 아래에 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 압력 볼륨 루프가 기본으로 돌아 한 후, 부드럽게 천천히, 바늘 클램프 봉합사의 양쪽 끝을 걸쇠 1-2 초 이상 봉합사를 제기, 천천히 긴장을 풀어.
  3. 세 개의 최적의 녹음이 같은 동물로 만든 때까지이 절차를 반복합니다.
    주 : 최적의 기록은 적어도 5 압력 볼륨 루프 사이클과 봉합사 (도 3a 및도 3c)에 장력을인가에 단부 수축기 압력에 꾸준히 증가가 있어야한다.

5. 변하는 예압 과도 하대 정맥 폐쇄를 사용하여 (IVC)

  1. 과도 하대 정맥 폐쇄를 수행하려면, IVC를 노출 다이어프램 아래, 칼 모양의 과정을 아래에 수평 절개를합니다.
  2. IVC 아래에 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 압력 - 부피 루프가 기준선으로 복귀 한 후에, 바늘 클램프 봉합사의 양단 걸쇠; 부드럽게 천천히 1-2 초 이상 봉합사를 제기, 천천히 긴장을 풀어. IVC 흡장도 면봉 스쳐면을 이용하여 압력을 완만 애플리케이션에 의해 수행 될 수있다.
  3. 세 개의 최적의 녹음 M 때까지이 과정을 반복같은 동물에서 ADE.
    주 : 최적의 기록은 적어도 5 압력 볼륨 루프 사이클과 봉합 장력의인가에 좌심실 이완 기말 압 꾸준히 감소 가져야 (도 4a 및도 4b).

6. 식염수 교정

  1. 연구의 결론에서, 병렬 컨덕턴스 (V 용 P) 값은 경정맥을 통해 동물에 고장 성 식염수 (15 %)의 10 μL 러스 주입함으로써 얻을 수 (도 5a 및도 5b) 할 수있다.
    참고 :이 덩어리는 압력의 변화없이 볼륨에 명백한 증가의 원인이됩니다. 이 겉보기 부피 변화에 의한 부피 증가를 실제 혈액 풀 컨덕턴스보다는의 변화의 결과이다. 고장 성 식염수 부정적인 효과 13 수축성을 갖는 한 DP / DT 최대의 일시적인 감소는 관찰 될 수있다. 계산 V p를 따라 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어에 입력 할 수있다큐벳 교정 매개 변수 및 마이크로 리터에 RVUs 변환하는 방법.

7. 큐벳 교정

  1. 큐벳 보정을 수행하기 위해, 37 ºC 가온 가열 패드 또는 수조에 제조업체에서 제공하는 공지 된 직경의 웰과 큐벳 장소. 혈역학 적 평가를받은 쥐에서 신선한 따뜻한 헤파린 혈액을 가진 첫번째 4-5 구멍을 채 웁니다.
    참고 : 큐벳 교정은 마우스의 혈액을 이용하여 좌심실의 혈액 풀의 정확한 평가를 할 수 있으며 마이크로 리터에 RVUs에서 볼륨 데이터의 변환이 가능합니다.
  2. 모든 전극이 침수 될 때까지, 첫 번째 우물에 전도 카테터를 삽입합니다. 부드럽게 변화 RVUs를 생성하는 우물에 카​​테터를 이동합니다.
  3. RVUs에 볼륨 채널의 전도도 변화를 기록한다. 교정에 대한 가장 높은 R​​VU를 선택합니다.
    주 : 웰의 체적은 하나 있습니다 volum 대한 식을 이용하여) (1)에 의해 계산 될 수있다반경이 큐벳 잘 길이의 인 실린더의 전자는 내부 두 감지 전극 또는 2) 제조업체의 지침에 확인 사이의 길이를 기반으로합니다. 컨덕턴스 출력은 11 마이크로 리터로 RVUs에서 데이터를 변환 보정 방정식을 개발하기 위해 알려진 부피와 상관 될 수있다.

8. 안락사

  1. 프로토콜의 결론에서, 마우스는 마취 동안 경추 탈구하여 안락사시켰다.
  2. 보장하기 위해 죽음,받은 자궁 전위를 갖는 마우스는 안락사의 보조 방법을 거쳐야합니다. 우리는 마취하에 실험을위한 심장 조직의 수확, 또는 양자 개흉술과, 마취 하에서 방혈을 사용합니다.

9. 데이터 분석 사용 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어

  1. 식염수 교정에서 V p를 계산
    1. 선택 압력과 volu날은 고장 성 식염수 토출 동안 획득 루프 (도 5a 및도 5b)
    2. 보 압력 볼륨 분석 소프트웨어로 루프. 식염수 교정에 대한 옵션을 선택합니다 (그림 5C)
    3. 계산 된 V의 p 값 (그림 5D)를 기록한다.
      참고 : V의 p 값이 식염수 교정에서 최종 수축기 볼륨 대 1) 최종 이완기 볼륨의 교회법을 확인하고 2) 최종 이완기 볼륨 = 최종 수축기 볼륨 라인으로 계산된다. 이러한 라인들의 교차 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어에 의해 계산 된 P V를 제공한다.
  2. 볼륨에 전도성을 입력 (RVU) 볼륨 채널 옵션에 관계 (그림 1 층)
  3. 기준 압력 볼륨 루프 관계를 측정
    1. 정상 상태가 달성되면 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택합니다 (그림 2A) 및 소프트 분석에 수출도자기. 5-6 기말 루프 (그림 2B)를 식별
    2. 병렬 전도성을 보정하기 위해 V의 p 값을 사용합니다. "정상 상태"옵션을 선택하고 혈역학 요약 테이블을 생성한다 (그림 2C)
  4. 대동맥 수축하는 동안 측정 압력 볼륨 루프 관계
    1. 이완 기말 압력 (그림 3A) 및 분석 소프트웨어 수출의 증가에 앞서 대동맥 수축에 해당하는 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택합니다. 5-6 기말 루프 (그림 3C)를 식별
    2. 최종 수축기 압력 볼륨 관계를 계산합니다 선택 "수축성"분석 (그림 3B), (ESPVR)
  5. IVC 수축하는 동안 측정 압력 볼륨 루프 관계
    1. (Figur을 IVC 수축에 해당하는 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택분석 소프트웨어에 전자 4A) 및 수출. 5-6 기말 루프 (그림 4B)을 식별
    2. "수축성"분석 예압 Recruitable 스트로크 작업을 계산합니다 (그림 3B), (PRSW) (그림 4C)을 선택, EDV (그림 4D)뿐만 아니라 ESPVR 및 최종 이완기 압력 볼륨 관계 대 DT 최대 DP / (그림 4E)

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결과

압력 - 부피 루프 분석은 연구 약물 (16)을 거치고, 유전자 변형 마우스 (14, 15) 또는 마우스에서 심장 기능을 측정 할 수있다. 주제 압력 볼륨 루프가 ß-아레스의 효과를 조사 이전에 출판 일 (16)로부터 제공되는 TRV120023, AT1R 리간드를 바이어스. TRV120023은 생체 내에서 심장 기능에 영향을 미치는 여부를 테스트하기 위해, 압력 볼륨 루프 분석은 기존 및 신규 안지오텐신 수용체 차단제를 수신 야생형 생쥐에서 수행되었다. TRV120023의 정맥 주입이 크게 심장 수축력 (그림 6과 표 1, 김 등. AJP 2012 (16)에서 수정 된 그림을) 증가했다. 수축성 조치가 대동맥 협착에서 파생되었다.

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토론

우리는 심장 수축과 이완 모두의 광범위한 분석을 유도하기 위하여, 마우스에서 컨덕턴스 카테터를 사용하여 압력 볼륨 루프 perfoming 분석을위한 방법을 설명한다. 스가, 사가와와 동료 압력 볼륨 심장 수축력의 조치, 특히 ESPVR의 기울기, 또는 최종 수축기 elastance (전자들) 및 E 최대를 정의하는 루프를 이용했다. 볼륨 (P / V를)에 압력의 비율에 의해 정의 Elastance은 수축기의 기간에 걸쳐 변화한다. 각각의 수축기 동안, 순간 elastance은 심장 박동 및 심장 수축력에 의존하지만, 프리로드 또는 후 부하, 17의 거의 독립적이다. 따라서, 피크 elastance 또는 E 최대 개별 심장주기 (18)로부터의 적재 상태의 대부분 독립적 심근 수축력을 정의하는 데 사용된다. 밀접하게 관련된 용어는 수축성, E ES는 안정된 콘에서 심장 사이클에 걸쳐 일련 ESPVR의 기울기로 정의...

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공개 사항

저자가 공개하는 게 없다.

감사의 글

이 작품은 미국 심장 협회 (American Heart Association) 14FTF20370058 (DMA)와 NIH T32 HL007101-35 (DMA)에 의해 지원됩니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
아나세드(자일라진) Lloyd LaboratoriesNADA 번호 139-236마취
케타셋(케타민)화이자440842마취
VIP3000Matrx Medical Inc.마취 기계
인공호흡기하버드 장치모델 683수술 장비
튜빙 키트하버드 장치72-1049수술 장비
홈오더믹 담요 주식회사 카즈5628수술 장비
스테레오 현미경Carl Zeiss Optical Inc.Stemi 2000수술 장비
조명기Cole– Parmer41720수술 장비
Dumont no. 55 Dumostar 펜치 Fine Science Tools Inc11295-51수술 기구
Graefe 펜치, 곡선형 Fine Science Tools Inc11052-10수술 기구
Moria MC31 펜치 Fine Science Tools Inc11370-31수술 기구
메이요 가위 Fine Science Tools Inc14512-15수술 기구
아이리스 가위 Fine Science Tools Inc14041-10수술 기구
Halsey 바늘 홀더 Fine Science Tools Inc12501-13수술 기구
Olsen– Hegar 바늘 홀더 Fine Science Tools Inc12002-12수술 기구
스프링 가위Fine Science Tools Inc15610-08수술 기구
일회용 언더패드Kendall/Tyco Healthcare1038수술 용품
멸균 거즈 스폰지, 멸균 Dukal62208수술 용품
면팁 애플리케이터, 멸균 Solon368수술 용품
외과용 봉합사,  실크, 6-0 DemeTECHFT-639-1수술용 용품
1cc 인슐린 주사기 Becton Dickenson329412수술 용품
액세스 9 지혈 판막메리트 의료 MAP111혈역학 장비
혈압계바우마노미터320혈역학 장비
Millar PV 시스템 MPVS-300/400 또는 MPVS Ultra (교정 큐벳 포함)ADInstruments Inc혈역학 장비
1.4F 전도도 카테터 ADInstruments IncSPR-839혈류역학 장비
PowerLab 4/30 with Chart ProADInstruments Inc.ML866/P혈류역학 소프트웨어
동물 클리퍼Wahl8787-450A기타
피내 튜빙 PE-10Becton Dickenson427401기타
피내 튜빙 PE-50Becton Dickenson427411기타
바늘 구색(18, 25 및 30 게이지; Thomas Scientific)기타
0.9%(wt/vol) 염화나트륨 주사, USP)호스피라NDC 번호 0409-4888-50기타
수술용 테이프카
테터 세척용 기타 Alconox(Alconox Inc.)ADInstruments Inc.잡다한
제

참고문헌

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