Dit rapport geeft een gedetailleerde beschrijving van de methodologie en de resultaten van gelijktijdige endocardiale en epicardiale optische in kaart brengen van de elektrische prikkeling in de intacte linker atrium van een Langendorff-doorbloed schapen hart tijdens stretch-geïnduceerde atriumfibrilleren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
High-Resolution endocardiale en epicardiale Optical Mapping in een Schaap Model van Stretch-Induced atriale fibrillatie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Atriumfibrilleren (AF) is een complex van hartritmestoornissen met een hoge morbiditeit en mortaliteit. 1,2 Het is de meest voorkomende langdurige verstoring van het hartritme te zien in de klinische praktijk en de prevalentie zal naar verwachting toenemen in de komende jaren. 3 Verhoogde intra-atriale druk en dilatatie zijn lang erkend te leiden tot AF, 1,4 die de relevantie van het gebruik van diermodellen hoogtepunten en rekken tot AF dynamiek te bestuderen. Inzicht in de mechanismen die ten grondslag liggen aan AF vereist visualisatie van de cardiale elektrische golven met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. Terwijl de high-temporele resolutie kan worden bereikt door conventionele elektrische mapping traditioneel gebruikt in de menselijke elektrofysiologische studies, het kleine aantal intra-atriale elektroden die tegelijkertijd gebruikt kunnen worden beperkt de ruimtelijke resolutie en verzet zich tegen een gedetailleerde opvolging van de elektrische golven tijdens de ritmestoornis. De invoering van de optische mapping in de vroege jaren 90 kon wide-field karakterisering van fibrillatory activiteit samen met de sub-millimeter ruimtelijke resolutie in diermodellen 5,6 en leidde tot de identificatie van snel draaiende elektrische golfpatronen (rotoren) als de bronnen van de fibrillatory activiteit die zich kunnen voordoen in de ventrikels of de atria. 7-9 Het gebruik van gecombineerde tijd-en frequentie-domein analyses van optische kaart te brengen is het mogelijk om discrete plaatsen van een hoge frequentie periodieke aard te tonen tijdens de AF, samen met de frequentie gradiënten tussen links en rechts atrium . De regio met de snelste rotoren geactiveerd bij de hoogste frequentie en drijft de totale aritmie. 10,11 De golven die uitgaan van een dergelijke rotor interactie met een functionele of anatomische obstakels op hun pad, wat resulteert in het fenomeen van fibrillatory geleiding. 12 kaart brengen van de endocardiale oppervlak van de achterste linker atrium (PLA) maakt het volgen van AF-wave dynamiek in de regio met de hoogste frequentie rotor. Belangrijk is dat de PLA is de regio waar intracavitaire katheter-gebaseerde ablatieve procedures zijn het meest succesvol beëindigen van AF bij patiënten, 13, die de relevantie van het bestuderen van AF dynamiek van de binnenkant van de linker atrium onderstreept. Hier beschrijven we een schaap model van acute stretch-geïnduceerde AF, die enkele van de kenmerken van de menselijke paroxismale AF lijkt. Epicardiale mapping op de linker atrium wordt aangevuld met een endocardiale in kaart brengen van de PLA met een dual-channel stijve borescope c-gemonteerd op een CCD-camera, die de meest directe benadering van de patronen van activatie te visualiseren in de meest relevante regio voor AF onderhoud vertegenwoordigt.
Protocol
1. Hart verwijderen en Langendorff perfusie
Schapen met een gewicht van 35-40 kg worden verdoofd met behulp van 4-6 mg / kg propofol en 60-100 mg / kg natrium pentobarbital. Harten zijn verwijderd via thoracotomie en aangesloten op een Langendorff-perfusie-systeem met circulerende zuurstof (95% O2, 5% CO2) Tyrode's oplossing met een constante debiet van 240 tot 270 ml / min, pH 7,4 en 35,5-37,5 ° C. De Tyrode samenstelling van (in mm) is: NaCl 130, KCl 4,0, MgCl2 1, CaCl2 1,8, NaHCO3 24, NaH2PO4 1.2, Glucose 5,6, en albumine 0,04 g / L. Blebbistatin 10 uM (Enzo Life Science International, INC Plymouth Meeting, PA, USA) wordt gebruikt om de contractiele kracht te verminderen.
2. Stretch-geïnduceerde atriumfibrilleren in de Langendorff-geperfuseerde schapen hart
De geïsoleerde, coronaire doorbloed hart ondergaat een atriale trans-septum prikken om gelijkmaker intracavitaire druk in beide atria mogelijk te maken. Alle ader openingen worden dan afgesloten, met uitzondering van de vena cava inferior, die gecanuleerde en aangesloten op een digitale sensor (Biopac Systems transducer-TSD104A, Biopac Systems, Inc, Goleta, CA, USA) en een uitstroom canule waarvan het open-ended hoogte boven de atria regelt de intra-atriale druk. De druk wordt dan verhoogd tot 12 cm H 2 O, wat leidt tot een ~ 30% toename in atriale volume ten opzichte van het volume op 6 cm H 2 O. De druk wordt gehandhaafd stabiel gedurende het experiment. Voorafgaand aan het afdichten van de aderen tetrapolaire elektrode katheters (Torq, Medtronic Inc / Minneapolis / MN / USA) worden geplaatst in elk van de longaders naar bipolaire signalen op te nemen van de twee distale elektroden (sampling rate, 1,0 kHz) met behulp van een Biopac Systems versterker (DA100C, Biopac Systems, Inc, Goleta, CA, USA). Twee extra custum-made bipolaire elektroden worden geplaatst op het dak van het linker atrium aanhangsel (LAA) en de top van de rechter atriale aanhangsel.
3. Optische mapping ingesteld
- Epicardiale in kaart brengen van de linker atrium aanhangsel. Een bolus injectie van 5 tot 10 ml Di-4-ANEPPS (10 mg / ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) en een laad-periode van 10 minuten nodig om verkregen voltage-gevoelige fluorescentie op laser excitatie (532 nm) van de epicardiale oppervlak. De uitgezonden fluorescentie wordt dan overgedragen via een 600 nm lange pass filter en geprojecteerd op LittleJoe CCD-videocamera (80x80 pixels, SciMeasure Analytical Systems, Inc Decatur, GA, USA) en kreeg met een snelheid van 800 frames per seconde (zie schematische voorstelling op Figuur 1A). Vijf seconden-films zijn te verkrijgen op 2 min. intervallen tijdens de AF. Het gebied van de in kaart gebrachte epicardiale oppervlak is ~ 14 cm 2.
- Endocardiale optische kaart brengen van de PLA van de intacte hart. Een tweede LittleJoe CCD-camera (80x80 pixels) is gesynchroniseerd met de epicardiale camera. Een 10 mm diameter dual-channel stijve borescope (Everest VIT, Inc Vlaanderen, NJ, USA) met een 90 graden beeldveld is geïntroduceerd door de voorste wand van de linker ventrikel, over de mitralisklep en gericht op de endocardiale oppervlak van de PLA. De optisch in kaart gebracht gebied op de PLA is ~ 4 cm 2, waardoor het visualiseren van de vier longaders en de atriale Septo-pulmonaire bundel (Figuur 1A, B). De boroscoop is c-gemonteerd op de CCD-camera door middel van een custom-made oculair adapter. Laser 532 nm licht wordt vervolgens geleverd aan de excitatie kanaal van de borescope door middel van een vloeistof lichtgeleider (0,2 in de kern).
4. Atriale fibrillatie protocol
Onder continue atriale rek AF is opgewekt via de burst-stimulatie (12 Hz, 5 ms peulvruchten, 2x diastolische drempel) door een pacing elektrode bevindt zich op de top van de LAA. AF is toegestaan om door te gaan voor 50 minuten en 5-sec optische films verworven op twee minuten interval. Bipolaire-opnamen worden continu verzameld. Overname van de optische films triggers gelijktijdige aankoop van 5-sec segmenten van de bipolaire opnames.
5. Frequentie-analyse
Frequentie-analyse maakt de identificatie van de regio's met hoge snelheid activatie tijdens AF, samen met de frequentie gradiënten tussen links en rechts atrium. Dominante frequentie (DF) kaarten zijn verkrijgbaar bij de optische film na het aanbrengen van een snelle Fourier transform algoritme (FFT) om de tijd-serie fluorescentie-signaal opgenomen op elke pixel. 7 FFT wordt ook toegepast op de 5 seconden bipolaire signalen (High-pass gefilterde bij 3 Hz en low-pass gefilterd bij 35 Hz) gesynchroniseerd met de optische films.
6. Atriale fibrillatie dynamiek
- Generatie van fase kaarten. Analyse van de dynamiek AF maakt gebruik van fase films gegenereerd via Hilbert transformatie. 14 Kortom, de momentane fase van de actiepotentiaal opgenomen op elke pixel wordt bepaald door het transformeren van de oorspronkelijke tijd-serie signalen zodanig dat elke spectrale component wordt verschoven door het overeenkomstige kwartaal cyclus . 15 Afterwards, de onmiddellijke fase van het signaal wordt verkregen uit de inverse tangens van de verhouding van de getransformeerde signaal naar het oorspronkelijke signaal. De fasehoek, met waarden tussen-π en π radialen wordt voorgesteld als een continu kleurenschema om een fase kaart, waarin de continue fase ruimtelijke verandering weerspiegelt het proces van excitatie, repolarisatie en herstel te bouwen. 14
- Karakterisering van de activering patronen. Verschillende klassen van activering patronen kunnen worden geïdentificeerd met behulp van fase-films (figuur 2), waaronder de volgende:
- Een rotor wordt geïdentificeerd door de aanwezigheid van alle fasen convergerende op een singulariteit punt die langer dan een rotatie (figuur 2A).
- Een doorbraak is gedefinieerd als een golffront verschijnen op het gebied van uitzicht en uitdragen naar buiten (figuur 2B) in een target-achtig patroon.
- Spatiotemporally georganiseerd periodieke golven worden gedefinieerd als een minimum van vier opeenvolgende periodieke golven die uit dezelfde locatie op het gebied van uitzicht, met dezelfde richting en inter-wave interval (figuur 2C).
Verdere kwantificering maakt ruimtelijke correlatie van de hoogste frequentie domeinen met de meest voorkomende patroon van activatie afkomstig van die regio. Dit laatste wijst op de cruciale rol van kaart brengen van de endocardiale oppervlak van de PLA, omdat het algemeen vertegenwoordigt de regio waar de hoogste frequentie domeinen bevinden zich tijdens acute AF.
7. Representatieve resultaten:
Dominante frequentie (DF) gradiënten van PLA tot LAA en RAA aanwezig zijn tijdens de acute stretch-geïnduceerde AF. De hoogste DF regio is gelokaliseerd aan of vlak onder een van de longaders of ergens in de PLA. 11 Een vertegenwoordiger AF-episode is weergegeven in figuur 3, waarin de hoogste DF is gelokaliseerd op de PLA (rechts inferieur pulmonale ader). De resultaten ondersteunen de aanwezigheid van hoge frequentie bronnen in de PLA rijden AF in overeenstemming met de van links naar rechts DF gradiënten waargenomen tijdens de ablatieve procedures in paroxysmale menselijke AF. 16
Kwantificering van de patronen van activatie gebruik van fase-kaart films laat zien dat het hoogste aantal rotoren is te vinden bij de PLA en de verbinding tussen de PLA en de LAA. 8 Soms is het mogelijk te identificeren langdurige rotoren die het centrum van de rotatie (Singularity punt) lokaliseert met de hoogste frequentie domein. 10 Sinds atriale weefsel is een drie-dimensionale structuur, het identificeren van rotors op afgebeelde endocardiale oppervlak van de PLA suggereert dat het centrum van de rotatie van de rotoren (filament) is uiteindelijk loodrecht op het oppervlak van het in kaart brengen van omgeving . Figuur 4 toont een dergelijk rotor opgenomen vanaf het endocard van de PLA met gelijktijdige fibrillatory geleiding in de richting van de LAA, die ook correleert met een frequentie gradiënt tussen de PLA en de LAA (9 en 6,4 Hz). Het aantal van de rotoren wordt consequent hoger bij de PLA dan de LAA, die een essentiële rol van de terugkeer op de PLA suggereert het handhaven van de aritmie in dit model.
Algemeen zijn de resultaten ondersteunen de theorie dat stabiel en snel rotors in de linker atrium kan acute stretch-geïnduceerde AF en uitgaande golven rijden ondergaan complex, ruimtelijk verdeeld geleidingsblok patronen zoals ze het hoofd in de richting van het rechter atrium, dat zich manifesteert als fibrillatory geleiding en geleidelijk afnemende dominant frequentie.
Figuur 1. Schematische weergave van de experimentele set-up. A: Een stijve boroscoop wordt geïntroduceerd door de voorste wand van de linker ventrikel en de mitralisklep opening en gericht op de endocardiale oppervlak van de achterste linker atrium (PLA). Een CCD camera is gekoppeld aan de borescope en laser verlichting wordt geleverd door een laser vloeistof gids verbonden met het inferieure deel van de borescope. Epicardiale mapping is uitgevoerd op de LAA. Bipolaire elektroden worden geplaatst op de rechter atrium en het dak van het linker atrium. Extra bipolaire signalen worden verkregen uit de longaders. B: Zijaanzicht van het linker atrium na het openen van de laterale wand ter illustratie. De tip van de borescope verlicht de endocardiale oppervlak van de PLA. Een bipolaire elektrode bevindt zich op het dak van het linker atrium. LAA: linker atrium aanhangsel. LV: linker hartkamer. RA: rechterboezem. RV: rechter ventrikel.
Figuur 2. Verschillende patronen van activatie vastgesteld na de generatie van fase films. A: Opeenvolgende snapshots van het linker atrium aanhangsel (LAA) tonen het zwenken van een rotor rond het centrum van de rotatie (Singularity punt). Van links naar rechts, is een volledige omwenteling voltooid. B: Een voorbeeld van een doorbraak activatie patroon op de LAA. De golf verschijnt in de liftper rechterbenedenhoek van het gezichtsveld en propageert naar buiten. C: Vier spatiotemporally georganiseerd periodieke golven (bij 0, 182, 352 en 512 ms, respectievelijk) afkomstig uit de regio PLA in de richting van de LAA. Isochronen worden geplot op 10 ms intervallen. Bottom, sleutel voor de verschillende fasen van de actiepotentiaal is een kleurcode.
Figuur 3. Identificatie van de regio's met de hoogste frequentie activiteit tijdens de acute stretch-geïnduceerde AF in een Langendorff-doorbloed geïsoleerde schapen hart. A: Anatomische uitzicht op de linker atrium aanhangsel (LAA), rechts atrium aanhangsel (RAA) en de achterste linker atrium (PLA). PLA beeld is een endoscopische uitzicht op de toegewezen regio met de vier longaders (PV's). B: DF kaarten verkregen door optische mapping op de LAA en PLA. Frequentie van waarde in de RAA werd verkregen van een bipolaire elektrogrammen. De hoogste frequentie gebied is gelegen in de PLA. C: Representatieve power spectra, waarbij de maximale DF komt overeen met 12,4 Hz bij de PLA gebied van de juiste PV's. LSPV: links superieure longader. LIPV: links inferieure longader. RSPV: rechts superieure longader. RIPV: rechts inferieur pulmonale ader. Overgenomen uit referentie 11 (David Filgueiras Rama & Jose Jalife. Mechanismen die atriumfibrilleren. Basic Science in voor Klinische elektrofysioloog, Vol. 3 (red. Charles Antzelevitch) 141 tot 156 (Saunders, 2011).
Figuur 4. Simultaneousphase kaarten (A, B) en de dominante frequentie kaarten (C) van posterior linkerboezem (PLA) en linker atrium aanhangsel (LAA). A: Sequential snap shots van de PLA met een rotor en de drift van de singulariteit punt. B: Gelijktijdige fase snap shots van de LAA. Patronen van activatie vertonen voortplanting golven compatibel is met fibrillatory geleiding. Singularity punten zijn ook aanwezig in correlatie met wavebreaks in de fibrillatory geleiding regio. (Zie ook video 4) C: Gelijktijdige dominante frequentie kaarten van de PLA en de LAA. De snelste regio ligt aan de PLA (9 Hz), die correleert met de aanwezigheid van een rotor in de fase kaart analyse. De hoogste frequentie op de LAA is 6 Hz, die correleert met fibrillatory geleiding. Aan de rechterkant van het paneel C, zijn enkele pixel optische activeringen van PLA en LAA getoond.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De kenmerken van acute stretch-geïnduceerde AF in de geïsoleerde schapen hart lijken op een aantal van de eigenschappen van het menselijk paroxismale AF. Een acute verhoging van de intra-atriale druk in de schapen hart maakt het onderhoud van AF voor lange tijd, vergelijkbaar met een hoger risico van AF waargenomen bij patiënten met atriale dilatatie. 1 De aanwezigheid van links naar rechts DF gradiënten in de schaap atria is ook vergelijkbaar met die geregistreerd zijn in de menselijke elektrofysiologische s...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Geen belangenconflicten verklaard.
Dankbetuigingen
Mede ondersteund door NHLBI Grants P01-en P01-HL039707 HL087226 en de Leducq Foundation (JJ en OB), door een Spaanse Society of Cardiology Fellowship, Fundación Pedro Barrie de la Maza en Fundación Alfonso Martín Escudero (DFR), door de Federation Française de cardiologie (RPM), door een Heart Rhythm Society Fellowship Award, The Fellowship van Japan Hartstichting / De Japanse Society of Electrocardiology (MY).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Materiaal Naam | Vennootschap | Catalogus Nummer | |
| Euthanasie | |||
| Heparine | Sigma | H3393 | |
| Propofol | Abbott | 5206-04-03 | |
| Pentobarbital | Lundbeck Inc | NDC 67386-501-55 | |
| Introducer 18 Gauge | Terumo | SS * FF1832 | |
| Cuffed endotracheale tube (9 mm) | DRE Veterinaire | # 9440 | |
| Fiber Optic Laryngoscoop zaak | DRE Veterinaire | # 991 | |
| Fiber Optic Blade | DRE Veterinaire | # 984 | |
| Operating Schaar | DRE Veterinaire | # 9702 # 1944 | |
| Scalpel Handle # 3 Solid 4 " | Roboz Surgical Instrument Co, Inc | RS-9843 | |
| Steriel scalpelmesjes | Roboz Surgical Instrument Co, Inc | RS-9801-10 | |
| Ventilatie zak | Westmed | 562013 | |
| Sims Schaar Gebogen Sharp / Blunt | Roboz Surgical Instrument Co, Inc | RS-7035 | |
| Tissue pincet (× 2) | DRE Veterinaire | # 1895 | |
| KANTROWITZ Thoracale Tang, 11 " | Biomedical Research Instruments, Inc | 34-1980 | |
| Finochietto Grote Borst strooier | Kapp Surgical Instrument Inc | KS-7301 | |
| Thoracotomie schaar | Rostfrei Solingen | ||
| Plastic bakje | Nalgene | Fischer | |
| Optische mapping | |||
| Bonn Schaar (× 2) | Roboz Surgical Instrument Co, Inc | RS-5840SC | |
| Chirurgische zijde | Fischer | 50-900-04214 | |
| Micro ontleden Forceps | Roboz Surgical Instrument Co, Inc | RS-5130 | |
| Tetrapolaire elektrode katheters (Torq) (× 4) | Medtronic Inc | 05580SP | |
| Digitale sensor. Biopac Systems transducer | Biopac Systems, Inc | RX104A | |
| Biopac Systems versterker | Biopac Systems, Inc | DA-100C | |
| Di-4-ANEPPS | Sigma-Aldrich, St. | D8604-5mg | |
| Blebbistatin | Enzo Life Science International, Inc | BML-E1315-0025 | |
| LittleJoe CCD videocamera (× 2) | SciMeasure Analytical Systems, Inc | ||
| Dual-channel stijve borescope | Everest VIT, Inc | R10-25-0-90 | |
| Perfusie pompen (× 2) | Cole Parmer | GK-77920-30 | |
| Temperatuursonde | Cole Parmer | R-08491-02 | |
| pH-meter | Fischer | 01-913-806 | |
| Digitale temperatuurmeter | Cole Parmer | GK89000-10 | |
| Oxygenator filters | Sorin | 05318 | |
| Silicium perfusie buizen (L / S 15) | Masterflex | 96410-15 | |
| Laser lichtgeleiders (× 6) | Erker Corporation | 77536 | |
| Vloeistof lichtgeleider (0,2 in de kern) | Newport Corporation | 77556 | |
| Laser generator (1 watt) (× 1) | Shanghai Dream Lsaer Tecchnology | SDL-532-1000T | |
| Laser generator (5 watt) (× 1) | Spectra Physics Lasers | MILL 5sJ |
Referenties
- Kannel, W. B., Wolf, P. A., Benjamin, E. J., Levy, D. Prevalence, incidence, prognosis, and predisposing conditions for atrial fibrillation: population-based estimates. Am J Cardiol. 82, (1998).
- Wolf, P. A., Abbott, R. D., Kannel, W. B. Atrial fibrillation as an independent risk factor for stroke: the Framingham Study. Stroke. 22, 983-988 (1991).
- Miyasaka, Y. Secular trends in incidence of atrial fibrillation in Olmsted County, Minnesota, 1980 to 2000, and implications on the projections for future prevalence. Circulation. 114, 119-125 (1980).
- Ravelli, F., Allessie, M. Effects of atrial dilatation on refractory period and vulnerability to atrial fibrillation in the isolated Langendorff-perfused rabbit heart. Circulation. 96, 1686-1695 (1997).
- Gray, R. A., Pertsov, A. M., Jalife, J. Spatial and temporal organization during cardiac fibrillation. Nature. 392, 75-78 (1998).
- Gray, R. A. Mechanisms of cardiac fibrillation. Science. 270, 1222-1225 (1995).
- Samie, F. H. Rectification of the background potassium current: a determinant of rotor dynamics in ventricular fibrillation. Circ Res. 89, 1216-1223 (2001).
- Kalifa, J. Intra-atrial pressure increases rate and organization of waves emanating from the superior pulmonary veins during atrial fibrillation. Circulation. 108, 668-671 (2003).
- Mandapati, R., Skanes, A., Chen, J., Berenfeld, O., Jalife, J. Stable microreentrant sources as a mechanism of atrial fibrillation in the isolated sheep heart. Circulation. 101, 194-199 (2000).
- Yamazaki, M. Mechanisms of stretch-induced atrial fibrillation in the presence and the absence of adrenocholinergic stimulation: interplay between rotors and focal discharges. Heart Rhythm. 6, 1009-1017 (2009).
- Rama, D. F., Jalife, J. Mechanisms Underlying Atrial Fibrillation. Basic Science for Clinical Electrophysiologist. Antzelevitch, C. 3, SAUNDERS. 141-156 (2011).
- Berenfeld, O., Zaitsev, A. V., Mironov, S. F., Pertsov, A. M., Jalife, J. Frequency-dependent breakdown of wave propagation into fibrillatory conduction across the pectinate muscle network in the isolated sheep right atrium. Circ Res. 90, 1173-1180 (2002).
- Haissaguerre, M. Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beats originating in the pulmonary veins. N Engl J Med. 339, 659-666 (1998).
- Warren, M. Blockade of the inward rectifying potassium current terminates ventricular fibrillation in the guinea pig heart. J Cardiovasc Electrophysiol. 14, 621-631 (2003).
- Claerbout, J. F. Fundamentals of Geophysical Data Processing. , McGraw-Hill. New York. (1976).
- Atienza, F. Real-time dominant frequency mapping and ablation of dominant frequency sites in atrial fibrillation with left-to-right frequency gradients predicts long-term maintenance of sinus rhythm. Heart Rhythm. 6, 33-40 (2009).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
