Elektrocardiografie (ECG) wordt routinematig gebruikt in de klinische setting om de dynamiek van cardiale elektrische geleiding en het elektrische activerings-herstelproces te beoordelen. ECG is belangrijk voor het detecteren, lokaliseren en beoordelen van het risico op hartritmestoornissen, ischemie en infarcten. Meestal worden elektroden op de borst, armen en benen van de patiënt aangebracht om een driedimensionaal beeld van het hart te geven. Een positieve doorbuiging wordt geproduceerd wanneer de richting van myocarddepolarisatie naar de elektrode is gericht en een negatieve afbuiging wordt geproduceerd wanneer de richting van myocarddepolarisatie weg is van de elektrode. Electrografische componenten van de hartcyclus omvatten atriale depolarisatie (P-golf), atriale-ventriculaire geleiding (P-R-interval), ventriculaire excitatie (QRS-complex) en ventriculaire repolarisatie (T-golf). Er zijn grote overeenkomsten in ECG en actiepotentiaalmaatregelen bij veel zoogdieren, waaronder mensen, konijnen, honden, cavia's, varkens, geiten en paarden1,2,3.
Konijnen zijn een ideaal model voor cardiale translationele onderzoek. Het konijnenhart is vergelijkbaar met het menselijk hart in termen van ionenkanaalsamenstelling en actiepotentiaaleigenschappen2,4,5. Konijnen zijn gebruikt voor de generatie van genetische, verworven en door geneesmiddelen geïnduceerde modellen van hartaandoeningen2,4,6,7,8. Er zijn grote overeenkomsten in het cardiale ECG en de mogelijke reactie op geneesmiddelen bij mensen en konijnen7,10,11.
De hartslag en het cardiale elektrische activeringsherstelproces is zeer verschillend bij knaagdieren, in vergelijking met konijnen, mensen en andere grotere zoogdieren12,13,14. Het knaagdierhart klopt ~ 10 keer zo snel als mensen. In tegenstelling tot het iso-elektrische ST-segment in ecg's voor mensen en konijnen is er geen ST-segment bij knaagdieren14,15,16. Knaagdieren hebben ook een QRS-r' golfvorm met een omgekeerde T-golf14,15,16. Metingen van het QT-interval zijn zeer verschillend bij knaagdieren versus mensen en konijnen14,15,16. Bovendien zijn normale ECG-waarden zeer verschillend bij mensen versus knaagdieren12,15,16. Deze verschillen in de ECG-golfvormen kunnen worden toegeschreven aan verschillen in de actiepotentiaalmorfologie en de ionenkanalen die cardiale repolarisatiestimuleren 9,14. Terwijl de voorbijgaande uitgaande kaliumstroom de belangrijkste repolariserende stroom is in de korte (niet-dome) cardiale actiepotentiaalmorfologie bij knaagdieren, is er bij mensen en konijnen een grote fase-2 koepel op het actiepotentieel, en de vertraagde gelijkrichterkaliumstromen (IKr en IKs) zijn de belangrijkste repolariserende stromen bij mensen en konijnen4,9,13,17. Belangrijk is dat de expressie van IKr en IKs afwezig/minimaal is bij knaagdieren, en vanwege de temporele activeringskinetiek van IKr en IKs heeft het geen rol in de cardiale actiepotentiaalmorfologie9,13. Konijnen bieden dus een meer translationeel model voor het beoordelen van de mechanismen voor door geneesmiddelen geïnduceerde, verworven en erfelijke ECG-afwijkingen en hartritmestoornissen4,7,13. Aangezien talrijke studies vervolgens de aanwezigheid hebben aangetoond van zowel neuronale als cardiale elektrische afwijkingen in het primaire hart (Long QT-syndroom18,19,20) of neuronale ziekten (epilepsie21,22,23,24),is het belangrijk om de onderliggende mechanismen te bestuderen in een diermodel dat de menselijke fysiologie nauw reproduceert. Hoewel knaagdieren voldoende kunnen zijn om het menselijk brein te modelleren, zijn knaagdieren geen ideaal model van menselijke hartfysiologie7.
Elektro-encefalografie (EEG) maakt gebruik van elektroden, meestal geplaatst op de hoofdhuid of intracranially, om corticale elektrische functie vast te leggen. Deze elektroden kunnen veranderingen in de vuursnelheid en synchroniciteit van groepen nabijgelegen piramidale neuronen in de hersenschors detecteren25. Deze informatie kan worden gebruikt om de cerebrale functie en de toestand van de wakkere/slaap te beoordelen. EEGs zijn ook nuttig om epileptiforme activiteit te lokaliseren en epileptische aanvallen te onderscheiden van niet-epileptische gebeurtenissen (bijv. psychogene niet-epileptiforme activiteit en cardiogene gebeurtenissen). Om het epilepsietype, provocerende factoren en de oorsprong van de aanval te diagnosticeren, worden epilepsiepatiënten onderworpen aan verschillende manoeuvres die een aanval kunnen veroorzaken. Verschillende methoden omvatten hyperventilatie, fotische stimulatie en slaaptekort. Dit protocol toont het gebruik van fotische stimulatie aan om EEG-afwijkingen en aanvallen bij konijnen26,27,28,29te induceren .
Gelijktijdige video-EEG-ECG-opnames zijn uitgebreid gebruikt bij mensen en knaagdieren om gedrags-, neuronale en cardiale activiteit te beoordelen tijdens de pre-ictale, ictale en post-ictaletoestanden 30. Hoewel verschillende studies EEG- en ECG-opnamen afzonderlijk hebben uitgevoerd bij konijnen4,31,32,33, is een systeem voor het verkrijgen en analyseren van gelijktijdig video-EEG-ECG bij het bewust ingehouden konijn niet goed ingeburgerd34. Dit artikel beschrijft het ontwerp en de implementatie van een protocol dat gelijktijdige video-EEG-ECG -capnografie-oximetriegegevens bij bewuste konijnen kan opnemen om de neuro-cardiale elektrische en ademhalingsfunctie te beoordelen. Resultaten verzameld met deze methode kunnen wijzen op de gevoeligheid, triggers, dynamiek en concordantie tussen hartritmestoornissen, aanvallen, ademhalingsstoornissen en fysieke manifestaties. Een voordeel van ons experimentele systeem is dat we bewuste opnames maken zonder dat er een kalmerend middel nodig is. De konijnen blijven ≥5 uur in de restrainers, met minimale beweging. Omdat anesthetica neuronale, cardiale, respiratoire en autonome functie storen, leveren opnames tijdens de bewuste toestand de meest fysiologische gegevens op.
Dit registratiesysteem kan uiteindelijk gedetailleerde inzichten bieden om het begrip van de neurologische, cardiale en ademhalingsmechanismen voor plotselinge onverwachte dood bij epilepsie (SUDEP) te bevorderen. Naast de hierboven beschreven neurologische en cardiale controle heeft recent bewijs ook de rol van respiratoir falen als mogelijke bijdrage aan plotselinge dood na een aanval35,36ondersteund . Om de ademhalingsstatus van de konijnen te controleren, werdenoximetrie en capnografie geïmplementeerd om de status van het ademhalingssysteem voor, tijdens en na een aanval te evalueren. Het hier gepresenteerde protocol is ontworpen met als doel de drempel voor farmacologisch en fotische stimuli geïnduceerde konijnenvangsten te beoordelen. Dit protocol kan subtiele EEG- en ECG-afwijkingen detecteren die mogelijk niet leiden tot fysieke manifestaties. Bovendien kan deze methode worden gebruikt voor hartveiligheid en anti-aritmische werkzaamheidstests van nieuwe geneesmiddelen en apparaten.