Dit protocol beschrijft een methode voor het meten van de druk en het volume van de linkerventrikel met behulp van de druk-volume geleidingstechniek. Deze methode maakt het mogelijk om continu real-time de effecten van medicijnen op het hart te monitoren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Real-time detectie van ferulazuureffecten op de linker hartkamer van ratten met behulp van een druk-volume geleidbaarheidskatheter
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een verminderde hartfunctie kan een negatieve invloed hebben op andere organen. De linkerventrikeldruk-volumerelatie wordt beschouwd als een geldige methode voor het evalueren van de hartfunctie. Real-time monitoring van de hartfunctie is belangrijk voor de evaluatie van geneesmiddelen. Onder gesloten borstkas komt de miniatuurtransducer, die een belangrijk onderdeel is van de druk-volumekatheter, de linker hartkamer van de rat binnen via de rechter halsslagader. Het apparaat visualiseert de veranderingen in de hartfunctie tijdens het experiment in de vorm van een druk-volumelus. Het werkelijke volume van het ventrikel wordt berekend door de geleidbaarheid van het bloed te veranderen door 50 μL van een 20% natriumchloride-oplossing in de linker halsader van de rat te injecteren. Het werkelijke volume van de ventriculaire holte van de rat wordt berekend door de geleidbaarheid van het bloed in een bekend volume te meten met behulp van een druk-volume geleidingskatheter. Dit protocol maakt continue observatie van de effecten van geneesmiddelen op het hart mogelijk en zal de grondgedachte voor het gebruik van speciale etnische geneesmiddelen bij hart- en vaatziekten bevorderen.
Inleiding
Hart- en vaatziekten hebben het hoogste sterftecijfer ter wereld1. De oorzaken zijn onder meer kransslagaderstenose (myocardischemie), kransslagaderblokkade (myocardinfarct) en ischemie-reperfusieletsel2. Omdat het hart zich in een constante systolische en diastolische cyclus bevindt, is het een van de meest energieverslindende delen van het lichaam. Daarom, wanneer de kransslagaders moeite hebben om voldoende energie en zuurstof te behouden, neemt de hartfunctie onvermijdelijk af, wat een negatieve invloed heeft op andere organen 3,4. Het hart is een krachtpatser in de bloedsomloop en de hartfunctie moet rationeel worden beoordeeld.
Beoordeling van de hartfunctie aan de hand van ventriculaire druk- en volumerelaties wordt beschouwd als een alomvattende methode5. Real-time veranderingen in ventriculaire druk en volume gedurende de volledige hartcyclus vormen de druk-volumelus. De ventriculaire druk-volumelus maakt een kwantitatieve analyse mogelijk van de hartfunctie en reservecapaciteit in termen van verschillende fasen en energieën van het ventrikel. Het normale ventrikel heeft een klein eindsystolisch volume met goed slagwerk en efficiëntie 5,6,7.
De druk-volume geleidingskathetertechniek is een invasieve methode om de status van de linker hartkamer te detecteren. Het kan worden gebruikt om een continue real-time druk-volumeluste verkrijgen 8. Drukvolumetrische geleidbaarheidskatheters zijn krachtige hulpmiddelen en goede hanteringsprocedures zijn essentieel voor reproduceerbare en betrouwbare resultaten, waaronder in vivo analyse van myocardiale parallelle geleidbaarheid tijdens zoutoplossing kalibratie en in vitro meting van de bloedgeleidbaarheid bij cuvettenkalibratie3.
Ferulinezuur (FA), een fenolzuur, is wijd verspreid in plantenrijken zoals Avena sativa en Ligusticum chuanxiong hort 9,10. Ferulinezuur heeft farmacologische effecten op het verlagen van de bloeddruk en aritmie. FA is een bioactief natuurproduct met meerdere functies. FA kan oxidatieve schade weerstaan, ontstekingsreacties verminderen, de aggregatie van bloedplaatjes remmen en coronaire hartziekten en atherosclerose voorkomen. De meeste onderzoeken naar ferulazuur hebben zich echter gericht op één aspect van het hart en zelden zijn de effecten van ferulazuur in de bloedsomloop geëvalueerd 12,13,14,15. Hier beschrijven we een benadering van isofluraananesthesie met gesloten borstkas in combinatie met ketamine (50 mg/kg) met een focus op de hartrespons op ferulazuuroplossing tijdens injectie van de halsader.
We zullen de volledige procedure beschrijven voor het gebruik van de tool onder gesloten borstkasomstandigheden, inclusief oplossingsbereiding, voorbereiding van de transducer, pre-experimentele voorbereiding van ratten, inbrengen van de katheter in de rechter halsslagader en gegevensanalyse. De duur van het experiment is meestal minder dan 4 uur en wordt bepaald door de verschillende experimentele protocollen. In een enkel experiment kunnen we gedetailleerde cardiale informatie verkrijgen, zoals linkerventrikeldruk, volume en hartslag.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Het dierprotocol is beoordeeld en goedgekeurd door de Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Experimental Animal Welfare Ethics Committee (Record No. 2023-04). Mannelijke Sprague Dawley (SD) ratten (280 ± 20 g, 8-10 weken oud) werden gebruikt voor de huidige studie. De ratten werden gehouden in een dierenkamer en waren vrij om te drinken en te eten.
1. Voorbereiding van de oplossing
- Bereid 0,9% NaCl-oplossing voor om het werkgebied voldoende vochtig te houden.
- Om 20% hypertone NaCl-oplossing te bereiden, lost u 2 g NaCl op in 10 ml dubbel gedestilleerd water (ddH2O). Om de parallelle geleidbaarheid van het myocardium te bepalen, is het noodzakelijk om de geleidbaarheid van de intraventriculaire vloeistof te veranderen.
- Bereid 1% enzym-actieve wasmiddeloplossing in poedervorm. Gebruik dit aan het einde van het experiment om de elektrische katheter met drukvolume gedurende 1-2 uur in de oplossing onder te dompelen.
- Bereid FA-oplossing door 10 mg ferulazuur op te lossen in 20 ml ddH2O. Filtreer de oplossing door een membraan van 0,22 μm. Injecteer de rat met 1 ml/kg ferulazuuroplossing.
2. Voorbereiding van de sensor
- Dompel de druk-volumesensor voor aanvang van het experiment ongeveer 30-60 minuten onder in 0,9% NaCl-oplossing bij 37 °C, wat de stabiliteit van de experimentele gegevens bevordert.
- Sluit het experimentele apparaat aan. Het systeem voor het meten van druk-volumelussen bestaat uit een druk-volumekatheter, twee regeleenheden, een registratie-eenheid en computergestuurde software. De druk-volumelusmodule in de software biedt een referentie-experimentele procedure.
- Druk op de Start-knop en de software registreert automatisch de bewakingsgegevens van de drukvolumesensor.
- Gebruik de Miro-Tip Pressure Volume (MPVS)-software om de druk en geleidbaarheid te kalibreren.
3. Pre-experimentele bereiding van ratten
- Dien ketamine (50 mg/kg) en fentanyl (0,25 mg/kg) toe aan de ratten via intramusculaire injectie5.
- Knijp in de tenen van de ratten om de diepte van de verdoving te verifiëren door een afwezigheid van reflexen. Emotie beïnvloedt de fysiologische toestand van ratten en pijn veroorzaakt veranderingen in de hartfunctie16. Gebruik scheerapparaten voor kleine dieren en ontharingscrèmes om haar op operatieplaatsen te verwijderen. Gebruik jodofoor en 75% alcohol om de huid af te vegen om de steriliteit te behouden.
- Immobiliseer volledig verdoofde ratten op een isotherme verwarmingsplaat met de rug in contact met de verwarmingsplaat.
- Steek een temperatuursonde bedekt met vaseline in het rectum van de rat. Houd de lichaamstemperatuur van de rat op 37 °C ± 0,5 door de verwarmingsplaat aan te passen.
OPMERKING: Het is noodzakelijk om de luchtweg tijdens het experiment vrij te houden.
4. Inbrengen van de katheter in de rechter halsslagader
- Snijd de huid aan de rechterkant van de mediaanlijn van de nek van ratten in de lengterichting in. Maak een incisie van 4 cm en scheid spieren en bindweefsel met een pincet. De halsslagader aan de rechterkant van de luchtpijp is zichtbaar. De rechter halsslagader van de rat is donkerrood, sterk pulserend en heeft een witte nervus vagus die er parallel aan loopt.
- Scheid de halsslagader van andere weefsels en zenuwen met behulp van een pincet. Plaats drie 5-0 operatielijnen onder de schone halsslagader. Druppel steriele 0,9% natriumchloride-oplossing op het operatiegebied om de bevochtiging van de halsslagader te behouden.
- Snijd de huid boven het linker sleutelbeen door en pel het weefsel rond de halsader af. Plaats vervolgens een 5-0 chirurgische draad onder de linker halsader.
- Gebruik arteriële clips om de bloedstroom proximaal op te schorten, gebruik een microschaar om een deel in het vat af te knippen waar de bloedstroom is gestopt. Het is normaal dat er een kleine hoeveelheid bloed in de dwarsdoorsnede van de wond verschijnt. Als het bloed het vat snel en met tussenpozen verlaat, til dan de proximale chirurgische lijn op en breng de arteriële klem opnieuw aan.
- Breng de katheter vanaf de dwarsdoorsnede langs de halsslagader diep in de linker hartkamer. Zorg ervoor dat de laagste systolische drukwaarde na het betreden van de linker hartkamer dicht bij 0 mmHg ligt.
- Om een redelijke druk-volumeverhouding te verkrijgen, past u de druk-volumekatheter in de ventriculaire kamer enigszins aan. Om massaal bloedverlies te voorkomen en te voorkomen dat de katheter van positie verandert als gevolg van de hartslag, moet u het proximale uiteinde van de operatielijn ligateren.
OPMERKING: De lichaamstemperatuur, het anesthesieniveau, het druksignaal en het geleidingssignaal van de rat moeten tijdens dit proces stabiel blijven. De luchtwegen van de rat moeten open worden gehouden.
5. Geneesmiddelinjectie en geleidbaarheidskalibratie
- Handhaaf de positie van de drukvolumekatheter in de ventriculaire kamer, nadat de gegevens zijn gestabiliseerd, ligate de chirurgische lijn distaal van de halsader geligeerd en injecteer langzaam tot 1 ml/kg ferulazuuroplossing. Observeer gedurende 5-10 minuten.
- Injecteer 50 μL 20% NaCl-oplossing uit de linker halsader om de parallelle geleiding te verwijderen die door het myocardium wordt gegenereerd. Het volumebereik van de parallelle geleiding was ongeveer 130-280 μL5. Herhaal dit 3x met een interval van 2 min.
- Na ventriculaire druk- en volumetesten bij ratten, neemt u bloed af uit de abdominale aorta van de rat met behulp van een bloedafnamenaald. Plaats het afgenomen bloed in een natriumheparine-verzamelbuisje en keer 2x op en neer om bloedstolling te voorkomen. Euthanaseer de experimentele ratten door 120 mg/kg pentobarbital-natrium via de linker halsader te injecteren.
- Voer conversie uit van gemeten geleidbaarheid naar werkelijk bloedvolume met behulp van volumekalibratiebuisjes voor ratten. Plaats bloed gemengd met natriumheparine, achtereenvolgens, in de openingen van de kalibratiebuis, en de katheter detecteert de geleidingswaarden van het bloed in de verschillende openingen en registreert deze in de druk-volumebewakingsmodule.
6. Data-analyse
- Door de gemeten geleidbaarheidswaarde van een bekend bloedvolume op te tellen bij de opgegeven locatie, zet de software automatisch de curve uit en extrapoleert de geleidbaarheid van het bloed. Gebruik ten minste drie sets bloedgeleidingswaarden om de bloedgeleidbaarheid van de geteste rat af te leiden. De bloedgeleidbaarheid is geïndividualiseerd. Voer deze procedure voor elke rat die wordt getest afzonderlijk uit.
- Hypertone kalibratie: Door de gegevens van drie injecties met hypertone zoutoplossing toe te voegen aan een gespecificeerde locatie, berekent de software parallelle geleidingsgemiddelden en kalibreert automatisch de experimentele gegevens.
- Gebruik regio's met stabiele bloeddruk- en geleidingswaarden om de linkerventrikelfunctie van ratten te analyseren.
- Klik op Analyseren en de software berekent automatisch een verscheidenheid aan parameters op basis van het geselecteerde gebied, waaronder EF (linkerventrikel-ejectiefracties), SW (beroertewerk) en CO (cardiale output), enz.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Elke test (n = 3) was gebaseerd op het inbrengen van een druk-volume geleidbaarheidskatheter in de linker hartkamer. Er zijn significante signaalveranderingen, zoals een duidelijke toename van het drukbereik, wanneer de katheter vanuit de halsslagader de linker hartkamer binnenkomt (Figuur 1). De grafische analyse van de druk-volumerelatie wordt voltooid door het volume (μL) op de Y-as en de druk (mmHg) op de X-as uit te zetten. De linkerventrikeldruk van de rat lag binnen 10-105 mmHg en de ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het is essentieel om een rationele doseringsstrategie te volgen voor verschillende toestanden van de hartfunctie. De druk-volume geleidingskathetertechniek is de meest intuïtieve manier om de linkerventrikelfunctie te bestuderen5. Deze methode maakt het mogelijk om de effecten van medicijnen op de hartfunctie vanuit een heel perspectief te bestuderen. We beschrijven de verschillende fasen van het experiment in detail. Dit zal enige mogelijkheid bieden voor de studie van de hartfunctie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd zonder dat er commerciële of financiële relaties waren die als een potentieel belangenconflict zouden kunnen worden opgevat.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door het Sichuan Provincial Major R&D Project (2022YFS043) en het Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Youth Foundation Advancement Talent Special Project (QJJJ2022029).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1 mL spuit | Sartorius AG, Duitsland | - | |
| Diertemperatuurregelaar | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Dual Bio Amp | Millar, Inc., USA | DA-100 | |
| Enzyme-Actieve Poederdetergent | Alconox Inc., USA | 1104 | |
| Ferulic zuur | Macklin Biochemical Co., Ltd, Shanghai, China | F900027 | |
| Mikro-Tip Katheter Transducers, SPR-838NR | Millar, Inc., USA | SPR-838NR | |
| Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra | Millar, Inc., USA | SPR-869 | |
| Elektrische haarschaar voor huisdieren | Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd. | - | |
| Power Lab 8 / 35 | Millar, Inc., USA | PL3508 | |
| Natriumchloride, NaCl | Kelong Chemical Reagent, Chengdu, China | KX829463 | |
| Veet haarepilatiecrème | Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. | 3226470 |
Referenties
- Zaman, R., Epelman, S. Resident cardiac macrophages: Heterogeneity and function in health and disease. Immunity. 55 (9), 1549-1563 (2022).
- Schefold, J. C., Filippatos, G., Hasenfuss, G., Anker, S. D., von Haehling, S. Heart failure and kidney dysfunction: epidemiology, mechanisms and management. Nat Rev Nephrol. 12 (10), 610-623 (2016).
- Medert, R., Bacmeister, L., Segin, S., Freichel, M., Camacho Londoño, J. E. Cardiac response to β-adrenergic stimulation determined by pressure-volume loop analysis. J Vis Exp. (171), e62057(2021).
- Hieda, M., Goto, Y. Cardiac mechanoenergetics in patients with acute myocardial infarction: From pressure-volume loop diagram related to cardiac oxygen consumption. Heart Fail Clin. 16 (3), 255-269 (2020).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).
- Ziegler, T., Laugwitz, K. L., Kupatt, C. Left ventricular pressure volume loop measurements using conductance catheters to assess myocardial function in mice. Methods Mol Biol. 2158, 33-41 (2021).
- Rosch, S., et al. Characteristics of heart failure with preserved ejection fraction across the range of left ventricular ejection fraction. Circulation. 146 (7), 506-518 (2022).
- Meyers, T. A., Townsend, D. Early right ventricular fibrosis and reduction in biventricular cardiac reserve in the dystrophin-deficient mdx heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308 (4), H303-H315 (2015).
- Alaerts, G., et al. Exploratory analysis of chromatographic fingerprints to distinguish rhizoma Chuanxiong and rhizoma Ligustici. J Chromatogr A. 1217 (49), 7706-7716 (2010).
- Serreli, G., et al. Ferulic acid derivatives and Avenanthramides modulate endothelial function through maintenance of nitric oxide balance in HUVEC cells. Nutrients. 13 (6), 2026(2021).
- Li, D., et al. Ferulic acid: A review of its pharmacology, pharmacokinetics and derivatives. Life Sci. 284, 119921(2021).
- Monceaux, K., et al. Ferulic acid, Pterostilbene, and Tyrosol protect the heart from ER-stress-induced injury by activating SIRT1-dependent deacetylation of eIF2α. Int J Mol Sci. 23 (12), 6628(2022).
- Liu, Z., et al. N-terminal truncated peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α alleviates phenylephrine-induced mitochondrial dysfunction and decreases lipid droplet accumulation in neonatal rat cardiomyocytes. Mol Med Rep. 18 (2), 2142-2152 (2018).
- Sun, Y., et al. Shuangxinfang prevents S100A9-induced macrophage/microglial inflammation to improve cardiac function and depression-like behavior in rats after acute myocardial infarction. Front Pharmacol. 13, 832590(2022).
- Panneerselvam, L., et al. Ferulic acid attenuates arsenic-induced cardiotoxicity in rats. Biotechnol Appl Biochem. 67 (2), 186-195 (2020).
- Hsueh, B., et al. Cardiogenic control of affective behavioural state. Nature. 615 (7951), 292-299 (2023).
- Townsend, D. Measuring pressure volume loops in the mouse. J Vis Exp. (111), e53810(2016).
- Bastos, M. B., et al. Invasive left ventricle pressure-volume analysis: overview and practical clinical implications. Eur Heart J. 41 (12), 1286-1297 (2020).
- Wang, L. Y., et al. Effects of ferulic acid on antioxidant activity in Angelicae Sinensis Radix, Chuanxiong Rhizoma, and their combination. Chin J Nat Med. 13 (6), 401-408 (2015).
- Liu, Z., et al. Ferulic acid increases intestinal Lactobacillus and improves cardiac function in TAC mice. Biomed Pharmacother. 120, 109482(2019).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Dam Lyhne, M., et al. Effects of mechanical ventilation versus apnea on bi-ventricular pressure-volume loop recording. Physiol Res. 71 (1), 103-111 (2022).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
