Elektrokardiografia (EKG) jest rutynowo stosowana w warunkach klinicznych do oceny dynamiki przewodnictwa elektrycznego serca i procesu aktywacji i odzyskiwania energii elektrycznej. EKG jest ważne dla wykrywania, lokalizacji i oceny ryzyka arytmii, niedokrwienia i zawałów. Zazwyczaj elektrody są umieszczane na klatce piersiowej, ramionach i nogach pacjenta, aby zapewnić trójwymiarowy widok serca. Odchylenie dodatnie powstaje, gdy kierunek depolaryzacji mięśnia sercowego jest skierowany w stronę elektrody, a ugięcie ujemne powstaje, gdy kierunek depolaryzacji mięśnia sercowego jest oddalony od elektrody. Elektrograficzne składowe cyklu sercowego obejmują depolaryzację przedsionków (załamek P), przewodnictwo przedsionkowo-komorowe (interwał PR), pobudzenie komorowe (zespół QRS) i repolaryzację komorową (załamek T). Istnieją duże podobieństwa w pomiarach EKG i potencjału czynnościowego u wielu ssaków, w tym u ludzi, królików, psów, świnek morskich, świń, kóz i koni1,2,3.
Króliki są idealnym modelem do badań translacyjnych serca. Serce królika jest podobne do serca ludzkiego pod względem składu kanału jonowego i właściwości potencjału czynnościowego2,4,5. Króliki zostały wykorzystane do generowania genetycznych, nabytych i indukowanych lekami modeli chorób serca2,4,6,7,8. Istnieją duże podobieństwa w EKG serca i potencjalnej odpowiedzi czynnościowej na leki u ludzi i królików7,10,11.
Tętno i proces aktywacji i odzyskiwania elektrycznego serca jest bardzo różny u gryzoni, w porównaniu do królików, ludzi i innych większych ssaków12,13,14. Serce gryzonia bije ~10 razy szybciej niż u ludzi. W przeciwieństwie do izoelektrycznego odcinka ST w EKG u ludzi i królików, nie ma odcinka ST u gryzoni14,15,16. Ponadto gryzonie mają przebieg QRS-r' z odwróconą falą T14,15,16. Pomiary odstępu QT są bardzo różne u gryzoni, u ludzi i królików14,15,16. Co więcej, normalne wartości EKG są bardzo różne u ludzi i gryzoni12,15,16. Te różnice w przebiegach EKG można przypisać różnicom w morfologii potencjału czynnościowego i kanałach jonowych, które napędzają repolaryzację serca9,14. Podczas gdy przejściowy prąd potasowy na zewnątrz jest głównym prądem repolaryzacyjnym w krótkiej (niekopułowej) morfologii potencjału czynnościowego serca u gryzoni, u ludzi i królików występuje duża kopuła fazy 2 na potencjale czynnościowym, a opóźnione prądy potasowe prostownika (IKr i IKs) są głównymi prądami repolaryzującymi u ludzi i królików4, 9,13,17. Co ważne, ekspresja IKr i IKs jest nieobecna/minimalna u gryzoni, a ze względu na czasową kinetykę aktywacji IKr i IKs nie odgrywa roli w morfologii potencjału czynnościowego serca9,13. W ten sposób króliki zapewniają bardziej translacyjny model do oceny mechanizmów indukowanych, nabytych i dziedzicznych nieprawidłowości EKG i arytmii4,7,13. Następnie, jak wykazały liczne badania, obecność nieprawidłowości elektrycznych zarówno neuronalnych, jak i sercowych w pierwotnym leczeniu serca (zespół długiego odstępu QT18,19,20) lub chorobach neuronalnych (padaczka21,22,23,24), ważne jest zbadanie mechanizmów leżących u podstaw modelu zwierzęcego, który ściśle odtwarza ludzką fizjologię. Podczas gdy gryzonie mogą być wystarczające do modelowania ludzkiego mózgu, gryzonie nie są idealnym modelem fizjologii ludzkiego serca7.
Elektroencefalografia (EEG) wykorzystuje elektrody, zwykle umieszczane na skórze głowy lub wewnątrzczaszkowo, do rejestrowania funkcji elektrycznych kory mózgowej. Elektrody te mogą wykrywać zmiany w szybkości wypalania i synchronizacji grup pobliskich neuronów piramidowych w korze mózgowej25. Informacje te można wykorzystać do oceny funkcji mózgu i stanu czuwania/snu. EEG jest również przydatne do lokalizacji aktywności padaczkowej i odróżniania napadów padaczkowych od zdarzeń niepadaczkowych (np. psychogennej aktywności niepadaczkowej i zdarzeń kardiogennych). W celu zdiagnozowania rodzaju padaczki, czynników prowokujących i pochodzenia napadu, pacjenci z padaczką są poddawani różnym manewrom, które mogą wywołać napad. Różne metody obejmują hiperwentylację, stymulację fototyczną i deprywację snu. Protokół ten demonstruje zastosowanie stymulacji fototycznej do wywoływania aberracji EEG i drgawek u królików26,27,28,29.
Jednoczesne zapisy wideo-EEG-EKG były szeroko stosowane u ludzi i gryzoni do oceny aktywności behawioralnej, neuronalnej i sercowej w stanach przed-ictal, ictal i post-ictal30. Podczas gdy w kilku badaniach przeprowadzono zapisy EEG i EKG oddzielnie u królików4,31,32,33, system do jednoczesnego pozyskiwania i analizowania wideo-EEG-EKG u świadomego, powściągliwego królika nie jest dobrze ugruntowany34. W artykule opisano projekt i implementację protokołu, który może rejestrować jednocześnie dane wideo-EEG-EKG-kapnografia-oksymetria u przytomnych królików w celu oceny funkcji neuro-sercowych, elektrycznych i oddechowych. Wyniki uzyskane za pomocą tej metody mogą wskazywać na podatność, wyzwalacze, dynamikę i zgodność między arytmiami, drgawkami, zaburzeniami oddychania i objawami fizycznymi. Zaletą naszego eksperymentalnego systemu jest to, że uzyskujemy świadome nagrania bez potrzeby stosowania środka uspokajającego. Króliki pozostają w krępach przez ≥5 godzin, przy minimalnym ruchu. Ponieważ środki znieczulające zaburzają funkcje neuronalne, sercowe, oddechowe i autonomiczne, nagrania w stanie świadomości dostarczają najwięcej danych fizjologicznych.
Ten system rejestracji może ostatecznie dostarczyć szczegółowych informacji, które pomogą lepiej zrozumieć mechanizmy neurologiczne, kardiologiczne i oddechowe odpowiedzialne za nagłą, niespodziewaną śmierć w padaczce (SUDEP). Oprócz powyższego monitorowania neurologicznego i kardiologicznego, najnowsze dowody potwierdziły również rolę niewydolności oddechowej jako potencjalnego czynnika przyczyniającego się do nagłej śmierci po napadzie35,36. Aby monitorować stan oddechowy królików, wdrożono oksymetrię i kapnografię w celu oceny stanu układu oddechowego przed, w trakcie i po napadzie. Przedstawiony tutaj protokół został opracowany w celu oceny progu napadów padaczkowych wywołanych farmakologicznie i fotycznie u królików. Protokół ten może wykryć subtelne nieprawidłowości w EEG i EKG, które mogą nie powodować objawów fizycznych. Ponadto metoda ta może być stosowana do badania bezpieczeństwa kardiologicznego i skuteczności przeciwarytmicznej nowych leków i urządzeń.