Ten protokół opisuje metodę pomiaru ciśnienia i objętości lewej komory za pomocą techniki przewodności ciśnienie-objętość. Metoda ta umożliwia ciągłe monitorowanie w czasie rzeczywistym wpływu leków na serce.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje metodę pomiaru ciśnienia i objętości lewej komory za pomocą techniki przewodności ciśnienie-objętość. Metoda ta umożliwia ciągłe monitorowanie w czasie rzeczywistym wpływu leków na serce.
Zmniejszona czynność serca może mieć negatywny wpływ na inne narządy. Zależność ciśnienia do objętości lewej komory jest uważana za prawidłową metodę oceny czynności serca. Monitorowanie czynności serca w czasie rzeczywistym jest ważne dla oceny leków. W warunkach zamkniętej klatki piersiowej miniaturowy przetwornik, który jest ważnym elementem cewnika ciśnieniowo-objętościowego, wchodzi do lewej komory szczura przez prawą tętnicę szyjną. Urządzenie wizualizuje zmiany w funkcji serca podczas eksperymentu w postaci pętli ciśnienie-objętość. Rzeczywistą objętość komory oblicza się, zmieniając przewodnictwo krwi poprzez wstrzyknięcie 50 μl 20% roztworu chlorku sodu do lewej żyły szyjnej szczura. Rzeczywistą objętość komory szczura oblicza się, mierząc przewodność krwi w znanej objętości za pomocą cewnika konduktowanego ciśnienie-objętość. Protokół ten pozwala na ciągłą obserwację wpływu leków na serce i będzie promował uzasadnienie stosowania specjalistycznych leków etnicznych w chorobach sercowo-naczyniowych.
Choroby układu krążenia mają najwyższy wskaźnik śmiertelności na świecie1. Jego przyczyny obejmują zwężenie tętnicy wieńcowej (niedokrwienie mięśnia sercowego), zablokowanie tętnicy wieńcowej (zawał mięśnia sercowego) i uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne2. Ponieważ serce znajduje się w ciągłym cyklu skurczowym i rozkurczowym, jest to jedna z najbardziej energochłonnych części ciała. Dlatego, gdy tętnice wieńcowe mają trudności z utrzymaniem wystarczającej ilości energii i tlenu, czynność serca nieuchronnie się zmniejsza, co ma negatywny wpływ na inne narządy3,4. Serce jest siłą napędową układu krążenia, a czynność serca musi być racjonalnie oceniana.
Ocena funkcji serca na podstawie zależności ciśnienia komorowego i objętości jest uważana za kompleksową metodę5. Zmiany ciśnienia i objętości komór w czasie rzeczywistym podczas całego cyklu pracy serca tworzą pętlę ciśnienie-objętość. Pętla ciśnienie-objętość komory umożliwia ilościową analizę funkcji serca i pojemności rezerwowej w odniesieniu do różnych faz i energii komory. Normalna komora ma małą objętość końcowoskurczową z dobrą pracą rytmiczną i wydajnością5,6,7.
Technika cewnika przewodzącego ciśnienie-objętość jest inwazyjną metodą wykrywania stanu lewej komory. Można go użyć do uzyskania ciągłej pętli ciśnienie-objętość w czasie rzeczywistym8. Cewniki do pomiaru przewodności objętościowej ciśnienia są potężnymi narzędziami, a procedury obsługi dźwięku są niezbędne do uzyskania powtarzalnych i wiarygodnych wyników, w tym analiza in vivo równoległej przewodności mięśnia sercowego podczas kalibracji soli fizjologicznej oraz pomiar in vitro przewodności krwi w kalibracji kuwetowej3.
Kwas ferulowy (FA), kwas fenolowy, jest szeroko rozpowszechniony w królestwach roślin, takich jak Avena sativa i Ligusticum chuanxiong hort9,10. Kwas ferulowy ma farmakologiczne działanie obniżające ciśnienie krwi i arytmię. FA to bioaktywny produkt naturalny o wielu funkcjach. FA może być odporny na uszkodzenia oksydacyjne, zmniejszać reakcje zapalne, hamować agregację płytek krwi oraz zapobiegać chorobie niedokrwiennej serca i miażdżycy11. Jednak większość badań nad kwasem ferulowym koncentrowała się na jednym aspekcie serca i rzadko oceniano działanie kwasu ferulowego w układzie krążenia12,13,14,15. W tym miejscu opisujemy podejście do znieczulenia izofluranem z zamkniętą klatką piersiową w połączeniu z ketaminą (50 mg / kg), koncentrując się na odpowiedzi serca na roztwór kwasu ferulowego podczas iniekcji żyły szyjnej.
Opiszemy pełną procedurę korzystania z narzędzia w warunkach zamkniętej klatki piersiowej, w tym przygotowanie roztworu, przygotowanie przetwornika, przedeksperymentalne przygotowanie szczura, wprowadzenie cewnika do prawej tętnicy szyjnej i analizę danych. Czas trwania eksperymentu jest zwykle krótszy niż 4 godziny i jest określany przez różne protokoły eksperymentalne. W jednym eksperymencie możemy uzyskać szczegółowe informacje o sercu, takie jak ciśnienie w lewej komorze serca, objętość i tętno.
Protokół dotyczący zwierząt został sprawdzony i zatwierdzony przez Komitet Etyki ds. Dobrostanu Zwierząt Eksperymentalnych Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu (Rekord nr 2023-04). Do niniejszego badania wykorzystano samce szczurów rasy Sprague Dawley (SD) (280 ± 20 g, w wieku 8-10 tygodni). Szczury były trzymane w komorze dla zwierząt i mogły swobodnie pić i jeść.
1. Przygotowanie roztworu
2. Przygotowanie czujnika
3. Przedeksperymentalne przygotowanie szczurów
4. Wprowadzenie cewnika do prawej tętnicy szyjnej
5. Wstrzykiwanie leków i kalibracja przewodności
6. Analiza danych
Każdy test (n = 3) opierał się na wprowadzeniu cewnika do pomiaru przewodnictwa ciśnienie-objętość do lewej komory. W momencie wprowadzenia cewnika do lewej komory z tętnicy szyjnej występują znaczące zmiany sygnału, takie jak wyraźny wzrost zakresu ciśnienia (Rycina 1). Analiza graficzna zależności ciśnienie-objętość jest przeprowadzana poprzez wykreślenie objętości (µL) na osi Y oraz ciśnienia (mmHg) na osi X. Ciśnienie w lewej komorze szczura mieściło się w zakresie 10-105 mmHg, a wartości przewodnictwa objętości w zakresie 65-115 µL.
Pełny cykl pracy serca tworzy pętla ciśnienie-objętość biegnąca przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (Rysunek 2). Po podaniu kwasu ferulowego u szczurów zaobserwowano istotne zmiany w funkcji serca (Rysunek 3). Ciśnienie w lewej komorze szczura mieściło się w zakresie 0-85 mmHg, a wartości przewodnictwa objętości w zakresie 30-100 µL.
Jak pokazano na Rysunku 4, po wstrzyknięciu hipertonicznego roztworu soli fizjologicznej do żyły szyjnej szczurów następują zmiany w pętli ciśnienie-objętość lewej komory. Ze względu na bezpośredni pomiar sygnałów ciśnienia i przewodnictwa w jamie komory, wstrzyknięcie hipertonicznego roztworu soli fizjologicznej przez lewą żyłę szyjną może spowodować wzrost wartości przewodnictwa. Zakłócenia pochodzące z mięśnia sercowego można wyeliminować poprzez przeprowadzenie wielokrotnych pomiarów zmian wartości przewodnictwa.
Do kalibracji kuwety wykorzystano ciśnieniową przewodność wolumetryczną (Rycina 5). Służy to przeliczeniu zmierzonych wartości przewodności na wartości wolumetryczne.

Rysunek 1: Różne pętle ciśnienie-objętość w tętnicy szyjnej i komorze utworzone za pomocą cewników do pomiaru ciśnienia i przewodności objętościowej. (A) Występują istotne różnice w ciśnieniu i przewodności między tętnicami a komorami. (B) Wprowadzenie miniaturowego czujnika do komory pozwala na utworzenie pętli ciśnienie-objętość. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2: Pętla ciśnienia-objętości. Pętla ciśnienia-objętości obejmuje cztery fazy: rozkurcz, skurcz izowolumetryczny, skurcz i rozkurcz izowolumetryczny. Pole pętli ciśnienia-objętości reprezentuje pracę wykonaną podczas jednego skurczu serca. Odjęcie objętości końcowoskurczowej (ESV) od objętości końcoworozkurczowej (EDV) daje objętość wyrzutową komory. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Funkcja lewej komory jest zaburzona u szczurów po wstrzyknięciu roztworu kwasu ferulowego. (A) Zaburzenie pętli ciśnienie-objętość lewej komory. (B) Frakcja wyrzutowa (EF) przedstawia procent objętości wyrzutowej w stosunku do objętości końcowodiastolicznej komory: zmiana frakcji wyrzutowej lewej komory w zależności od liczby uderzeń serca. (C) Końcowosystoliczna objętość lewej komory zmienia się wraz ze wzrostem liczby uderzeń serca. (D) Stała czasowa relacji ciśnienie-objętość końcowodiastoliczna lewej komory zmienia się wraz ze wzrostem częstości akcji serca. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Zmiany ciśnienia i przewodnictwa w lewej komorze serca szczurów po wstrzyknięciu dożylnie 20% roztworu NaCl. (A) Przeanalizowane dane, w których zmieniono przewodnictwo. (B) Przesunięcie pętli ciśnienie-objętość w prawo z powodu zwiększonego przewodnictwa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Cewniki przewodnictwa ciśnienie-objętość są używane do pomiaru przewodnictwa znanej objętości kuwety wypełnionej krwią szczura. (A) Przewodnictwo dla różnych objętości. (B) Dobra korelacja przewodnictwa mierzonego za pomocą cewników przewodnictwa ciśnienie-objętość. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Konieczne jest przyjęcie racjonalnej strategii dawkowania dla różnych stanów czynności serca. Technika cewnika konduktowanego pod ciśnieniem i objętością jest najbardziej intuicyjnym sposobem badania funkcji lewej komory5. Metoda ta umożliwia badanie wpływu leków na czynność serca z całej perspektywy. Szczegółowo opisujemy poszczególne etapy eksperymentu. Zapewni to pewne ułatwienia do badania funkcji serca.
Technika cewnika przewodności objętościowej jest najbardziej wszechstronną i rygorystyczną metodą. W jednym eksperymencie można uzyskać informacje na temat maksymalnie 30 wskaźników, w tym wartości bezwzględnych (ciśnienie i objętość) oraz wartości względnych (EF), a nawet pewne informacje na temat metabolizmu leków.
Temperatura ciała szczurów była utrzymywana na poziomie 37 °C ± 0,5 podczas całej procedury doświadczalnej5. Utrata krwi u szczurów powinna być zminimalizowana podczas eksperymentu5. Podczas eksperymentu należy odnotować objętość krwi szczura17.
Technologia cewnika przewodzącego ciśnienie-objętość umożliwia wykrywanie stanu komór w czasie rzeczywistym18. Technologia ta może być bardzo pomocna w badaniu wpływu pojedynczego leku lub kombinacji leków na serce. Cewnik konduktancyjny bezpośrednio zmierzy ciśnienie i przewodność lewej komory. Jest to ściśle związane z temperaturą ciała i stopniem znieczulenia badanego szczura. W tym doświadczeniu, po wstrzyknięciu roztworu kwasu ferulowego, zmiany w funkcji lewej komory zostały wyraźnie wykazane przez pętlę ciśnienie-objętość, w tym spadek ciśnienia skurczowego i objętości końcowoskurczowej (ryc. 2A). Frakcja wyrzutowa lewej komory szczurów była znacznie zwiększona, z wartością szczytową 89,87% (ryc. 2B). Ciśnienie końcowoskurczowe lewej komory u szczurów było znacznie zmniejszone, przy minimalnej wartości 55,44 μl. Jest to zgodne z farmakologicznym działaniem kwasu ferulowego w obniżaniu ciśnienia krwi, jak wcześniej opisano11.
Niektóre naturalne związki występujące w żywności i roślinach leczniczych mogą przyczyniać się do utrzymania zdrowia. Kwas ferulowy jest związkiem fenolowym powszechnie występującym w roślinach, w tym Ligusticum chuanxiong i Angelica sinensis19, które są ważnymi składnikami aktywnymi w różnych tradycyjnych chińskich medycynach. Obecne badania wykazały, że kwas ferulowy ma wiele aktywności biologicznych, w tym działanie przeciwzapalne, przeciwzwłóknieniowe i przeciwapoptotyczne11. Konieczne jest zbadanie wpływu tego łatwo dostępnego naturalnego produktu z pożywienia na czynność serca w układzie krążenia, chociaż badania wykazały jego pozytywny wpływ na strukturę morfologiczną serca12,20.
Cewnik ciśnieniowo-objętościowy można umieścić w komorze komorowej zwierzęcia doświadczalnego w celu bezpośredniego uzyskania ciśnienia i przewodności komorowej. Kalibracja soli fizjologicznej i kalibracja kuwety służą do uzyskania rzeczywistych objętości komór. Eksperyment ten pozwala na uzyskanie ciągłej pętli ciśnienie-objętość, która wizualnie odzwierciedli zmiany w funkcji komór. Istnieją dwie metody dostępu do komory komorowej za pomocą cewnika objętości ciśnienia, w tym stan otwartej klatki piersiowej i stan zamkniętej klatki piersiowej. W stanie otwartej klatki piersiowej łatwiej jest kontrolować położenie cewnika objętościowego ciśnienia w jamie komorowej. Pomiar funkcji komór w warunkach zamkniętej klatki piersiowej nie wymaga wspomagania oddychania zwierzęcia, jest mniej szkodliwy dla zwierzęcia i ma wyższy wskaźnik sukcesu. Ponadto pętlę objętości ciśnienia obserwuje się w warunkach zamkniętej klatki piersiowej w celu określenia, czy cewnik objętości ciśnienia znajduje się w jamie komorowej. Jeśli ten cewnik zostanie ściśnięty przez mięsień sercowy, pętla objętości ciśnienia pokaże nieprawidłowy szczyt.
Serce jest ważnym narządem, który pompuje krew w całym ciele. Potrzebne jest bardziej racjonalne podejście do oceny funkcji serca, w tym przed i po obciążeniu, a także stanu samego serca21. Pętle ciśnienie-objętość służą do opisywania zmian ciśnienia i objętości w centralnej komorze komory serca w całym cyklu pracy serca w czasie rzeczywistym. Protokół ten opisuje kompletną metodę pomiaru funkcji lewej komory za pomocą miniaturowych czujników. Zmiana modelu mikrosensora w protokole eksperymentalnym pozwala na pomiar funkcji serca u różnych zwierząt, takich jak świnie, myszy itp. 4,8,22. Zastosowanie cewników konduktancyjnych ciśnienie-objętość pozwala na obserwację w czasie rzeczywistym wpływu leków na ciśnienie i objętość lewej komory, a także ogólnego wpływu na układ krążenia osoby badanej. Ta technika pomaga zminimalizować potencjalny negatywny wpływ leków na serce.
Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Ta praca była wspierana przez Główny Projekt Badawczo-Rozwojowy Prowincji Syczuan (2022YFS043) oraz Specjalny Projekt Talentów Talentów Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu (QJJJ2022029).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Strzykawka 1 ml | Sartorius AG, | Niemcy-Utrzymuje | |
| temperaturę zwierząt | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Dual Bio Amp | Millar, Inc., USA | DA-100 | |
| Enzymatycznie aktywny detergent w proszku | Alconox Inc., USA | 1104 | |
| Kwas ferulowy | Macklin Biochemical Co., Ltd, Szanghaj, Chiny | F900027 | |
| Przetworniki cewnika Mikro-Tip, SPR-838NR | Millar, Inc., USA | SPR-838NR | |
| Millar Miro-Tip Objętość ciśnienia (MPVS) Ultra | Millar, Inc., USA | SPR-869 | |
| Elektryczne maszynki do strzyżenia zwierząt | Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd. | - | |
| Power Lab 8 / 35 | Millar, Inc., USA | PL3508 | |
| Chlorek sodu, NaCl | Odczynnik chemiczny Kelong, Chengdu, Chiny | KX829463 | |
| Krem do depilacji Veet | Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. |