Jednoczesny zapis elektrokardiograficzny i inwazyjny pomiar ciśnienia krwi u szczurów
31 stycznia 2019
Tutaj opisujemy konfigurację do jednoczesnego rejestrowania elektrokardiografii i ciśnienia krwi w tętnicy (BP) u szczurów doświadczalnych, która może być wykonana za pomocą standardowego sprzętu w obiektach dla zwierząt i może być zastosowana do badań fizjologicznych lub farmakologicznych w celu zbadania patogennych lub terapeutycznych mechanizmów w medycynie sercowo-naczyniowej.
Badania koncentrujące się na modelach chorób sercowo-naczyniowych, celach terapeutycznych układu sercowo-naczyniowego lub środkach farmaceutycznych wymagają oceny ogólnoustrojowego ciśnienia tętniczego i zmian rytmu serca. Kaniulacja tętnicy udowej jest ekonomiczną metodą rejestracji wewnątrztętniczych fal ciśnienia, którą można wykonać za pomocą standardowego sprzętu w obiekcie dla zwierząt. Procedurę zademonstruje Hsin-Ting Lin, technik z mojego laboratorium.
Przed rozpoczęciem eksperymentu umieść znieczulonego szczura w pozycji leżącej na desce chirurgicznej i potwierdź brak reakcji na szczypanie palca u nogi. Przymocuj nogi gumkami, aby unieruchomić ciało i ustaw przyrządy do pomiaru ciśnienia krwi i elektrokardiogramu do nagrywania, w tym analogową jednostkę wejściową do odbierania sygnałów, przetwornik ciśnienia z kompatybilnym koncentratorem, trzy bipolarne przewody elektrokardiogramowe z końcówką igłową oraz komputer z odpowiednim oprogramowaniem. Przed rozpoczęciem pomiaru ciśnienia krwi należy zdjąć mankiet ciśnieniowy ze standardowego ciśnieniomierza i podłączyć trójdrożny kran na rurce do napełniania do przetwornika ciśnienia systemu akwizycji danych.
Przykręć zawór spustowy powietrza zgodnie z ruchem wskazówek zegara, obserwując manometr podczas pompowania żarówki. Gdy manometr pokaże 100 milimetrów słupa rtęci, otwórz trójdrogowy kurek, aby połączyć się z przetwornikiem ciśnienia. Współczynnik konwersji do obliczenia ciśnienia krwi zostanie określony automatycznie.
Aby zwolnić ciśnienie, przykręć zawór spustowy powietrza w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż ciśnienie ciśnieniomierza powróci do zera. Powtórz kalibrację przy ciśnieniu rtęci 200 milimetrów, a następnie odłącz przetwornik ciśnienia od ciśnieniomierza rtęciowego. Podłączyć przetwornik ciśnienia do trójdrogowego kranu cewnika PE i sprawdzić połączenia trójdrogowego zaworu odcinającego.
Aby zidentyfikować punkt orientacyjny na powierzchni, zlokalizuj bruzdę pachwinową na styku brzucha i uda i unieś całą warstwę skóry pośrodku zgięcia. Użyj nożyczek, aby przeciąć uniesioną skórę w orientacji mniej więcej równoległej do uda ipsilateralnego. Nerw i naczynia udowe znajdują się pod odsłoniętą tkanką podskórną.
Za pomocą kleszczy z cienką końcówką rozetnij tkankę warstwa po warstwie, zatrzymując sekcję na poziomie naczyń udowych. Ostrożnie oczyść tkankę miękką wzdłuż nerwu udowego i naczyń krwionośnych, aby uzyskać dobry widok nerwu przypominającego włókno. Żyła jest ciemnofioletowa, a tętnica jest pulna.
Kiedy wypreparowanie tkanki dotrze do naczyń udowych, zmień kleszcze, aby zapobiec uszkodzeniu naczyń. Następnie użyj kleszczy z ukośnymi końcówkami, aby przedłużyć odsłoniętą długość tętnicy udowej i żyły. Aby kaniulować tętnicę udową, użyj kleszczy, aby oddzielić żyłę udową od tętnicy i przyłóż zacisk buldoga do tętnicy udowej tak często, jak to możliwe.
Zrób luźny krawat z dwóch jedwabnych sznurków, jeden tuż pod zaciskiem buldoga, a drugi na końcu ogonowym odsłoniętej tętnicy udowej. Użyj mikronożyczek, aby zrobić mały otwór nad brzuszną stroną tętnicy udowej i włóż końcówkę cewnika polietylenowego lub PE przez mały otwór. Przesunąć cewnik czaszkowo.
Wsteczne spłukiwanie krwi do cewnika po zdjęciu zacisku wskazuje, że końcówka cewnika dotarła do światła tętnicy udowej. Zaciśnij górny jedwab, aby zabezpieczyć pozycję cewnika i zaciśnij dolny jedwab, aby zapobiec krwawieniu z ogonowej strony tętnicy udowej. Aby potwierdzić powodzenie kaniulacji, użyj jednomililitrowej strzykawki, aby wstrzyknąć od 0,1 do 0,2 mililitra heparynizowanej soli fizjologicznej do tętnicy udowej.
Następnie sprawdź, czy wokół miejsca kaniulacji nie sączy się i przykryj to miejsce mokrym wacikiem. Aby wykonać pomiar ciśnienia krwi, należy przymocować cewnik PE i kran trójdrożny do kranu przetwornika ciśnienia i upewnić się, że w układzie kaniulacji nie ma pęcherzyków powietrza. Następnie sprawdź połączenia zaworu trójdrogowego.
Gdy sprzęt jest gotowy, uruchom system akwizycji danych z częstotliwością próbkowania 1000 Hz. Zostaną wyświetlone fale ciśnienia tętniczego. Pozwól, aby cały zestaw ustabilizował się przez co najmniej trzy do pięciu minut, okresowo sprawdzając miejsce kaniulacji, aby upewnić się, że nie ma krwawienia.
Aby wykonać elektrokardiogram powierzchniowy, najpierw sprawdź trzy odprowadzenia bipolarnego EKG, aby upewnić się, że dodatnie, ujemne i referencyjne elektrody platynowe są nienaruszone, a następnie wprowadź przewody podskórnie na lewej przedniej nodze, prawej przedniej nodze i prawej tylnej nodze. Następnie podłącz koncentratory elektrod do specjalnie zbudowanego wzmacniacza EKG o częstotliwości próbkowania 1000 Hz i częstotliwości filtra od trzech do 500 Hz. Jednoczesne zapisy ciśnienia krwi i EKG u sześciu 47-tygodniowych szczurów z normotensją i nadciśnieniem wykazało znacznie wyższe skurczowe i średnie ciśnienie krwi u zwierząt z samoistnym nadciśnieniem tętniczym w porównaniu z normalnymi szczurami.
Parametry załamka P, odstępów PR, szerokości QRS i odstępu QT mierzone na podstawie zapisów EKG nie wykazały różnic między obiema grupami. Przed znieczuleniem zwierząt można przeprowadzić kalibrację systemu ciśnieniowego i skonfigurować przetwornik ciśnienia oraz system akwizycji danych. Uzyskany surowy przebieg ciśnienia tętniczego i dane elektrokardiogramu mogą być analizowane w oprogramowaniu.
Radiotelemetria jest uważana za złoty standard w monitorowaniu ciśnienia tętniczego i tętna, ale technika ta jest kosztowna. Kaniulacja dotętnicza z jednoczesnym EKG jest ekonomiczną alternatywą. Znieczulenie za pomocą inhalacji izofluranu jest łatwe do wykonania, ale może być niebezpieczne, jeśli dojdzie do znacznego wycieku.
Dlatego zawsze sprawdzaj sprzęt i rurki przed użyciem.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł opisuje układ do jednoczesnego rejestrowania elektrokardiografii oraz wewnątrzarterialnego ciśnienia krwi u szczurów doświadczalnych. Metoda ta wykorzystuje standardowy sprzęt dostępny w animalariach i znajduje zastosowanie w badaniach fizjologicznych oraz farmakologicznych w ramach medycyny układu sercowo-naczyniowego.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Medycyna układu sercowo-naczyniowego
- Elektrofizjologia
- Modele zwierzęce
Wstęp
- Ocena systemowego ciśnienia tętniczego oraz rytmu serca jest kluczowa w badaniach nad chorobami układu sercowo-naczyniowego.
- Kaniulacja tętnicy udowej jest ekonomiczną metodą rejestracji ciśnienia wewnątrztętniczego.
- Do przeprowadzenia tej procedury można wykorzystać standardowe wyposażenie dostępny w animalariach.
- Konfiguracja układu jest prezentowana przez technika laboratoryjnego.
Cel badania
- Badanie mechanizmów patogennych w medycynie sercowo-naczyniowej.
- Poszukiwanie celów terapeutycznych i środków farmaceutycznych.
- Zapewnienie niezawodnej metody rejestracji parametrów układu sercowo-naczyniowego u szczurów.
Zastosowane metody
- Umieść znieczulonego szczura w pozycji grzbietnej na stole operacyjnym.
- Potwierdź brak reakcji na uciśnięcie palca u stopy, aby upewnić się, że znieczulenie przebiegło prawidłowo.
- Utrwal kończyny za pomocą gumek recepturek w celu ich unieruchomienia.
- Przygotuj instrumenty do pomiaru ciśnienia tętniczego oraz zapisu elektrokardiogramu.
Główne wyniki
- Metoda ta umożliwia efektywną rejestrację przebiegów ciśnienia wewnątrz tętniczego.
- Równolegle z pomiarami ciśnienia tętniczego można przeprowadzić jednoczesną elektrokardiografię.
- Taki układ jest odpowiedni do różnych badań fizjologicznych i farmakologicznych.
- Zastosowanie standardowego sprzętu ułatwia procedurę, czyniąc ją dostępną dla celów badawczych.
Wnioski
- Opisana konfiguracja stanowi wartościowe narzędzie w badaniach sercowo-naczyniowych.
- Umożliwia ona badanie rytmu serca oraz zmian ciśnienia krwi w modelach eksperymentalnych.
- Wykorzystanie standardowego sprzętu zwiększa wykonalność tej metody w warunkach badawczych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejszy protokół umożliwia jednoczesny pomiar systemowego ciśnienia tętniczego oraz rytmu serca w modelach szczurzych, dostarczając krytycznych danych dotyczących fenotypowania układu sercowo-naczyniowego w celu walidacji celów terapeutycznych oraz ograniczania ryzyka mechanistycznego w przedklinicznej fazie odkrywania leków. Metoda ta stanowi ekonomiczną alternatywę dla radiotelemetrii, wspierając skalowalną ocenę wpływu czynników farmakologicznych na parametry hemodynamiczne i elektrofizjologiczne. Jednoczesna akwizycja fal ciśnienia krwi i EKG zwiększa pewność predykcyjną poprzez korelację wyników funkcjonalnych w modelach chorób.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez pomiar systemowego ciśnienia tętniczego oraz zmian rytmu serca w modelach chorobowych.
- Wartość operacyjna: Wspiera redukcję ryzyka biologicznego dzięki bezpośredniej, jednoczesnej ocenie parametrów hemodynamicznych i elektrofizjologicznych.
- Wartość prognostyczna: Ułatwia selekcję projektów w portfolio poprzez dostarczenie ilościowych odczytów sercowo-naczyniowych w celu potwierdzenia celu terapeutycznego.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do późniejszego screeningu związków poprzez ustalenie podstawowej funkcji układu sercowo-naczyniowego.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność analizy dzięki skalibrowanej konfiguracji przetwornika ciśnienia oraz odpowiedniemu rozmieszczeniu elektrod EKG.
- Skalowalność: Umożliwia wiarygodną ocenę związków przy użyciu standardowego sprzętu dostępnego w animalariach.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ciągłość translacyjna: Wspiera modelowanie systemów istotnych dla przebiegu chorób poprzez rejestrację fenotypów hemodynamicznych i elektrofizjologicznych u szczurów normotensyjnych i nadciśnieniowych.
- Mechanistyczna redukcja ryzyka: Zapewnia ciągłe monitorowanie fal ciśnienia tętniczego oraz parametrów EKG w celu oceny wpływu związków na funkcję układu sercowo-naczyniowego.
- Postęp z uwzględnieniem ryzyka: Umożliwia podejmowanie decyzji w oparciu o dane poprzez korelację zmian ciśnienia tętniczego z wskaźnikami rytmu serca w badaniach farmakologicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum procesu odkrywania leków – od testowania hipotez we wczesnej fazie po optymalizację związku wiodącego – zapewniając ilościowe fenotypowanie układu sercowo-naczyniowego, które stanowi podstawę do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go).
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez poprzez pomiar systemowego ciśnienia tętniczego i rytmu serca jako parametrów funkcjonalnych w modelach chorób.
- Przesiewanie: Zapewnia gotowość do analizy dzięki stabilizacji kształtu fali ciśnienia i sygnałów ECG po kaniulacji i umieszczeniu elektrod.
- Analityka: Generuje pomiary ilościowe, w tym ciśnienie skurczowe, rozkurczowe i średnie ciśnienie tętnicze oraz odstępy ECG (załamki P, PR, QRS, QT) do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy się z walidacją przedkliniczną, umożliwiając ciągły monitoring w modelach chorób, takich jak nadciśnienie tętnicze.
- Ponowne wykorzystanie w organizacji: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania fenotypowania sercowo-naczyniowego w wielu projektach przy użyciu zestandaryzowanych procedur chirurgicznych i rejestracyjnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej dzięki jednoczesnej ocenie hemodynamicznej i elektrofizjologicznej.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki zastosowaniu skalibrowanego sprzętu i spójnej techniki kaniulacji.
- Wartość strategiczna: Poprawia efektywność kapitałową, stanowiąc ekonomiczną alternatywę dla radiotelemetrii w monitorowaniu układu sercowo-naczyniowego.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko poprzez identyfikację związków o korzystnych profilach hemodynamicznych i elektrofizjologicznych.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w zakresie dyssekcji naczyniowej i kaniulacji małych tętnic, takich jak tętnica udowa u szczurów.
- Zależy od oprzyrządowania, w tym przetworników ciśnienia, wzmacniaczy EKG, systemów akwizycji danych oraz kompatybilnego oprogramowania.
- Wymaga standaryzacji przygotowania chirurgicznego, techniki kaniulacji i parametrów pozyskiwania sygnału pomiędzy zespołami.
- Uwzględnia kwestie adaptacji do różnych szczepów szczurów, wieku oraz modeli chorobowych wpływających na dostępność naczyniową.
- Obejmuje ograniczenia praktyczne, takie jak złożoność chirurgiczna kaniulacji tętnicy udowej oraz konieczność zastosowania przeciwzakrzepowej terapii w celu utrzymania drożności cewnika.
