Сердечная давления Объем Анализ обратной связи с использованием проводимости Катетеры у мышей

Краткое содержание

Анализ петли сердечного давления и объема является наиболее полным способом измерения сердечной функции в интактном сердце. Мы описываем методику выполнения и анализа объемных петель сердечного давления с использованием проводящих катетеров.

Аннотация

Анализ петли сердечного давления и объема сердца является "золотым стандартом" в оценке зависящих от нагрузки и независимых от нагрузки измерений систолической и диастолической функции желудочков. Показатели сократимости желудочков и податливости получены путем изучения сердечной реакции на изменения постнагрузки и преднагрузки. Эти методы были первоначально разработаны почти три десятилетия назад для измерения сердечной функции у крупных млекопитающих и человека. Применение этих анализов к мелким млекопитающим, таким как мыши, было достигнуто за счет оптимизации микрохирургических методов и создания проводящих катетеров. Катетеры проводимости позволяют оценить объем крови, используя соотношение между электрической проводимостью и объемом. При правильном выполнении эти методы позволяют тестировать сердечную функцию на генетических мутантных моделях мышей или в исследованиях по лечению лекарствами. Точность и прецизионность этих исследований зависят от тщательного внимания к калибровке приборов, систематического проведения гемодинамических измерений и анализа данных. Мы рассмотрим методы проведения экспериментов с петлей давления-объема с использованием катетера проводимости у мышей.

Введение

Сердечная анализ объема контура давления обеспечивает подробную информацию о функции сердца и являются золотым стандартом для оценки функционального ^1. В то время как методы визуализации, такие как эхокардиография или МРТ сердца обеспечивают функциональные меры, эти меры в значительной степени зависят от условий нагружения. Не зависит от нагрузки меры сократительной способности сердечной мышцы и релаксации требует динамических измерений давления желудочка и объема отношению в диапазоне преднагрузки постнагрузку и. Такое понимание давление-объем отношении возникает из инновационной деятельности Сагава и коллег ^2,3. Они продемонстрировали в Экс Vivo перфузированных собачьих сердцах, что давление объема цикла, полученные меры сократимости зависит от условий нагружения ^4.

В естественных условиях применения этих анализов стало возможным с развитием проводимости катетеров в 1980-х. Это технический прогресс позволил Касс и коллеги, чтобы выполнить давление-объем анализ цикла в организме человека ^5,6. Миниатюризация проводимости катетеров и улучшения в хирургических методов в конце 1990-х годов сделал ⁷ Анализ грызунов сердечной функции возможно, позволяя генетических и фармакологических исследований, которые будут выполнены. Этот прогресс с тех пор приводят к широкому использованию давление-объем анализа петли и породил большое понимание в млекопитающих физиологии сердца.

Ключевым понятием в использовании катетеров проводимости и интерпретации данных, полученных от него является взаимосвязь между объемом и проводимости. Проводимость обратно пропорциональна напряжению, которое измеряется с помощью катетера с электродами, помещенными в проксимальном направлении, как правило, размещается ниже аортального клапана, и дистально, на вершине ЛЖ ^8. Изменения в напряжении или проводимости измеряются изменения в ток от проксимальных к дистальным электродом. Хотя бассейн крови способствуютS значительный проводимости, то вклад стенки желудочка, называется параллельной проводимости (V _р), чтобы измерить проводимость должна быть вычтена получить измерения абсолютного объема ЛЖ.

Методы для выполнения этой коррекции, называется калибровки солевой, обсуждаются ниже в протоколе. Математическая зависимость между проводимостью и объема, описывается Baan и коллег, является то, что объем = 1 / α; (ρ л ²⁾ (GG _{р), где} поправочный коэффициент α = однородное поле, ρ = сопротивление крови, L = расстояние между электродами G = проводимость и G _{р =} проводимость без крови ^9. Следует отметить, что однородное поле поправочный коэффициент на мышах приближается к 1,0-за малых объемов ¹⁰ камеры. В сочетании с датчиками давления, проводимость катетер обеспечивает в режиме реального времени данные одновременное давление и объем.

Сердечная pressuRe объему анализ представляет особые преимущества по сравнению с другими мерами сердечной функции, так как они позволяют для измерения желудочковой функции независимо от условий нагружения и частоты сердечных сокращений. Конкретные зависит от нагрузки сердечный индексы сократимости включают в себя: конечно-систолический объем давление соотношение (ESPVR), д р / д т _макс -end-диастолического объема отношение, максимальная эластичность (Е _макс) и поджать recruitable работу хода (PRSW). Нагрузка независимый мера диастолической функции является объем давление отношения конечного диастолического (EDPVR) ^11. Следующий протокол описывает поведение объемной давление анализа сердечного цикла, используя как сонную артерию и апикальный подход. В то время как методология проведения этих исследований были подробно описаны ранее ^8,11, мы рассмотрим основные этапы, чтобы получить точные измерения давления, объема, в том числе как соли и калибровки кювета коррекции, и обеспечивают визуальную демонстрацию Фесе процедуры. Исследования с животными, проведенных в этом исследовании было обработано в соответствии с утвержденными протоколами и правилами благополучия животных Комитета уходу и использованию животных Институциональная Университета Дьюка Медицинского центра.

Протокол

1. Проводимость катетер Подготовка и калибровка давления

1. Подключите проводимости катетер гемодинамики модуля катетера. Электронно калибровки измерения давления и объема с помощью записи заданное давление и объем, установленный на модуле катетера. Запись трассировку 0 мм рт.ст. и 25 мм рт.ст. (рис 1А) и назначить напряжения на обоих обводка давления (рис 1B и 1C). Точно так же, записывать объемный трассировку 5 RVU и 25 RVU (рис 1D) и назначить напряжения на обоих кальки объема (1Е и 1F).
2. Подтверждения калибровки электронного давления с ручным калибровки давления, используя ртутного столба сфигмоманометра. Установите тонометр манжеты порт с 3-ходовой кран. Заполните систему гемостаза клапана 3-порта, часто используемый для коронарной ангиопластики, с РТ воды с помощью боковой порт.
   1. Поместите кончик катетера проводимости в жидкости заполнены гемостаза клапана и осторожно закрепите остроумиеХут петель катетера. Подключите гемостаза клапан сфигмоманометре и раздувать 200 мм рт.ст. и заблокировать 3-ходовой кран. Проверьте, соответствует ли измеренное давление с давлением завышенной на сфигмоманометре.
3. Место катетер физиологическим раствором нагревают до 37 ° С, что находится на уровне операционной поля и измерения давления. Отрегулируйте регулятор давления до тех пор, записанные давление не находится на нуле.

2. Анестезия / интубации

1. Администрирование кетамина / ксилазина (80-100 / 10 мг кг ^-1), как внутрибрюшинного введения.
   Примечание: Альтернативные анестетики могут быть использованы. Обширный список анестетиков приведены в предыдущих обзорах этой техники ^11,12. Правильное обезболивание может быть подтверждено путем осторожного хвост крайнем случае.
2. После того, как под наркозом, брить шею и грудь для стрижки волос и место на нагретой подушки. Поддерживайте температуру прямой кишки мыши на 36.5-37.5 ° С. Низкие температуры телаприведет к депрессии ЧСС. Применять мазь для глаз, чтобы предотвратить сухость
3. Сделайте срединный разрез на шее и препарировать трахеи мышц от подвергать трахеи. Поставьте эндотрахеальную трубку через рот, в то время как визуализация трахеи для обеспечения интубации и подключения к респиратора.
4. Поддержание мыши на ИВЛ во время процедуры. Настройка параметров вентилятора в зависимости от веса животного, как описано ранее ^11. Дыхательный объем (мл) = 6,2 х (вес животного в килограммах) ^1.01 и частота дыхания = 53,5 х (вес животного в килограммах) ^-0.26.

3. Размещение проводимость катетер в камере ЛЖ

1. Сонной подход
   1. Для обеспечения стерильности, два комплекта стерильных хирургических инструментов являются используется- выбором для начальной разрез кожи и один для работы в торакотомии. Инструменты следует дезинфицировать с помощью сухой стерилизатор между животными во время индивидуального хирургического сессииго в автоклаве при конце каждого хирургического день.
   2. После того как кожа обеззараживания с тремя циклами хлоргексидина + алкоголя скраб кожи (0,5% / 70% спиртовой раствор хлоргексидина), сделать надрез над правой сонной от нижней челюсти к грудине. Проанализируйте окружающие ткани, чтобы разоблачить правой сонной, и сократить блуждающий нерв, который проходит рядом с сонной.
   3. Поместите стерильную 6-0 шелковой нити вокруг дистального конца (от груди) сонной артерии, галстук и безопасно. Поместите два дополнительных швов под проксимального сонной артерии (ближе к груди) в первом шва, свободно связывая средний шов. Осторожно потяните проксимального шва и закрепите с помощью зажима его на кожу. Убедитесь, что сонная артерия была зажата и проксимально и дистально, прежде чем приступить.
   4. Сделать небольшой надрез в сонную артерию Р., проксимальный к первому шва и проходят в продольном направлении в сторону груди.
   5. Вставьте кончик катетера проводимости,Ранее замачивают в теплой физиологического раствора в течение 30 мин, в реактор через разрез и обеспечить катетер с помощью средней шва.
   6. Аккуратно продвигать катетер в левом желудочке через сонную артерию, во время просмотра давления громкости цикл трассировки, чтобы обеспечить правильное размещение.
      Примечание: Оптимальное размещение катетера должно дать петли давление-объем, которые появляются прямоугольные (рисунок 2). Если какой-либо сопротивление прохождению катетера встречается, мягко потяните вперед и снова с нежным давлением. Легкий поворот катетера может помочь с размещением в левый желудочек. Принуждение проводимости катетер может привести к серьезным сердечно-сосудистых осложнений или повреждения катетера.
   7. Запись базовой давления объем петли ~ 10 мин после размещения катетера и достижения устойчивого состояния (рисунок 2).
2. Верхушечный подход
   1. В наркозом и проветриваемом мыши, сделать разрез FRом процесс мечевидный и сократить через стенку грудной клетки с боков, пока диафрагма не видно.
   2. Вырезать хотя диафрагмы и визуализировать вершину сердца.
   3. Вставьте проводимости катетер в вершине левого желудочка через иглу колотой раны (с использованием 25-30 г) иглы, пока проксимальный электрод не только внутри желудочка.
   4. Запись базовой давления объем петли ~ 10 мин после размещения катетера и достижения устойчивого состояния.

4. Различная постнагрузки Использование переходных окклюзии аорты

1. Для выполнения переходных окклюзии аорты, сделать небольшой горизонтальный разрез в верхней части грудной клетки и анализировать окружающие ткани, чтобы разоблачить поперечный аорты.
2. Поставьте 6-0 шелковой лигатуры под поперечной аорты. После петли давление-объем вернулись к исходному уровню, обхватить оба конца шва с иглодержатель, осторожно и медленно поднимают шов в течение 1-2 сек, и медленно снять напряжение.
3. Повторите эту процедуру, пока три отдельных оптимальные записи не производятся из того же животного.
   Примечание: Оптимальные записи должны иметь по крайней мере 5 объемных давление циклов цикла и устойчивый рост конечных систолического давления во время применения напряженности на шов (рис 3А и 3С).

5. Различная Преднатяг Использование переходных нижней полой вены окклюзия (ИВЦ)

1. Для выполнения переходных нижней полой вены окклюзии, в горизонтальную разрез ниже мечевидного отростка, под диафрагмой, чтобы разоблачить IVC.
2. Поставьте 6-0 шелковой лигатуры под полой вены. После петли давление-объем вернулись к исходному уровню, обхватить оба конца шва с иглодержатель; мягко и медленно поднимите шов в течение 1-2 сек, и медленно снять напряжение. IVC окклюзии может быть выполнена с помощью нежной приложения давления с помощью ватного тампона наконечником.
3. Повторите эту процедуру, пока три отдельных оптимальные записи не мAde из того же животного.
   Примечание: Оптимальные записи должны иметь по крайней мере 5 объемных давление циклов цикла и устойчивое снижение левого желудочка конечного диастолического давления в течение применения напряженности на шов (рис 4А и 4В).

6. Солевой калибровки

1. По завершении исследования, значение проводимости параллельных (V _р) может быть получить путем введения 10 мкл болюс гипертонического раствора (15%) в животное через яремную вену (фиг.5А и 5В).
   Примечание: Эта болюс вызовет явное увеличение объема без изменения давления. Это очевидное изменение объема является результатом изменения проводимости крови бассейном, а не из-за фактического увеличения объема. Переходный снижение DP / DT _макс можно наблюдать, а гипертонического раствора имеет отрицательный инотропный эффект ^13. Расчетная _V P может быть введен в программное обеспечение анализа объема контура давления вдольс параметрами калибровки кювета с и конвертирование из рвусь в мкл.

7. Оптический калибровки

1. Для выполнения калибровки кюветы, поместите кювету с скважин известных диаметров, предусмотренных заводом-изготовителем на грелку или на водяной бане нагревают до 37 ° С. Заполните первые 4-5 отверстия с пресной теплой гепаринизированной крови мышей, перенесших от гемодинамических оценок.
   Примечание: калибровка кюветы позволяет точной оценки левого желудочка бассейн крови с помощью мыши кровь и позволяет для преобразования данных объемом от рвусь к мкл.
2. Вставьте проводимости катетер в первой скважине, пока все электроды не погружены. Аккуратно переместите катетер в скважине, которая будет генерировать переменное рвусь.
3. Запишите изменения проводимости в канале громкости в рвусь. Выберите самый высокий RVU для калибровки.
   Примечание: объем лунки может быть либо рассчитаны на 1), используя уравнение для Volumе цилиндра, где радиус является то, что кюветы скважины и длины на основе длины между внутренними электродами зондирования двух или 2) проверки в инструкции производителя. Выход проводимости могут быть соотнесены с известными объемами разработать уравнение калибровки, которое преобразует данные из рвусь в мкл ^11.

8. Эвтаназия

1. В заключение протокола мышей умерщвляли с помощью шейки дислокации под наркозом.
2. Для того чтобы обеспечить гибель мышей, подвергшихся шейки дислокации должны пройти дополнительный метод эвтаназии. Мы используем обескровливания при анестезии, с уборки сердечной ткани для экспериментов или двустороннего торакотомии под анестезией.

9. Анализ данных с помощью Объем контура давления Программное обеспечение для анализа

1. Рассчитать V _р от Салин калибровки
   1. Выберите давление и Voluя петли, полученные в ходе выброса гипертонического раствора (рис 5А и 5В)
   2. Экспорт петли для программного обеспечения для анализа объема давление. Выберите опцию для калибровки Салин (5С)
   3. Запишите рассчитанный _V P значение (рис 5D).
      Примечание: Значение V _р рассчитывается путем выявления пересечение 1) конечно-диастолического объема против объема конечного систолического от калибровки соли и 2) Конечно-диастолический объем = Конец систолическое линия громкости. Пересечение этих линий дает V _р, который рассчитывается с помощью программного обеспечения анализа цикл объема давление.
2. Введите проводимость объему (RVU) отношение в вариантах объема канала (рис 1F)
3. Измерьте Baseline давление-объем петли отношение
   1. Выберите 8-10 сердечных циклов от давления и объема каналов сразу устойчивое состояние было достигнуто (2А) и экспорт в анализе мягкойпосуда. Определить 5-6 в конце выдоха петли (рис 2б)
   2. Используйте значение _V P для коррекции параллельной проводимости. Выберите опцию "устойчивое состояние" и генерировать сводные таблицы гемодинамики (рис 2С)
4. Мера давления Объем цикл связь во время сужением аорты
   1. Выберите 8-10 сердечных циклов от давления и объема каналов, которые соответствуют сужением аорты до повышения конечного диастолического давления (рис 3а) и экспорта в программное обеспечение для анализа. Определить 5-6 в конце выдоха петли (рис 3C)
   2. Выберите "Сократимость" анализ (3В), которое будет просчитывать конечный систолическое давление Volume соотношение (ESPVR)
5. Мера давления Объем цикл связь во время IVC сужения
   1. Выберите 8-10 сердечных циклов от давления и объема каналов, которые соответствуют IVC сужения (фигуре 4А) и экспорт программного обеспечения анализа. Определить 5-6 в конце выдоха петли (рис 4б)
   2. Выберите "Сокращаемость" анализ (рис 3B), который будет рассчитать Preload Recruitable Stroke Работа (PRSW) (рис 4C), максимальная DP / DT против КДО (рис 4D), а также ESPVR и конечного диастолического объема давление соотношения (рис 4E)

Результаты

Давление-объем анализ цикл может быть использован для измерения сердечной функции в модифицированных мышей генетически ^14,15 или мышей, перенесших исследования наркотиков ^16. Представительства петли объем давление обеспечивается от ранее опубликованных работ ¹⁶ исследования влияния бета-Arrestin предвзятым AT1R лиганд, TRV120023. Чтобы проверить, влияет ли TRV120023 сердечную функцию в естественных условиях, под давлением объем анализ цикла проводили на мышей дикого типа, получа...

Обсуждение

Мы опишем метод выполняющий давления громкости анализ цикла с использованием проводимости катетер у мышей, чтобы получить всесторонний анализ как сократительной способности сердечной мышцы и расслабления. Suga, Сагава и его коллеги использовали давления объем петли, чтобы определить меры сократительной способности сердечной мышцы, в частности наклон ESPVR, или конец систолическое эластичность (E _{ы) и} E _макс. Эластичности, определяется отношением давления к объему (P / V), изменяется в течение срока...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
AnaSed (ксилазин)	Lloyd Laboratories	NADA No 139-236	Анестетик
кетасет (кетамин)	Pfizer	440842	Анестетик
VIP3000	Matrx Medical Inc.		Аппарат для анестезии
вентиляции легких	Гарвардский аппарат	Модель 683	Хирургическое оборудование
Комплект трубок	Гарвардский аппарат	72-1049	Хирургическое оборудование
Гомеотермическое одеяло	Каз Инк.	5628	Хирургическое оборудование
Стереомикроскоп	Carl Zeiss Optical Inc.	Осветитель хирургического оборудования Stemi 2000
	Cole– Parmer	41720	Хирургическое оборудование
Dumont No. 55 Dumostar Щипцы	Fine Science Tools Inc	11295-51	Хирургические
инструменты Graefe щипцы, изогнутые	Fine Science Tools Inc	11052-10	Хирургические инструменты
Moria MC31 щипцы	Fine Science Tools Inc	11370-31 Хирургические	инструменты Ножницы
Майо	Fine Science Tools Inc	14512-15	Хирургические инструменты
Ирис Ножницы	Fine Science Tools Inc	14041-10 Хирургические	инструменты
Иглодержатель Хэлси	Fine Science Tools Inc	12501-13	Хирургические инструменты
Olsen– Иглодержатель Hegar	Fine Science Tools Inc	12002-12	Хирургические инструменты Пружинные
ножницы	Fine Science Tools Inc	15610-08	Хирургические инструменты
одноразовые пеленки	Kendall/Tyco Healthcare	1038	Хирургические принадлежности
Стерильные марлевые губки, стерильные	Dukal	62208	Хирургические принадлежности
Аппликаторы с ватными наконечниками, стерильные	Solon	368	Хирургические принадлежности
Хирургический шовный материал,  шелк, 6-0	DemeTECH	FT-639-1	Хирургические принадлежности
1 мл Инсулиновые шприцы	Becton Dickenson	329412	Surgical Supplies
Access 9 Гемостаз Клапан	Merit Medical	MAP111	Гемодинамическое оборудование
Сфигмоманометр	Baumanometer	320	Гемодинамическое оборудование
Millar PV система MPVS-300/400 или MPVS Ultra (включает калибровочную кювету)	ADInstruments Inc		Гемодинамическое оборудование
1.4F Проводящий катетер	Гемодинамическое оборудование	ADInstruments Inc	SPR-839
PowerLab 4/30 с Chart Pro	ADInstruments Inc.	ML866/P Программное	гемодинамическое программное
машинка для стрижки животных	Wahl	8787-450A	Различные
внутрикожные трубки PE-10	Becton Dickenson	427401	Различные
внутрикожные трубки PE-50	Becton Dickenson	427411	Ассортимент
различных игл (18, 25 и 30 калибр; Thomas Scientific)			Разное
0,9% (масс./об.) натрия хлорид для инъекций, USP)	Hospira	NDC no. 0409-4888-50	Разная
хирургическая лента			Разное
Alconox (Alconox Inc.) для чистки катетера	ADInstruments Inc.		смешанный