Электрокардиография (ЭКГ) обычно используется в клинических условиях для оценки динамики сердечной электрической проводимости и процесса электрической активации-восстановления. ЭКГ важна для выявления, локализации и оценки риска развития аритмий, ишемии и инфарктов. Как правило, электроды прикрепляются к груди, рукам и ногам пациента, чтобы обеспечить трехмерный вид сердца. Положительное отклонение производится, когда направление деполяризации миокарда находится к электроду, а отрицательное отклонение производится, когда направление деполяризации миокарда находится вдали от электрода. Электрографические компоненты сердечного цикла включают деполяризацию предсердий (волна Р), предсердно-желудочковую проводимость (интервал P-R), желудочковое возбуждение (комплекс QRS) и реполяризацию желудочков (Т-волна). Существует большое сходство в ЭКГ и мерах потенциала действия у многих млекопитающих, включая людей, кроликов, собак, морских свинок, свиней, коз и лошадей1,2,3.
Кролики являются идеальной моделью для сердечных трансляционных исследований. Сердце кролика похоже на сердце человека по составу ионных каналов и потенциалу действия2,4,5. Кролики были использованы для генерации генетических, приобретенных и медикаментозных моделей сердечных заболеваний2,4,6,7,8. Имеются большие сходства в ЭКГ сердца и потенциальном ответе на действие препаратов у человека и кроликов7,10,11.
Частота сердечных сокращений и процесс электрической активации-восстановления сердца сильно отличаются у грызунов, по сравнению с кроликами, людьми и другими более крупными млекопитающими12,13,14. Сердце грызунов бьется примерно в 10 раз быстрее, чем люди. В отличие от изоэлектрического сегмента ST в ЭКГ человека и кролика,у грызунов14, 15,16нет сегмента ST. Также грызуны имеют форму сигнала QRS-r' с перевернутой Т-волной14,15,16. Измерения интервала QT сильно отличаются у грызунов и людей и кроликов14,15,16. Кроме того, нормальные значения ЭКГ сильно отличаются у людей и грызунов12,15,16. Эти различия в формах волн ЭКГ можно объяснить различиями в морфологии потенциала действия и ионных каналах, которые управляют реполяризацией сердца9,14. В то время как переходный наружу ток калия является основным реполяризующим током в короткой (некупольной) морфологии потенциала сердечного действия у грызунов, у людей и кроликов существует большой купол фазы-2 по потенциалу действия, а отсроченные выпрямительные калийные токи (IKr и IKs)являются основными реполяризующими токами у людей и кроликов4,9,13,17. Важно отметить, что экспрессия IKr и IKs отсутствует/минимальна у грызунов, и из-за кинетики временной активации IKr и IKs она не играет роли в морфологии потенциала сердечного действия9,13. Таким образом, кролики обеспечивают более трансляционную модель для оценки механизмов лекарственно-индуцированных, приобретенных и унаследованных аномалий ЭКГ и аритмий4,7,13. Далее, поскольку многочисленные исследования показали наличие как нейрональных, так и сердечных электрических аномалий при первичных сердечных (синдром удлиного QT18,19,20)или нейронных заболеваниях (эпилепсия21,22,23,24),важно изучить основные механизмы на животной модели, которая близко воспроизводит физиологию человека. В то время как грызунов может быть достаточно для моделирования человеческого мозга, грызуны не являются идеальной моделью физиологии сердца человека7.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) использует электроды, обычно помещаемые на кожу головы или интракраниально, для записи электрической функции коры. Эти электроды могут обнаруживать изменения скорости срабатывания и синхронности групп близлежащих пирамидальных нейронов в коре головного мозга25. Эта информация может быть использована для оценки мозговой функции и состояния бодрствования / сна. Кроме того, ЭЭГ полезны для локализации эпилептиформной активности и отличия эпилептических припадков от неэпилептических событий (например, психогенной неэпилептиформной активности и кардиогенных событий). Чтобы диагностировать тип эпилепсии, провоцирующие факторы и происхождение припадка, больные эпилепсией подвергаются различным маневрам, которые могут вызвать приступ. Различные методы включают гипервентиляцию, фотическую стимуляцию и лишение сна. Данный протокол демонстрирует использование фотической стимуляции для индуцирования ЭЭГ аберраций и судорог у кроликов26,27,28,29.
Одновременные видеозаписи ЭЭГ-ЭКГ широко используются у людей и грызунов для оценки поведенческой, нейронной и сердечной деятельности во время преиктального, иктального и постиктального состояний30. В то время как в нескольких исследованиях проводились записи ЭЭГ и ЭКГ отдельно у кроликов4,31,32,33,система получения и анализа одновременного видео-ЭЭГ-ЭКГ у сознательного сдерживаемого кролика не является устоявшейся34. В данной работе описывается разработка и реализация протокола, который может записывать одновременные данные видео-ЭЭГ-ЭКГ-капнографии-оксиметрии у сознательных кроликов с целью оценки нервно-сердечной электрической и дыхательной функции. Результаты, полученные с помощью этого метода, могут указывать на восприимчивость, триггеры, динамику и соответствие между аритмиями, судорогами, нарушениями дыхания и физическими проявлениями. Преимущество нашей экспериментальной системы заключается в том, что мы приобретаем сознательные записи без необходимости седативного средства. Кролики остаются в ограничителях в течение ≥5 ч, с минимальными движениями. Поскольку анестетики возмущают нейронную, сердечную, дыхательную и вегетативную функции, записи во время сознательного состояния обеспечивают большинство физиологических данных.
Эта система записи может в конечном итоге обеспечить подробную информацию для продвижения понимания неврологических, сердечных и дыхательных механизмов внезапной неожиданной смерти при эпилепсии (SUDEP). В дополнение к неврологическому и сердечному мониторингу выше, последние данные также подтверждают роль дыхательной недостаточности как потенциального вклада в внезапную смерть после припадка35,36. Для мониторинга респираторного статуса кроликов были внедрены оксиметрия и капнография для оценки состояния дыхательной системы до, во время и после припадка. Представленный здесь протокол был разработан с целью оценки порога фармакологических и фотических стимулов, вызванных припадками кроликов. Этот протокол может обнаруживать тонкие аномалии ЭЭГ и ЭКГ, которые могут не привести к физическим проявлениям. Кроме того, этот метод может быть использован для тестирования сердечной безопасности и антиаритмической эффективности новых лекарств и устройств.