В данном протоколе описан метод измерения давления и объема левого желудочка с использованием метода «давление-объемная проводимость». Этот метод позволяет осуществлять непрерывный мониторинг воздействия лекарств на сердце в режиме реального времени.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Детектирование воздействия феруловой кислоты на левый желудочек крысы в режиме реального времени с помощью катетера проводимости «давление-объем»
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Снижение сердечной функции может оказывать негативное влияние на другие органы. Соотношение давления в левом желудочке к объему считается валидным методом оценки сердечной функции. Мониторинг сердечной функции в режиме реального времени важен для оценки лекарственных препаратов. В условиях закрытой грудной клетки миниатюрный датчик, являющийся важным компонентом катетера «давление-объем», вводится в левый желудочек крысы через правую сонную артерию. Прибор визуализирует изменения сердечной функции во время эксперимента в виде контура давления-объема. Фактический объем желудочка рассчитывается путем изменения проводимости крови путем введения 50 мкл 20% раствора натрия хлорида в левую яремную вену крысы. Фактический объем желудочковой полости крысы вычисляется путем измерения проводимости крови в известном объеме с помощью катетера проводимости «давление-объем». Этот протокол позволяет вести непрерывное наблюдение за воздействием лекарств на сердце и будет способствовать обоснованию использования специальных этнических препаратов при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Введение
Сердечно-сосудистые заболевания имеют самый высокий уровень смертности в мире1. Его причинами являются стеноз коронарных артерий (ишемия миокарда), закупорка коронарных артерий (инфаркт миокарда) и ишемически-реперфузионное повреждение2. Поскольку сердце находится в постоянном систолическом и диастолическом цикле, оно является одной из самых энергоемких частей тела. Поэтому, когда коронарные артерии испытывают трудности с поддержанием достаточного количества энергии и кислорода, сердечная функция неизбежно снижается, что оказывает негативное влияние на другие органы 3,4. Сердце является электростанцией в системе кровообращения, и его функция должна оцениваться рационально.
Оценка сердечной функции по соотношению давления и объема желудочков считается комплексным методом5. Изменения давления и объема желудочков в режиме реального времени в течение всего сердечного цикла составляют петлю «давление-объем». Петля «давление-объем желудочков» позволяет количественно проанализировать функцию сердца и резервную емкость с точки зрения различных фаз и энергий желудочка. Нормальный желудочек имеет небольшой конечный систолический объем с хорошей работой и эффективностью 5,6,7.
Катетерная техника «давление-объем» является инвазивным методом определения состояния левого желудочка. Он может быть использован для получения непрерывного контура давления-объема8 в режиме реального времени. Катетеры объемной проводимости под давлением являются мощными инструментами, а для получения воспроизводимых и надежных результатов необходимы надежные процедуры обращения, включая анализ параллельной проводимости миокарда in vivo во время калибровки физиологического раствора и измерение проводимости крови in vitro при калибровке кюветы3.
Феруловая кислота (ФА), фенольная кислота, широко распространена в царствах растений, таких как Avena sativa и Ligusticum chuanxiong hort 9,10. Феруловая кислота обладает фармакологическим действием снижения артериального давления и аритмии. ЖК является биологически активным натуральным продуктом с множеством функций. ФА может противостоять окислительному повреждению, уменьшать воспалительные реакции, ингибировать агрегацию тромбоцитов и предотвращать ишемическую болезнь сердца и атеросклероз11. Тем не менее, большинство исследований феруловой кислоты были сосредоточены на одном аспекте сердца, и редко влияние феруловой кислоты оценивалось в кровеносной системе 12,13,14,15. Здесь мы описываем закрытый подход к анестезии изофлураном в сочетании с кетамином (50 мг/кг) с акцентом на реакцию сердца на раствор феруловой кислоты во время инъекции в яремную вену.
Мы опишем полную процедуру использования инструмента в условиях закрытой грудной клетки, включая приготовление раствора, подготовку датчика, предэкспериментальную подготовку крысы, введение катетера в правую сонную артерию и анализ данных. Продолжительность эксперимента обычно составляет менее 4 ч и определяется различными протоколами экспериментов. В одном эксперименте мы можем получить подробную информацию о сердце, такую как давление в левом желудочке, объем и частота сердечных сокращений.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Протокол для животных был рассмотрен и одобрен Комитетом по этике экспериментального благополучия животных Чэндуского университета традиционной китайской медицины (запись No 2023-04). Для настоящего исследования использовали крыс-самцов Sprague Dawley (SD) (280 ± 20 г, в возрасте 8-10 недель). Крысы содержались в камере для животных и могли свободно пить и есть.
1. Приготовление раствора
- Приготовьте 0,9% раствор NaCl, который будет использоваться для поддержания достаточной влажности рабочей зоны.
- Для приготовления 20% гипертонического раствора NaCl растворяют 2 г NaCl в 10 мл дважды дистиллированной воды (ddH2O). Для того, чтобы определить параллельную проводимость миокарда, необходимо изменить проводимость внутрижелудочковой жидкости.
- Приготовьте 1% ферментно-активный раствор порошкообразного моющего средства. Используйте его по завершении эксперимента, чтобы погрузить напорно-объемный электрический катетер в раствор на 1-2 ч.
- Приготовьте раствор ФА, растворив 10 мг феруловой кислоты в 20 мл ddH2O. Процеживают раствор через мембрану 0,22 мкм. Вводят крысе 1 мл/кг раствора феруловой кислоты.
2. Подготовка датчика
- Погрузите датчик давления-объема в 0,9% раствор NaCl при 37 °С примерно на 30-60 мин перед началом эксперимента, что способствует стабильности экспериментальных данных.
- Подключите экспериментальную аппаратуру. Система измерения объемно-давления состоит из катетера «давление-объем», двух блоков управления, блока регистрации и программного обеспечения, работающего на компьютере. Модуль «Контур давления-объема» в программном обеспечении обеспечит эталонную экспериментальную процедуру.
- Нажмите кнопку «Пуск », и программное обеспечение автоматически запишет данные мониторинга с датчика давления-объема.
- Используйте программное обеспечение Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) для калибровки давления и проводимости.
3. Предэкспериментальная подготовка крыс
- Вводят крысам кетамин (50 мг/кг) и фентанил (0,25 мг/кг) путем внутримышечной инъекции5.
- Зажмите пальцы ног крыс, чтобы проверить глубину анестезии по отсутствию рефлексов. Эмоции влияют на физиологическое состояние крыс, а боль вызывает изменения в сердечной функции16. Используйте бритвы для мелких животных и кремы для депиляции для удаления волос на местах операции. Используйте йодофор и 75% спирт для протирания кожи для поддержания стерильности.
- Иммобилизуйте полностью обезболиваемых крыс на изотермической нагревательной пластине так, чтобы задняя часть соприкасалась с нагревательной пластиной.
- Введите температурный зонд, покрытый вазелином, в прямую кишку крысы. Поддерживайте температуру тела крысы на уровне 37 °C ± 0,5, регулируя нагревательную пластину.
ПРИМЕЧАНИЕ: Во время эксперимента необходимо поддерживать дыхательные пути свободными.
4. Введение катетера в правую сонную артерию
- Надрезают кожу с правой стороны срединной линии шеи крыс, продольно. Сделайте надрез 4 см и отделите мышечную и соединительную ткань щипцами. Видна сонная артерия, расположенная с правой стороны трахеи. Правая сонная артерия крысы темно-красная, сильно пульсирующая, имеет параллельный ей белый блуждающий нерв.
- Отделите сонную артерию от других тканей и нервов с помощью щипцов. Поместите три хирургических капельницы 5-0 ниже чистой сонной артерии. Капните стерильный 0,9% раствор натрия хлорида на операционную область, чтобы поддерживать увлажнение сонной артерии.
- Разрежьте кожу над левой ключицей и отклейте ткань вокруг яремной вены. Затем поместите хирургическую нить 5-0 под левую яремную вену.
- Используйте артериальные зажимы, чтобы приостановить кровоток проксимально, используя микроножницы, чтобы разрезать участок сосуда, где кровоток остановился. Появление небольшого количества крови в поперечном срезе раны является нормальным явлением. Если кровь выходит из сосуда быстро и прерывисто, поднимите проксимальный операционный катетер и снова наложите артериальный зажим.
- Введите катетер из поперечного среза вдоль сонной артерии глубоко в левый желудочек. Убедитесь, что самое низкое значение систолического давления после входа в левый желудочек близко к 0 мм рт.ст.
- Чтобы получить разумное соотношение давления и объема, слегка отрегулируйте катетер «давление-объем» в камере желудочка. Чтобы предотвратить массивную кровопотерю и изменение положения катетера из-за сердцебиения, перевязайте проксимальный конец операционного катетера.
ПРИМЕЧАНИЕ: Температура тела, уровень анестезии, сигнал давления и сигнал проводимости крысы должны оставаться стабильными во время этого процесса. Дыхательные пути крысы следует держать открытыми.
5. Введение препарата и калибровка проводимости
- Поддерживайте положение катетера для измерения объема давления в камере желудочка, после стабилизации данных перевязайте операционный катетер дистальнее перевязанной яремной вены и медленно вводите до 1 мл/кг раствора феруловой кислоты. Наблюдайте в течение 5-10 минут.
- Введите 50 мкл 20% раствора NaCl из левой яремной вены, чтобы удалить параллельную проводимость, создаваемую миокардом. Объемный диапазон параллельной проводимости составлял примерно 130-280мкл5. Повторите это 3 раза с интервалом в 2 минуты.
- После измерения давления и объема желудочков у крыс возьмите кровь из брюшной аорты крысы с помощью иглы для забора крови. Поместите собранную кровь в пробирку для сбора гепарина натрия и переверните вверх и вниз 2 раза, чтобы предотвратить свертывание крови. Усыпляют подопытных крыс, вводя 120 мг/кг пентобарбитала натрия через левую яремную вену.
- Выполните преобразование измеренной проводимости в фактический объем крови с помощью калибровочных пробирок для крыс. Последовательно поместите кровь, смешанную с гепарином натрия, в отверстия калибровочной пробирки, и катетер определит значения проводимости крови в различных отверстиях и запишет их в модуль контроля давления и объема.
6. Анализ данных
- Добавляя измеренное значение проводимости известного объема крови в указанное место, программное обеспечение автоматически строит кривую и экстраполирует проводимость крови. Используйте по крайней мере три набора значений проводимости крови, чтобы определить проводимость крови испытуемой крысы. Проводимость крови индивидуальна. Для каждой испытуемой крысы выполните эту процедуру индивидуально.
- Гипертоническая калибровка: Добавляя данные, полученные от трех инъекций гипертонического физиологического раствора, в указанное место, программное обеспечение вычисляет параллельные средние значения проводимости и автоматически калибрует экспериментальные данные.
- Используйте области со стабильными значениями артериального давления и проводимости для анализа функции левого желудочка крыс.
- Нажмите « Анализировать », и программное обеспечение автоматически рассчитает различные параметры в зависимости от выбранной области, включая EF (фракции выброса левого желудочка), SW (работа с инсультом), CO (сердечный выброс) и т. д.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Каждый тест (n = 3) основывался на введении в левый желудочек катетера проводимости под давлением-объемом. Наблюдаются значительные изменения сигнала, такие как заметное увеличение диапазона давления, когда катетер входит в левый желудочек из сонной артерии (рис. 1). Графический анализ зависимости давления от объема завершается построением графика объема (мкл) по оси Y и давления (мм рт. ст.) по оси X. Давление в левом желудочке у крыс было в пределах 10-105 мм рт.ст., а значения проводимост...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Важно принять рациональную стратегию дозирования для различных состояний сердечной функции. Катетерная методика «давление-объем» является наиболее интуитивно понятным способом исследования функции левого желудочка5. Этот метод позволяет изучать влияние лекарств на сердечную функцию в целом. Подробно опишем различные этапы эксперимента. Это даст некоторую возможность для изучения работы сердца.
Метод катетеризации с использованием давления и объемной проводимости являетс...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Эта работа была поддержана крупным научно-исследовательским проектом провинции Сычуань (2022YFS043) и специальным проектом Молодежного фонда традиционной китайской медицины Чэнду (QJJJ2022029).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1 мл шприц | Sartorius AG, Германия-Средство | ||
| поддержания температуры для животных | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Dual Bio Amp | Millar, Inc., США | DA-100 | |
| Энзим-активное порошковое моющее средство | Alconox Inc., США | 1104 | |
| Феруловая кислота | Macklin Biochemical Co., Ltd, Шанхай, Китай | F900027 | |
| Катетерные преобразователи Mikro-Tip, SPR-838NR | Millar, Inc., США | SPR-838NR | |
| Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra | Millar, Inc., США | SPR-869 | |
| Электрические машинки для стрижки домашних животных | Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd. | - | |
| Power Lab 8 / 35 | Millar, Inc., США | PL3508 | |
| Хлорид натрия, NaCl | Kelong Chemical Reagent, Чэнду, Китай | KX829463 | |
| крем для эпиляции Veet | Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. |
Ссылки
- Zaman, R., Epelman, S. Resident cardiac macrophages: Heterogeneity and function in health and disease. Immunity. 55 (9), 1549-1563 (2022).
- Schefold, J. C., Filippatos, G., Hasenfuss, G., Anker, S. D., von Haehling, S. Heart failure and kidney dysfunction: epidemiology, mechanisms and management. Nat Rev Nephrol. 12 (10), 610-623 (2016).
- Medert, R., Bacmeister, L., Segin, S., Freichel, M., Camacho Londoño, J. E. Cardiac response to β-adrenergic stimulation determined by pressure-volume loop analysis. J Vis Exp. (171), e62057(2021).
- Hieda, M., Goto, Y. Cardiac mechanoenergetics in patients with acute myocardial infarction: From pressure-volume loop diagram related to cardiac oxygen consumption. Heart Fail Clin. 16 (3), 255-269 (2020).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).
- Ziegler, T., Laugwitz, K. L., Kupatt, C. Left ventricular pressure volume loop measurements using conductance catheters to assess myocardial function in mice. Methods Mol Biol. 2158, 33-41 (2021).
- Rosch, S., et al. Characteristics of heart failure with preserved ejection fraction across the range of left ventricular ejection fraction. Circulation. 146 (7), 506-518 (2022).
- Meyers, T. A., Townsend, D. Early right ventricular fibrosis and reduction in biventricular cardiac reserve in the dystrophin-deficient mdx heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308 (4), H303-H315 (2015).
- Alaerts, G., et al. Exploratory analysis of chromatographic fingerprints to distinguish rhizoma Chuanxiong and rhizoma Ligustici. J Chromatogr A. 1217 (49), 7706-7716 (2010).
- Serreli, G., et al. Ferulic acid derivatives and Avenanthramides modulate endothelial function through maintenance of nitric oxide balance in HUVEC cells. Nutrients. 13 (6), 2026(2021).
- Li, D., et al. Ferulic acid: A review of its pharmacology, pharmacokinetics and derivatives. Life Sci. 284, 119921(2021).
- Monceaux, K., et al. Ferulic acid, Pterostilbene, and Tyrosol protect the heart from ER-stress-induced injury by activating SIRT1-dependent deacetylation of eIF2α. Int J Mol Sci. 23 (12), 6628(2022).
- Liu, Z., et al. N-terminal truncated peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α alleviates phenylephrine-induced mitochondrial dysfunction and decreases lipid droplet accumulation in neonatal rat cardiomyocytes. Mol Med Rep. 18 (2), 2142-2152 (2018).
- Sun, Y., et al. Shuangxinfang prevents S100A9-induced macrophage/microglial inflammation to improve cardiac function and depression-like behavior in rats after acute myocardial infarction. Front Pharmacol. 13, 832590(2022).
- Panneerselvam, L., et al. Ferulic acid attenuates arsenic-induced cardiotoxicity in rats. Biotechnol Appl Biochem. 67 (2), 186-195 (2020).
- Hsueh, B., et al. Cardiogenic control of affective behavioural state. Nature. 615 (7951), 292-299 (2023).
- Townsend, D. Measuring pressure volume loops in the mouse. J Vis Exp. (111), e53810(2016).
- Bastos, M. B., et al. Invasive left ventricle pressure-volume analysis: overview and practical clinical implications. Eur Heart J. 41 (12), 1286-1297 (2020).
- Wang, L. Y., et al. Effects of ferulic acid on antioxidant activity in Angelicae Sinensis Radix, Chuanxiong Rhizoma, and their combination. Chin J Nat Med. 13 (6), 401-408 (2015).
- Liu, Z., et al. Ferulic acid increases intestinal Lactobacillus and improves cardiac function in TAC mice. Biomed Pharmacother. 120, 109482(2019).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Dam Lyhne, M., et al. Effects of mechanical ventilation versus apnea on bi-ventricular pressure-volume loop recording. Physiol Res. 71 (1), 103-111 (2022).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
