Abstract
Животные модели, которые имитируют сердечные расстройства человека были созданы, чтобы проверить потенциальных терапевтических стратегий. Ключевым компонентом оценки этих стратегий является изучение их влияния на функцию сердца. Есть несколько методов для измерения в естественных сердечных механики (например, эхокардиография, давление / объем отношений, и т.д.). По сравнению с эхокардиографии в реальном времени, левого желудочка (ЛЖ) давление / объем анализ с помощью катетеризации более точным и проницательным в оценке функции ЛЖ. Кроме того, анализ LV давления / объем дает возможность мгновенно записывать изменения во манипуляций сократительной (например, β-адренергических стимуляции) и патологических оскорбления (например, ишемия / реперфузионные). В дополнение к максимуму (+ DP / DT) и минимальная (-dP / DT) скорость изменения давления в ЛЖ, точная оценка функции ЛЖ с помощью нескольких нагрузки зависит индексов (например, конец систолическое давлениеможет быть достигнута объем отношения и предварительный натяг recruitable работа инсульт). ЧСС имеет значительное влияние на сократимость ЛЖ, так что увеличение частоты сердечных сокращений является основным механизмом повышения сердечного выброса (т.е. Боудич эффект). Таким образом, при сравнении гемодинамики между экспериментальными группами, необходимо иметь аналогичные частоты сердечных сокращений. Кроме того, отличительной чертой многих моделей кардиомиопатии является снижение сократительной резерв (т.е., уменьшение эффекта Bowditch). Следовательно, важно, информация может быть получена путем определения влияния увеличения частоты сердечных сокращений на сократимость. Наши и другие данные показали, что нейронная синтаза оксида азота (NOS1) нокаутом мыши снизилась сократимость. Здесь мы опишем процедуру измерения давления LV / объем с увеличением частоты сердечных используя модель нокаут мыши NOS1.
Introduction
Цель сердца перекачивать кровь по всему телу, чтобы удовлетворить метаболические потребности организма. Поскольку эти требования постоянно колеблется (например, во время физических упражнений), сердце должно адаптироваться (т.е., увеличение сердечного выброса). Сердце разработала многочисленные пути для достижения этого подвига. Премьер манера сердце достигает это с помощью увеличения частоты сердечных сокращений (т.е. Боудич эффект) 1. То есть, как своих сердечных сокращений увеличивается, что приводит к увеличению сократимости и увеличению сердечного выброса. Таким образом, функция сердца является чрезвычайно зависит от частоты сердечных сокращений. К сожалению, болезнь сердца (например, инфаркт миокарда, гипертрофия и т.д.) приводит к плохой работе сердца, в котором сердце, следовательно, не будет в состоянии удовлетворить требования метаболические тела. Болезнь сердца является основной причиной заболеваемости и смертности в западном обществе. Животные модели, которые воспроизводят многие человеческие cardiomyopathies используются для изучения молекулярных механизмов и тестирования потенциальных методов лечения. Для различить эти механизмы и определить, если терапия может быть жизнеспособным, следователи должны оценить функцию сердца в естественных условиях.
Есть несколько способов, чтобы оценить функцию сердца в естественных условиях (например, эхокардиография, МРТ и т.д.), которые обычно измеряют фракцию выброса, фракционное укорочение, сердечный выброс и т.д. Однако эти параметры сильно зависят от постнагрузки, преднагрузки и сердечного ритма В дополнение к сократительной 2. Измерение сократительной незаменим понять внутренние свойства сердца в его родной среде. Максимум (DP / DT макс) темпы развития давления приводит нас на шаг ближе к пониманию сократимость. К сожалению, DP / DT также зависит от частоты сердечных сокращений и условий нагружения 3. Поэтому были разработаны методы для измерения нагрузки (и частоту сердечных сокращений, см белвл) независимых индексы миокарда (т.е., конечного систолического объема давление отношения (ESPVR) и поджать recruitable ход работы (PRSW)) 4-6. ESPVR описывает максимального давления, что может быть разработанный желудочка в любой момент объема ЛЖ. Наклон ESPVR представляет конец систолическое эластичность (ЕЭС). PRSW является линейная регрессия инсульта работы (область, ограниченная PV петли) с конечного диастолического объема. Эти процедуры являются более точными и точное измерение сократимости по сравнению с гемодинамическими параметрами, такими как фракции выброса, сердечного выброса и ударного объема. ESPVR и PRSW могут быть получены с помощью временной блокировки нижней полой вены (НПВ). Блокирование IVC может быть выполнена с закрытой грудью, чтобы избежать эффекта изменения внутриплевральное давление на функцию сердца.
Увеличение ЧСС также повышает сокращение и расслабление 1. Таким образом, при сравнении функции сердца между experimentaл группы (например, ± DP / DT), частота сердечных должны быть похожи. Тем не менее, подобные частоты сердечных обычно не возникают у каждого животного из-за различных условий (болезни, исследование вмешательства и т.д.). Следует отметить, что анестезия (инъекционный и вдыхаемый) снижает частоту сердечных сокращений. Как ЧСС основным фактором, определяющим сократительной анестезия значительно влияет сократимость. По этой причине, мы описываем нашу процедуру. Кроме того, отличительной чертой многих кардиомиопатии является уменьшилось резерв сократительной (т.е. снизился эффект Боудич). Таким образом, функция сердца должна быть измерена в диапазоне частоты сердечных сокращений. Здесь мы опишем, как использовать стимулятор (с закрытой грудью), чтобы достичь этих эффектов.
В дополнение к частоте сердечных сокращений, оксид азота (NO), также является важным модулятором сократительной 7. НЕТ производится с помощью ферментов не называется NO-синтазы (NOS). Мы и другие показали, что у мышей с нокаутом нейронов NOS (NOS1
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол был одобрен животных уходу и использованию комитета Институциональная животных (IACUC) в Университете штата Огайо в. Эта процедура может быть использована на любой мыши, в котором внутренний диаметр сонной артерии является достаточно большим, чтобы вставить катетер. Используйте мышь, которые выше 16 г (старше 2 ~ месяцев).
1. Подготовка мышь для катетеризации
- Закройте все хирургические инструменты и материалы в сумке стерилизации. Стерилизовать мешочек в автоклаве машины. Поддерживать стерильную поле на протяжении всей процедуры и носить стерильные перчатки.
- Обезболить мышей с кетамином (55 мг / кг) плюс ксилазина (15 мг / кг) путем внутрибрюшинной инъекции.
ПРИМЕЧАНИЕ: вся процедура измерения давления как / объем при различных скоростях сердце и ESPRV занимает менее 20 минут. Если требуется дополнительное время (то есть, более чем на 30 мин), даст дополнительный ¼ дозы анестезии каждые 30 мин. - Удалить волосы в передней гEgion шеи и грудной области, используя удаление волос лосьон (например, Nair) и лента конечности мыши на платформу пены. Подтвердите состояние глубокой анестезии с помощью пальца щепоткой.
- Вставьте ректального зонда для контроля температуры тела (37 ± 1 ° C), и поддерживать с помощью термо-регулируемых грелку (расположенный между хирургической простыне и платформы).
- Подготовьте длину 4-0 шва (~ 10 см). Петля нить вокруг верхних резцов и ленты на платформу. Это будет держать шею прямо.
- Стерилизовать хирургическое площадь моечные зона с Бетадин и 75% спирта в три раза.
2. Катетеризация
- Подготовка катетера по предварительного замачивания кончик в физиологическом растворе или дистиллированной воды (37 ° C) в течение по крайней мере 30 мин до использования (в соответствии с инструкциями завода-изготовителя), чтобы акклиматизироваться диафрагму датчика давления для влажной биологической среде и, чтобы предотвратить дрейф давления сигнала и отрицательный Записи давления,
- Сделайте продольный разрез 0,8 см между нижней челюстью и грудины в передней области шеи. С тонкой ножницами, отделить кожу-мышечной соединительной ткани, чтобы разоблачить трахеи, расположенный под stemohyoideus мышцы.
- Отделить жира и мышечной ткани в правой стороне трахеи с изогнутыми щипцами, чтобы выставить правую сонную артерию.
ПРИМЕЧАНИЕ: сонная артерия является крупнейшим артерии в передней области шеи, содержит ярко-красной крови, и пульсирующая. Не путать с яремной вены, которая проходит параллельно с сонной артерии. Яремной вены темно-красный и не пульсирующим. Кроме того, во время выделения сонной артерии, пользователь должен быть в курсе, не повреждая блуждающий нерв. - Удалить жир из правой сонной артерии с изогнутыми щипцами. Если существует разветвление судна, которое будет препятствовать этой операционной технику, сократить их с прижиганием Бови, чтобы отделить сонной артерии.Отделите столько ткани, как это возможно в соответствии с сонной артерии с использованием изогнутых щипцов.
- Вырежьте два 5 см 6-0 шелковые нити. Pass каждый шелковую нить под правой сонной артерии.
- Позиция один поток вблизи проксимальной части, а другой рядом с дистальной части артерии. Сделайте тугой узел на нити в дистальной части, и сделать свободный узел на нити в проксимальной части.
- Блок кровотока путем закрепления проксимальной части артерии с помощью небольшого кровоостанавливающего сосудистый зажим (место зажима ниже проксимального потока). Запечатаны область артерии будут заполнены кровью, что делает его легко выполнить шаг 2.8.
- Прокол небольшое отверстие в правую сонную артерию между двумя нитями (но ближе к дистальному резьба) с иглой 26 G. Вставьте катетер в сонную артерию. Слегка затяните свободный узел на проксимальной части сонной артерии на катетер, чтобы на месте.
ПРИМЕЧАНИЕ: Использование прокола является предпочтительным по сравнениючтобы ножницы разрез. Делая плотный узел в дистальной части артерии, а затем зажимать проксимальную часть, артерии будет полностью заполнена кровью. Это делает его очень легко протыкать кровеносного сосуда. Кроме того, размер иглы (26 г) прокалывает артерию с отверстием, что хорошо соответствует размеру катетера. При использовании метода ножницы разрез, было труднее контролировать размер разреза. Тем не менее, выбранный метод должен зависеть от, по которым один хирург чувствует себя более комфортно. - Начало записи сигналов давления, как в шаге 3.
- Ослабить зажим кровоостанавливающий зажим и продолжить введения катетера вперед в левый желудочек. Если некоторое сопротивление ощущается при продвижении катетера, потяните его назад и попытаться снова вперед. Для мыши весом 18-25 г ~, оценивается длина катетера, который вводится 18 мм.
Примечание: Сигнал давления артериальной будет колебаться от 70 до 120 мм рт. После того, как тон катетер в левом желудочке изменение формы сигнала давления и давление будет колебаться от 0 до 120 мм рт.ст. (показано на фиг.1). Функция сердца стабилизируется в течение 2-3 мин после введения катетера. - Постоянно контролировать температуру тела, уровень анестезии, и частоту дыхания.
3. Сбор данных
- Использование LabChartPro 7 программное обеспечение (или подобное программное обеспечение). Используйте опцию WorkFlow в модуле LabChart П.В. Loop. С помощью этого модуля, выберите настройку давления и объема Loops по умолчанию.
- Set-три канала: один канал для давления, один канал для объема, и один канал для сердечного ритма. Установите масштаб диапазоны выше параметров, как 0-150 мм рт.ст., 0-100 мкл и 0-800 такт / мин, соответственно.
- Нажмите кнопку Старт для записи.
4. Влияние Боудич
- Сделать 1 см разрез в области прекордиум параллельно рукояткой. Разрежьте слой мышц и ехрOSE в межреберье с помощью ножниц.
- Использование прямоугольных импульсов стимулятора, установите следующие параметры: напряжение 2 V, продолжительность 2 мс, а также включить режим повтора.
- Удерживая отрицательный электрод щипцами и вставить его через четвертый межреберье к апикальной области сердца. Держите положительный электрод с пинцетом и вставьте его через второй межреберье на области правого предсердия сердца.
- Включите стимулятор и изменить частоту ходить сердце от 4 Гц (240 уд / мин) до 10 Гц (600 уд / мин). На каждой новой частоты сердечных сокращений, стимулировать сердце в течение 1 мин до сбора данных.
5. Генерация ESPVR и PRSW
- Вырезать кожи и мышечной ткани, перпендикулярной рукояткой в области живота с ножницами. Откройте enterocoelia и обнажить печень.
- Перетащите Arcus costarum к голове с помощью металлического тягу.
- Аккуратно надавите на печень вниз сватный тампон. Будьте осторожны, чтобы не нажать слишком много, чтобы повлиять на грудную полость. Это изменит функцию сердца.
- Отрежьте серповидные связки печени с ножницами, чтобы разоблачить suprahepatic нижнюю полую вену (IVC).
- Использование изогнутых щипцов быстро выжимать IVC в течение 5 секунд, чтобы заблокировать возвращение крови к правому предсердию. Давление левого желудочка и объем упадет из-за сокращения притока к сердцу. При формировании этих значений, не использовать циклы ниже 60 мм рт. 60 мм рт.ст. в отношении систолического давления.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это значение устанавливается в 60 мм рт потому что это вызовет значительное падение давления перфузии значительно уменьшить коронарной перфузии и влияют сократимость.
6. Объем калибровки
- Heparinize мышь с 0,1 мл 1: 5000 раствора гепарина (разбавленного физиологическим раствором) путем внутрибрюшинной инъекции.
- Удалить катетер из сонной артерии. Когда катетер вытащили птом сонная артерия, гепарин крови просачиваться из отверстия, где катетер был вставлен.
- Соберите эту кровь для объемного калибровки с использованием 1 мл шприц. Заполните каждую лунку в калибровочной кювете.
- Удалить сердце усыпить мышь с помощью кровопускания.
- Расположите катетер в каждую лунку и получить устойчивый относительная единица объема (RVU) значение. Создание стандартной кривой, используя различные стандартные объемы и значения RVU из каждой лунки.
- Преобразование записывается RVU для мкл.
7. Обработка данных
- Для изучения влияния Bowditch, выберите стационарных давления / объема следы от каждого сердечного ритма. Нажмите базового анализа для получения данных.
- Для ESPVR и PRSW данных, выбрать первые ~ 15 давление / объем следы, нажмите анализа окклюзии в программном обеспечении для создания ESPVR (наклон, разработанной LV в конце-диастолического объема давления) и PRSW (линейную регрессию хода работы с конечного диастолическогообъем) склоны.
- Обратить внимание на форму петель. Убедитесь, что цикл будет закрыт без каких-либо угловых точек или поворотами. Это признак неправильного катетера или избыточного шума. Периодически проверяйте петли во время эксперимента, чтобы обеспечить генерируются соответствующие данные давления и объема.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Собственно вставки катетера в левый желудочек является важным шагом для достижения соответствующих значений давления и объема. Показанный на рисунке 1, с использованием LabChart Pro 7, является изменение формы волны давления (формы и значения), как катетер выходит из артерии в желудочке.
После правильного введения катетера в левый желудочек, давление (Р) и объем (V), полученные значения затем будут использованы для генерации петли PV (показано на фиг.2).
Используя эти значения давления, механизмы, которые изменяют сократимость могут быть исследованы. Показанный на рисунке 3, пример того, как давление и изменения объема по мере увеличения частоты сердечных сокращений. В этом примере, увеличение частоты сердечных сокращений от 300 до 600 уд / мин, давление ЛЖ увеличилась с 80 до 100 мм рт.ст., а диастолическое и систолическое LV объемы уменьшились. Показанный на рисунке 4, ЧСС Зависимость максимальных и минимальных темпов развития давления (DP / DT). По мере увеличения частоты сердечных сокращений, так же максимальные и минимальные темпы развития давления. Этот тип анализа данных также может быть использован для исследования регуляторов сократимости. Наши данные показывают, что NOS1 - / - мышей уменьшились максимальные и минимальные темпы развития давления по сравнению с диким типом (WT) мышей (рис 4). Следовательно, нокаут NOS1 приводит к снижению эффекта Bowditch.
Используя значения давления и объема, полученные в ходе IVC окклюзии, мы также можем получить меру нагрузки зависит сократительной. Показанный на рисунке 5, рассчитываются ЕЭС и значения PRSW (измеряется в 420 уд / мин) для WT и NOS1 - / - мышей. Эти данные свидетельствуют о том, что NOS1 - / - мышей уменьшились сократимость по сравнению с мышами дикого типа.
8 / 52618fig1highres.jpg "ширина =" 700 "/>
Рисунок 1:. Сигналы давления и объема, как обнаруженные с помощью LabChart фотоэлектрических модулей Loop изменения сигнала давления, когда катетер расположен в LV. Сигнал артериальное давление (верхний) колебалась от 80 до 120 мм рт. После того, как катетер был помещен в левом желудочке, меняется форма сигнала давления и давление колебалось от 0 до 120 мм рт. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Генерация PV петли с помощью модуля LabChart П.В. Loop. СЛЕВА) Типичные данные давления (верхнего), объем (средний) и частоты сердечных сокращений (внизу). Эти значения давления LV / объем используется для Generatе П. цикл путем построения давление (P) против объема (V). (Справа) Иллюстрация петель, порожденных данным слева. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3:.. Влияние ЧСС от давления ЛЖ и объема репрезентативных данных, демонстрирующих изменения давления и объема ЛЖ с увеличением частоты сердечных сокращений, используя PV Loop LabChart модуль Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: NOS1 нокаутом (NOS1 - / -.) Мышей уменьшились в естественных условиях функции сердца и сократительной резерв по сравнению с диким типом (WT) мышей, NOS1 - / - мыши имеют значительно более низкий максимум (DP / DT макс) и минимального (DP / DT мин) скорость давления развитие с увеличением частоты сердечных сокращений. Данные представлены в виде среднего значения ± SD. * Р <0,05 по сравнению с WT с помощью ANOVA, N = 5 мышей / группы.
Рисунок 5: NOS1 нокаутом (NOS1 - / -) мышей уменьшились сократимость. ЛЕВЫЙ) представителем давление / объем петли, полученные в ходе нижней полой вены окклюзии. Примечание правильной формы каждого цикла. Толстые линии конечного систолического объема давление отношения (ESPVR). Справа) по сравнению с диким типом (WT) мышей, NOS1 - / - мыши имеют уменьшилось конечного систолического эластичность (ЕЭС) и поджать recruitable работу хода (PRSW). Данные представлены в виде среднего значения ± SD. * Р <0,05 по сравнению с WT через непарного т-тест, N = 5 мышей / группы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Важным шагом для этой техники, чтобы получить надежную меру сократимости собственно катетера в ЛЖ. Если катетер не помещены правильно, когда Л.В. контракты стенки могут связаться катетер в результате значений очень высока, и не физиологическая, давление вызывает неправильной формы петли PV. При необходимости, катетер может быть повернут для достижения правильного размещения. Другим ключевым шагом для этой техники, чтобы убедиться, мышь получала должного анестезии. Если мышь находится над наркозом, это будет значительно уменьшить сердечную функцию. Мышь с ЧСС менее ~ 250 уд / мин может рассматриваться на наркозом. Кроме того, объем крови, что сердце мыши насосы мало что делает его трудно получить точные объемы. Важно, чтобы откалибровать объем для каждой мыши. Для калибровки громкости, мы описали метод калибровки кювета. Есть дополнительные методы, которые также используются для калибровки объемы (т.е.,Ход расчета объема с помощью зонда потока в нисходящей грудной аорты) 10.
Есть много ограничений использования этого метода в мыши; все из-за своего небольшого размера тела. Например, этот метод требует точного микрохирургического мастерство. Кроме того, этот метод приводит к некоторой потере крови, которые потенциально могли бы изменить функцию сердца. Массивной кровопотери можно избежать, продвижение катетера через сосудистую по сравнению с другими методами (например, прокалывание левого желудочка). Здесь мы опишем всю процедуру подробно с важные детали, чтобы избежать этих проблем.
Анализ давления / объем важным подходом к расследованию в естественных условиях сократительной. Выполнение этой техники у мышей является существенным, так как есть много преимуществ по сравнению с другими видами (стоимость, генетических манипуляций, и т.д.). Так ЧСС важным фактором, определяющим сердца функции 1 и затронутым ANESThesia, мы представили дополнительные шаги, чтобы убедиться, что сопоставимые тарифы сердца достигается, чтобы позволить корректное сравнение между группами. Кроме того, с помощью этого модифицированного технику PV петли, следователь имеет возможность непосредственно исследовать влияние Bowditch. По этим причинам, мы опишем, как выполнять эту технику в мыши, чтобы получить точные измерения сократительной в естественных условиях при различных скоростях сердца.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Xlyzine 100 mg/ml | Ana Sed | 4821 | |
| Katamin 50 mg/ml | Ketalar | 310006 | |
| Heparin | APP Pharmaceuticals | 6003922 | |
| 4-0 silk thread | Surgical specialties | SP102 | |
| 6-0 silk thread | Surgical specialties | MBKF270 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Curve forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14090-09 | |
| Vascular clamp | Fine Science Tools | 18555-03 | |
| Microscope | World precision instruments | PZM-3 | |
| Pressure catheter | Millar instruments | SPR-839 | |
| Pressure and volume system | Millar instruments | MPVS-300 | |
| PowerLab4/35 | AD instruments | N12128 | |
| LabchartPro 7 | AD instruments | ||
| Temperature controller | CWE | TC-1000 | |
| Stimulator | Grass | SD-5 | |
| Sterile glove | Micro-Touch | 1305018821 | |
| Hair remover lotion | Nair | ||
| Betadine surgical scrub | Veterinary | NDC 6761815401 | |
| Alcohol | Decon Laboratories | 2801 | |
| Bovie cautery | Bovie | AA29 | |
| 1 ml Syringe (26 G needle) | BD | 8017299 |
References
- Janssen, P. M. Myocardial contraction-relaxation coupling. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 299, H1741-H1749 (2010).
- Roman, M. J., Devereux, R. B. Comparison of noninvasive measures of contractility in dilated cardiomyopathy. Echocardiography. 8, 139-150 (1991).
- Hamlin, R. L., del Rio, C. dP/dt(max)--a measure of 'baroinometry. J Pharmacol Toxicol Methods. 66, 63-65 (2012).
- Feneley, M. P., et al. Comparison of preload recruitable stroke work, end-systolic pressure-volume and dP/dtmax-end-diastolic volume relations as indexes of left ventricular contractile performance in patients undergoing routine cardiac catheterization. J Am Coll Cardiol. 19, 1522-1530 (1992).
- Kass, D. A., et al. Comparative influence of load versus inotropic states on indexes of ventricular contractility: experimental and theoretical analysis based on pressure-volume relationships. Circulation. 76, 1422-1436 (1987).
- Nemoto, S., DeFreitas, G., Mann, D. L., Carabello, B. A. Effects of changes in left ventricular contractility on indexes of contractility in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H2504-H2510 (2002).
- Ziolo, M. T., Kohr, M. J., Wang, H. Nitric oxide signaling and the regulation of myocardial function. J Mol Cell Cardiol. 45, 625-632 (2008).
- Barouch, L. A., et al. Nitric oxide regulates the heart by spatial confinement of nitric oxide synthase isoforms. Nature. 416, 337-339 (2002).
- Wang, H., et al. Neuronal nitric oxide synthase signaling within cardiac myocytes targets phospholamban. Am J Physiol Cell Physiol. 294, C1566-C1575 (2008).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol. 274, H1416-H1422 (1998).
