Bekræftelse af myokardieiskæmi og reperfusionsskade i mus Brug Surface Pad elektrokardiografi
Summary
During murine myocardial ischemia/reperfusion surgery, correct placement of the occluding ligature is typically confirmed by visible observation of myocardial pallor. Herein, a method of electrocardiographically confirming ischemia and reperfusion, to supplement observed myocardial pallor, is demonstrated in male C57Bl/6 mice.
Abstract
Many animal models have been established for the study of myocardial remodeling and heart failure due to its status as the number one cause of mortality worldwide. In humans, a pathologic occlusion forms in a coronary artery and reperfusion of that occluded artery is considered essential to maintain viability of the myocardium at risk. Although essential for myocardial recovery, reperfusion of the ischemic myocardium creates its own tissue injury. The physiologic response and healing of an ischemia/reperfusion injury is different from a chronic occlusion injury. Myocardial ischemia/reperfusion injury is gaining recognition as a clinically relevant model for myocardial infarction studies. For this reason, parallel animal models of ischemia/reperfusion are vital in advancing the knowledge base regarding myocardial injury. Typically, ischemia of the mouse heart after left anterior descending (LAD) coronary artery occlusion is confirmed by visible pallor of the myocardium below the occlusion (ligature). However, this offers only a subjective way of confirming correct or consistent ligature placement, as there are multiple major arteries that could cause pallor in different myocardial regions. A method of recording electrocardiographic changes to assess correct ligature placement and resultant ischemia as well as reperfusion, to supplement observed myocardial pallor, would help yield consistent infarct sizes in mouse models. In turn, this would help decrease the number of mice used. Additionally, electrocardiographic changes can continue to be recorded non-invasively in a time-dependent fashion after the surgery. This article will demonstrate a method of electrocardiographically confirming myocardial ischemia and reperfusion in real time.
Introduction
Hjertesygdom er fortsat den førende dødsårsag på verdensplan 1,2. Ikke alene er den venstre ventrikel (LV) den mest muskulære kammer, der er ansvarlig for at pumpe blod fra hjertet til hele kroppen 3, det er en fælles kardiel skade deponeringsstedet efter myokardieinfarkt 4. Venstre ventrikel vævsdød resulterer ofte i systolisk hjertesvigt. Dyremodeller af hjertesygdomme er bydende nødvendigt for fremme af biomedicinske kardiovaskulær forskning. C57BL / 6 stamme af mus har været et populært valg for dyremodeller på grund af deres hurtige avl tid, lave omkostninger og lethed i genetiske ændringer. De fleste murine kirurgiske modeller til undersøgelse af hjertesygdomme involverer okklusion af LAD gren af den venstre koronararterie. Den LAD kaldes venstre stump marginale 5,6. LAD leverer blod til den venstre ventrikulære anterior og antero-lateral vægge. LAD okklusion studier er rettet mod at fremkalde forreste infarkter, nogle gange strækker into ringere og laterale væg regioner 7.
To modeller, der bruges ofte for myokardieinfarkt studier omfatter kronisk okklusion myokardieinfarkt og myokardieiskæmi / reperfusion skade. Den kroniske okklusion er skabt ved kirurgisk suturering rundt og permanent blokering blodstrømmen gennem LAD. Den iskæmi / reperfusionsbeskadigelse er skabt meget på samme måde kun med en forbigående, sædvanligvis 30-60 min, iskæmiske periode. For at opnå transient iskæmi, de okkluderende sutur bånd rundt om LAD og en lille PE-10 rør, som er placeret parallelt med LAD på epikardial hjertets overflade, efterfulgt af en reperfusion periode, hvor slangen og okkluderende sutur er fjernet, og blod er lov til igen at strømme gennem arterien og ind i myokardiet. Den iskæmi / reperfusion kirurgi er blevet anset for at være klinisk relevant på grund af karakteren af reperfusionsskade parallelt med behandling af humane infarkter som omfatter prompt koronarangioplastik og stenting af arterien, eller koronar arterie bypass. Typisk under disse operationer, iskæmi af LV i en mus hjerte bekræftes af synlig bleghed af myokardievæggen. Men ved blot at udføre de operationer på et elektrokardiogram (EKG) pad under konstant overvågning betingelser, kan observeres synlige ændringer i EKG-kurven, hvilket bekræfter iskæmi og reperfusion af muse myocardium.
Selvom det murine hjerte ligner det menneskelige hjerte i mange henseender, herunder dets fire kamre struktur, hjerter har også forskelle. Et oplagt forskel er den gennemsnitlige hvilepuls for voksne mus er 600 – 700 slag pr min (bpm), mens der af voksne mennesker er ~ 60-100 bpm 8,9. Derudover er der i mus repolariseringen bølger, J og T, ofte fusionere med depolarisering QRS-kompleks gør en klar ST-segment svært at skelne 10. At komplicere processen med electrocardiographically bekræfter myocardial iskæmi, er højden af T-bølgen og ST-segmentet, der anvendes som markører til diagnose af iskæmi og myokardieinfarkt skade hos mennesker, klinisk benævnt ST e levation m yocardial jeg nfarction eller STEMI. En af de vigtigste forskelle mellem humane og murine bølgeformer er, at S-bølge umiddelbart efterfølges være en J-bølge, der overfører direkte ind i en negativ T-tak. Under akut myocardial iskæmi hos mus amplituden af S-bølge falder og er direkte efterfulgt af en abnorm J-bølge og en omvendt T-bølge 11. T-takken synes ikke at udgøre en væsentlig del af repolarisering i mus 11. Trods nomenklatur og mus vs. menneskelige forskelle, EKG bekræftelse af murint myocardial iskæmi og reperfusion er stadig mulig og relativt enkel. For at forenkle bølgeform fortolkning, er det segment mellem SJT benævnt ST-segment heri.
STEMI retningslinjer offentliggjort i 2013 anbefaler en patient dør til ballon på mindre end 90 min 12 .Dette betyder, at tidsrammen fra identifikation af patientens koronararterieokklusion indtil arterien genåbnes bør være mindre end 90 min. Det bankende hjerte arbejder konstant, og derfor har en høj oxidativ metabolisme og et højt niveau af ilt forbrug 3. For at sørge for dette, et netværk af kapillærer er til rådighed for hver myocytter 3. Det tager kun et hjerte et par slag at udtømme sin ilt og forsyning af næringsstoffer. I en 90 min vindue, vil en iskæmisk hjerte-regionen i et menneske er blevet blokeret fra at modtage mellem 5400 og 9000 hjertet slår værd af iltet blod. I samme 90 min vindue, ville en mus har 54.000 til 63.000 hjerteslag. Eksperimentelle tidspunkter for murine iskæmi / reperfusionsskade er typisk mellem 30 og 60 min.
Vigtigheden af at udvikleing en supplerende metode til bekræftelse myokardieiskæmi og reperfusion i en musemodel har stor betydning på konsistensen og reproducerbarhed af data i myokardieiskæmi / reperfusion undersøgelser. Den nuværende praksis med visuelt observere hjertet for en ændring i væv farve er ikke tilstrækkelig som en stand-alone diagnostisk. Derudover er reperfusion efter fjernelse af røret og suturen ikke garanteres. Selv arterien ikke længere er bundet af, kan arterien have vedvarende skade under proceduren og kan blive umuligt at reperfundere. Det ville være gavnligt at have en registrering af elektrokardiografiske ændringer for at bekræfte reperfusion snarere end at lægge observationer af myokardie bleghed og rubor (rød farve). Hjerter, der ikke viser de markører for iskæmi / reperfusion skade kan derefter hurtigt blive markeret og en beslutning om hvordan vi kommer videre kan foretages af efterforskerne.
Endelig fastlæggelse af en registrering af EKG-forandringer fra baseline i hele the iskæmiske og reperfusion perioder giver efterforskere til fortsat at overvåge hjertet efter den første operation. Efterforskere i øjeblikket glemme hjertet, så snart operationen er afsluttet. EKG er en enkel måde at få indsigt i forandringer i myokardiet timer til dage efter operationen. EKG optaget på tidspunkter efter operationen kunne afsløre sent udvikle Q-bølger indikerer fortsatte eller forværring vævsdød. Men effektivt at gage nye eller forværrede elektrokardiografiske markører, en baseline-EKG skal være til rådighed for sammenligning.
Denne protokol vil demonstrere, hvordan man forbereder, opnå, og fortolke EKG for at bekræfte iskæmi og reperfusion af musen hjerte hjælp 8-12 uger gamle mandlige C57BL / 6 mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Brug af EKG-ændringer som en supplerende metode til at bekræfte myocardial iskæmi og reperfusion sikrer nøjagtig placering af den lukkende ligatur. Nøjagtigheden af ligatur placering er afgørende for at reducere data variation blandt dyrene. LAD i en mus hjerte er en vanskelig arterie at visualisere. Derfor supplere visuel bleghed med elektrokardiografiske ændringer vil sikre den korrekte placering af ligaturen og resulterende vævsskade.
Da EKG pad tilbyder en ikke-invasiv afbi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Merit Review awards (BX002332 and BX000640) from the Biomedical Laboratory Research and Development Service of the Veterans Affairs Office of Research and Development, National Institutes of Health (R15HL129140), and funds from Institutional Research and Improvement account. The project is supported in part by the National Institutes of Health grant C06RR0306551.
Materials
| Vevo 1100 | Fujifilm Visual Sonics |
Echocardiography Machine | |
| Mouse Handling Plate | Fujifilm Visual Sonics |
Heated ECG plate | |
| Signa-Gel | Highly Conductive Multi- | ||
| Electrode Gel | Parker | 15-25 | Purpose Electrolyte |
| Transpore Medical Tape | 3M | 1527-0 | |
| PI-Spray II | Pharmaceutical Innovations | NDC 36-2013-25 | Cleaning agent for ECG plate |
| C57Bl6 Mice | The Jackson Laboratory | 000664 | Male, 8-12 wk |
| IsoThesia-Isoflurane | Henry Schein | NDC 1169-0500-1 | |
| Excel | Microsoft | ||
| Systane Nighttime Lubricant Eye Ointment | Alcon | 65050935 | |
| 7-0 Perma-Hand Silk Sutures | Ethicon | 640.O32 | |
| 5-0 Perma-Hand Silk Sutures | Ethicon | K809.O32 | |
| Surgical Scissors | ROBOZ | RS-5881 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | |
| Gauze | Bio Nuclear Diagnostics Inc | DIS-022B | |
| Needle Holder | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| Buprenex CIII | Patterson Veterinary | 0-891-9756 | Buprenorphine Hydrochloride Analgesic |
| Betadine | Purdue Products | 67618-150-08 |
References
- Kochanek, K. D., Murphy, S. L., Xu, J. Deaths: Final Data for 2011. Natl Vital Stat Rep. 63 (3), 1-120 (2015).
- Klabunde, R. E. . Cardiovascular Physiology Concepts 2edn. , 243 (2012).
- Bhardwaj, R., Kandoria, A., Sharma, R. Myocardial infarction in young adults-risk factors and pattern of coronary artery involvement. Niger Med J. 55 (1), 44-47 (2014).
- Xu, Z., Alloush, J., Beck, E., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery. J Vis Exp. (86), (2014).
- Fernández, B., et al. The coronary arteries of the C57BL/6 mouse strains: implications for comparison with mutant models. J Anat. 212 (1), 12-18 (2008).
- Thaler, M. S. . The Only EKG Book You’ll Ever Need. , (2003).
- Poirier, P. Exercise, heart rate variability, and longevity: the cocoon mystery?. Circulation. 129 (21), 2085-2087 (2014).
- Boudoulas, K. D., Borer, J. S., Boudoulas, H. Heart Rate, Life Expectancy and the Cardiovascular System: Therapeutic Considerations. Cardiology. 132 (4), 199-212 (2015).
- Wehrens, X. H., Kirchhoff, S., Doevendans, P. A. Mouse electrocardiography: an interval of thirty years. Cardiovasc Res. 45 (1), 231-237 (2000).
- Boukens, B. J., Rivaud, M. R., Rentschler, S., Coronel, R. Misinterpretation of the mouse ECG: ‘musing the waves of Mus musculus. J Physiol. 592 (21), 4613-4626 (2014).
- O’Gara, P. T., et al. ACCF/AHA guideline for the management of ST-elevation myocardial infarction: executive summary: a report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines: developed in collaboration with the American College of Emergency Physicians and Society for Cardiovascular Angiography and Interventions. Catheter Cardiovasc Interv. 82 (1), E1-E27 (2013).
- . . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
- Gao, S., Ho, D., Vatner, D. E., Vatner, S. F. Echocardiography in Mice. Curr Protoc Mouse Biol. 1, 71-83 (2011).
- Jong, W. M., et al. Reduced acute myocardial ischemia-reperfusion injury in IL-6-deficient mice employing a closed-chest model. Inflamm Res. 65 (6), 489-499 (2016).
- Nadtochiy, S. M., et al. In vivo cardioprotection by S-nitroso-2-mercaptopropionyl glycine. J Mol Cell Cardiol. 46 (6), 960-968 (2009).
- Preda, M. B., Burlacu, A. Electrocardiography as a tool for validating myocardial ischemia-reperfusion procedures in mice. Comp Med. 60 (6), 443-447 (2010).
- Speerschneider, T., Thomsen, M. B. Physiology and analysis of the electrocardiographic T wave in mice. Acta Physiol (Oxf. 209 (4), 262-271 (2013).
- Kersten, J. R., Schmeling, T. J., Pagel, P. S., Gross, G. J., Warltier, D. C. Isoflurane mimics ischemic preconditioning via activation of K(ATP) channels: reduction of myocardial infarct size with an acute memory phase. Anesthesiology. 87 (2), 361-370 (1997).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53 (1), E55-E69 (2012).
- Curtis, M. J., et al. The Lambeth Conventions (II): guidelines for the study of animal and human ventricular and supraventricular arrhythmias. Pharmacol Ther. 139 (2), 213-248 (2013).
