Summary
Burada, canlı anestezize edilmiş yetişkin zebrafislerde elektrokardiyogram kaydetmek ve yorumlamak için güvenilir, minimal invazif ve uygun maliyetli bir yöntem sunuyoruz.
Abstract
Yetişkin zebra balığı ve insanların elektrokardiyogram dalga formları oldukça benzerdir. Bu elektrokardiyogram benzerlikleri sadece insan kardiyak Elektrofizyoloji ve miyopatiler için bir araştırma modeli olarak değil, aynı zamanda potansiyel kardiyotoksisite için yüksek verimlilik ilaç taramasında bir vekil model olarak zebra balığı değerini artırmak QT uzaması gibi insanlar. Bu nedenle, Yetişkin zebra balığı için in vivo elektrokardiyografi, vazgeçilmez değilse, çapraz-kesit veya boyuna içinde vivo elektrofizyolojik karakterizasyon için gerekli olan bir elektrik fenotyping aracıdır. Ancak, çok sık, güvenilir, pratik ve uygun maliyetli bir kayıt yönteminin olmaması, bu in vivo tanılama aracının daha kolay erişilebilir hale gelmesini engelleyen önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Burada, tutarlı, güvenilir kayıtlar veren düşük bakım, uygun maliyetli ve kapsamlı bir sistem kullanarak yetişkin zebra balığı için in vivo elektrokardiyografi için pratik, basit bir yaklaşım tarif ediyoruz. Biz 12-18 ay yaş sağlıklı yetişkin erkek zebra balığı kullanarak protokol göstermektedir. Ayrıca elektrokardiyogram kayıt sürecinde veri doğruluğunu ve sağlamlığını sağlamak için kalite doğrulama için hızlı bir gerçek zamanlı yorumlama stratejisi sunuyoruz.
Introduction
Zebra balığı (Danio rerio) kalp operculum 'un ve pektoral burun arasındaki torasik boşluğa anteroventrally bulunur. Kalp, gümüş renkli perikarkadran kesesi içinde oldukça gevşek kapalı. Anatomik olarak, zebra balığı kalp dört-Chambered insan ve diğer memeli kalpleri onun küçük ölçeği nedeniyle farklıdır (100-kat insan kalbine göre daha az) ve iki-tek atriyum ve bir ventrikül oluşan daireli yapısı. Yine de, elektrokardiyogram (EKG) dalga formları ve her iki türün QT aralığı süresi oldukça benzerdir (Şekil 1). Buna göre, zebra balığı insan kalıtsal aritmileri1,2,3 eğitim için popüler bir model olarak ortaya çıkmıştır ve potansiyel insan kardiyotoksisite yüksek verim ilaç taraması için4,5 , QT uzaması gibi.
İnsan kalp hastalıklarının rutin olarak değerlendirilmesinde, 1903 yılında Einthoven tarafından icat edildikten sonra vücut yüzeyi EKG 'SI en yaygın olarak kullanılan ilk hat olmayan invaziv teşhis aracı haline gelmiştir. Buna karşılık, vücut-yüzey EKG kayıt yöntemi yetişkin zebra balığı için ilk adaptasyon beri 20066 ve birkaç değişiklik sonra7, bu teknik büyük ölçüde rağmen alanında birçok araştırmacı için ulaşılamaz kalmıştır Bu hayvan modelinin popülaritesi. Yetişkin zebrafish için in vivo EKG sorgusu yapan diğer araştırmacılar için, operatörler arasında geniş varyasyonlar farklı çalışmalarda EKG bulgularında tutarsızlığa yol açtı. Yaygın nedenleri hantal ve pahalı özel cihazlar ve yazılım, düşük sinyal-gürültü oranı ve karışıklık elektrot yerleşimi ile ilgili, tüm daha fazla yetişkin zebra balığı EKG özellikleri ve eksik bir anlayış tarafından ağırlaştırılmış dahil temel doku mekanizmaları. Bu In vivo EKG elektrik fenotip canlı zebrafish tek teşhis aracı olduğu göz önüne alındığında, hassasiyet ve özgüllük, yeniden üretilebilirliği ve erişilebilirlik geliştirmek için standart bir yöntem için net bir ihtiyaç vardır.
Burada, zebra balığı in vivo elektrokardiyogramları kaydetmek ve yorumlamak için pratik, güvenilir ve onaylanmış bir yaklaşım sunuyoruz (Şekil 2). Frontal düzlemde tek bir Bipolar kurşun kullanarak, EKG dalga formları ve canlı anestezik sağlıklı vahşi tip AB yetişkin zebrafish aralığı süreleri değişiklikleri araştırdık.
Protocol
Bu çalışmada yapılan tüm deneyler, Laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı için ABD Ulusal Sağlık Rehberi 'ne uygun olarak yapılmıştır. Bu çalışmada tüm hayvan protokolleri UCLA kurumsal hayvan bakımı ve kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. deneysel ayarlama hazırlığı
- 28 °c ± 0,5 °c ' de 14 saat ışık, 10 saat karanlık fotoperiyodun üzerinde akış akvaryum sistemlerinde zebra balığı koruyun. Günde iki kez pul gıda ve canlı salamura karides (Artemia nauplii) ile yem. Bu çalışmada zebrafish, UCLA zebrafish çekirdeği tarafından sürdürülür ve beslendi.
- Deney gününde, akvaryumdan laboratuara zebra balığı taşıma.
- Temel ekipman parçalarını bağlayarak ve üç renk kodlu paslanmaz çelik elektrotları amplifikatörün üç renk eşlemeli erişim portalına takarak in vivo EKG kayıt sistemini ayarlayın (Şekil 3). Sistemi bir EKG kaydı ve/veya analiz oturumunun başlangıcında başlatın.
- Zamanlayıcı/kronometre, balık, forseps, makas, Pasteur pipetleri ve kültür yemekleri (100 mm x 20 mm) tutmak için bir yarık ile ıslak bir sünger gibi gerekli araçları, tedarik.
2. anestezi indüksiyonu
- EKG veri alımı sırasında hareket yapılarını önlemek için ağrı kontrolü ve balık immobilizasyonu için daldırma anestezisi hazırlayın. Çoğu laboratuar daldırma tricaine kullanın (etil 3-aminobenzoat methanesulfonate, MS-222).
- Tricaine 0,4% stok çözüm yapmak için, aşağıdaki öğeleri bir vidalı koyu cam şişe birleştirmek: 400 tricaine toz mg, çift distile su 98 mL, ve 2 mL 1 M Tris (pH 9). 1 N NaOH veya 1 N HCl gerektiğinde8kullanarak pH 7,0 için ayarlayın.
- Tricaine son daldırma çözüm yapmak için, zebra balığı yaş için uygun asgari konsantrasyon belirlemek9, boyut, metabolik durum, gerinim, hastalık modeli, bilimsel hedefler, ve usul süresi.
- Bir tricaine konsantrasyon-yanıt çalışma gerçekleştirin, önerilen konsantrasyonu yukarı veya aşağı titreyme 168 mg/L (veya 0,0168%)9 gerekirse, en az olası kardiyorespiratuar toksisite ile 3 dakika içinde anestezi düzeyi 4 ulaşmak için. Örneğin, bu çalışmada, 12-18 ayda bir 0.02-0.04% tricaine çözeltisi içine vahşi tip AB zebra balığı daldırma 3 dakika içinde anestezi düzeyi 4 teşvik edecektir.
Not: 4. seviyede anestezi, denge ve kas tonu tamamen kaybolur ve operküler hareket oranı8' i düşürür. - Gerekirse, anestezik (ler) ve yönetim rotası seçiminin uygunluğu hakkında ek rehberlik için kurumsal hayvan bakımı ve kullanım Komitesi 'nde (ıatuc) veteriner hekimine danışın.
- En düşük önceden belirlenmiş ve ıakuc onaylı konsantrasyonun tricaine çözeltisi içeren bir çanak içine yetişkin bir zebra balığı batırın (örneğin, bu çalışmada 0.02-0.04%) 3 dakika içinde anestezi düzeyi 4 neden (Şekil 2).
- Hayatta kalma EKG protokolü için EKG kayıt oturumunu olabildiğince kısa tutun (10 dk. altında). 15 dakikadan az süren kısa EKG kayıt oturumları için anestezi Bakımı gerekli değildir.
- Uzun süreli EKG kayıt oturumları için uzun ömürlü intramusküler paralitik ve oral perfüzyon sistemi ile bol hidrasyon ve oksijenasyon6sağlar.
3. EKG kurşun yerleştirme
- Bir kez zebra balığı 3 s için anestezi düzeyi 4 korur, EKG kurşun elektrotları yerleştirilmesi için en üst onun ventral yüzeyi ile nemli sünger yarık üzerine hemen balık aktarmak için bir çift künt forseps kullanın (Şekil 4).
- Üç EKG kurşun elektrotlarını, kalp ana ekseninin sol caudal sağ kranial yönünü paralelleme yapan Frontal düzlemde Bipolar kurşun oluşturmak için yaklaşık 1 mm derinliğe kadar balık kaslarının içine hafifçe takın.
- Pozitif (kırmızı) elektrotları ventral orta çizgiden bulbus arteriosus seviyesinden, yani 1-2 mm 'de, operculumların iki alt kenarını bağlayan hayali bir çizginin üzerine yerleştirin (Şekil 4A).
- Negatif (siyah) elektrot kaudal ve 0.5-1,0 mm pozitif elektrot, Yetişkin zebra balığı ventrikül maksimum apicobazal uzunluğundan daha büyük bir mesafeden yanal sol konumlandırın (Şekil 4A).
- Referans (yeşil) elektrot caudally, anal bölgenin yakınında konumlandırın.
Not: kardiyak ana eksen balık balık biraz değişir beri, R ve T dalga amplitütler maksimize etmek için, deneme ve hata yoluyla sadece küçük, sistematik değişiklikler yaparak kurşun pozisyonları ayarlayın. Örneğin, bir elektrot (pozitif veya negatif), her iki elektrotlar yerine bir defada değiştirin ve rasgele yönde düzensiz değişiklikler yapmak yerine başka bir yönde değiştirmeden önce belirli bir yönde kademeli değişiklikler yapın.
4. EKG kaydı
- EKG veri edinme programını açın. Aralık, düşük Pass ve yüksek Pass için açılan menülerden istediğiniz ayarı seçin. Örneğin, bu denemede kullanılan in vivo EKG kayıt sistemindeki aşağıdaki ayar, normal bir yetişkin zebrafish için tutarlı, tatmin edici sinyal-gürültü oranı verir: "2 mV", düşük pass "120 Hz" ve yüksek pass "0,03 s".
- 1 kHz örnekleme hızında sürekli boşluk içermeyen EKG kaydını başlatmak için Başlat 'a basın.
- Maksimum sinyal-gürültü oranı için kurşun konumlandırmayı optimize etmek için stop tuşuna basarak EKG kaydını durdurun ve her kalp için ilk kayıt girişiminin hemen ardından EKG izini gözden geçirin. Yetişkin bir zebra balığı EKG 'sinin normal olduğunu teşhis etmek için, aşağıdaki dört doğrulama ölçütünün karşılanması gerektiğini onaylayın (Şekil 1):
- Ölçüt 1: tüm EKG dalga formlarının (P, QRS ve T) farklı ve kolayca görünür olduğundan emin olun.
- Ölçüt 2: P dalgasının pozitif olduğundan emin olun.
- Ölçüt 3: net QRS kompleksinin pozitif olduğundan emin olun (örn. R dalgası genliği Q ve S dalga genlikleri toplamından daha büyüktür).
- Ölçüt 4: T dalgasının pozitif olduğundan emin olun.
- Normal bir EKG bekleniyor ise, elektrotları yeniden konumlandırın (önce negatif elektrot deneyin) gerekirse, dört Doğrulama ölçütü karşılanıncaya kadar.
- Normal bir T dalgası bekleniyorsanız, ancak T dalgası çok küçüktür, T dalgası genliğini maksimize etmek için elektrotları yeniden konumlandırın.
- Kurşun konumlandırmayı optimize ettikten sonra EKG kaydını sürdürme. EKG temizleyicileri sonraki analizler için kaydedin.
5. anestezi kurtarma
- EKG kayıt oturumunun sonunda, balıklara zarar vermeden elektrotları dikkatle çıkarın. Taze, oksijenli balık suyu tricaine ücretsiz balık aktarın.
- Anestezi kurtarma kolaylaştırmak için, balık düzenli Güneş hareketi veya yüzme devam edene kadar bir Pasteur pipet ile şiddetle solungaçların üzerinde squirt su.
- En az 5 s için dik yüzmek için balık yeteneği ile belirtildiği gibi anestezi (genellikle 1-2 dk), tam kurtarma için balık izleyin.
6. EKG yorumu
- Çözümleme ayarlarını tanımlayın.
- EKG veri analiz yazılımının kullanım kılavuzunu okuyarak yazılım arayüzünü (malzeme tablosu) biliyorum.
Not: aşağıdaki yönergeler laboratuvarımızda kullanılan ticari yazılımlara özeldir, ancak temel görevler, EKG Analizi için herhangi bir yazılım paketinde aslında aynıdır. - EKG veri analiz programını açın. Dosya menüsünden, ilgi EKG dosyasını açmak için Aç 'ı seçin ve tam EKG izini görüntüleyin. Analiz etmek için EKG izini bir ilgi bölümü dışarı sürüklemek için fareyi kullanın.
- EKG Analizi menüsünden, yazılım otomatik analizi için çeşitli parametre ayarlarını önceden tanımlamak üzere bir diyalog kutusu açmak üzere EKG ayarları 'Nı seçin (Şekil 5A).
- EKG veri analiz yazılımının kullanım kılavuzunu okuyarak yazılım arayüzünü (malzeme tablosu) biliyorum.
- Kalp ritmi ve oranını analiz edin.
Not: kalp hızı, zebra balığı yaş ve gerilme, anestezi ajanları (örneğin, tricaine, Isoflurane, vb.) ve konsantrasyon, anestezi kullanımı (tek ajan5,7 vs. kombine ajanlar5) dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır ve Pozlama süresi5. Örneğin, bu çalışmada 12-18 ay-eski vahşi tip AB zebra balığı% 0,02-0.04% trigren çözeltisi içinde 3-5 dk daldırma sonra kalp hızı, bu yaş grubu için kalp hızı literatür raporları ile tutarlı, dakika başına 116 ± 17 atım (n = 9) oldu ve anestezik5,7.- Kalp ritminin sinüs olup olmadığını, düzenli veya düzensiz olduğunu belirleyin.
Not: sinus ritminin varlığı (veya yokluğu), her QRS 'nin normal bir PR aralığı (örn., Liu et al. ' in 10-12 ay-eski7 ve 12-18 ay-eski vahşi tip AB zebra balığı için 60-65 MS) olan dik bir P dalgasının varlığına (veya yokluğunda) dayanmaktadır. Atriyal ve ventriküler ritim düzensizliği (veya düzensizlik) sırasıyla ardışık PP veya RR aralıklarının düzensizliği (veya düzensizlik) dayanmaktadır. - Kalp hızını belirlemek için, yazılımın tüm P ve R dalgalarını doğru şekilde tanımladığından emin olun. P ve R dalgalarının bu otomatik tanımlamalarına (veya manuel düzeltmeler) dayanarak, yazılım otomatik olarak EKG seçiminde tüm PP ve RR aralıkları ölçer, atriyal ve ventriküler hızını oluşturmak için Aralık ortalamalarını hesaplar.
Not: atriyal oran ortalama PP aralığı ise ventriküler oran ortalama RR aralığıdır. Kalp hızını belirlemek için, P ve R dalgalarının doğru tanımlanması önemlidir. - Yanlış yerleştirilmiş imleçler uygun P ve R dalgalarına taşıyarak herhangi bir otomatik tanımlama hatalarını düzeltin (Şekil 5B).
Not: kalp sinüs ritmine sahipse, sinüs P dalgaları ile QRS kompleksler arasındaki bire bir yazışmalar nedeniyle atriyal oran ve ventriküler oran aynıdır. Ancak, atrioventriküler dağılma durumunda (örn., ventriküler taşikardi veya üçüncü derece atrioventriküler blokta), P dalgaları ile QRS kompleksleri arasında bire bir yazışmalar kaybolur; Bu nedenle, atriyal oran ventriküler oranından farklı olduğu için iki kalp hızı vardır. - Kalp ritmi düzenli veya kalp ritmi düzensiz ise en az altı saniye bir şerit ise en az beş ardışık tam kardiyak döngüleri dayalı kalp hızı belirleyin.
- Kalp ritminin sinüs olup olmadığını, düzenli veya düzensiz olduğunu belirleyin.
- Aralıkları ve dalga sürelerini hesaplayın.
- N (örn. 5) ardışık kardiyak döngüleri tek bir ortalama sinyale (Şekil 5c) birleştirmek Için EKG Analizi > Ortalama görünüm 'e gidin.
Not: tek bir kalp döngüsünün EKG dalga formları ortalama sinyalden önemli ölçüde ayrılırsa, bu kalp döngüsünün birleştirilmeden ayrı olarak incelenmesi. - Yazılımın, P dalgası, QRS kompleksi ve ortalama görünüm penceresinde (Şekil 5c) görüntülenen T dalgasının başlangıclarını ve sonunu doğru şekilde tanımladığından emin olun. Bu dalgalar ve aralıkların bu otomatik tanımlamalarına (veya manuel düzeltmeler) dayanarak, yazılım otomatik olarak geleneksel olarak tanımlanan süreleri ölçer.
Not: PR aralığı P dalgasının başından QRS kompleksi (veya Q dalgası görünmüyorsa RS kompleksi) başlangıcından uzanır. QRS süresi Q dalgasının başından (veya Q dalgası görünmüyorsa R dalgası) S dalgasının sonuna kadar uzanır (yani, J noktası; Şekil 1). QT aralığı Q dalgasının başından (veya Q dalgası görünmüyorsa R dalgası) T dalgasının sonuna kadar uzanır. Bu nedenle, aralıkları ve süreleri hesaplamak için, P dalgasının başlangıç ve bitiş, QRS kompleksi ve R dalgası doğru tanımlaması önemlidir. - Yanlış yerleştirilmiş imleçler uygun pozisyonlara taşıyarak herhangi bir otomatik tanımlama hatalarını düzeltin.
- QRS kompleksi7 ' nin sonu olarak s dalgasının negatif zirvesine seçin, çünkü s dalgasının sonuna işaret eden zebra balığı J noktası doğru şekilde tespit etmek zor olabilir. Bu, gerçek QRS süresinin hafif bir hafife alınmasına neden olur.
Not: EKG analiz yazılımı, adım 6.1.3 Kullanıcı tarafından önceden seçilen yöntemi kullanarak düzeltilmiş QT aralığı QTc oluşturmak için (veya RR aralığı) ventriküler hızı için QT aralığını otomatik olarak düzeltir, örneğin, Bazett (Şekil 5A). Bazett formülü (1920) QTC = QT/√ RR en popüler ve çeşitli yöntemlerin ilk kalp hızı IÇIN insan QT aralığı düzeltmek için önerilen. Çünkü Bazett formülünün doğruluğu sorgulanmıştır, insanlar için önerilen diğer yöntemler bakın10,11 ve zebra balığı6 (Şekil 5D).
- N (örn. 5) ardışık kardiyak döngüleri tek bir ortalama sinyale (Şekil 5c) birleştirmek Için EKG Analizi > Ortalama görünüm 'e gidin.
- 4,3 adımda dört Doğrulama ölçütü için istisnalar tanıyarak EKG anomalilerini yorumlayın.
- Ölçüt 1 için özel durumları tanıma. Herhangi bir P dalgasının yokluğunda (sinüs ritminin yokluğunu gösterir), kalp ritmini teşhis etmek için RR aralıklarını ve QRS süresini kullanır. Örneğin, RR aralıkları düzensiz bir şekilde anormal ise, atriyal fibrilasyon teşhis; RR aralıkları düzenli ve QRS normalde dar ise, junctional kaçış ritmi teşhis; Öte yandan, RR aralıkları düzenli ve QRS anormal uzun süre ise, ventriküler kaçış ritmi teşhis.
- Ölçüt 2 için özel durumları tanıma. P dalgası negatif (veya ters) olduğunda, bir ektopik kalp pili retrograd atriyal aktivasyonu tanı (örneğin bir atriyal site aşağı sinüs düğümü, atrioventriküler düğüm veya ventrikül).
- Ölçüt 3 için istisnalar tanıma. Negatif P ve negatif T dalgaları ile uzun boylu ve dar Q dalgaları olduğunda, pozitif ve negatif elektrot pozisyonlarının hatalı bir anahtarı nedeniyle kurşun tersine çevirme tanısı koyduğunuzda, bu uzun ve dar Q dalgaları gerçek R dalgaları olduğu için yanlışlıkla ters çevrildi (Şekil 6D ). Bunun aksine, önemli kardiyak yaralanma sonrasında pozitif P dalgaları ile geniş Q dalgaları olduğunda, miyokard infarktüsünü teşhis ederek bu geniş Q dalgaları gerçek patolojik Q dalgaları olmaktadır.
- Ölçüt 4 için özel durumları tanıma. T dalgası ters çevrildiğinde, ventriküler repolarizasyon anormalliğini birincil veya ikincil olup olmadığını belirlemek için ventriküler aktivasyonu inceleyin. Primer ventriküler repolarizasyon anomalisi (ilaç etkileri veya miyokardiyal iskemi) Diferansiyel listesinden doğru teşhis daraltmak için klinik senaryosuna güvenin; Şekil 6C) vs. ikincil ventriküler repolarizasyon anomalisi (ön uyarma, ventriküler ektopi veya ventriküler pacing gelen anormal ventriküler aktivasyon nedeniyle).
- EKG bulguları dışa aktarın.
- Tüm EKG ölçümlerini incelemek için Tablo görünümü öğesini seçin. İstediğiniz belgeye kopyalamak ve yapıştırmak için ilgi ölçümlerini seçin (örn., Excel elektronik tablosu).
- EKG izini dışa aktarmak için büyüteç simgesini kullanarak EKG taramanıza ilgi duyduğunuz bir bölümü vurgulayın. İstediğiniz belgeye kopyalayın ve yapıştırın (örn., Word veya PowerPoint).
Representative Results
Şekil 1 burada sunulan yöntemin klinik alaka gösterir. Yetişkin zebra balığı için In vivo yüzey elektrokardiyografi, büyük anatomik farklılıklarına rağmen zebrafit ve insan EKG 'si arasındaki belirgin benzerlik nedeniyle temel bir elektrik fenotipleme aracıdır. Zebra balığı kalp, iki atriyum ve iki ventrikül (üst sıra; sağ ve sol, sırasıyla) ile insan kalbine karşı sadece bir Atrium ve bir ventrikül vardır. Ancak, görünüşte anatomik basitliğine rağmen, zebra balığı kalp insan kalbi ile birkaç EKG özellikleri paylaşır (alt satır; sağ ve sol, sırasıyla) bu nedenle, zebra balığı kalp insan kardiyak için bir vekil model olarak ortaya çıkmıştır Elektrofizyoloji5,12,13. Şekil 1 bir canlı, sağlıklı 14 aylık zebrafish küçük ama farklı bir Q dalgası gösterir. Ancak, zebra balığı EKG, kurşun konumlandırma genellikle Q dalgası göstermek için optimize edilmez. Bu nedenle, Q dalgası yaygın olarak görünmez ve SC kompleksi, zebra balığı EKG 'deki tam QRS kompleksinden daha yaygın olarak görülür.
Şekil 2 yetişkin zebrafish için minimal invaziv in vivo elektrokardiyografi yürütmek için dört temel eylem adımlarını özetliyor. Anestezi indüksiyonu (adım 1) ve elektrot yerleşimi (adım 2) sonrasında, 12 ila 18 ay (n = 9) sağlıklı VAHŞI tip AB zebrafısından temel EKG sinyalleri (adım 3) kaydedildi. Biz balık kantarları soyma veya perikardiyotomi gerçekleştirmek gerekmez çünkü bizim elektrot ekleme tekniği minimal invazif oldu. Veri edinme işleminden sonra, yazılım otomatik analiziyle olası yanlış yorumlamayı önlemek için her EKG kaydını (adım 4) el ile gözden geçirdik ve doğruladı.
Şekil 3 , tıpık bir EKG veri edinme ve işleme sisteminin üç vazgeçilmez bileşenini gösterir: yüksek performanslı veri edinme donanımı, yüksek kazançlı diferansiyel AMPLIFIKATÖRÜ ve EKG verileri için yazılım yüklenmiş bir bilgisayar edinme ve analiz. Laboratuvarımızda, Yetişkin zebra balığı modeline uyum sağlamak için orijinal olarak küçük memeli modeller (fareler, fareler ve tavşanlar gibi) için tasarlanan mevcut bir ticari in vivo EKG kayıt sistemini adapte ettik.
Şekil 4 uygun kurşun yerleşimi, potansiyel kardiyak ana eksen ile yol hizalamalı gerektirir gösterir. Zebra balığı in vivo EKG kaydında, yalnızca tek bir kurşun kullanıldığı için, aynı anda hem R hem de T dalga amplitüülerinde en üst düzeye çıkarmak için uygun kurşun konumlandırma önemlidir. R ve T dalga genliklerini maksimize etmek için, kalp ana ekseni ile pozitif ve negatif kurşun elektrotları hizalanır, muhtemelen sağ kraniyal oryantasyona sol kaudal. Perikarkadran kesesi açmak ve Kalbi açığa çıkarmak için torakotomi ve perikardiyotomi takipte, kardiyak ana eksen belirgin hale gelir (Şekil 4b beyaz kesik çizgi). Aslında, kalp ortaya çıkarmak için perikardiyotomi en az invaziv bir prosedür içine minimal invazif EKG kaydı dönüştürme maliyeti7 sinyal-gürültü oranı artırmak için yaygın olarak kullanılan bir stratejidir.
Şekil 5 EKG analizinde kritik adımları gösterir. İlk olarak, EKG ayarları diyalog kutusunu kullanarak yazılım otomatik analizi için çeşitli parametre ayarlarını önceden tanımlamıştır (Şekil 5A). Çünkü yetişkin zebra balığı 'e sahip olan memelinin modelleri için tasarlanan mevcut EKG kayıt ekipmanlarını yeniden amaçladık, zebra balığı için algılama ve analiz ayarı mevcut değildir. İnsan EKG 'sinin zebra balığı EKG 'sinin dikkat çekici benzerliğini göz önüne alındığında, bunun yerine insan ön ayarını seçiyoruz (Şekil 5A). İkincisi, biz manuel olarak R dalga doruklarının ve doğru (kırmızı) herhangi bir R dalga otomatik tanımlama hataları ortalama ventriküler hızını yeniden hesaplamak için yazılım komuta önce yazılım otomatik EKG kimliği (siyah) doğrulandı. Örneğin, Şekil 5B'de, r dalgası ile ilgili büyük bir P dalgası, yazılımı r dalgalarını yanlış TANıMLAYARAK, RR aralığının veya ventriküler hızını izleyen otomatik yanlış hesaplamaya yol açan bir şekilde kandırdı. Bu nedenle EKG analizinde insan doğrulama ve gerektiği gibi uygun düzeltmeler kritik öneme sahiptir. Üçüncü olarak, ritim düzensizliği hızlı bir şekilde değerlendirdik ve ortalama Görünüm (Şekil 5c) kullanarak birkaç ardışık kardiyak döngüsü (yeşil) tek bir ortalama sinyale (siyah) birleştirmek için ortalamanın ve aralıklı dalgalar ve aralıkları hesapladık. Burada Şekil 5c'de, dokuz kardiyak döngüsünün her biri arasındaki ihmal edilebilir sapma ve ortalama sinyal bu zebra balığı kalbin mükemmel ritim düzensizliği için savunuyor. Son olarak, yazılım otomatik olarak kalp hızı için QT aralığı düzeltmek için Bazett, yedi farklı yöntemlerden biri (Şekil 5D) kullanarak etkinleştirdik.
Şekil 6a -C , elektrot yerleşimi DERINLIĞININ EKG sinyallerinin amplitüülerini nasıl etkilediğini gösterir. Biz yanlış dermis (Şekil 6a) çok yüzeysel elektrotlar takıldığında, kurşun "dolaylı"-gibi (kalbin iki kalp çapları, dolaylı standart insan EKG ekstremite benzer ı, II ve III yol açar) ve voltaj sinyalleri küçüktür. Elektrotları 1 mm daha derin pektalalis kas (Şekil 6B) içine taktığınızda, kurşun "semidirect" (yakın ama kalp ile doğrudan temas değil) oldu ve voltaj sinyalleri arttı. EKG dalga formları kolayca görülebilir hale gelmiştir. Ancak, biz yanlış elektrotlar ventrikül içine daha derin takılı (Şekil 6C), kurşun "doğrudan" (kalp ile doğrudan temas) oldu ve voltaj sinyalleri daha da arttı. Şekil 6C 'de R dalgası amplitüdü şekil 6a 'ya kıyasla sekiz kat arttı ve Şekil 6B'ye kıyasla dört kat artmıştır. Ancak, Şekil 6C 'de EKG izi, yeni St depresyon ve yeni T dalgası inversion gibi ventriküler miyokardiyaya yeni yaralanma belirtileri ortaya çıkardı.
Şekil 6D , tüm EKG dalga formlarının (P, Q, R, S ve T) olağandışı insürümlerinin, pozitif ve negatif elektrotların yer değiştirdiği bir kurşun ters hataya nasıl sinyal vereceğini gösterir. Q ve S tanımı gereği her zaman negatif ise R her zaman pozitif olduğunu unutmayın.
Şekil 6E -F ne kadar uygunsuz anestezi derinliği in vivo EKG kayıt kalitesini zarar verebilir gösterir. Şekil 6e, yetersiz anestezi (0,017% tricaine) tamamen zebra balığı hareketsiz başarısızlığa yol açtı. Sonuç hareket eserler sinyali (yıldız) kontamine ve gürültü (oklar) artırarak, sinyal-gürültü oranını düşürdü. Buna karşılık, Şekil 6F, aşırı dozlu anestezi (0,08% tricaine) indüklenen şiddetli sinüs bradyararitmi yanı sıra ST segment ve T dalgası değişiklikleri.
Şekil 1: insan ve zebra balığı kalpleri zıt anatomi ve EKG. İki Atria ve iki ventrikül ile insan kalbine aksine, zebra balığı kalp sadece bir atriyum ve bir ventrikül vardır (üst sıra). Kısaltmalar: RA, sağ atriyum; LA, sol atriyum; RV, sağ ventrikül; LV: sol ventrikül. Zebra balığı kalp insan kalbi (alt satır) ile birkaç ortak EKG özellikleri paylaşır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: minimal invazif in VIVO EKG kayıt Protokolü. Bir şematik akış şeması, bir in vivo EKG sorgusu gerçekleştirmekte dört kritik eylem adımlarını göstermektedir: anestezi yapma, EKG kurşun elektrotları yerleştirin, EKG kaydedin ve EKG kayıtlarını analiz edin. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: EKG veri alma ve işleme sistemi. Entegre bir in vivo EKG kayıt sisteminin üç önemli bileşenleri veri edinme ve analiz için veri, amplifikatör ve bilgisayar yazılımı elde etmek için bir donanım içerir. Amplifikatör, üç kullanıma hazır 29 kalibrelik paslanmaz çelik mikroelektrot ile birlikte gelir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 4: EKG kurşun yerleştirme. 3 29-Gauge renk kodlu paslanmaz çelik elektrotlar balık kaslarının içine güvenli bir şekilde yaklaşık 1 mm derinliğe yerleştirilir. Negatif (siyah) elektrot ve pozitif (kırmızı) elektrot yerleştirme Frontal düzlemde bir Bipolar kurşun kurar, sağ kranial oryantasyon sol kaudal boyunca. Kısaltma: ref, referans elektrot lütfen bu rakam daha büyük bir sürümünü görüntülemek için buraya tıklayın.
Şekil 5: C EKG analizinde ritical adımlar. (A) yazılım otomatik analizi için çeşitli parametre ayarlarını önceden tanımlayın. (B) el ile doğru (kırmızı) iki otomatik yanlış kimlik yazılımı tarafından (siyah) P ve R dalgaları, atriyal ve ventriküler hızını yazılım yanlış hesaplanması düzeltmek için. (C) ritim düzensizliği/düzensizlikleri hızlı bir şekilde değerlendirmek ve dalgaların ve aralıkların ortalama sürelerini hesaplamak için, dokuz ardışık kalp döngüsünü (yeşil) tek bir ortalama sinyale (siyah) birleştirin. (D) Bazett gibi çeşitli yöntemlerden birini kullanarak kalp hızı için QT aralığını düzeltin. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 6: EKG sinyallerine kurşun yerleştirme ve anestezi derinliği etkileri. İn vivo EKG kaydının başarısını belirleyen en önemli iki adım, kurşun yerleştirme (A-D) ve anestezi derinliği (E-F) ' dir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Discussion
Bu çalışmada gösterildiği gibi tek bir kurşun yoluyla yetişkin zebra balığı için in vivo EKG kaydederken, EKG kayıt sonuçlarının kalitesi ve geçerliliği ile ilgili bir dizi uyarı vardır. İlk olarak, uygun anestezik seçiminde ve minimal gerekli anestezi konsantrasyonu, derinlik ve süre belirlenmesi, hareket eserleri bastırmak için kritik ihtiyaç karşı anestezik kardiyotoksisiteleri dengelemek ve bir priori belirlenmesi bir hayatta kalma vs Terminal deneysel tasarım. Farklı ilaç sınıflarından birden fazla anestezik bir kombinasyonu sinerjik potens üzerinde büyük harf5,14 ve paralytikler 1,5 bireysel ajanlar dozu düşürmek için5 veya yönetmek daha yüksek indüksiyon dozunun ardından düşük bakım dozu tipik stratejilerdir. Ancak, ölüm de dahil olmak üzere iyi bilinen potansiyel kardiyorespiratuar toksisiteleri rağmen,8, tricaine hala en yaygın olarak kullanılan, en iyi kullanılabilir, ve sadece anestezik ABD Gıda ve İlaç İdaresi tarafından onaylanmış (FDA) zebra balığı için Anestezi. Tricaine yetişkin zebra balığı EKG kaydında ya tek bir ajan olarak ya da diğer anestezik veya paraliklerle kombinasyon halinde halk tarafından kullanılmıştır.
İkinci olarak, normal bir yetişkin zebra balığı EKG 'si için dört doğrulama ölçütlerimizi kullanarak en azından sağlıklı normal zebra balığı için kurşun yerleştirme doğruluğu sağlanabilir. Burada önermiş olduğumuz dört Doğrulama ölçütü, son iki ölçüt birlikte R dalgasının polaritesi ve normal EKG 'de T dalgasının5,7,15arasındaki temel uyumunu teyit eder. Bu R ve T dalga uyumu, zebra balığı ve Human16,17 normal EKG arasında, insan kalp için bir vekil olarak zebra balığı kalp modelinin klinik alaka düzeyine katkıda bulunan, ancak kritik, ancak eleştirel bir benzerlik Elektrofizyoloji. Ancak, birçok benign veya malign koşul dört doğrulama ölçütünü geçersiz kılabilir. Örneğin, R ve T dalga uyumu miyokardiyal iskemi7,15kaybolur. Miyokardiyal iskemi içinde R ve T dalgası uyumu bu kaybı zebra balığı ve insan EKG arasında bir başka çarpıcı benzerlik olan zebra balığı miyokard infarktüsü modelinin klinik alaka katkıda bulunur.
Son olarak, EKG analizinde standart bir uygulama öneriyoruz. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, EKG analiz yazılımı otomatik EKG yorumu oluşturabilir. Ancak, eğitimli insanların EKG kaydına giden ilgili klinik senaryoya dayalı olarak tüm ECG 'Leri her zaman yeniden yorumlamasını ve doğrulayacağını şiddetle tavsiye ederiz. Sadece EKG analiz yazılımı tarafından otomatik yorumlamaya yönelik rutin aşırı güven, özellikle normal EKG türevleri, kardiyak patolojiler veya alt optimum kurşun yerleştirme varlığı konusunda tavsiye edilmez.
Bu çalışmada kısa EKG kayıt oturumları için minimal invaziv yöntem üzerinde duruluyor. Ancak, saat süren Terminal uzun süreli EKG kayıt oturumları için ihtiyaç duyulması durumunda, sürekli perfüzyon6ile yeterli oksijenasyon, hidrasyon ve anestezi sağlamak için değişiklikler gereklidir.
Ayrıca, sinyal-gürültü oranını en az üç yoldan biriyle geliştirin. Daha güçlü bir amplifikatör seçmek genellikle pahalı, Eğer pratik değil, seçenek. Ses iletken azaltmak için perikardial sac açılması makul bir, ancak invazif, kabul edilmiştir yaklaşımı7. Kurşun eksenini ana kardiyak eksenine paralel bir yönde hizalamak için stratejik kurşun yerleştirme (Şekil 4b) EKG voltaj sinyallerini maksimize eder, özellikle perikardiyotominin yokluğunda deneme ve hata gerektirebilir.
Burada sunulan yetişkin zebra balığı için in vivo EKG sorgulama yöntemi dört ana avantaj sunuyor. İlk olarak, minimal invaziv yaklaşımımız sadece elektrot ekleme gerektirir, ancak balık ölçeği kaldırılması veya torakotomi-perikardiyotomi gerektirmez. Bu nedenle, balıkların ağrılarını en aza indirerek, yaklaşımımız uzunlamasına hayatta kalma çalışmalarında tekrarlanan EKG sorgulamaları sağlar. İkinci olarak, anestezik balık hareketini yeterince bastırdığınızda, çalışmamızda in vivo EKG kayıt sistemi, gürültüsüz ham sinyallerle sürekli olarak tatmin edici bir sinyal-gürültü oranı verir. Üçüncü olarak, burada önermekte olduğumuz dört ölçüte sahip kalite doğrulama, EKG veri alımının başlarında veri doğruluğu ve sağlamlığı sağlar ve operatöre bağımlı varyasyonları en aza indirir. Son olarak, özellikle, geçen doğrulama kriterimiz (normal T dalgası dik), zebra balığı normal EKG 'nin önemli bir insan benzeri özelliği olan R dalgası ve T dalgasının uyumunu kapsar (Şekil 1).
Ancak, hala grup ve diğerleri tarafından yetişkin zebra balığı için geçerli in vivo EKG metodolojisi için dört büyük sınırlamalar var.
İlk olarak, konu işbirliği eksikliği, sınırlandırıcı kardiyorespiratuar toksisite sonuçları ile anestezi ihtiyacını gerektirir. In vivo EKG sorgusu için, insan hastalarının sedasyon gerektirmesine karşın, zebra balığı her zaman değişken kardiyorespiratuar toksisitlere neden olan anestezik veya paralittik gerektirir.
İkincisi, bağlı EKG 'nin güvenliğini sağlama ihtiyacı, başka bir non-invaziv prosedürün invaziv değerini biraz yükseltir. İnsan epidermis elektrotlar bağlı çünkü insanların vücut yüzeyi EKG kayıt kurşun yerleştirme tamamen non-invazif, in vivo EKG kayıt zebra balığı için kurşun yerleştirme daha invaziv çünkü, en azından, çelik elektrotlar olmalıdır Balık kas içine güvenli ekleme için balık derisi delinme.
Son iki sınırlama, zebra balığı göğüs ve kalbin anatomik kısıtlamalarından kaynaklanıyor. Üçüncüsü, Yetişkin zebra balığı kalbin ufacık boyutu EKG yol sayısı bir şiddetli azalma gerektirir. İnsanlar kolayca standart bir EKG kaydında oniki yol barındırırken, Yetişkin zebra balığı genellikle sadece tek bir tek kutuplu veya bipolar kurşun barındırabilir. Tek bir EKG kurşun dallanma aynı anda üç P, R ve T dalgaları genlikleri optimize etmek için zorluk olduğunu. Bu nedenle, zebra balığı EKG sorguunda optimum ve doğru kurşun yerleştirme önemini abartamaz. Zebrafish 'de, T dalgası benzersiz bir algılama zorluk sunar, çünkü genellikle bu üç dalgaların en küçüküdür. Bu nedenle, zebra balığı T dalga genliği genellikle daha büyük P ve R dalgaları üzerinde optimizasyon önceliği almalısınız.
Dördüncü olarak, R dalga genliğini maksimize etmek için zebra balığı ana kardiyak ekseninin belirlenmesi zor olabilir. Nedeni zebra balığı kalp onun gevşek perikardial kese içinde insan kalbine göre form-Fitting eldiven gibi perikardium içinde daha fazla hareket özgürlüğü vardır.
Genel olarak, bu sınırlamalar gelecekteki Yöntem inovasyonunu teşvik edecektir. 3D baskı ve deforme elektronik18gelişiyle, orada doğrudan kurşun implantasyonu bir gün uyanık, uyarı, yüzme zebra balığı bir ' kalp çorap ' kablosuz elektrot sensörleri kullanarak umut vardır.
Disclosures
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu çalışma, Ulusal Sağlık Institutes tarafından destekleniyordu R01 HL141452 TPN için. Adınstruments, açık erişim yayınının maliyetini ödemek etmek için cömert finansman sağladı ancak deneysel tasarım, veri edinme, bu çalışmanın veri analizinde ya da yayınlamadan önce herhangi bir yazıda herhangi bir rolü yoktu.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Culture dishes | Fisher Scientific | FB087571 | 100 mm x 20 mm |
| Dumont Forceps | Fine Sciense Tools | 11253-20 | 0.1 x 0.06 mm |
| FE136 Animal Bio Amp | AD Instruments | FE231 | |
| Iris Forceps | Fine Sciense Tools | 11064-07 | 0.6 x 0.5 mm |
| LabChart 8 Pro | AD Instruments | Software with ECG Module | |
| Needle electrodes for Animal Bio Amp | AD Instruments | MLA1213 | 29 gauge |
| Plastic Disposable Transfer Pipets | Fisher Scientific | 13-669-12 | 6 in., 1.2 mL |
| PowerLab 4/35 | AD Instruments | 4//35 | |
| Scissors | Fine Sciense Tools | 15000-08 | 2.5 mm, 0.075 mm |
| Tricaine (Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate) | Sigma | E10521-10G | MS-222 |
References
- Arnaout, R., et al. Zebrafish model for human long QT syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (27), 11316-11321 (2007).
- Hassel, D., et al. Deficient zebrafish ether-a-go-go-related gene channel gating causes short-QT syndrome in zebrafish reggae mutants. Circulation. 117 (7), 866-875 (2008).
- Meder, B., et al. Reconstitution of defective protein trafficking rescues Long-QT syndrome in zebrafish. Biochemical and Biophysical Research Communication. 408 (2), 218-224 (2011).
- Sieber, S., et al. Zebrafish as a preclinical in vivo screening model for nanomedicines. Advanced Drug Delivery Reviews. , (2019).
- Lin, M. H., et al. Development of a rapid and economic in vivo electrocardiogram platform for cardiovascular drug assay and electrophysiology research in adult zebrafish. Science Reports. 8 (1), 15986 (2018).
- Milan, D. J., Jones, I. L., Ellinor, P. T., MacRae, C. A. In vivo recording of adult zebrafish electrocardiogram and assessment of drug-induced QT prolongation. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 291 (1), H269-H273 (2006).
- Liu, C. C., Li, L., Lam, Y. W., Siu, C. W., Cheng, S. H. Improvement of surface ECG recording in adult zebrafish reveals that the value of this model exceeds our expectation. Science Reports. 6, 25073 (2016).
- Matthews, M., Varga, Z. M.
- Westerfield, M. The zebrafish book: a guide for the laboratory use of zebrafish (Danio rerio). , 5th edn, University of Oregon Press. (2007).
- Sagie, A., Larson, M. G., Goldberg, R. J., Bengtson, J. R., Levy, D. An improved method for adjusting the QT interval for heart rate (the Framingham Heart Study). American Journal of Cardiology. 70 (7), 797-801 (1992).
- Luo, S., Michler, K., Johnston, P., Macfarlane, P. W. A comparison of commonly used QT correction formulae: the effect of heart rate on the QTc of normal ECGs. Journal of Electrocardiology. 37 Suppl, 81-90 (2004).
- Vornanen, M., Hassinen, M. Zebrafish heart as a model for human cardiac electrophysiology. Channels (Austin). 10 (2), 101-110 (2016).
- Tsai, C. T., et al. In-vitro recording of adult zebrafish heart electrocardiogram - a platform for pharmacological testing). Clinica Chimica Acta. 412 (21-22), 1963-1967 (2011).
- Collymore, C., Tolwani, A., Lieggi, C., Rasmussen, S. Efficacy and safety of 5 anesthetics in adult zebrafish (Danio rerio). Journal of American Association of Lab Animal Sciences. 53 (2), 198-203 (2014).
- Sun, Y., et al. Activation of the Nkx2.5-Calr-p53 signaling pathway by hyperglycemia induces cardiac remodeling and dysfunction in adult zebrafish. Disease Model and Mechanism. 10 (10), 1217-1227 (2017).
- Franz, M. R., Bargheer, K., Rafflenbeul, W., Haverich, A., Lichtlen, P. R. Monophasic action potential mapping in human subjects with normal electrocardiograms: direct evidence for the genesis of the T wave. Circulation. 75 (2), 379-386 (1987).
- Chiale, P. A., et al. The multiple electrocardiographic manifestations of ventricular repolarization memory. Current Cardiology Reviews. 10 (3), 190-201 (2014).
- Xu, L., et al. 3D multifunctional integumentary membranes for spatiotemporal cardiac measurements and stimulation across the entire epicardium. Nature Communications. 5, 3329 (2014).
