Summary

Påvisning i realtid af ferulinsyrevirkninger på rottens venstre ventrikel ved hjælp af ledningsevnekateter med trykvolumen

Published: January 12, 2024
doi:

Summary

Denne protokol beskriver en metode til måling af venstre ventrikeltryk og volumen ved hjælp af tryk-volumen-konduktansteknikken. Denne metode muliggør kontinuerlig realtidsovervågning af virkningerne af lægemidler på hjertet.

Abstract

Nedsat hjertefunktion kan have en negativ indvirkning på andre organer. Forholdet mellem venstre ventrikel og tryk og volumen anses for at være en gyldig metode til evaluering af hjertefunktionen. Realtidsovervågning af hjertefunktionen er vigtig for lægemiddelevaluering. Under lukkede brystforhold kommer miniaturetransduceren, som er en vigtig bestanddel af trykvolumenkateteret, ind i rottens venstre ventrikel gennem højre halspulsåre. Enheden visualiserer ændringerne i hjertefunktionen under eksperimentet i form af en trykvolumensløjfe. Det faktiske volumen af ventriklen beregnes ved at ændre blodets ledningsevne ved at injicere 50 μL af en 20% natriumchloridopløsning i rottens venstre jugularvene. Det faktiske volumen af rottens ventrikelhulrum beregnes ved at måle blodets ledningsevne i et kendt volumen ved hjælp af et konduktanskateter med trykvolumen. Denne protokol giver mulighed for kontinuerlig observation af virkningerne af lægemidler på hjertet og vil fremme begrundelsen for brugen af specialiserede etniske lægemidler i hjerte-kar-sygdomme.

Introduction

Hjerte-kar-sygdomme har den højeste dødelighed i verden1. Dens årsager omfatter koronararteriestenose (myokardieiskæmi), koronararterieblokering (myokardieinfarkt) og iskæmi-reperfusionsskade2. Da hjertet er i en konstant systolisk og diastolisk cyklus, er det en af de mest energikrævende dele af kroppen. Derfor, når koronararterierne har svært ved at opretholde tilstrækkelig energi og ilt, falder hjertefunktionen uundgåeligt, hvilket har en negativ indvirkning på andre organer 3,4. Hjertet er et kraftcenter i kredsløbssystemet, og hjertefunktionen skal vurderes rationelt.

Vurdering af hjertefunktion ved ventrikulært tryk og volumenforhold anses for at være en omfattende metode5. Ændringer i ventrikulært tryk og volumen i realtid under hele hjertecyklussen udgør trykvolumensløjfen. Den ventrikulære trykvolumensløjfe tillader kvantitativ analyse af hjertefunktion og reservekapacitet med hensyn til forskellige faser og energier i ventriklen. Den normale ventrikel har et lille endesystolisk volumen med godt slagarbejde og effektivitet 5,6,7.

Trykvolumenledningskateterteknikken er en invasiv metode til påvisning af status for venstre ventrikel. Det kan bruges til at opnå en kontinuerlig realtids trykvolumensløjfe8. Trykvolumetriske ledningsevnekatetre er effektive værktøjer, og lydhåndteringsprocedurer er afgørende for reproducerbare og pålidelige resultater, herunder in vivo-analyse af myokardieparallel ledningsevne under saltvandskalibrering og in vitro-måling af blodledningsevne i kuvettekalibrering3.

Ferulinsyre (FA), en phenolsyre, er bredt udbredt i planteriger som Avena sativa og Ligusticum chuanxiong hort 9,10. Ferulinsyre har farmakologiske virkninger af at sænke blodtrykket og arytmi. FA er et bioaktivt naturprodukt med flere funktioner. FA kan modstå oxidativ skade, reducere inflammatoriske reaktioner, hæmme blodpladeaggregering og forhindre koronar hjertesygdom og aterosklerose11. Imidlertid har de fleste undersøgelser af ferulinsyre fokuseret på et aspekt af hjertet, og sjældent er virkningerne af ferulinsyre blevet evalueret i kredsløbssystemet 12,13,14,15. Her beskriver vi en lukket brysttilgang til isofluranbedøvelse kombineret med ketamin (50 mg/kg) med fokus på hjertets respons på ferulinsyreopløsning under jugular veneinjektion.

Vi vil beskrive den komplette procedure for brug af værktøjet under lukkede brystforhold, herunder opløsningsforberedelse, forberedelse af transduceren, præeksperimentel rotteforberedelse, kateterindsættelse i højre halspulsåre og dataanalyse. Eksperimentets varighed er normalt mindre end 4 timer, og det bestemmes af de forskellige eksperimentelle protokoller. I et enkelt eksperiment kan vi få detaljerede hjerteoplysninger såsom venstre ventrikeltryk, volumen og puls.

Protocol

Dyreprotokollen blev gennemgået og godkendt af Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Experimental Animal Welfare Ethics Committee (Record No. 2023-04). Hanrotter fra Sprague Dawley (SD) (280 ± 20 g, 8-10 uger gamle) blev anvendt til denne undersøgelse. Rotterne blev holdt i et dyrekammer og var frie til at drikke og spise. 1. Forberedelse af opløsning Forbered 0,9% NaCl-opløsning, der skal bruges til at holde arbejdsområdet tilstrækkeligt fugtigt….

Representative Results

Hver test (n = 3) var baseret på indtræden af et tryk-volumen ledningsevnekateter i venstre ventrikel. Der er betydelige signalændringer, såsom en markant stigning i trykområdet, da kateteret kommer ind i venstre ventrikel fra halspulsåren (figur 1). Grafisk analyse af tryk-volumen-forholdet afsluttes ved at plotte volumen (μL) på Y-aksen og trykket (mmHg) på X-aksen. Rottens venstre ventrikeltryk var inden for 10-105 mmHg, og volumenets konduktansværdier var inden for 65-115 μL.<…

Discussion

Det er vigtigt at vedtage en rationel doseringsstrategi for forskellige tilstande af hjertefunktion. Tryk-volumen konduktanskateterteknikken er den mest intuitive måde at studere venstre ventrikelfunktion5 på. Denne metode gør det muligt at undersøge virkningerne af lægemidler på hjertefunktionen fra et helt perspektiv. Vi beskriver de forskellige stadier af eksperimentet i detaljer. Dette vil give en vis facilitet til undersøgelse af hjertefunktion.

Trykvolumenl…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af Sichuan Provincial Major R&D Project (2022YFS043) og Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Youth Foundation Advancement Talent Special Project (QJJJ2022029).

Materials

1 mL syringe Sartorius AG, Germany
Animal temperature maintainer Rayward Life Technology Co., Ltd 69020
Dual Bio Amp Millar, Inc., USA DA-100
Enzyme-Active Powdered Detergent Alconox Inc., USA 1104
Ferulic acid  Macklin Biochemical Co., Ltd,Shanghai, China F900027
Mikro-Tip Catheter Transducers, SPR-838NR Millar, Inc., USA SPR-838NR
Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra Millar, Inc., USA SPR-869
Pet electric clippers Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd.  -
Power Lab 8 / 35 Millar, Inc., USA PL3508
Sodium Chloride, NaCl  Kelong Chemical Reagent, Chengdu, China KX829463
Veet hair removal cream Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. 3226470

References

  1. Zaman, R., Epelman, S. Resident cardiac macrophages: Heterogeneity and function in health and disease. Immunity. 55 (9), 1549-1563 (2022).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Alaerts, G., et al. Exploratory analysis of chromatographic fingerprints to distinguish rhizoma Chuanxiong and rhizoma Ligustici. J Chromatogr A. 1217 (49), 7706-7716 (2010).
  10. 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).
  11. Li, D., et al. Ferulic acid: A review of its pharmacology, pharmacokinetics and derivatives. Life Sci. 284, 119921 (2021).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Panneerselvam, L., et al. Ferulic acid attenuates arsenic-induced cardiotoxicity in rats. Biotechnol Appl Biochem. 67 (2), 186-195 (2020).
  16. Hsueh, B., et al. Cardiogenic control of affective behavioural state. Nature. 615 (7951), 292-299 (2023).
  17. Townsend, D. Measuring pressure volume loops in the mouse. J Vis Exp. (111), e53810 (2016).
  18. Bastos, M. B., et al. Invasive left ventricle pressure-volume analysis: overview and practical clinical implications. Eur Heart J. 41 (12), 1286-1297 (2020).
  19. 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).
  20. Liu, Z., et al. Ferulic acid increases intestinal Lactobacillus and improves cardiac function in TAC mice. Biomed Pharmacother. 120, 109482 (2019).
  21. Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
  22. 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).

Play Video

Cite This Article
Sun, Z., An, W., He, T., Liu, Q., Wang, Z., Guo, P., Zhang, S. Real-Time Detection of Ferulic Acid Effects on Rat Left Ventricle Using Pressure-Volume Conductivity Catheter. J. Vis. Exp. (203), e65858, doi:10.3791/65858 (2024).

View Video