Eşzamanlı video-EEG-EKG-oksimetre-kapnografi kullanarak, tavşan modellerinin kışkırtılmış aritmiler ve nöbetler geliştirme duyarlılığını değerlendirmek için bir metodoloji geliştirdik. Bu yeni kayıt sistemi, terapötiklerin etkinliğini ve güvenliğini test etmek için bir platform oluşturur ve ani ölümle sonuçlanan çok sistemli olayların karmaşık basamaklarını yakalayabilir.
İyon kanalopatisi olan hastalarda nöbet ve ölümcül kardiyak aritmi gelişme riski yüksektir. Epilepsili kişilerde (yani epileptik kalp) kalp hastalığı ve aritmi prevalansı daha yüksektir. Ayrıca nöbetleri çevreleyen kardiyak ve otonomik rahatsızlıklar bildirilmiştir. 1:1.000 epilepsi hastası/yılı epilepside (SUDEP) ani beklenmedik bir ölümle ölür. SUDEP mekanizmaları eksik anlaşılmaktadır. Elektroensefalogramlar (EEG) ve elektrokardiyogramlar (EKG), klinik ortamda nöbetler ve aritmiler için substratları/tetikleyicileri tespit etmek ve incelemek için rutin olarak kullanılan iki tekniktir. Bu metodolojinin birçok çalışması ve tanımı kemirgenlerde olsa da, kardiyak elektriksel aktiviteleri insanlardan önemli ölçüde farklıdır. Bu makalede, bilinçli tavşanlarda eşzamanlı video-EEG-EKG-oksimetre-kapnografi kaydetmek için invaziv olmayan bir yöntemin açıklaması sağlanmalıdır. Kardiyak elektrik fonksiyonu tavşanlarda ve insanlarda benzer olduğundan, tavşanlar çevirisel tanı ve terapötik çalışmaların mükemmel bir modelini sağlar. Veri toplama metodolojisini özetlemenin yanı sıra, tavşanlarda nöro-kardiyak elektrik fonksiyonu ve patolojisini incelemek için analitik yaklaşımları tartışıyoruz. Bu, aritmi tespitini, EEG spektral analizini ve kısıtlanmış tavşanlar için geliştirilen bir nöbet ölçeğini içerir.
Elektrokardiyografi (EKG), kardiyak elektrik iletiminin dinamiklerini ve elektriksel aktivasyon-geri kazanım sürecini değerlendirmek için klinik ortamda rutin olarak kullanılmaktadır. EKG, aritmi, iskemi ve enfarktüs riskini tespit etmek, lokalize etmek ve değerlendirmek için önemlidir. Tipik olarak, kalbin üç boyutlu bir görünümünü sağlamak için hastanın göğsüne, kollarına ve bacaklarına elektrotlar yapıştırır. Miyokard depolarizasyonunun yönü elektrota doğru olduğunda pozitif saptırma, miyokard depolarizasyonunun yönü elektrottan uzak olduğunda ise negatif sapma üretilir. Kardiyak döngünün elektrografik bileşenleri arasında atriyal depolarizasyon (P dalgası), atriyal-ventrikül iletimi (P-R aralığı), ventriküler ekssitasyon (QRS kompleksi) ve ventrikül repolarizasyonu (T dalgası) sayılır. İnsanlar, tavşanlar, köpekler, kobaylar, domuzlar, keçiler ve atlar dahil olmak üzere birçok memelide EKG ve eylem potansiyeli önlemlerinde büyük benzerlikler vardır1,2,3.
Tavşanlar kardiyak çeviri araştırmaları için ideal bir modeldir. Tavşan kalbi, iyon kanalı bileşimi ve eylem potansiyeli özellikleri açısından insan kalbine benzer2,4,5. Tavşanlar, kalp hastalığı 2 ,4,6,7,8’ingenetik, edinilmiş ve ilaca bağlı modellerinin üretimi için kullanılmıştır. kardiyak EKG ve insanlarda ve tavşanlarda ilaçlara etki potansiyeli tepkisinde büyük benzerlikler vardır7,10,11.
Kalp hızı ve kardiyak elektriksel aktivasyon-geri kazanım süreci kemirgenlerde tavşanlara, insanlara ve diğer büyük memelilere kıyasla çok farklıdır12,13,14. Kemirgen kalbi insanlardan 10 kat daha hızlı atar. Buna karşılık, insan ve tavşan EKG’lerinde izo-elektrik ST segmentine göre, kemirgenlerde14 , 15,16ST segmenti yoktur. Ayrıca, kemirgenler ters T dalgası14 , 15,16ile QRS-r’ dalga formuna sahiptir. QT aralığının ölçümleri kemirgenlerde insanlara ve tavşanlara karşı çok farklıdır14,15,16. Ayrıca, normal EKG değerleri insanlarda kemirgenlere karşı çok farklıdır12,15,16. EKG dalga formlarındaki bu farklılıklar, eylem potansiyeli morfolojislerindeki farklılıklara ve kardiyak repolarizasyonu yönlendiren iyon kanallarındaki farklılıklara bağlanabilir9,14. Geçici dış potasyum akımı kemirgenlerde kısa (kubbe dışı) kardiyak etki potansiyeli morfolojisinde ana repolarizasyon akımı iken, insanlarda ve tavşanlarda eylem potansiyeli üzerinde büyük bir faz-2 kubbe vardır ve gecikmiş doğrultucu potasyum akımları (IKr ve IKs)insanlarda ve tavşanlarda büyük repolarizasyon akımlarıdır4,9,13,17. Daha da önemlisi, IKr ve IKs ekspresyasyonu kemirgenlerde yoktur / minimaldir ve IKr ve IKs’nin zamansal aktivasyon kinetiği nedeniyle kardiyak etki potansiyeli morfolojisinde bir rolü yoktur9,13. Bu nedenle, tavşanlar ilaca bağlı, edinilmiş ve kalıtsal EKG anormallikleri ve aritmileri 4,7,13mekanizmalarını değerlendirmek için daha çevirisel bir model sağlar. Daha sonra, çok sayıda çalışma primer kardiyak (Uzun QT Sendromu18 , 19,20) veya nöronal hastalıklarda (epilepsi21,22,23,24)hem nöronal hem de kardiyak elektriksel anormalliklerin varlığınıgösterdiğinden,insan fizyolojisini yakından üreten bir hayvan modelinde alttaki mekanizmaların incelenmesi önemlidir. Kemirgenler insan beynini modellemek için yeterli olsa da, kemirgenler insan kardiyak fizyolojisinin ideal bir modeli değildir7.
Elektroensefalografi (EEG), kortikal elektrik fonksiyonunu kaydetmek için genellikle kafa derisine veya intrakranially’ye yerleştirilen elektrotları kullanır. Bu elektrotlar, serebral korteks25’tekiyakındaki piramital nöron gruplarının atış hızındaki ve eşzamanlılığındaki değişiklikleri tespit edebilir. Bu bilgiler serebral fonksiyonu ve uyanık/uyku durumunu değerlendirmek için kullanılabilir. Ayrıca, EEG’ler epileptik aktiviteyi lokalize etmek ve epileptik nöbetleri epileptik olmayan olaylardan (örneğin psikojenik epileptiform olmayan aktivite ve kardiyojenik olaylar) ayırt etmek için yararlıdır. Epilepsi tipini, kışkırtıcı faktörleri ve nöbetin kökenini teşhis etmek için epilepsi hastaları nöbete neden olabilecek çeşitli manevralara maruz kalırlar. Çeşitli yöntemler arasında hiperventilasyon, fotik stimülasyon ve uyku yoksunluğu saydır. Bu protokol, tavşanlarda EEG sapmalarını ve nöbetlerini teşvik etmek için fotik stimülasyonun kullanımını göstermektedir26,27,28,29.
Eşzamanlı video-EEG-EKG kayıtları, insanlarda ve kemirgenlerde, ictal öncesi, ictal ve post-ictal durumlar sırasında davranışsal, nöronal ve kardiyak aktiviteyi değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmıştır30. Çeşitli çalışmalar tavşanlarda ayrı ayrı EEG ve EKG kayıtları yürütmüş olsa da4,31,32,33, bilinçli kısıtlanmış tavşanda eşzamanlı video-EEG-EKG elde etmek ve analiz etmek için bir sistem iyi kurulmamıştır34. Bu makalede, nöro-kardiyak elektrik ve solunum fonksiyonlarını değerlendirmek için bilinçli tavşanlarda eşzamanlı video-EEG-EKG -capnography-oksimetre verilerini kaydedebilen bir protokolün tasarımı ve uygulanması açıklanmaktadır. Bu yöntemden elde edilen sonuçlar aritmiler, nöbetler, solunum bozuklukları ve fiziksel belirtiler arasındaki duyarlılığı, tetikleyicileri, dinamikleri ve uyumları gösterebilir. Deneysel sistemimizin bir avantajı, yatıştırıcıya ihtiyaç duymadan bilinçli kayıtlar elde etmemizdir. Tavşanlar, minimum hareketle ≥5 saat boyunca kısıtlayıcılarda kalır. Anestezik pertürb nöronal, kardiyak, solunum ve otonomik fonksiyon olarak, bilinçli durum sırasında kayıtlar en fizyolojik verileri sağlar.
Bu kayıt sistemi sonuçta epilepside (SUDEP) ani beklenmedik ölüm için nörolojik, kardiyak ve solunum mekanizmalarının anlaşılmasını ilerletmek için ayrıntılı içgörüler sağlayabilir. Yukarıdaki nörolojik ve kardiyak izlemeye ek olarak, son kanıtlar solunum yetmezliğinin nöbet sonrası ani ölüme potansiyel bir katkı olarak rolünü de desteklemektedir35,36. Tavşanların solunum durumunu izlemek için, nöbet öncesi, sırasında ve sonrasında solunum sisteminin durumunu değerlendirmek için oksimetre ve kapnografi uygulandı. Burada sunulan protokol farmakolojik ve fotik-uyaran kaynaklı tavşan nöbetleri için eşiği değerlendirmek amacıyla tasarlanmıştır. Bu protokol, fiziksel belirtilerle sonuçlanamayan ince EEG ve EKG anormalliklerini tespit edebilir. Ek olarak, bu yöntem yeni ilaçların ve cihazların kardiyak güvenliği ve anti-aritmik etkinlik testi için kullanılabilir.
Bu deneysel kurulum, tavşanlarda, özellikle kardiyak ve/veya nöronal hastalık modellerinde ayrıntılı eşzamanlı video-EEG-EKG-oksimetre-kapnografi kayıtlarını ve analizlerini kolaylaştırır. Bu makalenin sonuçları, bu yöntemin nöbetleri ve aritmileri tespit edebildiğini ve bunları elektrografik eserlerden ayırabildiğini göstermektedir. Tavşanlara prokonvülsan verirken beklenen sonuçlar elde edildi ve bu da nöbetlere neden oldu. Video-EEG kayıtlarından elde edilen veriler, gönüllü hareketler…
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar bu çalışmanın Amerikan Kalp Derneği, Amerikan Epilepsi Derneği ve SUNY Upstate Farmakoloji Bölümü’nün hibeleriyle desteklendiğini kabul ediyor.
0.9% Sodium Chloride Irrigation, USP – Flexible Container | PFIZER (HOSPIRA) | 7983-09 | Dilutant |
10cc Luer Lock syringe with 20G x 1" Needle | Sur-Vet | SS-10L2025 | Used as a flush after drug injection |
4×4 gauze sponges | Fisher Scientific | 22-415-469 | Rolled in a tube to splint ear with angiocatheter |
Apple Sauce | Kirkland | 897971 | Vehicle for oral medications |
Computer | Dell | Optiplex 5040 | Acquisition computer |
E-4031 | Tocris | 1808 | Agent known to prolong the QT interval |
ECG Electrode | RhythmLink | RLSND116-2.5 | 13mm 35-degree bent (0.4 mm diameter) subdermal pin electrodes |
EEG Electrode | RhythmLink | RLSP513 | 5-twist 13mm straight (0.4mm diameter) subdermal pin electrodes |
EEGLAB (2020) | Swartz Center for Computational Neuroscience | Open Access | Can perform spectral analysis of EEG |
Ethernet-to-ethernet adapter | Linksys | USB3G16 | Adapter for connecting the camera to the computer |
Euthanasia-III Solution | Med-Pharmex | ANADA 200-280 | Contains pentobarbital sodium and phenytoin sodium, controlled substance |
Foam padding | Generic | N/A | Reduces pressure applied to the neck of small rabbits by the restrainer in order to prevent the adverse cardiorespiratory effects of neck compression |
Heparin Lock Flush | Medline | EMZ50051240 | To maintain patency of angiocatheter |
IR Light | Bosch | EX12LED-3BD-8W | Facilitates recordings in the dark |
LabChart Pro (2019, Version 8.1.16) | ADInstruments | N/A | ECG Analysis |
JELCO PROTECTIV Safety I.V. Catheters, 25 gauge | Smiths Medical | 3060 | Used to catherize marginal ear vein |
MATLAB (R2019b, Update 5) | MathWorks | N/A | Required to run EEGLAB |
Microphone | Sony Stereo | ECM-D570P | Recording of audible manifestions of seizures |
Micropore Medical Tape, Paper, White | 3M | 1530-1 | Used to secure wires and create ear splint |
Natus NeuroWorks | Natus | LC101-8 | Acquisition and review software |
Pentylenetetrazol (1 – 10 mg/kg always in 1mL volume) | Sigma-Aldrich | 88580 | Dilutions prepared in saline |
Photic Stimulator | Grass | PS22 | Stimulator to control frequency, delay, duration, intensity of the light pulses |
Plastic wire organizer / bundler | 12Vwire.com | LM-12-100-BLK | Bundle wires to cut down on noise |
PS 22 Photic Stimulator | Grass Instruments | BZA641035 | Strobe light with adjustable flash frequency, delay, and intensity |
PVC pipe | Generic | N/A | Prevents small rabbits from kicking their hind legs and causing spinal injury |
Quantum Amplifier | Natus | 13926 | Amplifier / digitizer |
Quantum HeadBox Amplifier | Natus | 22134 | 64-pin breakout box |
Rabbit Restrainer | Plas-Labs | 501-TC | Various size rabbit restrainers are available. 6" x 18" x 6" in this study. |
Rubber pad (booster) | Generic | N/A | Raises small rabbits up in the restrainer to prevent neck compression |
SpO2 ear clip | NONIN | 61000 | PureSAT/SpO2 |
SpO2 sensor adapter | NONIN | 13931 | XPOD PureSAT/SpO2 |
SRG-X120 1080p PTZ Camera with HDMI, IP & 3G-SDI Output | Sony | SRG-X120 | Impela Camera |
Terumo Sur-Vet Tuberculin Syringe 1cc 25G X 5/8" Regular Luer | Sur-Vet | 13882 | Used to inject intravenous medications |
Veterinary Injection Plug Luer Lock | Sur-Vet | SRIP2V | Injection plug for inserting the needle for intravenous medication |
Webcol Alcohol Prep, Sterile, Large, 2-ply | Covidien | 5110 | To prepare ear vein before catheterization |