Het meten van druk Volume Loops in de muis
Summary
Dit manuscript beschrijft een gedetailleerd protocol voor het verzamelen van de druk-volume data van de muis.
Abstract
Inzicht in de oorzaken en de progressie van hart-en vaatziekten presenteert een belangrijke uitdaging voor de biomedische gemeenschap. De genetische flexibiliteit van de muis geeft een groot potentieel om hartfunctie staand op moleculair niveau. De muis kleine formaat doet presenteren een aantal uitdagingen met betrekking tot het uitvoeren van gedetailleerde cardiale fenotypering. Miniaturisatie en andere ontwikkelingen in de technologie hebben vele methoden van cardiale evaluatie mogelijk in de muis gemaakt. Van deze, de gelijktijdige ophaling van de druk en het volume van gegevens geeft een gedetailleerd beeld van de hartfunctie die niet beschikbaar is via een andere modaliteit. Hier een gedetailleerde procedure voor het verzamelen van de druk-volume curve data is beschreven. Inbegrepen is een bespreking van de uitgangspunten van de metingen en de mogelijke bronnen van fouten. Verdoving management en chirurgische benaderingen worden in detail besproken als ze zijn beiden van cruciaal belang voor het verkrijgen van hoge kwaliteit hemodynamische metings. De principes van hemodynamische protocol ontwikkeling en relevante aspecten van data-analyse worden ook aan de orde.
Introduction
Cardiovasculaire ziekte blijft een belangrijke oorzaak van mortaliteit en morbiditeit wereldwijd 1. Ziekten van het hart te presenteren bijzonder moeilijke uitdagingen in de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Waarmee genetica voorzien in de mogelijkheid om een groot aantal potentiële genetische bijdragen identificeren voor de ontwikkeling van hartaandoeningen. De integrerende aard van het cardiovasculaire systeem de bedoelde genetische targets gevalideerd in intacte diermodellen. De genetische flexibiliteit en lage woonlasten van de muis hebben het bracht op de voorgrond voor de beoordeling van de fysiologische rol van een bepaald gen. Het kleine formaat van de muis presenteert een aantal unieke uitdagingen voor de beoordeling van de hartfunctie. Er zijn verschillende modaliteiten die informatie over hartfunctie, maar alleen de gelijktijdige meting van ventriculaire druk en volume maakt druk-volume (PV) lusanalyse van ventriculaire functie. PV lussen alleow hartfunctie onafhankelijk van de aansluiting op het vaatstelsel te analyseren; Een belangrijke factor bij het bepalen van de functionele rol van een bepaald genetisch element.
De beoordeling van de druk-volume lussen is experimenteel en klinisch gebruikt voor vele jaren uitgebreide literatuur bestaat over de analyse van deze gegevensverzamelingen 2,3. De aanpassing van PV lus technologie om de muis is een belangrijke vooruitgang voor het begrijpen van muizen hartfysiologie 4-6 geweest. Katheter gebaseerde PV lus technologieën stel een drukomzetter en het gebruik geleidingstijd ventriculaire volume schatten. De ventriculaire volume wordt bepaald door het onderzoeken van veranderingen in een elektrisch veld dat door de katheter. Deze werkwijze modelleert de ventrikel als een cilinder, is waarvan de hoogte bepaald door de afstand tussen de elektroden op de katheter en de straal wordt berekend uit geleiding van een elektrisch veld door het bloedhet ventrikel 7-9. De geleidingssignaal gemeten door de katheter twee componenten. De eerste is de geleiding van het bloed; dit is afhankelijk van het volume van de hartkamer en vormt het primaire signaal gebruikt om ventriculaire volume bepalen. De tweede component gevolg van geleiding door en langs de wand van de hartkamer. Dit heet parallelgeleiding en dienen om de absolute ventriculaire volume bepaald worden verwijderd. Er zijn twee commercieel beschikbare systemen voor het verzamelen van de druk-volume data in het onderzoekslaboratorium en de gebruikte methode voor het berekenen en verwijder de parallelgeleiding is het belangrijkste verschil tussen hen 6,10,11. Conductantie catheters vereist de injectie van hypertone zoutoplossing voor de berekening van de parallelgeleiding. Deze injectie tijdelijk verandert de geleidbaarheid van het bloed in de ventrikel, terwijl de geleiding van de wand constant blijft. Uit deze gegevens is het mogelijk de vastcomponent van de geleiding signaal dat afkomstig is van het bloed en wat van de ventriculaire wand. Deze werkwijze veronderstelt dat parallelgeleiding niet variëren tijdens de hartcyclus. Het toelaten werkwijze berust op faseveranderingen in het elektrisch veld om de bijdrage van de ventriculaire wand tot het totaalvolume signaal beoordelen. Deze werkwijze berust op een verscheidenheid van vooraf bepaalde constanten voor de geleidbaarheid van het bloed en myocard op het eindvolume te bepalen, maar maakt continue metingen van parallelconductantie tijdens de hartcyclus. Beide systemen goede schatting van linkerventrikelvolume en de verschillen tussen hen waarschijnlijk geen fysiologisch significant. De cilindrische vorm van de hartkamer en andere aannames maken deze katheter gebaseerde benaderingen niet zo nauwkeurig als andere modaliteiten, maar deze informatie wordt op een slag-voor-slag basis die essentieel is voor de beoordeling van opgedrukte maatregelen van hartfunctie.
De hier beschreven procedure wordt gebruikt in mijn laboratorium en heeft gegevens voor een groot aantal studies die de fundamentele pathofysiologische mechanismen van dystrofische cardiomyopathie 12-18 voorzien. Procedure te volgen één van twee die gebruikt kunnen worden om PV loop te verkrijgen. Hoewel veel van de principes die van toepassing zijn voor een van beide benadering, zal dit protocol gericht op een open kist apicale aanpak; een gesloten kist protocol is elders 19,20 gedetailleerd. Terwijl de procedure nader wordt beschreven, de belangrijke principes overkoepelende zijn naar het hart bloot met minimale schade ontstaan aan het hart of de longen. Gehele protocol is het belangrijk om te onthouden dat een niet-overleving procedure en dat een goede belichting van het hart is van cruciaal belang voor de juiste plaatsing van de katheter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er zijn drie cruciale stappen in deze procedure: 1) de plaatsing van de endotracheale buis en geschikte afzuiging, 2) het deponeren van de jugulaire IV katheter, en 3) de juiste plaatsing van de PV katheter in de linkerventrikel. Het bepalen van de juiste ademhaling is een belangrijk onderdeel van het verstrekken van beademing. Bewuste muizen in het algemeen te handhaven alveolaire ventilatie met een snelle oppervlakkige ademhalingen. In het algemeen zal geventileerde muizen veel groter teugvolumes hebben. Dus een lager…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteur wil graag financiering uit NHLBI (K08 HL102066 en R01 HL114832) erkennen.
Materials
| Dumont 5/45 (2) | Fine Science Tools | 11251-33 | |
| Vessel Dilating Forceps | Fine Science Tools | 18153-11 | |
| Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissor | Roboz Instruments | RS-5668 | |
| Octogon Forceps – Serrated/Curved | Fine Science Tools | 11041-08 | |
| Octogon Forceps – Serrated/Straight | Fine Science Tools | 11040-08 | |
| Dissector Scissors- Heavy Blade | Fine Science Tools | 14082-09 | |
| Transpore Surgical Tape | 3M | 1527-1 | |
| 3-0 Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-30 | |
| TOPO Ventilator | Kent Scientific | TOPO | |
| Martin ME 102 Electrosurgical Unit | Harvard Apparatus | PY2 72-2484 | |
| Syringe Pump | Lucca Technologies | GenieTouch | |
| Stereomicroscope with boom stand | Nikon | SMZ-800N | |
| Thermocouple Thermometer | Cole Parmer | EW-91100-40 | |
| T/Pump Warm Water Recirculator | Kent Scientific | TP-700 | |
| ADVantage Pressure-Volume System | Transonic | ADV500 | |
| Data Acquision and Analysis | DSI | Ponemah ACQ-16 |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics–2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131 (4), e29-e322 (2015).
- Katz, A. M. Influence of altered inotropy and lusitropy on ventricular pressure-volume loops. J Am Coll Cardiol. 11 (2), 438-445 (1988).
- Kass, D. A., Maughan, W. L. From "Emax" to pressure-volume relations: a broader view. Circulation. 77 (6), 1203-1212 (1988).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 274 (4 Pt 2), H1416-H1422 (1998).
- Kass, D. A., Hare, J. M., Georgakopoulos, D. Murine cardiac function: a cautionary tail. Circ Res. 82 (4), 519-522 (1998).
- Feldman, M. D., et al. Validation of a mouse conductance system to determine LV volume: comparison to echocardiography and crystals. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279 (4), H1698-H1707 (2000).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Salo, R. W., Wallner, T. G., Pederson, B. D. Measurement of ventricular volume by intracardiac impedance: theoretical and empirical approaches. IEEE Trans Biomed Eng. 33 (2), 189-195 (1986).
- Wei, C. L., et al. Volume catheter parallel conductance varies between end-systole and end-diastole. IEEE Trans Biomed Eng. 54 (8), 1480-1489 (2007).
- Kutty, S., et al. Validation of admittance computed left ventricular volumes against real-time three-dimensional echocardiography in the porcine heart. Exp Physiol. 98 (6), 1092-1101 (2013).
- Kottam, A., Dubois, J., McElligott, A., Henderson, K. K. Novel approach to admittance to volume conversion for ventricular volume measurement. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 2514-2517 (2011).
- 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).
- Townsend, D., Yasuda, S., Li, S., Chamberlain, J. S., Metzger, J. M. Emergent dilated cardiomyopathy caused by targeted repair of dystrophic skeletal muscle. Mol Ther. 16 (5), 832-835 (2008).
- Townsend, D., et al. Systemic administration of micro-dystrophin restores cardiac geometry and prevents dobutamine-induced cardiac pump failure. Mol Ther. 15 (6), 1086-1092 (2007).
- Strakova, J., et al. Dystrobrevin increases dystrophin’s binding to the dystrophin-glycoprotein complex and provides protection during cardiac stress. J Mol Cell Cardiol. 76, 106-115 (2014).
- Yasuda, S., et al. Dystrophic heart failure blocked by membrane sealant poloxamer. Nature. 436 (7053), 1025-1029 (2005).
- Townsend, D., Daly, M., Chamberlain, J. S., Metzger, J. M. Age-dependent dystrophin loss and genetic reconstitution establish a molecular link between dystrophin and heart performance during aging. Mol Ther. 19 (10), 1821-1825 (2011).
- Townsend, D., Yasuda, S., McNally, E., Metzger, J. M. Distinct pathophysiological mechanisms of cardiomyopathy in hearts lacking dystrophin or the sarcoglycan complex. FASEB J. 25 (9), 3106-3114 (2011).
- 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).
- Zhang, B., Davis, J. P., Ziolo, M. T. Cardiac Catheterization in Mice to Measure the Pressure Volume Relationship: Investigating the Bowditch Effect. J Vis Exp. (100), e52618-e52618 (2015).
- Barnabei, M. S., Palpant, N. J., Metzger, J. M. Influence of genetic background on ex vivo and in vivo cardiac function in several commonly used inbred mouse strains. Physiol Genomics. 42A (2), 103-113 (2010).
- Guo, X., Kono, Y., Mattrey, R., Kassab, G. S. Morphometry and strain distribution of the C57BL/6 mouse aorta. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283 (5), H1829-H1837 (2002).
- Weiss, R. M., Ohashi, M., Miller, J. D., Young, S. G., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis in old hypercholesterolemic mice. Circulation. 114 (19), 2065-2069 (2006).
- Palpant, N. J., Day, S. M., Herron, T. J., Converso, K. L., Metzger, J. M. Single histidine-substituted cardiac troponin I confers protection from age-related systolic and diastolic dysfunction. Cardiovasc Res. 80 (2), 209-218 (2008).
- Palpant, N. J., D’Alecy, L. G., Metzger, J. M. Single histidine button in cardiac troponin I sustains heart performance in response to severe hypercapnic respiratory acidosis in vivo. FASEB J. 23 (5), 1529-1540 (2009).
- Palpant, N. J., et al. Cardiac disease in mucopolysaccharidosis type I attributed to catecholaminergic and hemodynamic deficiencies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 300 (1), H356-H365 (2011).
- Townsend, D. Diastolic dysfunction precedes hypoxia-induced mortality in dystrophic mice. Physiol Rep. 3 (8), e12513 (2015).
- Schmähl, D., Port, R., Wahrendorf, J. A dose-response study on urethane carcinogenesis in rats and mice. Int J Cancer. 19 (1), 77-80 (1977).
- Freeman, G. L., Little, W. C., O’Rourke, R. A. The effect of vasoactive agents on the left ventricular end-systolic pressure-volume relation in closed-chest dogs. Circulation. 74 (5), 1107-1113 (1986).
- Reyes, M., et al. Enhancement of contractility with sustained afterload in the intact murine heart: blunting of length-dependent activation. Circulation. 107 (23), 2962-2968 (2003).
- Segers, P., et al. Conductance catheter-based assessment of arterial input impedance, arterial function, and ventricular-vascular interaction in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 288 (3), H1157-H1164 (2005).
- Townsend, D., et al. Chronic administration of membrane sealant prevents severe cardiac injury and ventricular dilatation in dystrophic dogs. J Clin Invest. 120 (4), 1140-1150 (2010).
- Sato, T., Shishido, T., et al. ESPVR of in situ rat left ventricle shows contractility-dependent curvilinearity. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 274 (5 Pt 2), H1429-H1434 (1998).
- Sunagawa, K., et al. Effects of coronary arterial pressure on left ventricular end-systolic pressure-volume relation of isolated canine heart. Circ Res. 50 (5), 727-734 (1982).
- Cingolani, H. E., Pérez, N. G., Cingolani, O. H., Ennis, I. L. The Anrep effect: 100 years later. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 304 (2), H175-H182 (2013).
- Baan, J., van der Velde, E. T. Sensitivity of left ventricular end-systolic pressure-volume relation to type of loading intervention in dogs. Circ Res. 62 (6), 1247-1258 (1988).
- Rankin, J. S., Olsen, C. O., et al. The effects of airway pressure on cardiac function in intact dogs. Circulation. 66 (1), 108-120 (1982).
