מדידת לולאות נפח לחץ העכבר
Summary
כתב יד זה מתאר פרוטוקול מפורט לאיסוף נתונים לחץ-נפח מהעכבר.
Abstract
הבנת הגורמים וההתקדמות של מחלת לב מהווה אתגר משמעותי לקהילה ביו. הגמישות הגנטית של העכבר מספקת פוטנציאל גדול כדי לחקור תפקוד לב ברמה המולקולרית. גודלו הקטן של העכבר עושה להציג כמה אתגרים בכל הקשור בביצוע phenotyping הלב מפורט. מזעור פיתוחים אחרים טכנולוגיה הפכו שיטות רבות של הערכה לבבית אפשרית העכבר. מבין אלה, אוסף סימולטני של נתונים בלחץ ונפח מספק תמונה מפורטת של תפקוד לב שאינו זמינה דרך כל אפנות אחרות. הנה נוהל מפורט לאיסוף נתוני לולאה לחץ-נפח מתואר. כולל דיון של העקרונות שבבסיס המדידים ואת המקורות הפוטנציאליים של שגיאה. ניהול הרדמה וגישות כירורגית נדונים בפירוט רב כפי שהם שניהם קריטי מדידה המודינמי באיכות גבוהה בהשגהים. עקרונות של פיתוח פרוטוקול המודינמי ואת ההיבטים הרלוונטיים של ניתוח נתונים גם מופנים.
Introduction
מחלות לב וכלי דם ממשיכה להיות גורם משמעותי לתמותה ותחלואה בעולם 1. מחלות של הלב להציב אתגרים קשים במיוחד בפיתוח טיפולים חדשים. התקדמות בגנטיקה לספק לאפשרות לזהות מספר רב של תורמים גנטיים פוטנציאל להתפתחות של מחלות לב. האופי האינטגרטיבי של מערכת הלב וכלי הדם מחייב המטרות הגנטיות הללו להיות מאומתים במודלים של בעלי חיים ללא פגע. הגמישות הגנטית והעלויות נמוכים דיור של העכבר הביאו אותו לקדמה עבור הערכת התפקיד הפיזיולוגי של גן מסוים. גודלו הקטן של העכבר מציבה מספר אתגרים ייחודיים להערכת תפקוד הלב. ישנן שיטות שיכולות לספק מידע לגבי תפקוד הלב, אבל רק מדידה בו זמנית של הלחץ חדרית ונפח מאפשר בנפח הלחץ (PV) ניתוח הלולאה של פונקציה חדרית. PV לולאות כלתפקוד לב ow להיות מנותח עצמאי של הקשר בינו לבין כלי הדם; גורם חשוב בקביעת התפקיד הפונקציונלי של מרכיב גנטי מסוים.
הערכת לולאות לחצו-נפח נעשתה שימוש הוא בניסוי קליני במשך שנים רבות ספרות ענפה שקיימת לגבי הניתוח של נתונים אלה קובע 2,3. התאמת טכנולוגית לולאת PV העכבר כבר התקדמות חשובה להבנת פיזיולוגית murine לב 4-6. טכנולוגיות PV לולאת צנתר מבוסס זוג מתמר לחץ והשימוש מוליך להעריך נפח חדרית. היקף חדרית נקבע על ידי בחינת שינויי שדה חשמלי שנוצר על ידי קטטר. מודלי שיטה זו החדר כמו גליל, הגובה אשר מוגדר על ידי המרחק בין האלקטרודות על הקטטר ואת הרדיוס מחושבים הולכה של שדה חשמלי דרך הדםהחדר 7-9. אות מוליכות נמדדת הקטטר יש שני מרכיבים. הראשונה היא ההולכה דרך הדם; זה משתנה עם הנפח של החדר ומהווה האות העיקרית המשמשת לקביעת נפח חדרית. המרכיב השני נובע הולכה דרך ולאורך הקיר של החדר. זה נקרא מוליכות במקביל וצריך להסיר על מנת לקבוע את עוצמת קול חדרית המוחלטת. ישנן שתי מערכות זמינות מסחרית לאיסוף נתונים לחצו-נפח ששמש למחקר במעבדה לבין השיטה הנהוגה לחישוב ולהסיר מוליכות המקבילי ההבדל העיקרי ביניהם 6,10,11. צנתרים מוליכים דרש הזרקת סליין היפרטוני לחישוב מוליכות במקביל. הזרקה זה זמני משנה את המוליכות של דם החדר, בעוד המוליכות של הקיר נשארה קבועות. מנתונים אלה ניתן לקבוע אתרכיב של אות מוליכות שמקורה בדם ומה מגיע מקיר חדרית. גישה זו מניחה כי מוליכות במקביל אינן משתנות במהלך מחזור הלב. שיטת הקבלה מסתמכת על שינויים בשלב בתחום החשמל כדי להעריך את התרומה של קיר החדר לאות ההיקף הכולל. שיטה זו מסתמכת על מגוון של קבועים מראש עבור המוליכות של הדם לשריר הלב כדי לקבוע את עוצמת הקול הסופי, אבל עושה צעדים רציפים של מוליכות במקביל במהלך מחזור הלב. שתי מערכות אלה לספק הערכה טובה של נפח חדר השמאלי ואת ההבדלים ביניהם הם לא עשויים להיות משמעותיים מבחינה פיזיולוגית. המודל הגלילי של החדר והנחות אחרות העושה גישות אלה מבוססות קטטר לא מדויקות ככל שיטות אחרות, אך נתונים אלה הניתנים על בסיס פעימה אחרת פעימה כי הוא חיוני להערכת צעדים עצמאיים עומס של תפקוד לב.
ההליך המתואר כאן משמש במעבדה שלי ספק נתונים עבור מספר רב של מחקרים הבוחנים את מנגנוני pathophysiological הבסיסיים של קרדיומיופתיה דיסטרופי 12-18. ההליך המתואר להלן הוא אחד משני שניתן להשתמש בהם כדי לקבל נתונים לולאה PV. בעוד רבים מן העקרונות חלים גם גישה, פרוטוקול זה יתמקד בגישת פסגה פתוח חזה; פרוטוקול החזה סגור כבר מפורט במקומות אחרים 19,20. בעוד הליך יתוארו בפירוט, עקרונות העל חשובים כדי לחשוף את הלב עם נזק מינימלי או ללב או לריאות. לאורך כל הפרוטוקול זה חשוב לזכור כי מדובר בהליך בלתי-הישרדות כי לאחר חשיפה טובה של הלב יש חשיבות קריטית עבור המיקום הנכון של הקטטר.
Protocol
Representative Results
Discussion
ישנם שלושה שלבים קריטיים בהליך זה: 1) את המיקום של הטובוס ואוורור המתאים, 2) המיקום של קטטר IV הצוואר, ו -3) את המיקום הנכון של הקטטר PV בחדר השמאלי. קביעת קצב הנשימה המתאימה היא חלק חשוב של מתן תמיכה נשימתית. עכברים מודעים בדרך כלל לשמור על אוורור המכתשית עם נשימות שטחיות מה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחבר מבקש להודות במימון NHLBI (K08 HL102066 ו R01 HL114832).
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).
