Cardiac Pressão-Volume Análise loop usando Conductance Cateteres em Ratos
Summary
Cardiac pressure-volume loop analysis is the most comprehensive way to measure cardiac function in the intact heart. We describe a technique to perform and analyze cardiac pressure volume loops, using conductance catheters.
Abstract
Cardiac pressure-volume loop analysis is the “gold-standard” in the assessment of load-dependent and load-independent measures of ventricular systolic and diastolic function. Measures of ventricular contractility and compliance are obtained through examination of cardiac response to changes in afterload and preload. These techniques were originally developed nearly three decades ago to measure cardiac function in large mammals and humans. The application of these analyses to small mammals, such as mice, has been accomplished through the optimization of microsurgical techniques and creation of conductance catheters. Conductance catheters allow for estimation of the blood pool by exploiting the relationship between electrical conductance and volume. When properly performed, these techniques allow for testing of cardiac function in genetic mutant mouse models or in drug treatment studies. The accuracy and precision of these studies are dependent on careful attention to the calibration of instruments, systematic conduct of hemodynamic measurements and data analyses. We will review the methods of conducting pressure-volume loop experiments using a conductance catheter in mice.
Introduction
Análise de ciclo de volume pressão cardíaca fornece informações detalhadas da função cardíaca e são o padrão ouro para avaliação funcional 1. Embora as técnicas de imagem, como a ecocardiografia ou a ressonância magnética cardíaca fornecer medidas funcionais, estas medidas são altamente dependentes de condições de carga. Medidas independentes de Carga, de contratilidade cardíaca e relaxamento requerem medições dinâmicas da pressão ventricular e relação do volume em um intervalo de pré-carga e pós-carga. Esta compreensão da relação pressão-volume decorre do trabalho inovador de Sagawa e colegas 2,3. Eles demonstraram em ex vivo corações caninos perfundidos que o loop de pressão-volume derivados medidas de contratilidade foram independentes de condições de carga 4.
Na aplicação in vivo destas análises tornou-se possível, com o desenvolvimento de cateteres de condutância na década de 1980. Este avanço técnico permitiu Kass e colegas para realizar a análise de ciclo de pressão-volume em humanos 5,6. Miniaturização dos cateteres de condutância e melhorias nas técnicas cirúrgicas no final de 1990 de 7 feita a análise da função cardíaca roedor viável, permitindo estudos genéticos e farmacológicos para ser realizado. Este avanço, desde então, levar ao uso generalizado de análise de ciclo de pressão-volume e tem gerado uma grande quantidade de conhecimento sobre fisiologia cardíaca mamíferos.
Um conceito fundamental na utilização de cateteres de condutância e a interpretação dos dados obtidos a partir dele, é a relação entre o volume e a condutância. A condutância é inversamente relacionada com a tensão, que é medida através de um cateter com eléctrodos colocados proximal, geralmente colocada por baixo da válvula aórtica, e distalmente, no apex LV 8. Alterações na tensão ou condutância são medidos por mudanças na corrente que flui de proximal para distal do eletrodo. Embora a piscina de sangue contribuems significativamente a condutância, a contribuição da parede ventricular, denominado condutância paralela (V P), a condutância medido deve ser subtraído para se obter medições do volume do VE absolutos.
Os métodos para efectuar esta correcção, chamado de calibração solução salina, são discutidos no protocolo abaixo. A relação matemática entre a condutância e de volume, descrito por Baan e colegas, é que o volume = 1 / α; (ρ L 2) (GG p), onde fator de correção α = campo uniforme, ρ = resistividade sangue, L = distância entre os eletrodos, G = condutância e G p = condutância não-sangue 9. De nota, o fator de correção de campo uniforme em camundongos aproxima de 1,0 devido a pequenos volumes de câmara 10. Juntamente com transdutores de pressão, o cateter condutância fornece dados de pressão e volume simultânea em tempo real.
Pressu cardíacare-análise do volume apresenta determinadas vantagens sobre outras medidas da função cardíaca, já que permitem a medição da função ventricular independente das condições de carga e de frequência cardíaca. Índices cardíacos independente de carregamento específicos de contratilidade incluem: sistólico final do volume de relação de pressão (ESPVR), d P / d t max relação volume de -end-diastólica, elastância máxima (E máx) e pré-carga de trabalho do curso recrutável (PRSW). Uma medida independente de carga da função diastólica é a relação do volume a pressão diastólica final (EDPVR) 11. O protocolo a seguir descreve o comportamento de análise de ciclo de volume pressão cardíaca, usando tanto um carótida e uma abordagem apical. Embora a metodologia para executar estes estudos foram descritas em pormenor anteriormente 8,11, iremos analisar os passos chave para obter medições de pressão-volume preciso, incluindo tanto a correcção de solução salina e de calibração cuvete, e fornecer uma demonstração visual de Tsprocedimentos e. Pesquisas com animais realizados para este estudo foi tratado de acordo com os protocolos aprovados e os regulamentos de protecção dos animais do Comité de Conservação e Uso do Duke University Medical Center animal Institucional.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nós descrevemos um método para perfoming análise do lacete pressão-volume usando um cateter de condutância em camundongos, para derivar análises abrangentes, tanto a contratilidade cardíaca e relaxamento. Suga, Sagawa e seus colegas utilizaram pressão-volume loops para definir medidas de contratilidade cardíaca, especificamente a inclinação da ESPVR, ou a elastância sistólica final (es E), e E max. Elastância, definida pela relação de pressão para o volume (P / V), varia ao longo d…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado pela American Heart Association 14FTF20370058 (DMA) e NIH T32 HL007101-35 (DMA).
Materials
| AnaSed (xylazine) | Lloyd Laboratories | NADA no. 139-236 | Anesthetic |
| Ketaset (ketamine) | Pfizer | 440842 | Anesthetic |
| VIP3000 | Matrx Medical Inc. | Anesthesia machine | |
| Ventilator | Harvard Apparatus | Model 683 | Surgical Equipment |
| Tubing kit | Harvard Apparatus | 72-1049 | Surgical Equipment |
| Homeothermic Blanket | Kaz Inc. | 5628 | Surgical Equipment |
| Stereo microscope | Carl Zeiss Optical Inc. | Stemi 2000 | Surgical Equipment |
| Illuminator | Cole–Parmer | 41720 | Surgical Equipment |
| Dumont no. 55 Dumostar Forceps | Fine Science Tools Inc | 11295-51 | Surgical Instruments |
| Graefe forceps, curved | Fine Science Tools Inc | 11052-10 | Surgical Instruments |
| Moria MC31 forceps | Fine Science Tools Inc | 11370-31 | Surgical Instruments |
| Mayo scissors | Fine Science Tools Inc | 14512-15 | Surgical Instruments |
| Iris scissors | Fine Science Tools Inc | 14041-10 | Surgical Instruments |
| Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc | 12501-13 | Surgical Instruments |
| Olsen–Hegar needle holder | Fine Science Tools Inc | 12002-12 | Surgical Instruments |
| spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15610-08 | Surgical Instruments |
| disposable underpads | Kendall/Tyco Healthcare | 1038 | Surgical Supplies |
| Sterile gauze sponges, sterile | Dukal | 62208 | Surgical Supplies |
| Cotton-tipped applicators, sterile | Solon | 368 | Surgical Supplies |
| Surgical suture, silk, 6-0 | DemeTECH | FT-639-1 | Surgical Supplies |
| 1 cc Insulin syringes | Becton Dickenson | 329412 | Surgical Supplies |
| Access-9™ Hemostasis Valve | Merit Medical | MAP111 | Hemodynamic equipment |
| Sphygmomanometer | Baumanometer | 320 | Hemodynamic equipment |
| Millar PV system MPVS-300/400 or MPVS Ultra (includes calibration cuvette) | ADInstruments Inc | Hemodynamic equipment | |
| 1.4F conductance catheter | ADInstruments Inc | SPR-839 | Hemodynamic equipment |
| PowerLab 4/30 with Chart Pro | ADInstruments Inc. | ML866/P | Hemodynamic software |
| animal clipper | Wahl | 8787-450A | Miscellaneous |
| Intradermic tubing PE-10 (Becton Dickinson, cat. no. ) | Becton Dickenson | 427401 | Miscellaneous |
| Intradermic tubing PE-50 (Becton Dickinson, cat. no.) | Becton Dickenson | 427411 | Miscellaneous |
| Needle assortment (18, 25 and 30 gauge; Thomas Scientific) | Miscellaneous | ||
| 0.9% (wt/vol) sodium chloride injection, USP , cat. no. ) | Hospira | NDC no. 0409-4888-50 | Miscellaneous |
| Surgical tape | Miscellaneous | ||
| Alconox (Alconox Inc.) for catheter cleaning | ADInstruments Inc. | Miscellaneous |
Referencias
- Clark, J. E., Marber, M. S. Advancements in pressure-volume catheter technology – stress remodelling after infarction. Exp Physiol. 98 (3), 614-621 (2013).
- Sunagawa, K., Maughan, W. L., Burkhoff, D., Sagawa, K. Left ventricular interaction with arterial load studied in isolated canine ventricle. Am J Physiol. 245 (Pt 1), H773-H780 (1983).
- Suga, H., Sagawa, K., Demer, L. Determinants of instantaneous pressure in canine left ventricle. Time and volume specification. Circ Res. 46 (2), 256-263 (1980).
- Suga, H., Sagawa, K., Shoukas, A. A. Load independence of the instantaneous pressure-volume ratio of the canine left ventricle and effects of epinephrine and heart rate on the ratio. Circ Res. 32 (3), 314-322 (1973).
- Kass, D. A., et al. Improved left ventricular mechanics from acute VDD pacing in patients with dilated cardiomyopathy and ventricular conduction delay. Circulation. 99 (12), 1567-1573 (1999).
- Kass, D. A., et al. Diastolic Compliance of Hypertrophied Ventricle Is Not Acutely Altered by Pharmacological Agents Influencing Active Processes. Annals of Internal Medicine. 119 (6), 466-473 (1993).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol. 274 (4 pt 2), H1416-H1422 (1998).
- Cingolani, O. H., Kass, D. A. Pressure-volume relation analysis of mouse ventricular function. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301 (6), H2198-H2206 (2011).
- Baan, J., et al. Continuous Measurement of Left-Ventricular Volume in Animals and Humans by Conductance Catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Pearce, J. A., Porterfield, J. E., Larson, E. R., Valvano, J. W., Feldman, M. D. Accuracy considerations in catheter based estimation of left ventricular volume. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010, 3556-3558 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nature Protocols. 3 (9), 1422-1434 (1038).
- Hanusch, C., Hoeger, S., Beck, G. C. Anaesthesia of small rodents during magnetic resonance imaging. Methods. 43 (1), 68-78 (2007).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Estimation of parallel conductance by dual-frequency conductance catheter in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279 (1), H443-H450 (2000).
- Esposito, G., et al. Increased myocardial contractility and enhanced exercise function in transgenic mice overexpressing either adenylyl cyclase 5 or 8. Basic Res Cardiol. 103 (1), 22-30 (2008).
- Kohout, T. A., et al. Augmentation of cardiac contractility mediated by the human beta(3)-adrenergic receptor overexpressed in the hearts of transgenic mice. Circulation. 104 (20), 2485-2491 (2001).
- Kim, K. S., et al. beta-Arrestin-biased AT1R stimulation promotes cell survival during acute cardiac injury. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 303 (8), H1001-H1010 (2012).
- Suga, H., Sagawa, K. Mathematical Interrelationship between Instantaneous Ventricular Pressure-Volume Ratio and Myocardial Force-Velocity Relation. Annals of Biomedical Engineering. 1 (2), 160-181 (1972).
- Suga, H. Ventricular energetics. Physiol Rev. 70 (2), 247-277 (1990).
- Kass, D. A., et al. Influence of contractile state on curvilinearity of in situ end-systolic pressure-volume relations. Circulation. 79 (1), 167-178 (1989).
- Little, W. C. The left ventricular dP/dtmax-end-diastolic volume relation in closed-chest dogs. Circ Res. 56 (6), 808-815 (1985).
- Glower, D. D., et al. Linearity of the Frank-Starling relationship in the intact heart: the concept of preload recruitable stroke work. Circulation. 71 (5), 994-1009 (1985).
- Sharir, T., et al. Ventricular systolic assessment in patients with dilated cardiomyopathy by preload-adjusted maximal power. Validation and noninvasive application. Circulation. 89 (5), 2045-2053 (1994).
- 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).
- 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).
- Porterfield, J. E., et al. Dynamic correction for parallel conductance, GP, and gain factor, alpha, in invasive murine left ventricular volume measurements. J Appl Physiol (1985). 107 (6), 1693-1703 (2009).
