Farelerde İletkenlik Balon Kullanımı kalp Basınç Hacim Döngüsü Analizi
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
Kardiyak basınç volüm analizi kalp fonksiyonu ayrıntılı bilgi sağlar ve fonksiyonel değerlendirme 1 altın standarttır. Böyle ekokardiyografi veya kardiyak MR gibi görüntüleme teknikleri, fonksiyonel tedbirleri sağlarken, bu önlemlerin yükleme koşulları son derece bağımlıdırlar. Kalp kontraktilite ve gevşeme Yük bağımsız önlemler ön ve son yüklerin aralığında ventriküler basınç ve hacim ilişkisi dinamik ölçümlerini gerektirmektedir. Basınç-hacim ilişkisi Bu anlayış Sagawa ve arkadaşları 2,3 çığır açan çalışmalarından kaynaklanmaktadır. Bunlar basınç-hacim döngü türetilmiş kontraktilite önlemleri yükleme koşulları 4 bağımsız olduğunu ex vivo olarak perfüze köpek kalplerinde gösterdi.
Bu analizlerin in vivo uygulamasında 1980'lerde iletkenliği kateter geliştirilmesi ile mümkün oldu. Ka izin Bu teknik ilerlemess ve arkadaşları insanlarda 5,6 basınç-volüm halkası analizi gerçekleştirmek için. Geç 1990 7 iletkenlik kateter ve cerrahi tekniklerdeki gelişmeler minyatürleştirilmesi yapılacak genetik ve farmakolojik çalışmalar için izin kemirgen kalp fonksiyonunun analizi mümkün yaptı. Bu peşin basınç-volüm döngü analizi yaygın kullanımı kurşun beri vardır ve memeli kalp fizyolojisi içgörü büyük bir üretti.
Iletkenlik kateter kullanımı ve ondan elde edilen verilerin yorumlanması bir anahtar kavram hacmi ve iletkenlik arasındaki ilişkidir. İletkenlik ters proksimale yerleştirilen elektrotlar, genellikle LV apeks 8'de, aort kapak altına yerleştirilir ve distalde bir kateter kullanılarak ölçülür gerilime ile ilgilidir. Voltaj veya iletkenlikteki değişimler proksimal uzak elektrot akan akım değişiklikleri ile ölçülür. Kan havuzu katkıda rağmenönemli ölçüde iletkenliğe s, ventriküler duvar katkısı, paralel iletkenlik (V p) olarak adlandırılan, ölçülen iletkenlik mutlak LV volüm ölçümleri elde etmek için çıkarılır olması gerekir.
Yöntemler bu düzeltme yapmak için, aşağıdaki protokolde ele alınmaktadır, tuzlu kalibrasyonu denir. Baan ve meslektaşları tarafından açıklanan iletkenlik ve hacim arasındaki matematiksel ilişki, bu hacim = 1 / α olduğunu; (ρ L 2) (GG p), burada α = üniforma alan düzeltme faktörü, ρ = kan direnç, L = elektrotlar arasındaki mesafe, G = iletkenlik ve G p = olmayan kan iletkenliği 9. Not, farelerde üniforma alan düzeltme faktörü nedeniyle küçük odacık hacimleri 10 1.0 yaklaşır. Basınç dönüştürücüler ile birleştiğinde, iletkenlik kateter gerçek zamanlı eşzamanlı basınç ve hacim verileri sağlar.
Kardiyak pressuonlar yükleme koşulları ve kalp hızından bağımsız ventrikül fonksiyonu ölçümü için izin verdiği yeniden hacim analizi, kalp fonksiyonunun diğer tedbirler üzerinde özel avantajlar sunuyor. Sonu sistolik basınç hacim ilişkisi (ESPVR) d P / d t max -end-diyastolik volüm ilişkisi, maksimal elastisite (E max) ve askere almalarla inme çalışmaları (PRSW) preload: kontraktilitenin Özgül yük bağımsız kalp endeksleri içerir. Diyastolik fonksiyon bir yük bağımsız önlem diyastol sonu basınç hacim ilişkisi (EDPVR) 11 olduğunu. Aşağıdaki protokol karotis ve apikal yaklaşım her ikisini de kullanarak, kardiyak basınç volüm halkası analizinin yürütülmesini açıklar. Bu çalışmaları gerçekleştirmek için metodoloji detaylı, daha önce 8,11 olarak tarif edilmiş olmasına rağmen, biz de tuzlu ve küvet kalibrasyon düzeltme de dahil olmak üzere hassas basınç-hacim ölçümleri elde etmek önemli adımlar gözden ve thes görsel gösteri sağlayacake prosedürleri. Bu çalışma için yürütülen hayvanlarla Araştırma protokollerle ve onaylanmış Duke Üniversitesi Tıp Merkezi'nin Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu hayvan refahı düzenlemelerine göre ele alınmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz kardiyak kontraktilite ve rahatlama hem de kapsamlı analizler elde etmek, farelerde bir iletkenlik kateter kullanılarak basınç-hacim döngü analizi perfoming için bir yöntem açıklanmaktadır. Suga, Sagawa ve arkadaşları basınç-volüm kardiyak kontraktilite önlemleri özellikle ESPVR eğimini veya sistol sonu elastans (E es) ve E max tanımlamak için döngüler kullanılır. Hacminin (P / V) basınç oranı ile tanımlanır elastisite, sistol süresi boyunca değişir. Her sistol …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Amerikan Kalp Derneği 14FTF20370058 (DMA) ve NIH T32 HL007101-35 (DMA) tarafından desteklenmektedir.
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).
