القلب حجم الضغط تحليل حلقة عن طريق القسطرة المواصلة في الفئران
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
يوفر القلب تحليل ضغط حجم حلقة على معلومات مفصلة من وظيفة القلب وهي المعيار الذهبي لتقييم وظيفي 1. بينما تقنيات التصوير مثل ضربات القلب أو التصوير بالرنين المغناطيسي القلب وتوفر تدابير وظيفية، وتعتمد اعتمادا كبيرا على ظروف التحميل هذه التدابير. تتطلب تدابير تحميل مستقلة عن انقباض القلب والاسترخاء القياسات الحيوية من ضغط البطين وحجم العلاقة على مجموعة من التحميل وبعد التحميل. هذا الفهم للعلاقة حجم الضغط الذي يطرح نفسه من العمل الرائد من ساجوا وزملاؤه 2،3. تظاهروا في خارج الحي قلوب الكلاب perfused أن حجم الضغط حلقة التدابير انقباض المستمدة مستقلة عن ظروف التحميل 4.
في تطبيق الجسم الحي من هذه التحليلات اصبح ممكنا مع تطور القسطرة تصرف في 1980s. هذا التقدم التقني يسمح كاSS وزملاؤه لأداء ضغط حجم تحليل حلقة في البشر 5،6. جعل التصغير القسطرة تصرف والتحسينات في التقنيات الجراحية في وقت متأخر من عام 1990 7 تحليل القوارض وظيفة القلب ممكنا، مما يسمح للدراسات الجينية والدوائية التي يتعين القيام بها. هذا التقدم منذ ذلك الحين تؤدي إلى الاستخدام الواسع النطاق للضغط حجم تحليل حلقة ولدت قدرا كبيرا من التبصر في علم وظائف الأعضاء قلبية الثدييات.
وثمة مفهوم رئيسي في استخدام القسطرة تصرف وتفسير البيانات التي تم الحصول عليها منه هي العلاقة بين الحجم وتصرف. تصرف يرتبط عكسيا مع الجهد، والتي تقاس باستخدام القسطرة مع أقطاب كهربية وضعت قريب، وعادة ما يوضع تحت الصمام الأبهري، وبشكل أقصى، في ذروة LV 8. يتم قياس التغيرات في الجهد أو تصرف من قبل التغيرات في التيار المتدفق من الأقرب إلى القطب البعيدة. على الرغم من أن تجمع الدم تسهمق إلى حد كبير في تصرف، ومساهمة من جدار البطين، وصف تصرف الموازي (V ع)، للا بد من طرح تصرف قياس للحصول على قياسات حجم LV المطلقة.
طرق لأداء هذا التصحيح، ودعا الى معايرة المالحة، تمت مناقشتها في بروتوكول أدناه. العلاقة الرياضية بين تصرف وحدة التخزين، التي وصفها باحت والزملاء، هي أن حجم = 1 / α؛ (ρ L 2) (GG ع)، حيث معامل التصحيح α = حقل موحد، ρ = المقاومة الدم، L = المسافة بين الأقطاب، G = تصرف وG ع = تصرف غير الدم-9. من المذكرة، ومعامل التصحيح الحقل الموحد في الفئران يقترب 1.0 بسبب كميات غرفة صغيرة 10. إلى جانب محولات الضغط، والقسطرة تصرف يوفر في الوقت الحقيقي ضغط في وقت واحد وحجم البيانات.
لض القلبإعادة حجم يعرض تحليل مزايا معينة أكثر من غيرها من التدابير من وظيفة القلب، لأنها تسمح لقياس وظيفة البطين مستقلة عن ظروف التحميل ومعدل ضربات القلب. مؤشرات محددة الحمل مستقل القلب من انقباض وتشمل: نهاية الانقباضي حجم الضغط علاقة (ESPVR)، د ف / د ر ماكس–end الانبساطي حجم العلاقة، مرانية القصوى (E كحد أقصى) والتحميل المسبق عمل السكتة الدماغية recruitable (PRSW). مقياس الحمل مستقلة عن وظيفة الانبساطي هي العلاقة حجم الضغط نهاية الانبساط (EDPVR) 11. يصف بروتوكول التالية سلوك القلب حجم الضغط تحليل حلقة، باستخدام كل من الشريان السباتي ونهج القمي. بينما وصفت منهجية لتنفيذ هذه الدراسات بالتفصيل سابقا 8،11، وسوف نستعرض الخطوات الأساسية للحصول على قياسات ضغط حجم دقيقة، بما في ذلك المياه المالحة وكوفيت المعايرة التصحيح، وتوفير مظاهرة البصرية من تساإجراءات ه. وكان التعامل مع الحيوانات البحوث التي أجريت لهذه الدراسة وفقا لبروتوكولات المعتمدة واللوائح الرفق بالحيوان لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي المركز الطبي لجامعة ديوك.
Protocol
Representative Results
Discussion
نحن تصف طريقة لperfoming حجم الضغط تحليل حلقة باستخدام القسطرة تصرف في الفئران، لاستخلاص تحليلات شاملة لكل من انقباض القلب والاسترخاء. سوجا، ساجوا وزملاؤه تستخدم الضغط حجم الحلقات لتحديد تدابير لانقباض القلب، وتحديدا المنحدر من ESPVR، أو مرانية نهاية الانقباضي (الخانا…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويؤيد هذا العمل من قبل جمعية القلب الأمريكية 14FTF20370058 (DMA) وNIH 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 |
References
- 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).
