Ikke-invasiv elektrokardiografi i perinatalmusen
Summary
Her presenterer vi en ikke-invasiv elektrokardiografi (EKG)-protokoll, optimalisert for tidlige postnatale mus, som ikke krever bruk av anestetika.
Abstract
Elektrokardiografi (EKG) har lenge vært avhengig av som en effektiv og pålitelig metode for å vurdere kardiovaskulær (og kardiopulmonal) funksjon i både menneskelige og animalske sykdomsmodeller. Individuell hjertefrekvens, rytme og regularitet, kombinert med kvantitative parametere samlet inn fra EKG, tjener til å vurdere integriteten til hjerteledningssystemet samt den integrerte fysiologien i hjertesyklusen. Denne artikkelen gir en omfattende beskrivelse av metodene og teknikkene som brukes til å utføre et ikke-invasivt EKG på perinatal og neonatalmusunger så tidlig som den første postnatale dagen, uten å kreve bruk av anestetika. Denne protokollen ble designet for å direkte adressere et behov for en standardisert og repeterbar metode for å oppnå EKG hos nyfødte mus. Fra et translasjonelt perspektiv viser denne protokollen seg å være helt effektiv for karakterisering av medfødte kardiopulmonale defekter generert ved hjelp av transgene muselinjer, og spesielt for analyse av defekter som forårsaker dødelighet på eller i løpet av de første postnatale dagene. Denne protokollen tar også sikte på å direkte adressere et gap i den vitenskapelige litteraturen for å karakterisere og gi normative data forbundet med modning av det tidlige postnatale hjerteledningssystemet. Denne metoden er ikke begrenset til et bestemt postnatal tidspunkt, men åpner heller for EKG-datainnsamling hos nyfødte musevalper fra fødsel til postnatal dag 10 (P10), et vindu som er av avgjørende betydning for modellering av menneskelige sykdommer in vivo, med særlig vekt på medfødt hjertesykdom (CHD).
Introduction
Hjertefunksjon kan måles på forskjellige måter, hvorav den vanligste inkluderer bruk av elektrokardiografi (EKG) for å analysere ledningen av elektrisk strøm gjennom hjertet, samt dens generelle hjertesyklus og funksjon1. Elektrokardiografi fortsetter å være et nyttig diagnostisk verktøy for å identifisere og karakterisere hjerteanomalier i både menneskelige og animalske modeller av sykdom1,2. Uregelmessigheter i en elektrokardiogramavlesning finnes i unormal hjerteutvikling (f.eks. medfødt hjertesykdom (CHD)), og kan omfatte arytmier som manifesterer seg som endringer i hjertefrekvens (f.eks. bradykardi) og rytme (f.eks. “hjerteblokker”), som tyder på defekter i integriteten og/eller funksjonen til det underliggende myokardiet. Slike endringer kan predisponere pasienter for livstruende hjertedysfunksjon (f.eks. kongestiv hjertesvikt og/eller hjertestans) og øktdødelighet 3,4. Gitt den høye dødeligheten med alvorlig og ubehandlet CHD, er det avgjørende å utvikle en standardisert og repeterbar metode for innsamling av EKG i denne tidlige postnatale perioden.
Selv om vi ikke er de første til å løse dette problemet, har tidligere metoder for å samle EKG på en musvalper tradisjonelt inkludert invasive prosedyrer (subkutane nåle- eller trådelektroder) og / eller bruk av anestetika5,6,7. Fordelene ved å utføre ikke-invasiv EKG-analyse inkluderer å minimere smerte og angre stress på dyret. Mens eksperimentereren fortsatt må være forsiktig med å forårsake pupstress, er enheten designet for å unngå vanlige stressfaktorer for å produsere nøyaktige data. I sammenheng med å evaluere hjertefunksjon, innføring av anestesi til dyr som kan ha kardiopulmonal abnormiteter kan potensielt maskere eller til og med forverre underliggende forhold. Anestetika kan påvirke den elektriske ledningen ved å endre depolarisering og/eller repolarisering av cellene. Til slutt kan bruk av anestesi sette den nyfødte valpen med økt risiko for hypotermi, noe som ytterligere kan forvirre enhver iboende patologi. Følgende protokoll introduserer ingen anestetika, invasive prosedyrer eller uttalt ubehag for valpen. Når utstyrsoppsettet er ferdig, kan enhetsoppsett og datainnsamling som involverer dyret fullføres effektivt, hvor etter som valpene kan returneres til sin mor. I tillegg gjør dette systemet det mulig å gjenta og/eller serielle analyser, noe som er ideelt for eksperimenter som krever analyse over tid, innføring av farmakologiske terapier osv.
Protocol
Representative Results
Discussion
Datapunktene som samles inn perinatal dag 1 musevalper er litt under de gjennomsnittlige forventede verdiene for voksne mus (500-700 slag per minutt). 8 Det er en økning i hjertefrekvensen etter hvert som musen eldes, noe som faller mer i kø for de forventede verdiene (tabell 1). Det er imidlertid viktig å understreke at neonatale verdier var på den nedre enden av dette området, og støtter ideen om at normative verdier skal dokumenteres på en aldersspesifikk måte. Denne me…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne anerkjenner sjenerøs støtte fra Saving tiny Hearts Society (KLT), UNE COBRE Program (NIGMS-tilskuddsnummer P20GM103643; LAF), og SURE Fellowship Program ved University of New England (VLB), samt pasientteknisk støtte fra Ashish More (iWorx, Dover, NH). Figur 3, figur 4 og figur S1 ble opprettet med Biorender-programvare.
Materials
| LabScribe4 | iWorx | LabScribe4 | Software used to record ECG | https://www.iworx.com/users/teaching.php |
| Neonatal Mouse ECG & Respiration System | iWorx | RS-NMECG : Neonatal Mouse ECG | ECG device | https://www.iworx.com/research/cardiac-function/rs-nmecg/ |
| Tensive Conductive Adhesive Gel | Parker Laboratories, Inc | 22-60 | Tac-gel used as conductive gel for ECG | https://www.parkerlabs.com/tensive.asp |
References
- Pappano, A. J., Wier, W. G. . Cardiovascular Physiology. 11, 40-41 (2019).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: A matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 1-19 (2012).
- Sisakian, H. Cardiomyopathies: Evolution of pathogenesis concepts and potential for new therapies. World Journal of Cardiology. 6 (6), 478-494 (2014).
- London, B. Cardiac Arrhythmias: From (Transgenic) Mice to Men. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12 (9), 1089-1091 (2001).
- Zehendner, C. M., Luhmann, H. J., Yang, J. -. W. A Simple and Novel Method to Monitor Breathing and Heart Rate in Awake and Urethane Anesthetized Newborn Rodents. PLoS ONE. 5, 62628 (2013).
- Zhao, Y., et al. Dry-contact microelectrode membranes for wireless detection of electrical phenotypes in neonatal mouse hearts. Biomedical Microdevices. 17 (2), 40 (2015).
- Cao, H., et al. Wearable multi-channel microelectrode membranes for elucidating electrophysiological phenotypes of injured myocardium. Integrative Biology. 6 (8), 789 (2014).
- Ho, D., et al. Heart rate and electrocardiography monitoring in mice. Current Protocols in Mouse Biology. 1 (1), 123-139 (2011).
- Heier, C. R., Hampton, T. G., Wang, D., DiDonato, C. J. Development of electrocardiogram intervals during growth of FVB/N neonate mice. BMC Physiology. 10, 16 (2010).
- Heier, C. R., DiDonato, C. J. ECG in neonate mice with spinal muscular atrophy allows assessment of drug efficacy. Frontiers Biosciences (Elite Ed). 7, 107-116 (2015).
- Chu, V., et al. Method for noninvasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Patel, S. I., Souter, M. J. Equipment-related electrocardiographic artifacts: causes, characteristics, consequences, and correction. Anesthesiology. 108 (1), 138-148 (2008).
- Castellan, R. F. P., Thomson, A., Moran, C. M., Gray, G. A. Electrocardiogram-gated kilohertz visualisation (EKV) ultrasound allows assessment of neonatal cardiac structural and functional maturation and longitudinal evaluation of regeneration after injury. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (1), 167-179 (2020).
