إجراء يتم التحكم فيه بالسرعة لتقييم الوظائف الانبساطية المعتمدة على معدل ضربات القلب في نماذج قصور القلب في الفئران
Summary
يصف البروتوكول الحالي الحصول على علاقة الضغط والحجم من خلال تنظيم السرعة عبر المريء ، والذي يعمل كأداة قيمة في تقييم الوظيفة الانبساطية في نماذج الفئران لفشل القلب.
Abstract
فشل القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) هو حالة تتميز بالخلل الانبساطي وعدم تحمل التمرين. في حين يمكن استخدام اختبارات الدورة الدموية المجهدة أو التصوير بالرنين المغناطيسي للكشف عن الخلل الانبساطي وتشخيص HFpEF في البشر ، فإن هذه الطرائق محدودة في البحث الأساسي باستخدام نماذج الفئران. يشيع استخدام اختبار تمرين جهاز المشي لهذا الغرض في الفئران ، ولكن يمكن أن تتأثر نتائجه بوزن الجسم وقوة العضلات الهيكلية والحالة العقلية. هنا ، نصف بروتوكول تنظيم السرعة الأذيني للكشف عن التغيرات المعتمدة على معدل ضربات القلب (HR) في الأداء الانبساطي والتحقق من فائدته في نموذج الماوس من HFpEF. تتضمن الطريقة التخدير والتنبيب وإجراء تحليل حلقة حجم الضغط (PV) المصاحب لسرعة الأذينين. في هذا العمل ، تم إدخال قسطرة التوصيل عبر نهج قمي البطين الأيسر ، وتم وضع قسطرة سرعة الأذينية في المريء. تم جمع الحلقات الكهروضوئية الأساسية قبل إبطاء HR باستخدام ivabradine. تم جمع الحلقات الكهروضوئية وتحليلها بزيادات HR تتراوح من 400 نبضة في الدقيقة إلى 700 نبضة في الدقيقة عبر السرعة الأذينية. باستخدام هذا البروتوكول ، أظهرنا بوضوح ضعف الانبساطي المعتمد على HR في نموذج HFpEF المستحث بالتمثيل الغذائي. ساء كل من ثابت وقت الاسترخاء (Tau) وعلاقة الضغط والحجم الانبساطي النهائي (EDPVR) مع زيادة الموارد البشرية مقارنة بالفئران الضابطة. في الختام ، يعد هذا البروتوكول الذي يتم التحكم فيه بالسرعة الأذينية مفيدا للكشف عن اختلالات القلب المعتمدة على HR. يوفر طريقة جديدة لدراسة الآليات الأساسية للخلل الانبساطي في نماذج الفئران HFpEF وقد يساعد في تطوير علاجات جديدة لهذه الحالة.
Introduction
يمثل قصور القلب سببا رئيسيا لدخول المستشفى والوفاة في جميع أنحاء العالم ، ويمثل قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) حوالي 50٪ من جميع تشخيصات قصور القلب. يتميز HFpEF بالخلل الانبساطي وضعف تحمل التمرين ، ويمكن اكتشاف تشوهات الدورة الدموية المرتبطة به ، مثل الخلل الانبساطي ، بوضوح من خلال اختبار الدورة الدموية المجهد بالتمرين أو فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي 1,2.
ومع ذلك ، في النماذج التجريبية ، تكون الطرائق المتاحة لتقييم التشوهات الفسيولوجية المتعلقة ب HFpEF محدودة 3,4. يستخدم اختبار تمرين جهاز المشي (TMT) لتحديد وقت الجري والمسافة ، والتي قد تعكس ديناميكا الدم القلبية الناتجة عن إجهاد التمرين. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة عرضة للتداخل من المتغيرات الخارجية مثل وزن الجسم وقوة العضلات الهيكلية والحالة العقلية.
للتحايل على هذه القيود ، ابتكرنا بروتوكولا للسرعة الأذينية يكتشف التغييرات الطفيفة ولكن الحاسمة في الأداء الانبساطي بناء على معدل ضربات القلب (HR) وتحققنا من فائدته في نموذج الماوس HFpEF5. تساهم العديد من العوامل الفسيولوجية في وظيفة القلب المرتبطة بالتمرين ، بما في ذلك استجابة العصب الودي والكاتيكولامين ، وتوسع الأوعية المحيطية ، والاستجابة البطانية ، ومعدل ضربات القلب6. من بين هذه ، ومع ذلك ، فإن علاقة ضغط HR (وتسمى أيضا تأثير Bowditch) تعرف بأنها محدد حاسم للسمات الفسيولوجية القلبية7،8،9.
يتضمن البروتوكول إجراء تحليل تقليدي للضغط والحجم عند خط الأساس لتقييم الوظيفة الانقباضية والانبساطية ، بما في ذلك معلمات مثل معدل تطور الضغط (dp / dt) ، وعلاقة حجم الضغط الانقباضي النهائي (ESPVR) ، وعلاقة حجم الضغط الانبساطي النهائي (EDPVR). ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلمات تتأثر بالموارد البشرية ، والتي يمكن أن تختلف بين بسبب الاختلافات في معدل ضربات القلب الجوهري. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي أيضا النظر في آثار التخدير على الموارد البشرية. لمعالجة هذا الأمر ، تم توحيد الموارد البشرية من خلال إدارة سرعة الأذين بالتزامن مع إيفابرادين ، وتم إجراء قياسات معلمات القلب بمعدلات ضربات قلب متزايدة. والجدير بالذكر أن الاستجابة القلبية المعتمدة على HR ميزت الفئران HFpEF عن فئران المجموعة الضابطة ، في حين لم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية في قياسات الحلقة الكهروضوئية الأساسية (باستخدام معدل ضربات القلب الداخلي)5.
في حين أن بروتوكول السرعة هذا قد يبدو معقدا نسبيا ، إلا أن معدل نجاحه يتجاوز 90٪ عندما يكون مفهوما جيدا. سيوفر هذا البروتوكول طريقة مفيدة لدراسة الآليات الأساسية للخلل الانبساطي في نماذج الفئران HFpEF والمساعدة في تطوير علاجات جديدة لهذه الحالة.
Protocol
Representative Results
Discussion
نقدم منهجية لتقييم علاقات الضغط والحجم مع تطبيق سرعة عبر المريء. يعد عدم تحمل التمرين أحد الخصائص الرئيسية ل HFpEF ، ومع ذلك لا توجد تقنيات متاحة لتقييم وظيفة القلب في الفئران أثناء التمرين. يوفر بروتوكول السرعة الخاص بنا أداة قيمة للكشف عن الخلل الانبساطي ، والذي قد لا يكون واضحا في ظل ظروف ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من خلال منح بحثية من مؤسسة فوكودا للتكنولوجيا الطبية (إلى ET و G. N.) ومنحة البحث العلمي JSPS KAKENHI في المعونة 21K08047 (إلى ET).
Materials
| 2-0 silk suture, sterlie | Alfresa Pharma Corporation, Osaka, Japan | 62-9965-57 | Surgical Supplies |
| 2-Fr tetrapolar electrode catheter | Fukuda Denshi, Japan and UNIQUE MEDICAL, Japan | custom-made | Surgical Supplies |
| Albumin Bovine Serum | Nacalai Tesque, Inc., Kyoto, Japan | 01859-47 | Miscellaneous |
| C57/BI6J mouse | Jackson Laboratory | animals | |
| Conductance catheter | Millar Instruments, Houston, TX | PVR 1035 | |
| Electrical cautery, Electrocautery Knife Kit | ellman-Japan,Osaka, Japan | 1-1861-21 | Surgical Supplies |
| Etomidate | Tokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo Japan | E0897 | Anesthetic |
| Grass Instrument S44G Square Pulse Stimulator | Astro-Med, West Warwick, RI | Pacing equipment | |
| Isoflurane | Viatris Inc., Tokyo, Japan | 8803998 | Anesthetic |
| Ivabradine | Tokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo Japan | I0847 | Miscellaneous |
| LabChart software | ADInstruments, Sydney, Australia | LabChart 7 | Hemodynamic equipment |
| MPVS Ultra | Millar Instruments, Houston, TX | PL3516B49 | Hemodynamic equipment |
| Pancronium bromide | Sigma Aldrich Co., St. Louis, MO | 15500-66-0 | Anesthetic |
| PE10 polyethylene tube | Bio Research Center Co. Ltd., Tokyo, Japan | 62101010 | Surgical Supplies |
| PowerLab 8/35 | ADInstruments, Sydney, Australia | PL3508/P | Hemodynamic equipment |
| PVR 1035 | Millar Instruments, Houston, TX | 842-0002 | Hemodynamic equipment |
| Urethane (Ethyl Carbamate) | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 050-05821 | Anesthetic |
| Vascular Flow Probe | Transonic, Ithaca, NY | MA1PRB | Surgical Supplies |
References
- Backhaus, S. J. Exercise stress real-time cardiac magnetic resonance imaging for noninvasive characterization of heart failure with preserved ejection fraction. Circulation. 143 (15), 1484-1498 (2021).
- Borlaug, B. A., Nishimura, R. A., Sorajja, P., Lam, C. S. P., Redfield, M. M. Exercise hemodynamics enhance diagnosis of early heart failure with preserved ejection fraction. Circulation. Heart Failure. 3 (5), 588-595 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., David, A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nature Protocols. 3 (9), 1422-1434 (2008).
- Cingolani, O. H., Kass, D. A. Pressure-volume relation analysis of mouse ventricular function. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 301 (6), 2198-2206 (2011).
- Numata, G., et al. A pacing-controlled protocol for frequency-diastolic relations distinguishes diastolic dysfunction specific to a mouse HFpEF model. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 323 (3), H523-H527 (2022).
- Piña, I. L., et al. Exercise and heart failure. Circulation. 107 (8), 1210-1225 (2003).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Minimal force-frequency modulation of inotropy and relaxation of in situ murine heart. Journal of Physiology. 534 (2), 535-545 (2001).
- Takimoto, E., et al. Frequency- and afterload-dependent cardiac modulation in vivo by troponin I with constitutively active protein kinase A phosphorylation sites. Circulation Research. 94 (4), 496-504 (2004).
- Meyer, M., Lewinter, M. M. Heart rate and heart failure with preserved ejection fraction: Time to slow β-blocker use? Circulation. Heart Failure. 12 (8), 006213 (2019).
- Schiattarella, G. G., et al. Nitrosative stress drives heart failure with preserved ejection fraction. Nature. 568 (7752), 351-356 (2019).
- Abraham, D., Mao, L. Cardiac pressure-volume loop analysis using conductance catheters in mice. Journal of Visualized Experiments. (103), e52942 (2015).
- Zhang, B., Davis, J. P., Ziolo, M. T. Cardiac catheterization in mice to measure the pressure volume relationship: Investigating the Bowditch effect. Journal of Visualized Experiments. (100), e52618 (2015).
- Townsend, D. W. Measuring pressure volume loops in the mouse. Journal of Visualized Experiments. (111), e53810 (2016).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Estimation of parallel conductance by dual-frequency conductance catheter in mice. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 279 (1), H47 (2000).
