En pacing-kontrolleret procedure til vurdering af hjertefrekvensafhængige diastoliske funktioner i murine hjertesvigt modeller

Summary

Denne protokol beskriver opnåelse af trykvolumenforholdet gennem transesophageal pacing, som tjener som et værdifuldt værktøj til evaluering af diastolisk funktion i musemodeller af hjertesvigt.

Abstract

Hjertesvigt med bevaret udstødningsfraktion (HFpEF) er en tilstand præget af diastolisk dysfunktion og træningsintolerance. Mens træningsstressede hæmodynamiske tests eller MR kan bruges til at detektere diastolisk dysfunktion og diagnosticere HFpEF hos mennesker, er sådanne modaliteter begrænsede i grundforskning ved hjælp af musemodeller. En løbebånd øvelsestest er almindeligt anvendt til dette formål hos mus, men dens resultater kan påvirkes af kropsvægt, skeletmuskelstyrke og mental tilstand. Her beskriver vi en atrie-pacing-protokol til at detektere pulsafhængige (HR)-afhængige ændringer i diastolisk ydeevne og validere dens anvendelighed i en musemodel af HFpEF. Metoden involverer bedøvelse, intubation og udførelse af trykvolumen (PV) loopanalyse samtidig med atriel pacing. I dette arbejde blev et konduktanskateter indsat via en venstre ventrikulær apikal tilgang, og et atrielt pacingkateter blev anbragt i spiserøret. Baseline PV-sløjfer blev indsamlet, før HR blev bremset med ivabradin. PV-sløjfer blev indsamlet og analyseret ved HR-trin fra 400 bpm til 700 bpm via atrietempo. Ved hjælp af denne protokol demonstrerede vi tydeligt HR-afhængig diastolisk svækkelse i en metabolisk induceret HFpEF-model. Både afslapningstidskonstanten (Tau) og det diastoliske tryk-volumen-forhold (EDPVR) blev forværret, da HR steg sammenlignet med kontrolmus. Afslutningsvis er denne atriale pacing-kontrollerede protokol nyttig til påvisning af HR-afhængige hjertedysfunktioner. Det giver en ny måde at studere de underliggende mekanismer for diastolisk dysfunktion i HFpEF-musemodeller og kan hjælpe med at udvikle nye behandlinger for denne tilstand.

Introduction

Hjertesvigt udgør en førende årsag til hospitalsindlæggelse og død over hele kloden, og hjertesvigt med bevaret udstødningsfraktion (HFpEF) tegner sig for omkring 50% af alle hjertesvigtdiagnoser. HFpEF er karakteriseret ved diastolisk dysfunktion og nedsat træningstolerance, og de tilknyttede hæmodynamiske abnormiteter, såsom diastolisk dysfunktion, kan tydeligt påvises gennem træningsstresset hæmodynamisk test eller MR-scanninger ^1,2.

I eksperimentelle modeller er tilgængelige metoder til vurdering af de fysiologiske abnormiteter relateret til HFpEF imidlertid begrænsede ^3,4. Treadmill træningstest (TMT) bruges til at bestemme køretid og afstand, hvilket kan afspejle træningsstress hjertehæmodynamik; Denne metode er imidlertid modtagelig for interferens fra fremmede variabler såsom kropsvægt, skeletmuskelstyrke og mental status.

For at omgå disse begrænsninger har vi udtænkt en protokol for atrielt tempo, der registrerer subtile, men afgørende ændringer i diastolisk ydeevne baseret på pulsen (HR) og har valideret dens anvendelighed i en musemodel af HFpEF⁵. Flere fysiologiske faktorer bidrager til træningsrelateret hjertefunktion, herunder det sympatiske nerve- og catecholaminrespons, perifer vasodilatation, endotelrespons og hjertefrekvens⁶. Blandt disse er HR-trykforholdet (også kaldet Bowditch-effekten) imidlertid kendt som en kritisk determinant for hjertefysiologiske træk ^7,8,9.

Protokollen indebærer udførelse af en konventionel trykvolumenanalyse ved baseline for at vurdere den systoliske og diastoliske funktion, herunder parametre som trykudviklingshastigheden (dp / dt), det endesystoliske tryk-volumenforhold (ESPVR) og det diastoliske trykvolumenforhold (EDPVR). Det skal dog bemærkes, at disse parametre påvirkes af HR, som kan variere mellem dyr på grund af forskelle i deres indre hjertefrekvens. Derudover bør virkningerne af anæstesi på HR også overvejes. For at løse dette blev HR standardiseret ved at administrere atrietempo samtidig med ivabradin, og hjerteparametermålinger blev udført ved trinvise hjertefrekvenser. Især adskilte det HR-afhængige hjerterespons HFpEF-mus fra kontrolgruppemusene, mens der ikke blev observeret signifikante forskelle i baseline PV-loop-målingerne (ved hjælp af den indre hjertefrekvens)⁵.

Selvom denne tempoprotokol kan virke relativt kompliceret, overstiger dens succesrate 90%, når den forstås godt. Denne protokol ville give en nyttig måde at studere de underliggende mekanismer for diastolisk dysfunktion i HFpEF musemodeller og hjælpe med udviklingen af nye behandlinger for denne tilstand.

Protocol

Denne dyreprotokol blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee og fulgte reglerne for dyreforsøg og relaterede aktiviteter ved University of Tokyo. Til denne undersøgelse blev der anvendt 8-12 uger gamle C57/Bl6J-hanmus. Dyrene blev hentet fra en kommerciel kilde (se materialetabellen). En model af HFpEF blev etableret ved at administrere en fedtrig diæt i 15 uger sammen med NG-nitro-L-argininmethylester, som beskrevet tidligere10. <st…

Representative Results

Baseline PV-sløjfedata vises i figur 1 og tabel 1. Ved baseline (i fravær af pacing) var der ingen signifikante forskelle i diastoliske parametre såsom afslapningstidskonstanten (Tau), den minimale trykændringshastighed (dP/dt min) og EDPVR mellem kontrolmusene og HFpEF-musene. HFpEF-musene udviste imidlertid højere blodtryk og arteriel elastans (Ea), som vist i figur 1, og viste en typisk bjergformet PV-sløjfe under ventrikulær systol. D…

Discussion

Vi præsenterer en metode til vurdering af trykvolumenforhold med anvendelsen af transesophageal pacing. Træningsintolerance er et af de vigtigste kendetegn ved HFpEF, men der er ingen teknikker til rådighed til evaluering af hjertefunktionen hos mus under træning. Vores pacing-protokol tilbyder et værdifuldt værktøj til at detektere diastolisk dysfunktion, som muligvis ikke er synlig under hvileforhold.

For at opnå en solcellesløjfe af nøjagtig og ensartet kvalitet skal følgende tri…

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