Una procedura controllata dalla stimolazione per la valutazione delle funzioni diastoliche dipendenti dalla frequenza cardiaca in modelli murini di insufficienza cardiaca
Summary
Il presente protocollo descrive l’ottenimento della relazione pressione-volume attraverso la stimolazione transesofagea, che funge da strumento prezioso nella valutazione della funzione diastolica in modelli murini di insufficienza cardiaca.
Abstract
L’insufficienza cardiaca con frazione di eiezione conservata (HFpEF) è una condizione caratterizzata da disfunzione diastolica e intolleranza all’esercizio fisico. Mentre i test emodinamici da sforzo o la risonanza magnetica possono essere utilizzati per rilevare la disfunzione diastolica e diagnosticare l’HFpEF nell’uomo, tali modalità sono limitate nella ricerca di base che utilizza modelli murini. Un test da sforzo su tapis roulant è comunemente usato per questo scopo nei topi, ma i suoi risultati possono essere influenzati dal peso corporeo, dalla forza muscolare scheletrica e dallo stato mentale. Qui, descriviamo un protocollo di stimolazione atriale per rilevare i cambiamenti dipendenti dalla frequenza cardiaca (HR) nelle prestazioni diastoliche e convalidare la sua utilità in un modello murino di HFpEF. Il metodo prevede l’anestesia, l’intubazione e l’esecuzione dell’analisi del circuito pressione-volume (PV) in concomitanza con la stimolazione atriale. In questo lavoro, è stato inserito un catetere di conduttanza tramite un approccio apicale ventricolare sinistro e un catetere di stimolazione atriale è stato posizionato nell’esofago. I loop fotovoltaici al basale sono stati raccolti prima che l’HR fosse rallentato con ivabradina. I loop fotovoltaici sono stati raccolti e analizzati con incrementi di FC compresi tra 400 bpm e 700 bpm tramite stimolazione atriale. Utilizzando questo protocollo, abbiamo chiaramente dimostrato la compromissione diastolica HR-dipendente in un modello di HFpEF indotto metabolicamente. Sia la costante di tempo di rilassamento (Tau) che la relazione pressione-volume telediastolica (EDPVR) sono peggiorate con l’aumentare della frequenza cardiaca rispetto ai topi di controllo. In conclusione, questo protocollo controllato dalla stimolazione atriale è utile per rilevare le disfunzioni cardiache HR-dipendenti. Fornisce un nuovo modo per studiare i meccanismi alla base della disfunzione diastolica nei modelli murini di HFpEF e può aiutare a sviluppare nuovi trattamenti per questa condizione.
Introduction
L’insufficienza cardiaca rappresenta una delle principali cause di ospedalizzazione e morte in tutto il mondo e l’insufficienza cardiaca con frazione di eiezione conservata (HFpEF) rappresenta circa il 50% di tutte le diagnosi di insufficienza cardiaca. L’HFpEF è caratterizzata da disfunzione diastolica e ridotta tolleranza all’esercizio fisico e le anomalie emodinamiche associate, come la disfunzione diastolica, possono essere chiaramente rilevate attraverso test emodinamici da sforzo o scansioni MRI 1,2.
Nei modelli sperimentali, tuttavia, le modalità disponibili per valutare le anomalie fisiologiche correlate all’HFpEF sono limitate 3,4. Il test da sforzo su tapis roulant (TMT) viene utilizzato per determinare il tempo di corsa e la distanza, che potrebbero riflettere l’emodinamica cardiaca da sforzo da sforzo; Tuttavia, questo metodo è suscettibile di interferenze da parte di variabili estranee come il peso corporeo, la forza muscolare scheletrica e lo stato mentale.
Per aggirare queste limitazioni, abbiamo ideato un protocollo di stimolazione atriale che rileva cambiamenti sottili ma cruciali nelle prestazioni diastoliche in base alla frequenza cardiaca (FC) e ne abbiamo convalidato l’utilità in un modello murino di HFpEF5. Diversi fattori fisiologici contribuiscono alla funzione cardiaca correlata all’esercizio, tra cui la risposta del nervo simpatico e delle catecolamine, la vasodilatazione periferica, la risposta endoteliale e la frequenza cardiaca6. Tra questi, tuttavia, la relazione HR-pressione (chiamata anche effetto Bowditch) è nota come determinante critico delle caratteristiche fisiologiche cardiache 7,8,9.
Il protocollo prevede l’esecuzione di un’analisi pressione-volume convenzionale al basale per valutare la funzione sistolica e diastolica, compresi parametri come la velocità di sviluppo della pressione (dp/dt), la relazione pressione-volume telesistolica (ESPVR) e la relazione pressione-volume telediastolica (EDPVR). Tuttavia, va notato che questi parametri sono influenzati dalla frequenza cardiaca, che può variare tra gli animali a causa delle differenze nella loro frequenza cardiaca intrinseca. Inoltre, dovrebbero essere considerati anche gli effetti dell’anestesia sulla frequenza cardiaca. Per affrontare questo problema, la frequenza cardiaca è stata standardizzata somministrando la stimolazione atriale in concomitanza con ivabradina e le misurazioni dei parametri cardiaci sono state eseguite a frequenze cardiache incrementali. In particolare, la risposta cardiaca dipendente dall’HR ha distinto i topi HFpEF dai topi del gruppo di controllo, mentre non sono state osservate differenze significative nelle misurazioni del loop PV al basale (utilizzando la frequenza cardiaca intrinseca)5.
Sebbene questo protocollo di stimolazione possa sembrare relativamente complicato, il suo tasso di successo supera il 90% quando è ben compreso. Questo protocollo fornirebbe un modo utile per studiare i meccanismi alla base della disfunzione diastolica nei modelli murini di HFpEF e aiuterebbe nello sviluppo di nuovi trattamenti per questa condizione.
Protocol
Representative Results
Discussion
Presentiamo una metodologia per valutare le relazioni pressione-volume con l’applicazione della stimolazione transesofagea. L’intolleranza all’esercizio fisico è una delle caratteristiche chiave dell’HFpEF, ma non sono disponibili tecniche per la valutazione della funzione cardiaca nei topi durante l’esercizio. Il nostro protocollo di stimolazione offre uno strumento prezioso per rilevare la disfunzione diastolica, che potrebbe non essere evidente in condizioni di riposo.
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Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni di ricerca della Fukuda Foundation for Medical Technology (a E.T. e G. N.) e dal JSPS KAKENHI Scientific Research Grant-in-Aid 21K08047 (a E.T.).
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
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