En pacingkontrollert prosedyre for vurdering av hjertefrekvensavhengige diastoliske funksjoner i musehjertesviktmodeller

Summary

Den foreliggende protokollen beskriver oppnåelse av trykk-volumforholdet gjennom transesophageal pacing, som tjener som et verdifullt verktøy for å evaluere diastolisk funksjon i musemodeller av hjertesvikt.

Abstract

Hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon (HFpEF) er en tilstand preget av diastolisk dysfunksjon og treningsintoleranse. Mens treningsstressede hemodynamiske tester eller MR kan brukes til å oppdage diastolisk dysfunksjon og diagnostisere HFpEF hos mennesker, er slike modaliteter begrenset i grunnleggende forskning ved hjelp av musemodeller. En tredemølle treningstest brukes ofte til dette formålet hos mus, men resultatene kan påvirkes av kroppsvekt, skjelettmuskelstyrke og mental tilstand. Her beskriver vi en atrie-pacing-protokoll for å oppdage hjertefrekvens (HR)-avhengige endringer i diastolisk ytelse og validere dens nytte i en musemodell av HFpEF. Metoden innebærer bedøvelse, intubering og utførelse av trykk-volum (PV) sløyfeanalyse samtidig med atriepacing. I dette arbeidet ble et konduktanskatetre lagt inn via en venstre ventrikkel apikal tilnærming, og et atriepacingkateter ble plassert i spiserøret. Baseline PV-sløyfer ble samlet inn før HR ble bremset med ivabradin. PV-sløyfer ble samlet inn og analysert i HR-trinn fra 400 bpm til 700 bpm via atriepacing. Ved hjelp av denne protokollen viste vi tydelig HR-avhengig diastolisk svekkelse i en metabolsk indusert HFpEF-modell. Både avslapningstidskonstanten (Tau) og det endediastoliske trykk-volumforholdet (EDPVR) forverret seg da HR økte sammenlignet med kontrollmus. Avslutningsvis er denne atriepacingkontrollerte protokollen nyttig for å oppdage HR-avhengige hjertedysfunksjoner. Det gir en ny måte å studere de underliggende mekanismene for diastolisk dysfunksjon i HFpEF-musemodeller og kan bidra til å utvikle nye behandlinger for denne tilstanden.

Introduction

Hjertesvikt representerer en ledende årsak til sykehusinnleggelse og død over hele verden, og hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon (HFpEF) står for rundt 50% av alle hjertesviktdiagnoser. HFpEF er preget av diastolisk dysfunksjon og nedsatt treningstoleranse, og de tilhørende hemodynamiske abnormiteter, som diastolisk dysfunksjon, kan tydelig oppdages gjennom treningsstresset hemodynamisk testing eller MR-skanning ^1,2.

I eksperimentelle modeller er imidlertid tilgjengelige modaliteter for å vurdere fysiologiske abnormiteter relatert til hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon begrenset ^3,4. Tredemølle treningstesting (TMT) brukes til å bestemme kjøretid og avstand, noe som kan gjenspeile treningsstress-hjertehemodynamikk; Imidlertid er denne metoden utsatt for forstyrrelser fra fremmede variabler som kroppsvekt, skjelettmuskelstyrke og mental status.

For å omgå disse begrensningene har vi utviklet en atrie-pacing-protokoll som oppdager subtile, men avgjørende endringer i diastolisk ytelse basert på hjertefrekvensen (HR) og har validert nytten i en musemodell av HFpEF⁵. Flere fysiologiske faktorer bidrar til treningsrelatert hjertefunksjon, inkludert sympatisk nerve- og katekolaminrespons, perifer vasodilatasjon, endotelrespons og hjertefrekvens⁶. Blant disse er imidlertid HR-trykkforholdet (også kalt Bowditch-effekten) kjent som en kritisk determinant for hjertefysiologiske egenskaper ^7,8,9.

Protokollen innebærer å utføre en konvensjonell trykk-volum-analyse ved baseline for å vurdere den systoliske og diastoliske funksjonen, inkludert parametere som frekvensen av trykkutvikling (dp / dt), det endesystoliske trykk-volumforholdet (ESPVR) og det endediastoliske trykk-volumforholdet (EDPVR). Det skal imidlertid bemerkes at disse parametrene påvirkes av HR, som kan variere mellom dyr på grunn av forskjeller i deres inneboende hjertefrekvens. I tillegg bør effekten av anestesi på HR også vurderes. For å løse dette ble HR standardisert ved å administrere atriepacing samtidig med ivabradin, og hjerteparametermålinger ble utført ved inkrementelle hjertefrekvenser. Spesielt skilte den HR-avhengige hjerteresponsen HFpEF-mus fra kontrollgruppemusene, mens ingen signifikante forskjeller ble observert i baseline PV-sløyfemålinger (ved bruk av egen hjertefrekvens)⁵.

Selv om denne pacingprotokollen kan virke relativt komplisert, overstiger suksessraten 90% når den er godt forstått. Denne protokollen vil gi en nyttig måte å studere de underliggende mekanismene for diastolisk dysfunksjon i HFpEF-musemodeller og bidra til utvikling av nye behandlinger for denne tilstanden.

Protocol

Denne dyreprotokollen ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee og fulgte regelverket for dyreforsøk og relaterte aktiviteter ved University of Tokyo. For denne studien ble 8-12 uker gamle mannlige C57 / Bl6J mus brukt. Dyrene ble hentet fra en kommersiell kilde (se materialfortegnelsen). En modell for hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon ble etablert ved å gi en fettrik diett i 15 uker i forbindelse med NG-nitro-L-argininmetylester, som beskrevet tidligere10</su…

Representative Results

Baseline PV-sløyfedata er vist i figur 1 og tabell 1. Ved baseline (i fravær av aktivitetsavpasning) var det ingen signifikante forskjeller i diastoliske parametere som relaksasjonstidskonstant (Tau), minste trykkendring (dP/dt min) og EDPVR mellom kontroll- og HFpEF-mus. Imidlertid viste HFpEF-musene høyere blodtrykk og arteriell elastans (Ea), som vist i figur 1, og demonstrerte en typisk fjellformet PV-sløyfe under ventrikulær systole. D…

Discussion

Vi presenterer en metodikk for å vurdere trykk-volum relasjoner med anvendelse av transøsofageal pacing. Treningsintoleranse er en av de viktigste egenskapene til HFpEF, men det er ingen teknikker tilgjengelig for evaluering av hjertefunksjon hos mus under trening. Vår pacingprotokoll tilbyr et verdifullt verktøy for å oppdage diastolisk dysfunksjon, som kanskje ikke er synlig under hvileforhold.

For å oppnå en PV-sløyfe av nøyaktig og konsistent kvalitet, må følgende trinn utføres…

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