Summary
אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) היא משתנה המפתח להבנת אלקטרופיזיולוגיה של הלב. לפעילות גופנית יש השפעות מועילות, אך היא עלולה גם להזיק בהקשר של מחלות לב וכלי דם. כתב יד זה מספק שיטה לרישום אק"ג בזמן אמת במהלך פעילות גופנית, אשר יכול לשמש לחקר השפעותיו על אלקטרופיזיולוגיה של הלב בעכברים.
Abstract
פעילות גופנית סדירה היא תורמת מרכזית לבריאות הלב וכלי הדם, ומשפיעה על תהליכים מטבוליים ואלקטרופיזיולוגיים שונים. עם זאת, במחלות לב מסוימות כגון תסמונות הפרעות קצב תורשתיות, למשל, קרדיומיופתיה אריתמוגנית (ACM) או מיוקרדיטיס, פעילות גופנית עלולה להיות בעלת השפעות שליליות על הלב המובילות לייצור מצע פרואריתמוגני. נכון לעכשיו, המנגנונים המולקולריים הבסיסיים של עיצוב מחדש פרואריתמוגני הקשור לפעילות גופנית אינם ידועים במידה רבה, ולכן עדיין לא ברור אילו תדירות, משך ועוצמה של פעילות גופנית יכולים להיחשב בטוחים בהקשר של מחלה.
השיטה המוצעת מאפשרת לחקור השפעות פרואריתמיות/אנטי-אריתמיות של פעילות גופנית על ידי שילוב אימון הליכון עם ניטור בזמן אמת של האק"ג. מכשירי טלמטריה מושתלים משמשים לרישום רציף של האק"ג של עכברים הנעים בחופשיות במשך תקופה של עד 3 חודשים הן במנוחה והן במהלך אימון הליכון. תוכנת רכישת נתונים עם מודולי הניתוח שלה משמשת לניתוח פרמטרים בסיסיים של א.ק.ג. כגון דופק, משך גל P, מרווח יחסי ציבור, מרווח QRS או משך QT במנוחה, במהלך ואחרי אימון. יתר על כן, פרמטרים של השתנות קצב הלב (HRV) והתרחשות של הפרעות קצב מוערכים. בקצרה, כתב יד זה מתאר גישה שלב אחר שלב לחקור באופן ניסיוני השפעות המושרות על פעילות גופנית על אלקטרופיזיולוגיה של הלב, כולל עיצוב מחדש פרואריתמוגני פוטנציאלי במודלים של עכברים.
Introduction
פעילות גופנית סדירה חשובה לחיים בריאים. עם זאת, מצבים קרדיווסקולריים מסוימים מובילים למצבים שבהם הסכמה הגיונית זו לפחות מוטלת בספק. בחולים עם דלקת שריר הלב, הנתונים הנוכחיים אפילו מראים תופעות לוואי של פעילות גופנית, ולכן מומלץ להשהות את כל הפעילות הגופנית לתקופה מסוימת בחולים אלה 1,2,3. במחלות לב וכלי דם אחרות (CVD) כגון תסמונות הפרעות קצב תורשתיות קיימות פחות עדויות על רמת פעילות גופנית מתאימה 4,5,6,7, מה שהופך את הייעוץ הקליני במקרים אלה, בעיקר לחולים צעירים ופעילים גופנית, למאתגר מאוד.
עיצוב מחדש שלילי המוביל להתכווצות מופחתת ואי ספיקת לב ועיצוב מחדש של הפרעות קצב המוביל להפרעות קצב ומוות לבבי פתאומי הוצעו כסימני היכר של השפעות מזיקות הקשורות לפעילות גופנית על הלב8. מספר רב של מחקרים מצביעים על השפעות מועילות של פעילות גופנית מתונה על פני ספקטרום רחב של מחלות שונות 9,10. עם זאת, אימונים נרחבים עלולים לגרום להשפעות מזיקות על הלב המובילות להפרעות קצב, במיוחד אצל ספורטאים בריאים11. למרות שתהליכי עיצוב מחדש מבניים המובילים לייצור מצע פרואריתמי פגיע עשויים לעמוד בבסיס מצב פרדוקס זה, כפי שהודגם ברצי מרתון12, המנגנונים הספציפיים של עיצוב מחדש שלילי הקשור לפעילות גופנית הן אצל אנשים בריאים והן בחולים עם מחלות לב וכלי דם עדיין אינם ידועים במידה רבה.
בבעלי חיים, במיוחד בעכברים, פותחו מספר מודלים מתאימים לחיקוי מגוון רחב של מחלות לב וכלי דם13,14. כמו כן, נקבעו מודלים שונים של אימונים ופרוטוקולי אימון בעכברים 15,16,17, כולל אימון הליכון ממונע, ריצת גלגלים רצונית (VWR) ושחייה17,18. הערכה של אלקטרופיזיולוגיה של הלב על ידי ניטור אק"ג באופן קלאסי תלויה בקשר מוליך ישיר בין בעל החיים לבין מכשיר גילוי כלשהו. לכן, או שיש להרדים בעלי חיים, למשל, כדי להשיג רישומי אק"ג באמצעות אלקטרודות חדות19, או שבעלי חיים צריכים להיות משותקים על ידי מרסן 20, או שאיכות הנתונים נפגעת עקב חפצי תנועה, למשל, בעת שימוש באלקטרודות כפות21 או פלטפורמות מוליכות22 המאפשרות ניתוח בסיסי בלבד. לפיכך, אף אחת מהגישות הנ"ל אינה תואמת את פרוטוקולי האימון וכתוצאה מכך מונעת מחקרים על מנגנונים הקשורים לפעילות גופנית המובילים לעיצוב מחדש שלילי בעכברים. מכשירי טלמטריה מושתלים יכולים להתגבר על מכשולים אלה והם כיום הכלי החזק ביותר ותקן הזהב להערכת אלקטרופיזיולוגיה של מורין in vivo בבעלי חיים מודעים ונעים23,24. פתרונות חומרת הטלמטריה הנוכחיים פותחו כדי לנטר עכברים בכלובים שלהם25,26, ובדרך כלל דורשים מקלט להיות ממוקם מתחת לכלוב לאיסוף נתונים, ובכך להפוך ניטור בזמן אמת מחוץ לנסיבות אלה מאתגר. כאן אנו מספקים גישה לחקר ההשפעות של פעילות גופנית על אלקטרופיזיולוגיה של הלב והפרעות קצב על ידי רישום אק"ג בזמן אמת במהלך אימון הליכון בעכברים באמצעות מכשירי טלמטריה מושתלים. כל הפרמטרים שהתקבלו נותחו כפי שתואר בעבר על ידי Tomsits et al.23.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל הנהלים בבעלי חיים נערכו בהתאם להנחיות הוועדה לטיפול בבעלי חיים ואתיקה של אוניברסיטת מינכן וכל הנהלים אושרו על ידי ממשלת בוואריה, מינכן, גרמניה (ROB-55.2-2532.Vet_02-16-200). במחקר זה נעשה שימוש בארבעה עכברי בר זכרים מסוג C57BL/6N.
1. הכנה והשתלה כירורגית של המשדר
הערה: לקבלת פרוטוקול מפורט של הכנת משדר והשתלתו, עיין McCauley et al.26.
- הכנת המשדר
- השתמש ישירות במשדרים חדשים מכיוון שהם סטריליים. אם נעשה שימוש חוזר במשדרים, נקה את המכשיר על ידי הצבתו במי מלח כדי להיפטר מכתמי דם, הסר את כל שברי הרקמה הנצמדים למשדר ולאלקטרודות העופרת. לאחר הניקוי הראשוני, במידת הצורך, יש לטבול את המשדר בתמיסת ניקוי של 1% (ראה טבלת חומרים) למשך 4 שעות כדי להמשיך ולנקות את המשדר.
- הפעל את המשדר על ידי הצבת המגנט שסופק בסמיכות. לאחר ההפעלה, בדוק את האות מהמשדר באמצעות מכשיר רדיו בתדר AM של 530 הרץ. צפצוף חד וברור מעיד על כך שהמשדר מופעל, ואילו משדר לא פעיל אינו נותן אות.
- הכנה כירורגית והשתלה
הערה: כל ההליכים הכירורגיים חייבים להתבצע בתנאים נקיים וסטריליים.- יש לחטא את כל המשטחים והציוד הרב פעמי לפני השימוש ולהשתמש בכלים חד פעמיים סטריליים, כגון גזה, כפפות וכו'.
- הכינו את מוליכי המשדר על ידי קיצור לאורכים אופטימליים, העופרת השלילית (לבנה) לכ-3.5 ס"מ והעופרת החיובית (אדומה) לכ-2.5 ס"מ. הסר את נדן הבידוד האדום והלבן בקצה האלקטרודות על ידי ביצוע חתך קטן כדי לחשוף 5-7 מ"מ של החוט המוליך.
הערה: אורכים אלה מומלצים לעכברי BALB/c בני 9-12 שבועות או C57BL/6, במשקל ~25 גרם. התאם אם החיות המשמשות במחקר גדולות / כבדות יותר. - שימו לב למשקל המשדר ולמשקל הגוף של העכבר. כמו כן, שים לב למספר הסידורי ולערכי הכיול של המשדר שסופק על ידי DSI.
הערה: משקל הגוף של החיה משמש לחישוב מינונים של חומרי הרדמה ומשככי כאבים. משקל הגוף הראשוני משמש גם כהתייחסות להערכת התאוששות בעלי חיים לאחר הניתוח. - הרדימו את העכבר בתא אינדוקציה המחובר לוופורייזר איזופלורן סמוק עם 2%-3% איזופלורן (vol/vol) המונע על ידי 1 ליטר/דקה של 100% חמצן. יש להמתין להופעת נרקוזיס מלאה ולבדוק את צביטת הבוהן ואת רפלקס העפעף כדי להבטיח עומק תקין של נרקוזיס לפני שתמשיך.
- לאחר מכן, הניחו את בעל החיים המרדים במצב שכיבה והשתמשו במשחה (ראו טבלת חומרים) כדי למנוע יובש בעיניים במהלך ההליך. בצע את ההליך הכירורגי בתנאים נקיים על סוויטה כירורגית כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של העכבר ב 37 ° C. הכנס בדיקה רקטלית כחיישן טמפרטורה.
- לשמור על ההרדמה על ידי יישום איזופלורן רציף (1.5%-2%). להזריק פנטניל (0.50 מיקרוגרם / גרם) intraperitoneally עבור שיכוך כאבים. חבר סופח למערך האוורור כדי למנוע בריחת גז עודף לחדר הניתוח (מומלץ).
- הכנס אלקטרודות א.ק.ג של מחט בשתי הזרועות ואת אלקטרודת הארקה לרגל שמאל של העכבר כדי לקבל תצורת אק"ג I עופרת כדי לפקח על האק"ג במהלך הניתוח ולקבל אק"ג בסיסי.
- יש לגלח את הבטן והחזה ולחטא את אזור הניתוח באמצעות כלורהקסידין/אלכוהול (ראו טבלת חומרים). השתמש בפינצטה כדי להדק את העור ולבצע חתך בטני בקו האמצע הגחוני של 1.5-2 ס"מ באמצעות מספריים (לפרטומיה).
- צרו כיס תת-עורי (כ-1 מ"מ) בחזה הימני העליון ובחזה השמאלי התחתון מתחת ללב לצורך הנחת מוליכי האלקטרודות, כפי שמוצג באיור 1.
- מניחים את גוף המשדר בעדינות בצפק מעל המעי. הכנס מחט 14 G תת עורית משני הכיסים בחזה הימני העליון ובכיס החזה השמאלי התחתון שנעשו קודם לכן כדי ליצור תעלה למיקום אלקטרודות.
- הנחות את האלקטרודות האדומות והלבנות דרך המחט כדי למקם אותן בתצורת עופרת II. מקמו וקיבעו את קצות האלקטרודות באמצעות תפרים 6.0, אלקטרודה חיובית (אדומה) בחזה השמאלי התחתון והאלקטרודה השלילית (לבנה) בחזה הימני העליון.
- תפרו את כל החתכים באמצעות תפרים 6.0 ומרחו חומר חיטוי (ראו טבלת חומרים) על הפצעים. העבירו את בעל החיים לכלוב התאוששות (רק חיה/כלוב אחד) והניחו אותו תחת מקור חום כדי לשמור על חום הגוף עד להחלמה מלאה של נרקוזיס. רק לאחר החלמה מלאה ויכולת לשמור על עצם החזה, ניתן להחזיר את בעל החיים לחברה במידת הצורך.
- לספק את החיה עם מינון מספיק של משככי כאבים ואנטיביוטיקה לאחר הניתוח. השתמש carprofen (5 מיקרוגרם / גרם) כמו משכך כאבים enrofloxacin (5 מיקרוגרם / גרם) כמו אנטיביוטיקה. עקוב אחר הפצע במרווחי זמן קבועים כדי לוודא שאין דלקת או התרחשות של פצע.
- לאחר 7-10 ימים של תקופת החלמה לאחר הניתוח, בעל החיים מוכן לעבור אימון הליכון. ודא כי פצעים נרפאו כראוי, ואת העכבר הוא בריא לפני תחילת האימון.
הערה: לאחר סיום תקופת הניסוי, השימוש במשדרי טלמטריה אינו דורש שיטת המתת חסד ספציפית. בחירת השיטה תלויה בניתוח שלאחר מכן ובדרישות הספציפיות שלה למצב הרקמות, כמו גם בכללים ובתקנות המקומיים לטיפול בבעלי חיים ובאישור ועדת האתיקה המקומית בהתאמה.
2. איסוף נתונים
- תיאום מראש
- כדי להתחיל באיסוף נתונים, מקם את כלוב החיות על מקלט האותות. חבר את מקלט האותות למערכת איסוף הנתונים המורכבת ממטריצת חילופי נתונים וממשק אותות. חבר את מערכת איסוף הנתונים למחשב באמצעות תוכנת הרכישה לתצוגה חזותית של נתונים (ראה פרטי הגדרה באיור 2A).
- הפעל את התוכנה ואשר את שם המשתמש והרישיון במסך הבא ולאחר מכן לחץ על המשך. לחץ על חומרה כדי להגדיר את התקן המשדר ומקלט האותות. בחר ערוך תצורת Physio Tel/HD (MX2) כדי לפתוח חלון תצורה.
- בחר תצורת MX2 בתצוגת הרשימה של כרטיסיית קביעת התצורה כדי לראות את כל המשדרים הזמינים ואת המספרים הסידוריים שלהם בעמודה הזמינה. לחץ וגרור את המשדר המושתל מהעמודה הזמינה לעמודה שנבחרה.
הערה: אם משדר מופיע בעמודה שנבחרה, הוא נוסף גם לתצורת MX2 בכרטיסיה תצורה בקצה הימני. - סמלים צבעוניים לצד המספר הסידורי של המשדר מציינים את המצב. בדוק מצב עבור כל המשדרים: ירוק עם סימן ביקורת = המשדר מסונכרן ומוכן; אדום עם סימן קריאה = משדר שאינו זמין כעת, למשל, מוגדר כעת בניסוי במערכת אחרת; צהוב = המשדר מסתנכרן או שאין לו מקלטים מחוברים. ודא שיש אור ירוק המציין העברת נתונים נומינלית.
- כדי להגדיר את המשדר, בחר את המספר הסידורי של המשדר שנוסף ולחץ על צור שתל חדש. בחר ETA-F10 מהתפריט הנפתח של דגם השתל כדי לראות את פרטי השתל.
- בחר את הדגם והמספר הסידורי של המקלט מתפריט שמאלי קיצוני של המקלט(ים) המשויכים לשתל. רשימה של מקלטים מחוברים ומחוברים מופיעה תחת תפריט זה עם תיבת סימון.
- לחץ על חפש שתל ETA כדי להקצות מקלט אות למשדר המושתל. פתח את תפריט סוג האות ובחר אק"ג עם קצב דגימה של 1,000 הרץ. הזן את ערכי הכיול בגב אריזת השתל. בחר שמור וצא.
- לחץ על הגדרות בשורת התפריטים ובחר הגדרת נושא. תופיע תיבת דו-שיח עם פרטי נושא. הזן את שם הקובץ הרצוי, שיישמר בהגדרת הנושא.
- בחר את מין החיה ובחר עכבר מהתפריט הנפתח של המינים. פתח את התפריט הנפתח של הניתוח ובחר אק"ג (מודול). שנה את התיוג המוגדר כברירת מחדל לאק"ג ואת היחידות ל- mV אם תרצה בכך. בחר את הגורם המפעיל הסמוך לאק"ג.
- לחץ על אק"ג תחת שם הנושא בתפריט הימני הקיצוני כדי לפתוח את תפריט פרטי הערוץ. בחר את פרמטרי האק"ג הרצויים כגון Num (מספר מחזור), HR (קצב לב), או מרווחי זמן כגון PR-I, QT-I, RR-I, QRS וכו '. מרשימת הפרמטרים.
- כדי להגדיר את התצוגה, לחץ על הגדרות בשורת התפריטים ובחר הגדרת ניסוי. מופיעה תיבת דו-שיח של הגדרה. בחר את הגדרת הגרף מהתפריט הימני הקיצוני כדי להגדיר עד 16 חלונות גרפיים המספקים נתונים גולמיים, לדוגמה, אותות אק"ג ופרמטרים נגזרים, לדוגמה, לולאת XY, מגמת משאבי אנוש. כדי להציג את האק"ג, בחר בתיבת הסימון הפוך דף לזמין עבור עמוד 1.
- אימון הליכון עם הקלטת אק"ג בזמן אמת בו זמנית
- הכינו מערך ניסויי כפי שמוצג באיור 2B עבור הליכון דו-נתיבי עם ניטור אק"ג בזמן אמת במהלך אימון.
הערה: מומלץ להשתמש בהליכון מכרסמים בעל 5 נתיבים (ראה טבלת חומרים) לאימון. ההתקנה מורכבת ממסוע המחולק לחמישה תאי ריצה ויחידת בקרה עם מסך מגע. כל תא ריצה נוצר על ידי קופסת פרספקס שקופה עם מכסה, המותקנת על המסוע. לכל תא יש רשת התחשמלות שבה פולסים חשמליים קצרים פועלים כגירוי כדי לשמור על בעל החיים פועל. כל תא מחובר בנפרד ליחידת הבקרה כדי לאפשר כוונון ספציפי לתא של עוצמת הזעזועים. יחידת הבקרה יכולה להציג את מרחק הריצה, את מספר הזעזועים ואת משך הזעזועים הכולל. מכיוון שכל התאים חולקים את אותו מסוע, ניתן לכוונן את המהירות והשיפוע רק לכל התאים בו זמנית. - כדי לאפשר העברת אותות טובה במהלך אימון, הניחו את מקלט האותות על גבי התיבה שקבעה את נתיב הריצה עם החיה כפי שמוצג באיור 2B. המיקום המדויק של מקלט האותות בנתיב הריצה שונה בין בעלי חיים בודדים עקב יחסי אות/רעש שונים.
- הזז את מקלט האותות עד שיימצא המיקום האופטימלי בנתיב הריצה. עשו זאת על ידי ביצוע ניסוי ניסוי עם בעל חיים תחת אילוף ושימו לב למיקום עם יחס האות/רעש הטוב ביותר. השתמש במיקום אופטימלי זה עבור הניסוי בפועל.
הערה: בשל גודלו של מקלט האותות ומיקומו הרגיל של המקלט לציר נתיבי הריצה (כפי שמוצג באיור 2B), רק שתי חיות יכולות להתאמן בו זמנית באמצעות ניטור אק"ג בתצורה זו.
- הזז את מקלט האותות עד שיימצא המיקום האופטימלי בנתיב הריצה. עשו זאת על ידי ביצוע ניסוי ניסוי עם בעל חיים תחת אילוף ושימו לב למיקום עם יחס האות/רעש הטוב ביותר. השתמש במיקום אופטימלי זה עבור הניסוי בפועל.
- חלקו את אימון ההליכון לשני השלבים הבאים.
- שלב ההתאקלמות: הזמן בו מותאם בעל החיים לתנאי האילוף. בצע פרוטוקול התאקלמות של שבוע כפי שמוצג בטבלה 1 עם מהירות הריצה וזמן האימון עבור כל יום כמתואר.
- שלב האילוף: לאחר ההתאקלמות מאמנים את בעל החיים במהירות קבועה לזמן קבוע ביום למשך X ימים בסך הכל. עבור פרוטוקול זה, בצע משטר אימונים של 5 ימים במשך 3 שבועות במהירות קבועה של 25 ס"מ לשנייה ומשך של 60 דקות ליום (טבלה 2). לאחר 5 ימי אימון, ספקו הפסקה של יומיים לפני שבוע האימונים הבא.
הערה: X מגדיר את המספר הכולל של ימי אימון ומוגדר בהתבסס על מטרת הניסוי.
- הפעל את ההליכון. הגדירו את שיפוע ההליכון, מהירותו ועוצמת הזעזועים בהתאם לפרוטוקול האימון. יש להשתמש בשיפוע כלפי מעלה של 5°, המוביל לרמה מתונה של מתח (מומלץ). השתמשו באותה נטייה לשלב ההתאקלמות ולשלב האימונים.
הערה: נטיית ההליכון מגדירה את עצימות האימון; בחר את הנטייה הרצויה. פרוטוקול האימון יכול להשתנות בהתאם למטרת הניסוי. - לחץ על הגדרות ביחידת הבקרה ובחר בדיקת רשת. פעולה זו פותחת מסך בחירה של גודל רשת. בחר עכברים. מסך בדיקת רשת יופיע עם שתי בדיקות משנה: בדיקת זעזועים ובדיקת ניקוי. לחץ על התחל כדי להתחיל במבחן הזעזועים. תופיע הודעה המזהירה את המשתמש מפני זעזועי בדיקה. כדי להתחיל בבדיקה, אשר את האזהרה על-ידי נגיעה במסך.
- הניחו את החלק המוליך של אביזר הספוג המסופק עם ההליכון על רשת ההליכון. מקם אותו עד שהמילה Pass תופיע על המסך. בדוק את כל הרשתות כך. הבדיקה תסתיים באופן אוטומטי לאחר שכל הנתיבים יעברו אותה בהצלחה, אך המשתמש יכול לעצור אותה בכל עת על ידי לחיצה על כפתור העצירה .
- כדי להמשיך בבדיקת הניקוי, לחץ על לחצן >> והתחל והמתן להפעלת הבדיקה. בדיקה זו גם תיעצר אוטומטית ברגע שכל הנתיבים עברו אותה. אם הבדיקה נכשלת, תופיע הודעת אזהרה על המסך. גע בהודעה כדי לראות את התוצאה.
הערה: בדיקות אלה נעשות כדי לבדוק את ניקיון ותפקוד הרשת. הרשתות חייבות להיות נקיות כדי להבטיח זיהוי טוב של בעלי חיים ולאחר מכן אספקה נכונה של הגירוי החשמלי במידת הצורך. אם הבדיקה נכשלת, נקו את הרשתות, בדקו אם כל הכבלים מחוברים כראוי וחזרו על הבדיקה. - העבירו את בעל החיים לתא הריצה. הניחו את מקלט האות על הקופסה השקופה וחברו את מקלט האות באמצעות כבל החיבור למערכת איסוף הנתונים, המורכבת ממטריצת חילופי נתונים וממשק אותות, שבתורו מתחבר למחשב כאשר תוכנת הרכש פועלת לצפייה באות האק"ג במהלך הניסוי.
- לחץ על התחל כדי להיכנס למצב ריצה. בעלי חיים יקבלו דחף חשמלי קצר כאשר הם באים במגע עם רשת החשמל, אשר יעביר את בעל החיים לעבר נתיב הריצה. השתמש בעוצמת זעזועים מינימלית של 0.1 mA. זה מספיק כדי להניע את בעלי החיים, אבל זה לא נראה ברישום אק"ג. נסו להניח כדורי מזון מחוץ לקווי הריצה בתוך שדה הראייה של בעל החיים כדי לשמור על המוטיבציה שלו.
הערה: הטווח שניתן על-ידי היצרן עבור התחשמלות הוא 0.1 mA-2 mA. ייתכן שיהיה צורך בעלייה בעוצמת הזעזועים בזני עכברים שונים או בתנאי ניסוי שונים, עם זאת, אנו ממליצים להשתמש בעוצמת הזעזועים הנמוכה ביותר האפשרית. לחלופין, כדי להפחית את הזעזועים החשמליים הכלליים, נסו לשמור על בעל החיים במסלול הריצה על ידי דחיפתו בעדינות, למשל עם אוזניות מכותנה או על ידי גירוי שלו עם נשיפה עדינה של אוויר דחוס. אם בעלי חיים מאומנים היטב, ניתן להפריד את רשת החשמל ואת נתיב הריצה על ידי חתיכת קלקר כדי למנוע זעזועים לא רצויים. - אם בעל חיים אינו מתאמן ולא ניתן להניע אותו אפילו באמצעות שוק חשמלי, הסר אותו מפרוטוקול האימון לאותו יום אם אין הקלה בתוך 15 הדקות הראשונות של הניסוי.
- בסיום, יש לאפשר לבעל החיים לנוח במשך 5 דקות לאחר האימון לפני העברתו חזרה לכלוב. הוציאו את מקלט האותות מהקופסה השקופה והניחו אותו בחזרה מתחת לכלוב, כפי שמוצג באיור 2A. כבו את ההליכון כדי למנוע זעזועים לא רצויים.
- נקו את חגורת ההליכון, תאי הריצה ורשת החשמל עם חומר ניקוי שאינו אלכוהולי. נתיבים נקיים מובילים לתוצאות אימון טובות יותר.
הערה: במהלך האימון, חשוב לנקות כל הזמן את הנתיבים, כמו בעלי חיים להפסיק לרוץ על נתיבים מלוכלכים. אנו משתמשים באוזניות מכותנה כדי להיפטר מצואת בעלי חיים בזמן אימון.
- הכינו מערך ניסויי כפי שמוצג באיור 2B עבור הליכון דו-נתיבי עם ניטור אק"ג בזמן אמת במהלך אימון.
3. ניתוח נתונים
הערה: בהתאם למטרות המחקר הבודדות, ניתן לקבל ולנתח פרמטרים שונים. פרוטוקול זה מתמקד בשני היבטים: ניתוח תכונות א.ק.ג כמותיות והתרחשות של הפרעות קצב לפני, במהלך ואחרי אימון באמצעות גישה שתוארה בעבר על ידי Tomsits etal.23; וניתוח השתנות קצב הלב (HRV)27.
- ניתוח אק"ג
- לקבלת תיאור מפורט, עיין Tomsits et al.23. בקצרה, הפעל את התוכנה, אשר את שם המשתמש והמספר הסידורי של רישיון התוכנה ולחץ על המשך.
- כדי לפתוח קובץ עם הסיומת. PnmExp, לחץ על טען ניסוי. תיבת הדו-שיח Browse for folder נפתחת, בחר את הקובץ ולחץ על Open.
- עבור אל פעולות/ התחל סקירה בסרגל הכלים ובחר בתיבת הדו-שיח טען נתוני סקירה , המספקת סקירה כללית של כל הנבדקים והאותות המוקלטים שלהם במסגרת הניסוי שנבחר קודם לכן.
- בחר את הקובץ לניתוח על ידי לחיצה על תיבת הסימון לצד שמו בחלונית Subjects בצד שמאל של המסך. כדי לנתח את האק"ג, בחר בתיבת הסימון לצד אק"ג בחלונית סוגי האותות.
- בחר את ההקלטה כולה או הגדר טווח או משך באמצעות האפשרות טווח זמן. לחץ על אישור כדי לטעון את ערכת הנתונים שנבחרה לסקירה וחלונות עבור אירועים ופרמטרים נפתחים באופן אוטומטי.
- כדי להציג את האק"ג, לחץ על הגדרת גרף בסרגל הכלים של התפריט כדי לפתוח חלון חדש. בחר ראשי בסוג אות, הזן שעה 0:00:00:01 ולאחר מכן בחר את מגבלות התיוג, יחידת התצוגה והצירים הנמוכים והגבוהים הרצויים על-ידי הזנת תיבות הטקסט המתאימות. אשר על ידי לחיצה על תיבת הסימון הפוך דף לזמין וחלון מעקב האק"ג המוגדר יופיע.
- התאם את מידות ציר X וציר Y של האק"ג בלחיצה כפולה. לחץ לחיצה שמאלית לתוך המעקב כדי להציג ביאור גל ולזהות ולהוסיף ביאורים לכל קטע של גל המעקב, P, Q, R, T, כראוי.
הערה: אם ההערות אינן נכונות, ניתן להשתמש במספר אפשרויות, QRS, PT, מתקדם, רעש, סימנים, הערות, דיוק, כדי לייעל, למשל, האפשרות ניתוח / תכונות באמצעות לחיצה ימנית. לתיאור מפורט עיין Tomsits et al.23. - בחר את פרמטרי האק"ג הנדרשים מחלון הפרמטרים והעתק לגיליון אלקטרוני או לתוכנת סטטיסטיקה לניתוח נוסף.
- זיהוי הפרעות קצב
- לזיהוי הפרעות קצב, לחץ על ניסוי/תובנות נתונים כדי לפתוח חלון תובנות נתונים חדש.
- הגדר כללי חיפוש מותאמים אישית למסך ההקלטה בחלונית החיפוש. צור חיפוש חדש על-ידי בחירה באפשרות צור חיפוש חדש לאחר לחיצה ימנית בתוך רשימת החיפוש.
- בתפריט הנפתח של תיבת הדו-שיח של הכניסה, הגדר את כלל החיפוש המתאים ולחץ על אישור כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה. כדי להחיל כללי חיפוש, לחץ עליהם וגרור אותם לערוץ העניין מימין.
- בחלונית התוצאות, מוצג כל מקטע ברישום האק"ג שהכלל חל עליו. לקבלת סקירה מפורטת על כללי חיפוש שונים, עיין Tomsits et al.23. לשני כללים לדוגמה, ברדיקרדיה וטכיקרדיה, ראו הגדרה ותיאור בהמשך.
הערה: עבור כללי חיפוש אלה, קצב הלב הפיזיולוגי של מורין מוגדר על פי Kaese et al.28 כ- 500-724 פעימות לדקה, המקביל לאורך מחזור של 82-110 אלפיות השנייה.- ברדיקרדיה: בגישה דו-שלבית, זהה כל מרווח RR בודד ארוך מ-120 מילישניות. מכיוון שברדיקרדיה דורשת יותר ממרווח RR מוארך אחד, הגדר כלל חיפוש נוסף כדי לזהות רק 20 מרווחי RR רצופים ארוכים מ- 120 מילישניות כברדיקרדיה באופן הבא: Bradycardia-single כערך (HRcyc0) <500, ו- Bradycardia כסדרה (Bradycardia-single, 1) >=20. לחץ על אישור כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה.
- בהתאם לאותה גישה לטכיקרדיה, הגדר טכיקרדיה-סינגל כערך (HRcyc0) >724, זיהוי כל מרווח RR בודד הקצר מ- 82 אלפיות השנייה, ולאחר מכן הוסף את כלל החיפוש הנוסף טכיקרדיה כסדרה (טכיקרדיה-יחיד, 1) >=20. לחץ על אישור כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה.
- ניתוח השתנות הדופק
הערה: ניתוח השתנות הדופק (HRV) אינו מתבצע בתוכנת הרכישה ודורש ייצוא נתונים מתוכנת הרכישה בתבנית קריאה. כאן, אנו מספקים מדריך קצר שלב אחר שלב לייצוא נתונים בפורמט הנתונים האירופי הנפוץ (EDF).- הפעל את התוכנה, אשר את שם המשתמש והמספר הסידורי ולחץ על המשך.
- כדי לייצא את מעקב האק"ג לדוגמה, ניתוח HRV, לחץ על ניסוי ובחר ייצוא ל- EDF. בחלון ייצוא ל- EDF, בחר את מספר בעלי החיים, בדוק אק"ג, בחר טווח זמן עבורו ייצאו הנתונים ולחץ על ייצוא.
הערה: אין הגבלה על טווח הזמן המיוצא שהוגדר על-ידי התוכנה, עיבוד נתונים רבים יותר פשוט ייקח זמן רב יותר. ניתן גם לפצל את היצוא למקטעים, למשל 24 שעות ולשלב אותם מחדש בנקודת זמן מאוחרת יותר במידת הצורך. - הפעל את תוכנת הניתוח המשמשת לניתוח HRV (ראה רשימת חומרים), לחץ על קובץ ובחר פתח כדי לטעון את קובץ ה- EDF הרצוי.
- לחץ על HRV ובחר הגדרות. פעולה זו תפתח חלון להגדרת פרמטרים שונים. תחת זיהוי פעימות, בחר את המינים שעבורם מתבצע ניתוח HRV. בחירת המינים תגדיר את הערכים עבור רוחב סל ההיסטוגרמה, סף pRR וערך ממוצע SDARR בחלונית Analysis לתקן מוגדר מראש.
- בחר HRV ובחר תצוגת דוח. העתק את התוצאות לתוכנת סטטיסטיקה לצורך ניתוח סטטיסטי נוסף.
- איכות האות יכולה להיות נמוכה משמעותית במהלך שלבי האימון. אם כן, בחר ידנית מחזורים עם P ו- QRS גלויים לניתוח הבא. אל תכלול סימני נתונים וסימני נתונים פגומים ללא גלי P ברורים מהניתוח. עשה זאת תחת שיקול זהיר של אנליסט א.ק.ג מנוסה כדי להימנע מביטול נקודות נתונים טובות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
בהתאם למטרות המחקר הבודדות, ניתוח עוקב של נתוני טלמטריה המתקבלים יהיה שונה במידה רבה. כאן, אנו מדגימים היתכנות של השיטה על ידי קבלת נתונים באיכות טובה שנרשמו במהלך תקופות אימון ומספקים תוצאות מופתיות של אק"ג וניתוח השתנות דופק לפני, במהלך ואחרי אימון. הנתונים מוצגים כממוצע ± שגיאת תקן של ממוצע (SEM), כל הניתוחים הסטטיסטיים נערכו באמצעות תוכנה סטטיסטית מתאימה (ראה טבלת חומרים). מובהקות סטטיסטית הוערכה על ידי מבחן t של התלמיד. מרווח QT מתוקן כפי שנדון בעבר על ידי Roussel et al. באמצעות הנוסחה QTc = QT / (√(RR / 100))29.
הקלטת אק"ג טלמטרית מוצלחת במהלך האימון
בעזרת פרוטוקול זה ניתן לקבל נתוני אק"ג עם גלי P, Q, R, S ו-T ברורים בחיות במהלך אילוף, כפי שמודגם באיור 3.
כל המדידות מחיה אחת נלקחו מאותו יום. מדידות הבסיס נלקחו בשעה 10 בבוקר ± -10 דקות לפני האימון, כאשר בעלי החיים עדיין היו במגורי הקבע שלהם. המדידות במהלך האימון נלקחו מאמצע אימון של 60 דקות ± 10 דקות ביום 3 בשבוע השלישי של האימון, מדידות לאחר האימון נלקחו מתקופת המנוחה של 5 דקות לאחר האימון ולפני המעבר למגורי הקבע והמדידות שהתאוששו נלקחו שעה לאחר האימון ± 10 דקות. מקטעים מתאימים של מעקב אק"ג לניתוח נבחרו ידנית מתוך מקטעים מוגדרים אלה ביחס לקריאה, לדוגמה, 40 מחזורים רצופים לנתונים המוצגים באיור 4.
הערכת פרמטרים הנגזרים מאק"ג
נתונים משמשים לניתוח שינויים פיזיולוגיים לפני, במהלך ואחרי פעילות גופנית, כפי שמוצג עבור חיה לדוגמה אחת באיור 4. קצב הלב (איור 4A), מרווח יחסי הציבור (איור 4B), משך QRS (איור 4C) ומרווח QTc (איור 4D) מוערכים על-ידי ממוצע של 40 מחזורי אק"ג רצופים. קצב הלב עולה לכ-800 פעימות לדקה כאשר בעל החיים מתאמן, ומתאושש בהדרגה לקראת נקודת ההתחלה לאחר האימון. מרווח יחסי ציבור, משך QRS ומרווחי QTc מתקצרים תחת לחץ וברגע שהלחץ מסתיים, חוזרים לקו הבסיס. מוצגים נתונים לדוגמה מחיה אחת.
זיהוי טכיקרדיה
הגדרות החיפוש שימשו כמתואר בשלב 3.2.4 לזיהוי אפיזודות טכיקרדיה וברדיקרדיה. איור 5A מראה את קצב הסינוסים בנקודת ההתחלה. עקבות מייצגים של סינוס טכיקרדיה במהלך אימון מוצגים באיור 5B. מוצגים כאן נתונים לדוגמה מחיה אחת.
הערכת איכות הנתונים על ידי הערכת פרמטרים של השתנות דופק
ניתוח HRV נעשה כמתואר בשלב 3.3. 5 דקות קטעים לניתוח HRV מוצגים באיור 6. איור 6A מראה את קצב הלב של חיה אחת במהלך ניסוי. הדופק עולה במהלך האימון וחוזר בהדרגה לקו הבסיס שלאחר האימון, ניתן להמחיש מגמה זו גם על ידי מרווח RR החציוני כפי שמוצג באיור 6B. איור 6C מציג סטיית תקן דומה של מרווחי RR (SDRR) שהתקבלו בתחילת המחקר ובמהלך האימון על-ידי ביאור RR אוטומטי, המדגים את איכות הנתונים. הנתונים המתקבלים הם משלושה עכברים. SDRR היא סטיית התקן של כל מרווחי הפעימות (IBI) ומחושבת אוטומטית על ידי התוכנה כשורש ריבועי חיובי של השונות של IBI סביב הממוצע IBI באמצעות הנוסחה:
σx = 
איור 1: המחשה סכמטית של משדר הטלמטריה ומיקום העופרת. העכבר נמצא במצב שכיבה; המשדר ממוקם תוך צפקית, והמוליכים קבועים תת עורית בתצורת עופרת II. נוצר באמצעות Biorender. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מערך ניסויי . (A) התקנה להקלטת אק"ג באמצעות טלמטריה מושתלת לפני ואחרי אימון, כאשר מקלט האות נשמר מתחת לכלוב החי. (B) הגדרה לניטור אק"ג בזמן אמת במהלך אימון הליכון. לקבלת איכות אות מיטבית, מקלט האות ממוקם על התיבה השקופה. נוצר באמצעות Biorender. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: אק"ג מייצג במהלך אימון. קצב סינוס רגיל, P-wave, QRS ו- T-wave מסומנים באמצעות אותיות רישיות, מרווח RR מסומן בסרגל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: טלמטריה לאורך זמן. גרפים של מגמות מציגים תוצאות מייצגות עבור (A) דופק (BPM). (B) מרווח יחסי ציבור (ms). (C) משך QRS (ms). (D) מרווח QTc (ms) לפני (נקודת ההתחלה), במהלך (אימון), מיד לאחר אימון (לאחר אימון), ולאחר התאוששות מלאה (התאושש). הנתונים מתקבלים מבעל חיים אחד בממוצע 40 מחזורי אק"ג רצופים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: אק"ג מייצג לפני ובמהלך אימון. (A) קצב סינוס לפני אימון. (B) סינוס טכיקרדיה במהלך אימון. הנתונים הם מחיה אחת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: הערכת איכות הנתונים באמצעות ניתוח HRV. (A) מגמת דופק מייצגת של בעל חיים בודד לפני (נקודת ההתחלה), במהלך (אימון) ואחרי (אימון). (B) מרווח RR חציוני לפני (נקודת התחלה) ובמהלך אימון (אימון) ולאחר התאוששות מלאה (התאושש), מוצג כממוצע ± SEM, מבחן t של סטודנט לא מזווג, ***p < 0.001. (C) SDRR לפני (נקודת ההתחלה) ובמהלך האימון (אימון) ולאחר התאוששות מלאה (התאושש), n = 3, מוצג כממוצע ± SEM. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| שלב התאקלמות של 5 ימים | ||
| יום | מהירות (ס"מ/שנייה) | זמן (מינימום) |
| 1 | 16.7 | 10 |
| 2 | 18.3 | 20 |
| 3 | 20 | 30 |
| 4 | 21.7 | 40 |
| 5 | 23.3 | 50 |
| הערה: מרווחי מנוחה של 2 דקות לאחר כל 15 דקות | ||
טבלה 1: משטר אימונים בשלב ההתאקלמות.
| שלב אימונים בן 5 ימים | ||
| יום | מהירות (ס"מ/שנייה) | זמן (מינימום) |
| 1 | 25.0 | 60 |
| 2 | 25.0 | 60 |
| 3 | 25.0 | 60 |
| 4 | 25.0 | 60 |
| 5 | 25.0 | 60 |
| הערה: מרווחי מנוחה של 2 דקות לאחר כל 15 דקות | ||
טבלה 2: משטר אימונים בשלב ההכשרה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ההנחיות הנוכחיות ממליצות על פעילות גופנית סדירה מכיוון שהיא הוכחה כמשנה חשובה של גורמי סיכון קרדיווסקולריים30. יש גם גוף הולך וגדל של ראיות לכך שפעילות גופנית מתונה עשויה להגן מפני פרפור פרוזדורים (AF) הן במניעה ראשונית והן במניעה שניונית31,32,33. להיפך, ספורטאי סיבולת כגון רצי מרתון נמצאים בסיכון גבוה יותר לפתח AF המציין כי אימוני סיבולת עשויים להיות גם השפעות שליליות34,35. קשר כזה בצורת U בין סיכון להפרעות קצב ועצימות אימונים הוכח בבירור עבור AF בספורטאיםבריאים 9,36,37,38 ובחולים עם מחלת לב בסיסית, עם זאת, רק מעט ידוע לגבי עצימות האימון והפרעות קצב 4,5,6,7.
כדי להתגבר על מגבלה זו ולשפר את הטיפול בחולים, יש צורך במחקר נוסף על השפעות הקשורות לפעילות גופנית על אלקטרופיזיולוגיה של הלב. כדי לחקור מנגנונים בסיסיים והתאמות מולקולריות/תאיות בתגובה לאימון מודלים שונים במספר מיני בעלי חיים פותחו15. בהתחשב ביתרונות האימננטיים אך גם במגבלות של כל מודל/מין, החוקרים צריכים לבחור את המתאים ביותר לכל שאלת מחקר בנפרד; לגבי אלקטרופיזיולוגיה והפרעות קצב מחקר עכבר 13,14,39,40 ומודלים חזיר נמצאים בשימוש נרחב 13,14,41,42,43. למרות שפרוטוקולי אימון באמצעות הליכון ממונע פותחו בחזירים, ישנם מספר אתגרים משמעותיים, כולל (i) ההתנהגות היושבנית של החזירים, הדורשת התניה אינטנסיבית של זמן ועבודה לפני הניסוי, כמו גם גירויים כדי לשמור על תאימות חזירים במהלך הניסוי ו (ii) גודל הגוף ומשקלו, אשר עשויים למנוע אימון בחזירים מבוגרים או אימון לאורך תקופות זמן ארוכות15, 44. בעכברים פותחו מספר פרוטוקולי פעילות כולל אימון הליכון ממונע, VWR או שחייה17,18. למרות ש-VWR מחקה את דפוס הריצה הטבעי אצל מכרסמים והוא פחות מלחיץ בהשוואה לשיטות אימון מאולצות כמו שחייה והליכון, יש לו גם חסרונות מסוימים45. האופי הספונטני של VWR אינו מאפשר שליטה בעצימות, משך או תדירות הפעילות ובכך מונע ניסויים מבוקרים היטב. במודלים של שחייה, ניתן לווסת בקלות את משך ועצימות האימונים, הציוד הדרוש פשוט וזמין בעלויות נמוכות, וניתן לבסס את השיטה ברוב מעבדות המחקר46. למרות יתרונות אלה, לימוד אלקטרופיזיולוגיה במודל שחייה הוא קשה מכיוון שאין כיום אפשרות לנטר את האק"ג במהלך השחייה. הגישה המתוארת בפרוטוקול זה משלבת מערכת טלמטריה מושתלת עם מודל אימון הליכון ובכך מתגברת על המגבלות של מודלים אחרים לאימון בהקשר של מחקר אלקטרופיזיולוגי47,48. שימוש בהליכון מאפשר לשלוט בתנאי אימון שונים כגון עצימות (שיפוע שיפוע ומהירות ריצה) או משך. בנוסף, ניתן ללמוד פרוטוקולי אימון שונים הכוללים אימוני סיבולת, אימוני אינטרוולים ותרגילים אקוטיים. בעקבות פרוטוקול זה, ניתן כעת גם להקליט ולנטר את האק"ג באמצעות משדרי טלמטריה מושתלים בזמן שהעכבר פועל על ההליכון.
בהתחשב בכך שעכברים בדרך כלל רצים ברצון רק כמה דקות, גירויים כגון טפיחה על גבם עם מקלות קטנים, נשיפה של אוויר דחוס או גירויים חשמליים נחוצים. גירויים אלה, עם זאת, יכולים לגרום ללחץ פסיכולוגי, אשר יכול להשפיע על איכות הנתונים הניסיוניים באופן משמעותי. לפיכך, ניסינו למזער את גורמי הלחץ הללו על ידי מתן אפשרות לעכבר להסתגל להליכון במהלך שלב ההתאקלמות, עם תוספת קבועה של מהירות ושימוש בעוצמת זעזועים מינימלית עד אפסית כפי שתואר קודם לכן15,17,45.
באופן כללי, בעת רישום אק"ג, חפצי תנועה הם בעיה מרכזית, במיוחד במהלך פעילות גופנית. בהתאם לפרוטוקול המוצע שלנו, חוקרים יוכלו לרכוש אותות אק"ג באיכות טובה המאפשרים להבחין בבירור ולהוסיף הערות ל-P, Q, R, S, T (איור 3). לפיכך, פרמטרים שונים של אק"ג כגון דופק, השתנות דופק, מרווח יחסי ציבור, משך QRS או משך QT ניתנים להערכה אמינה לפני, במהלך ואחרי האימון באמצעות אלגוריתמי תוכנה אוטומטיים. כמו כן, הפרעות קצב כגון tachyarrhythmia, bradyarrhythmia, או הפסקות ניתן לזהות. מכיוון שניתוחי השתנות קצב הלב – המבוצעים בדרך כלל כדי לחקור את ההשפעות של מערכת העצבים האוטונומית על הלב27,28 – תלויים בביאור מספק של גלי R, ניתן לאמת את איכות הנתונים על ידי ערכי SDRR נמוכים באופן דומה המתקבלים במנוחה ובמהלך אימון באמצעות ביאור אוטומטי כפי שמוצג באיור 6.
כמו כל טכניקה ניסיונית, שיטה זו אינה מגיעה ללא מלכודות ומכילה מספר שלבים קריטיים. תנאים סטריליים וזמן ניתוח קצר הם דרישות להשתלת משדר מוצלחת, ריפוי פצעים תקין והתאוששות מהירה של בעלי חיים לאחר הניתוח. התפרים לא חייבים להיות הדוקים מדי, אחרת הם יגרמו לנמק בעור. באופן כללי, ההליך הכירורגי דורש ניסיון מעשי, והתוצאות ישתפרו עם הזמן. מיקום עופרת משפיע על הווקטור הראשי שנרשם, התוצאות הטובות ביותר מתקבלות עם מיקום עופרת תלול שני, מכיוון שהוא מביא למשרעת גבוהה יותר של גלי P ו- R, אשר בתורו הן דרישות קריטיות לניתוח אק"ג מאוחר יותר. אילוף עכברים יכול להיות מאתגר מכיוון שלא כל בעלי החיים מתאמנים מרצון. פרוטוקול התאקלמות מתוכנן היטב, כולל היכרות עם סביבת ההליכון, הפרשים איטיים במהירות המסוע ושיפור חיובי של התנהגות אימון טובה, למשל עם כדורי מזון, יכול לעזור להתנות את בעלי החיים להתאמן טוב יותר ולהפחית את הצורך בגירויים שעלולים להפריע במהלך הניסויים. חשוב להפחית את כל הגירויים למינימום המוחלט מכיוון שהם עלולים להשפיע על איכות הנתונים. עם זאת, השלב הקריטי ביותר הוא המיקום האופטימלי של מקלט הטלמטריה במהלך אימון ההליכון מכיוון שהוא קובע ישירות את איכות הנתונים המתקבלים. יש לקבוע את מיקום המקלט עבור כל זוג בעלי חיים המתאמנים בו זמנית, מכיוון שהוא משתנה בהתאם למיקום המדויק של מכשיר הטלמטריה והמוליכים, כמו גם לדפוס הריצה של בעלי החיים הבודדים. המיקום נמצא על ידי ניסוי וטעייה, שיפוט חזותי של איכות האות בזמן אמת. כל תכונות האק"ג שיש לנתח חייבות להיות גלויות בבירור לפני תחילת הניסויים. בהתחשב בקצב הלב הגבוה, נקודות נתונים רבות מצטברות אפילו עם תקופות הקלטה קצרות. עובדה זו ומשרעת האות הנמוכה הכוללת, המובילה באופן טבעי ליחס אות לרעש נמוך יותר במכרסמים מאשר בבני אדם או בבעלי חיים גדולים, הופכים את ניתוח הנתונים למאתגר ביותר, כפי שדנו בעבר23. מגבלה עיקרית של פרוטוקול זה מלבד הציוד היקר הדרוש לביצוע אימוני טלמטריה והליכון היא הדרישה הטכנית הגבוהה על ההליך הכירורגי ועל ניתוח נתונים, המגבילה את הנגישות למתחילים בתחום.
לסיכום, האק"ג הוא כלי מבריק לחקר אלקטרופיזיולוגיה של הלב והפרעות קצב. בבני אדם, בדיקות מאמץ לרישום אק"ג במהלך פעילות גופנית מבוצעות באופן שגרתי ומאפשרות להעריך את ההשפעות הקשורות לאימון על אלקטרופיזיולוגיה של הלב. עכברים הם המין הנפוץ ביותר במחקר, פותחו מספר פרוטוקולים לפעילות גופנית, אך ניטור האק"ג בזמן אמת במהלך האימון לא היה אפשרי עד כה. הפרוטוקול המוצע שלנו מאפשר לקבל רישומי אק"ג במהלך תקופות של פעילות גופנית בעכברים בפעם הראשונה. זה יאפשר לחוקרים לחקור הן מנגנונים הקשורים לפעילות גופנית המובילים להסתגלות לבבית מועילה והן לעיצוב מחדש לא מסתגל, פרואריתמי, ובכך יביא בסופו של דבר לשיפור הטיפול בחולים בעתיד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG; תוכנית מדען קליני ברפואת כלי דם (PRIME), MA 2186/14-1 עד P. Tomsits), המרכז הגרמני לחקר הלב וכלי הדם (DZHK; 81X2600255 ל- S. Clauss), קרן הקורונה (S199/10079/2019 ל- S. Clauss), ו- ERA-NET למחלות לב וכלי דם (ERA-CVD; 01KL1910 ל- S. Clauss). למממנים לא היה כל תפקיד בהכנת כתבי היד.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14-gauge needle | Sterican | 584125 | |
| Any mouse | e.g. Jackson Laboratories | ||
| Bepanthen | Bayer | 1578675 | |
| Carprofen 0.005 mg/µL | Zoetis | 53716-49-7 | |
| Data Exchange Matrix 2.0 (MX2) | Data Science International | Manages communication between PhysioTel and PhysioTel HD telemetry implants and the acquisition computer. | |
| Enrofloxacin 25 mg/ml | Baytril | 400614.00.00 | |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | Braun Melsungen | ||
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Five Lane Treadmill for Mouse | Panlab - Harvard Apparatus | 76-0896 | Includes treadmill unit, touchscreen control unit, a sponge , and cables |
| Iris scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Isoflurane 1 mL/mL | Cp-Pharma | 31303 | |
| Isoflurane vaporizer system | Hugo Sachs Elektronik | 34-0458, 34-1030, 73-4911, 34-0415, 73-4910 | Includes an induction chamber, a gas evacuation unit and charcoal filters |
| LabChart Pro 8.1.16 | ADInstruments | ||
| Magnet | Data Science International | ||
| Modified Bain circuit | Hugo Sachs Elektronik | 73-4860 | Includes an anesthesia mask for mice |
| Modular connectors | Data Science International | Connecting cables between Reciever, Signal Interface and Matrix 2.0 (MX2) | |
| Novafil s 5-0 | Medtrocin/Covidien | 88864555-23 | |
| Octal BioAmp | ADInstruments | FE238-0239 | Amplifier for recording Surface ECG |
| Octenisept | Schülke | 121418 | |
| Oxygen 5 L | Linde | 2020175 | Includes a pressure regulator |
| PhysioTel ETA-F10 transmitter | Data Science International | ||
| PhysioTel receiver RPC-1 | Data Science International | Signal reciever | |
| Ponemah 6.42 | Data Science International | ECG Analysis Software | |
| Powerlab | ADInstruments | 3516-1277 | Suface ECG Acquisition hardware device. Includes ECG electrode leads |
| Prism 8.0.1 | Graph Pad | ||
| Radio Device (Sony AF/AM) | Sony | ||
| Signal Interface | Data Science International | Acquires and synchronizes digital signals with telemetry data in Ponemah v6.x. | |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Surgical platform | Kent Scientific | SURGI-M | |
| Tergazyme 1% | Alconox | 13051.0 | Commercial cleaning solution |
| Tweezers | Kent Scientific | INS600098-2 |
References
- Halle, M., et al. Myocarditis in athletes: A clinical perspective. European Journal of Preventive Cardiology. , (2020).
- Maron, B. J., et al. Eligibility and disqualification recommendations for competitive athletes with cardiovascular abnormalities: Task force 3: Hypertrophic cardiomyopathy, arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy and other cardiomyopathies, and myocarditis: A scientific statement from the American Heart Association and American College of Cardiology. Circulation. 132 (22), 273-280 (2015).
- Caforio, A. L. P., et al. Current state of knowledge on aetiology, diagnosis, management, and therapy of myocarditis: a position statement of the European Society of Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. European Heart Journal. 34 (33), 2636-2648 (2013).
- Eberly, L., Garg, L., Vidula, M., Reza, N., Krishnan, S. Running the risk: Exercise and arrhythmogenic cardiomyopathy. Current Treatment Options in Cardiovascular Medicine. 23 (10), 64 (2021).
- Lang, C. N., Steinfurt, J., Odening, K. E. Avoiding sports-related sudden cardiac death in children with congenital channelopathy: Recommendations for sports activities. Herz. 42 (2), 162-170 (2017).
- Maron, B. J., et al. Recommendations for physical activity and recreational sports participation for young patients with genetic cardiovascular diseases. Circulation. 109 (22), 2807-2816 (2004).
- Martinez-Sole, J., et al. Facts and gaps in exercise influence on arrhythmogenic cardiomyopathy: New insights from a meta-analysis approach. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 702560 (2021).
- Sharma, S., Merghani, A., Mont, L. Exercise and the heart: the good, the bad, and the ugly. European Heart Jorunal. 36 (23), 1445-1453 (2015).
- Guasch, E., Mont, L. Diagnosis, pathophysiology, and management of exercise-induced arrhythmias. Nature Reviews. Cardiology. 14 (2), 88-101 (2017).
- Konhilas, J. P., et al. Exercise can prevent and reverse the severity of hypertrophic cardiomyopathy. Circulation Research. 98 (4), 540-548 (2006).
- Trivedi, S. J., et al. Differing mechanisms of atrial fibrillation in athletes and non-athletes: alterations in atrial structure and function. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 21 (12), 1374-1383 (2020).
- Clauss, S., et al. MicroRNAs as biomarkers for acute atrial remodeling in marathon runners (The miRathon study--A sub-study of the Munich marathon study). PLoS One. 11 (2), 0148599 (2016).
- Clauss, S., et al. Animal models of arrhythmia: classic electrophysiology to genetically modified large animals. Nature Reviews. Cardiology. 16 (8), 457-475 (2019).
- Schüttler, D., et al.
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), 1100-1138 (2020).
- Pynn, M., Schafer, K., Konstantinides, S., Halle, M. Exercise training reduces neointimal growth and stabilizes vascular lesions developing after injury in apolipoprotein e-deficient mice. Circulation. 109 (3), 386-392 (2004).
- Wang, Y., Wisloff, U., Kemi, O. J. Animal models in the study of exercise-induced cardiac hypertrophy. Physiological Research. 59 (5), 633-644 (2010).
- Massett, M. P., Matejka, C., Kim, H. Systematic review and meta-analysis of endurance exercise training protocols for mice. Frontiers in Physiology. 12, 782695 (2021).
- Ha, T. W., Oh, B., Kang, J. O. Electrocardiogram recordings in anesthetized mice using lead II. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (160), e61583 (2020).
- Mongue-Din, H., Salmon, A., Fiszman, M. Y., Fromes, Y. Non-invasive restrained ECG recording in conscious small rodents: a new tool for cardiac electrical activity investigation. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 454 (1), 165-171 (2007).
- Chu, V., et al. Method for non-invasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Sato, S. Multi-dry-electrode plate sensor for non-invasive electrocardiogram and heart rate monitoring for the assessment of drug responses in freely behaving mice. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 97, 29-35 (2019).
- Tomsits, P., et al. Analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (171), e62386 (2021).
- Gkrouzoudi, A., Tsingotjidou, A., Jirkof, P. A systematic review on the reporting quality in mouse telemetry implantation surgery using electrocardiogram recording devices. Physiology & Behavior. 244, 113645 (2022).
- Russell, D. M., McCormick, D., Taberner, A. J., Malpas, S. C., Budgett, D. M. A high bandwidth fully implantable mouse telemetry system for chronic ECG measurement. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual International Conference. 2011, 7666-7669 (2011).
- McCauley, M. D., Wehrens, X. H.
- Thireau, J., Zhang, B. L., Poisson, D., Babuty, D. Heart rate variability in mice: a theoretical and practical guide. Experimental Physiology. 93 (1), 83-94 (2008).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: a matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 345 (2012).
- Roussel, J., et al. The complex QT/RR relationship in mice. Scientific Reports. 6, 25388 (2016).
- Visseren, F. L. J., et al. ESC Guidelines on cardiovascular disease prevention in clinical practice: Developed by the Task Force for cardiovascular disease prevention in clinical practice with representatives of the European Society of Cardiology and 12 medical societies With the special contribution of the European Association of Preventive Cardiology (EAPC). European Heart Journal. 42 (34), 3227 (2021).
- Buckley, B. J. R., Lip, G. Y. H., Thijssen, D. H. J. The counterintuitive role of exercise in the prevention and cause of atrial fibrillation. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1051-1058 (2020).
- Elliott, A. D., et al. Association between physical activity and risk of incident arrhythmias in 402 406 individuals: evidence from the UK Biobank cohort. European Heart Journal. 41 (15), 1479-1486 (2020).
- Qureshi, W. T., et al. Cardiorespiratory fitness and risk of incident atrial fibrillation: Results from the Henry Ford Exercise Testing (FIT) project. Circulation. 131 (21), 1827-1834 (2015).
- Abdulla, J., Nielsen, J. R. Is the risk of atrial fibrillation higher in athletes than in the general population? A systematic review and meta-analysis. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 11 (9), 1156-1159 (2009).
- Centurion, O. A., et al. The association between atrial fibrillation and endurance physical activity: How much is too much. Journal of Atrial Fibrillation. 12 (3), 2167 (2019).
- Calvo, N., et al. Emerging risk factors and the dose-response relationship between physical activity and lone atrial fibrillation: a prospective case-control study. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 18 (1), 57-63 (2016).
- Khan, H., et al. Cardiorespiratory fitness and atrial fibrillation: A population-based follow-up study. Heart Rhythm. 12 (7), 1424-1430 (2015).
- Morseth, B., et al. Physical activity, resting heart rate, and atrial fibrillation: the Tromso Study. European Heart Journal. 37 (29), 2307-2313 (2016).
- Hulsmans, M., et al. Macrophages facilitate electrical conduction in the heart. Cell. 169 (3), 510-522 (2017).
- Xiao, L., et al. Ibrutinib-mediated atrial fibrillation attributable to inhibition of C-terminal Src kinase. Circulation. 142 (25), 2443-2455 (2020).
- Clauss, S., et al. Characterization of a porcine model of atrial arrhythmogenicity in the context of ischaemic heart failure. PLoS One. 15 (5), 0232374 (2020).
- Renner, S., et al. Porcine models for studying complications and organ crosstalk in diabetes mellitus. Cell and Tissue Research. 380 (2), 341-378 (2020).
- Schuttler, D., et al. A practical guide to setting up pig models for cardiovascular catheterization, electrophysiological assessment and heart disease research. Lab Animal (NY). 51 (2), 46-67 (2022).
- De Wijs-Meijler, D. P., et al. Surgical placement of catheters for long-term cardiovascular exercise testing in swine. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (108), e53772 (2016).
- Borzsei, D., et al. Multiple applications of different exercise modalities with rodents. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021, 3898710 (2021).
- Kaplan, M. L., et al. Cardiac adaptations to chronic exercise in mice. The American Journal of Physiology. 267 (3), Pt 2 1167-1173 (1994).
- Fewell, J. G., et al. A treadmill exercise regimen for identifying cardiovascular phenotypes in transgenic mice. The American Journal of Physiology. 273 (3), Pt 2 1595-1605 (1997).
- Kemi, O. J., Loennechen, J. P., Wisloff, U., Ellingsen, O. Intensity-controlled treadmill running in mice: cardiac and skeletal muscle hypertrophy. Journal of Applied Physiology. 93 (4), Bethesda. Md. 1301-1309 (2002).
