Summary
该协议描述了一种使用压力 - 体积电导技术测量左心室压力和体积的方法。这种方法可以连续实时监测药物对心脏的影响。
Abstract
心脏功能下降会对其他器官产生负面影响。左心室压力-容积关系被认为是评估心脏功能的有效方法。心脏功能的实时监测对于药物评估非常重要。在闭胸条件下，微型换能器是压力容积导管的重要组成部分，通过右颈动脉进入大鼠的左心室。该设备以压力-容积环的形式可视化实验过程中心脏功能的变化。通过将50μL20%氯化钠溶液注射到大鼠的左颈静脉中来改变血液的电导率来计算心室的实际体积。通过使用压力 - 体积电导导管测量已知体积中血液的电导率来计算大鼠心室腔的实际体积。该协议允许持续观察药物对心脏的影响，并将促进在心血管疾病中使用特殊种族药物的基本原理。
Introduction
心血管疾病是世界上死亡率最高的国家 1.其病因包括冠状动脉狭窄（心肌缺血）、冠状动脉阻塞（心肌梗死）和缺血再灌注损伤2。由于心脏处于恒定的收缩期和舒张期，它是身体最需要能量的部位之一。因此，当冠状动脉难以维持足够的能量和氧气时，心脏功能不可避免地下降，从而对其他器官产生负面影响3,4。心脏是循环系统中的动力源，需要理性评估心脏功能。
通过心室压力和容量关系评估心脏功能被认为是一种综合方法5。在整个心动周期中，心室压力和容积的实时变化构成了压力-容积环。心室压力-容积环可以根据心室的不同阶段和能量对心脏功能和储备能力进行定量分析。正常心室收缩末期容积小，搏动功好，效率高5,6,7。
压力容积传导导管技术是一种检测左心室状态的侵入性方法。它可用于获得连续的实时压力-体积回路8。 压力容积电导率导管是强大的工具，良好的处理程序对于可重复和可靠的结果至关重要，包括在生理盐水校准期间对心肌平行电导率进行 体内 分析，以及在比色皿校准中对血液电导率进行 体外 测量3。
阿魏酸（FA）是一种酚酸，广泛分布于植物界，如燕麦和女贞子9,10。阿魏酸具有降低血压和心律失常的药理作用。FA是一种具有多种功能的生物活性天然产物。FA能抵抗氧化损伤，减少炎症反应，抑制血小板聚集，预防冠心病和动脉粥样硬化11。然而，大多数关于阿魏酸的研究都集中在心脏的一个方面，很少评估阿魏酸在循环系统中的作用12,13,14,15。在这里，我们描述了一种异氟醚麻醉联合氯胺酮 （50 mg/kg） 的闭胸方法，重点是颈静脉注射过程中对阿魏酸溶液的心脏反应。
我们将描述在闭胸条件下使用该工具的完整程序，包括溶液制备、换能器制备、实验前大鼠制备、导管插入右颈动脉和数据分析。实验的持续时间通常小于4小时，由不同的实验方案决定。在单个实验中，我们可以获得详细的心脏信息，例如左心室压力、容量和心率。
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Protocol
该动物实验方案经成都中医药大学实验动物福利伦理委员会审核通过（备案号：2023-04）。本研究使用雄性 Sprague Dawley （SD） 大鼠（280 ± 20 g，8-10 周龄）。老鼠被关在动物室里，可以自由饮水和进食。
1.溶液制备
- 准备 0.9% NaCl 溶液，用于保持工作区域充分湿润。
- 要制备 20% 高渗 NaCl 溶液，将 2 g NaCl 溶解在 10 mL 双蒸水 （ddH2O） 中。为了确定心肌的平行电导率，有必要改变脑室内液体的电导率。
- 制备1%的酶活性粉末洗涤剂溶液。在实验完成时使用它，将压力容积导管浸入溶液中1-2小时。
- 通过将 10 mg 阿魏酸溶解在 20 mL ddH2O 中来制备 FA 溶液，通过 0.22 μm 膜过滤溶液。向大鼠注射1mL / kg阿魏酸溶液。
2.传感器的准备
- 在实验开始前，将压力体积传感器浸入37°C的0.9%NaCl溶液中约30-60分钟，这有助于实验数据的稳定性。
- 连接实验设备。测量压力-容积回路的系统由一根压力-容积导管、两个控制单元、一个记录单元和计算机运行软件组成。软件中的压力-体积回路模块将提供参考实验程序。
- 按 下“开始 ”按钮，软件将自动记录来自压力体积传感器的监测数据。
- 使用 Miro-Tip 压力体积 （MPVS） 软件校准压力和电导率。
3.实验前大鼠制备
- 通过肌肉注射给大鼠氯胺酮（50mg / kg）和芬太尼（0.25mg / kg）5。
- 捏住大鼠的脚趾，通过没有反射来验证麻醉深度。情绪会影响大鼠的生理状态，疼痛会导致心脏功能的改变16.使用小动物剃须刀和脱毛膏去除手术部位的毛发。使用碘磷和 75% 酒精擦拭皮肤以保持无菌。
- 将完全麻醉的大鼠固定在等温加热板上，背部与加热板接触。
- 将涂有凡士林的温度探头插入大鼠的直肠中。通过调节加热板将大鼠体温保持在37°C±0.5。
注意：在实验过程中必须保持气道畅通。
4. 将导管插入右颈动脉
- 纵向切开大鼠颈部正中线右侧的皮肤。做一个 4 厘米的切口，用镊子分离肌肉和结缔组织。位于气管右侧的颈动脉是可见的。大鼠的右颈动脉呈暗红色，脉动强烈，并有一条与之平行的白色迷走神经。
- 使用镊子将颈动脉与其他组织和神经分开。在干净的颈动脉下方放置三条 5-0 手术线。将无菌的0.9%氯化钠溶液滴入手术区域，以保持颈动脉的湿润。
- 切开左锁骨上方的皮肤，剥离颈静脉周围的组织。然后，在左颈静脉下方放置一个 5-0 手术线。
- 使用动脉夹暂停近端的血流，使用微型剪刀剪断血管中血流停止的部分。伤口横截面出现少量血液是正常的。如果血液快速间歇性地流出血管，请抬起近端手术管并再次使用动脉钳。
- 将导管从横截面沿颈动脉深入左心室。确保进入左心室后的最低收缩压值接近 0 mmHg。
- 为了获得合理的压力-容积关系，稍微调整心室中的压力-容积导管。为防止大量失血和导管因心跳而改变位置，请结扎手术管路的近端。
注意：在此过程中，大鼠的体温、麻醉水平、压力信号和电导信号应保持稳定。大鼠的呼吸道应保持畅通。
5.药物注射和电导率校准
- 保持压力容积导管在心室腔室中的位置，数据稳定后，结扎颈静脉远端的手术管线结扎并缓慢注射至1mL / kg阿魏酸溶液。观察5-10分钟。
- 从左颈静脉注射 50 μL 20% NaCl 溶液以去除心肌产生的平行电导。平行电导的体积范围约为 130-280 μL5。以 2 分钟的间隔重复此操作 3 次。
- 在大鼠进行心室压力和容量测试后，使用采血针从大鼠腹主动脉抽血。将收集的血液放入肝素钠收集管中，上下倒置 2 次以防止血液凝固。通过左颈静脉注射120mg / kg戊巴比妥钠对实验大鼠实施安乐死。
- 使用大鼠容量校准管将测得的电导转换为实际血容量。将血液与肝素钠混合的血液依次放入校准管的孔中，导管检测不同孔中血液的电导值并将其记录在压力-容积监测模块中。
6. 数据分析
- 通过将已知体积血液的测量电导率值添加到指定位置，软件会自动绘制曲线并推断血液的电导率。使用至少三组血液电导率值来推断被测大鼠的血液电导率。血液电导率是个体化的。对于测试下的每只大鼠，分别执行此程序。
- 高渗校准：通过将三次高渗盐水注射获得的数据添加到指定位置，软件计算平行电导平均值并自动校准实验数据。
- 利用血压和电导值稳定的区域分析大鼠的左心室功能。
- 点击 “分析 ”，软件会根据所选区域自动计算各种参数，包括EF（左心室射血分数）、SW（卒中功）和CO（心输出量）等。
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Representative Results
每个测试 （n = 3） 都基于压力容积电导率导管进入左心室。当导管从颈动脉进入左心室时，信号会发生显著变化，例如压力范围明显增加（图 1）。通过绘制 Y 轴上的体积 （μL） 和 X 轴上的压力 （mmHg） 来完成压力-体积关系的图形分析。大鼠左心室压在10-105 mmHg以内，体积电导值在65-115 μL以内。
完整的心动周期由逆时针压力-容积环形成（图2）。在大鼠施用阿魏酸后，观察到心脏功能的显着变化（图3）。大鼠左心室压在0-85 mmHg之间，体积电导值在30-100 μL之间。
如 图4所示，当将高渗盐水注射到大鼠颈静脉中时，左心室压力-容积环发生变化。由于直接测量心室内的压力和电导率信号，通过左颈静脉注射高渗盐水可导致电导率值增加。通过多次测量电导率值的变化，可以消除来自心肌的干扰。
压力体积电导用于比色皿校准（图5）。这是将测得的电导值转换为体积值。
图 1：由压力-容积电导导管在颈动脉和心室中产生的不同压力-容积环。 （A）动脉和心室之间的压力和电导率存在显着差异。（B） 将微型传感器插入心室可以形成压力-容积回路。 请点击这里查看此图的较大版本.
图 2：压力-体积回路。 压力-容积环包括四个阶段：舒张期、等容收缩期、收缩期和等容松弛期。压力-容积环的面积代表一次心脏收缩产生的功。从舒张末期容积 （EDV） 中减去收缩末期容积 （ESV） 得到心室输出量。 请点击这里查看此图的较大版本.
图3：注射阿魏酸溶液后大鼠左心室功能受到影响。 （A） 左心室压力-容积环受到影响。（B） 射血分数 （EF） 表示每搏输出量相对于心室舒张末期容积的百分比：左心室射血分数随心跳计数的变化。（C） 左心室收缩末期容积随心跳次数的增加而变化。（D） 左心室舒张末压-容积关系时间常数随心率增加而变化。 请点击这里查看此图的较大版本.
图4：将20%NaCl溶液注射到静脉后大鼠左心室的压力和电导变化。 （A）电导率发生变化的分析数据。（B） 由于电导率增加，压力体积环向右移动。 请点击这里查看此图的较大版本.
图 5：压力体积电导导管用于测量充满大鼠血液的已知体积比色皿的电导率。 （A）不同体积的电导率。（B） 通过压力-体积电导率导管测量的电导率具有良好的相关性。 请点击这里查看此图的较大版本.
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Discussion
对于不同的心脏功能状态，必须采用合理的给药策略。压力-容积电导导管技术是研究左心室功能最直观的方法5.这种方法可以从整体角度研究药物对心脏功能的影响。我们详细描述了实验的各个阶段。这将为心脏功能的研究提供一些便利。
压力容积电导率导管技术是最全面、最严格的方法。在一次实验中可以获得多达30个指标的信息，包括绝对值（压力和体积）和相对值（EF），甚至还有一些药物代谢信息。
在整个实验过程中，大鼠的体温保持在37°C±0.55。在实验5期间，应尽量减少大鼠的失血量。在实验17期间应注意大鼠的血容量。
压力-容积传导导管技术允许实时检测心室的状态 18.该技术对于研究单一药物或药物组合对心脏的影响非常有帮助。电导导管将直接测量左心室的压力和电导。这与被测大鼠的体温和麻醉程度密切相关。在该实验中，注射阿魏酸溶液后，压力-容积环清楚地证明了左心室功能的变化，包括收缩末期压和收缩末期容积的降低（图2A）。大鼠左心室射血分数显著升高，峰值为89.87%（图2B）。大鼠左心室收缩末压显著降低，最小值为55.44μL。这与先前报道的阿魏酸在降低血压方面的药理作用一致11。
在食品和药用植物中发现的某些天然化合物有助于维持健康。阿魏酸是一种广泛存在于植物中的酚类化合物，包括川芥和当归19，是各种中药的重要活性成分。目前的研究表明，阿魏酸具有多种生物活性，包括抗炎、抗纤维化和抗凋亡作用11。有必要研究这种食物中现成的天然产物对循环系统中心脏功能的影响，尽管研究表明它对心脏形态结构有积极影响12,20。
压力容积导管可放置在实验动物的心室腔内，直接获得心室压力和电导。盐水校准和比色皿校准用于获得真实的心室容积。该实验允许获得连续的压力-容积循环，这将直观地反映心室功能的变化。使用压力容积导管进入心室有两种方法，包括开胸和闭胸。在开胸条件下，更容易控制压力容积导管在心室腔中的位置。在闭胸条件下测量心室功能不需要动物辅助呼吸，对动物的伤害较小，成功率更高。此外，在闭胸条件下观察压力容积环，以确定压力容积导管是否在心室腔内。如果该导管被心肌压缩，压力容积环将出现异常峰值。
心脏是将血液泵送到全身的重要器官。需要一种更合理的方法来评估心脏功能，包括负荷前后以及心脏本身的状态21.压力-容积环用于实时描述整个心动周期中心室压力和容积的变化。该协议描述了使用微型传感器测量左心室功能的完整方法。改变实验方案中的微传感器模型可以测量不同动物的心脏功能，例如猪、小鼠等4,8,22。使用压力容积电导导管可以实时观察药物对左心室压力和容积的影响，以及对实验对象循环系统的整体影响。这种技术有助于最大限度地减少药物对心脏的潜在负面影响。
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Disclosures
作者声明，该研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
Acknowledgments
本次工作得到了四川省重大研发专项（2022YFS043）和成都中医药大学青年基金会发展人才专项（QJJJ2022029）的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1 mL syringe | Sartorius AG, Germany | - | |
| Animal temperature maintainer | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Dual Bio Amp | Millar, Inc., USA | DA-100 | |
| Enzyme-Active Powdered Detergent | Alconox Inc., USA | 1104 | |
| Ferulic acid | Macklin Biochemical Co., Ltd,Shanghai, China | F900027 | |
| Mikro-Tip Catheter Transducers, SPR-838NR | Millar, Inc., USA | SPR-838NR | |
| Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra | Millar, Inc., USA | SPR-869 | |
| Pet electric clippers | Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd. | - | |
| Power Lab 8 / 35 | Millar, Inc., USA | PL3508 | |
| Sodium Chloride, NaCl | Kelong Chemical Reagent, Chengdu, China | KX829463 | |
| Veet hair removal cream | Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd. | 3226470 |
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