قياس حجم حلقات الضغط في الماوس
Summary
توضح هذه المخطوطة بروتوكول مفصلة لجمع البيانات حجم الضغط من الماوس.
Abstract
فهم أسباب وتطور مرض القلب يمثل تحديا كبيرا للمجتمع الطب الحيوي. المرونة الوراثية من الفأرة توفر إمكانات كبيرة لاستكشاف وظيفة القلب على المستوى الجزيئي. حجم الفأر الصغير يفعل بعض التحديات في ما يخص أداء phenotyping القلب تفصيلا. جعلت التصغير والتطورات الأخرى في مجال التكنولوجيا العديد من طرق تقييم القلب ممكن في الماوس. من هذه، وجمع في وقت واحد من البيانات الضغط والحجم ويقدم صورة تفصيلية عن وظيفة القلب غير متوفرة من خلال أي طريقة أخرى. هنا يتم وصف إجراءات تفصيلية لجمع البيانات حلقة حجم الضغط. وشملت هو مناقشة المبادئ التي يقوم عليها القياسات والمصادر المحتملة للخطأ. وتناقش إدارة التخدير والنهج الجراحية بقدر كبير من التفصيل لأنها على حد سواء حرجة إلى الحصول على قياس الدورة الدموية جودة عاليةالصورة. وتطرق إلى مبادئ التنمية بروتوكول الدورة الدموية والجوانب ذات الصلة من تحليل البيانات.
Introduction
لا يزال مرض القلب والأوعية الدموية لتكون سببا هاما من أسباب الوفيات والمراضة في جميع أنحاء العالم 1. أمراض القلب تمثل تحديات صعبة للغاية في تطوير علاجات جديدة. التقدم في مجال علم الوراثة تنص على إمكانية تحديد عدد وافر من المساهمين وراثية محتملة لتطور أمراض القلب. تتطلب طبيعة التكاملية لنظام القلب والأوعية الدموية التي يمكن التحقق من صحة هذه الأهداف الوراثية في النماذج الحيوانية سليمة. وقد أدت تكاليف المرونة ومساكن منخفضة الوراثية من الفأرة ضعها في صدارة لتقييم دور الفسيولوجية لجين معين. صغر حجم الماوس يعرض بعض التحديات الفريدة لتقييم وظيفة القلب. وهناك العديد من الطرائق التي يمكن أن توفر معلومات بشأن وظيفة القلب، ولكن فقط للقياس في وقت واحد ضغط البطين وحجم يسمح حجم الضغط (PV) تحليل حلقة وظيفة البطين. PV حلقات فقطوظيفة القلب آه ليتم تحليل مستقل لارتباطه الأوعية الدموية. عامل مهم في تحديد الدور الوظيفي للعنصر وراثي معين.
وقد استخدم تقييم حلقات الضغط حجم كلا تجريبيا وسريريا لسنوات عديدة ودراسات واسعة النطاق موجود فيما يتعلق بتحليل هذه البيانات يحدد 2،3. وقد تم تطويع التكنولوجيا حلقة PV على الماوس تقدما هاما لفهم علم وظائف الأعضاء القلب الفئران 4-6. القسطرة على أساس التقنيات الكهروضوئية حلقة زوجين محول الضغط واستخدام تصرف لتقدير حجم البطين. يتم تحديد حجم البطين من خلال دراسة التغيرات في حقل الكهربائية المولدة عن طريق القسطرة. يتم احتساب هذه النماذج طريقة البطين على شكل أسطوانة، ويعرف ذروة التي كتبها المسافة بين الأقطاب على القسطرة وفي دائرة نصف قطرها من التوصيل من مجال كهربائي عن طريق الدم فيالبطين 7-9. إشارة تصرف تقاس القسطرة اثنين من المكونات. الأول هو التوصيل عن طريق الدم. هذا يختلف مع حجم البطين ويشكل إشارة الأولية المستخدمة لتحديد حجم البطين. النتائج العنصر الثاني من التوصيل من خلال وعلى طول جدار البطين. وهذا ما يسمى تصرف الموازي ويجب إزالتها من أجل تحديد حجم البطين المطلق. هناك نوعان من النظم المتاحة تجاريا لجمع البيانات حجم الضغط في مختبر البحوث والطريقة المستخدمة لحساب وإزالة تصرف مواز هو الفرق الأساسي بينهما 6،10،11. تتطلب القسطرة تصرف حقن محلول ملحي مفرط التوتر لحساب تصرف الموازي. هذه الحقن يتغير عابر التوصيل من الدم في البطين، بينما يبقى التوصيل الجدار مستمر. من هذه البيانات فمن الممكن لتحديدمكون من إشارة تصرف الذي ينشأ من الدم وما يأتي من جدار البطين. يفترض هذا النهج أن تصرف مواز لا تختلف خلال دورة القلب. يعتمد أسلوب القبول على التغييرات المرحلة في المجال الكهربائي لتقييم مساهمة جدار البطين للإشارة حجم الشاملة. ويعتمد هذا الأسلوب على مجموعة متنوعة من ثوابت محددة سلفا لالموصلية من الدم وعضلة القلب لتحديد الحجم النهائي، ولكن يجعل التدابير المستمرة للتصرف الموازي خلال دورة القلب. كل من هذه الأنظمة توفر تقديرات جيدة من حجم البطين الأيسر والخلافات بينهما وليس من المرجح أن تكون كبيرة من الناحية الفسيولوجية. نموذج أسطواني من البطين وافتراضات أخرى تجعل هذه النهج القائم على القسطرة ليست دقيقة مثل طرائق أخرى، ولكن يتم توفير هذه البيانات على أساس ضربات تلو ضربات التي لا غنى عنها لتقييم التدابير الحمل مستقلة من وظيفة القلب.
يتم استخدام الإجراء المذكورة هنا في مختبري وقدمت بيانات لعدد كبير من الدراسات دراسة الآليات الفيزيولوجية المرضية الأساسية من التصنع عضلة القلب 12-18. الإجراء المبين أدناه هو واحد من اثنين من التي يمكن استخدامها للحصول على بيانات PV حلقة. في حين أن العديد من المبادئ قابلة للتطبيق لكلا النهجين، وسوف يركز هذا البروتوكول على نهج قمي الصدر المفتوح؛ وقد وردت تفاصيل بروتوكول الصدر مغلقة في أي مكان آخر 19،20. في حين سيتم وصف الإجراء بالتفصيل، والمبادئ الشاملة الهامة لفضح القلب بأقل ضرر إما إلى القلب أو الرئتين. في جميع أنحاء بروتوكول من المهم أن نتذكر أن هذا الإجراء غير البقاء على قيد الحياة وأن وجود التعرض جيدة للقلب من الأهمية بمكان لتحديد المكان المناسب للقسطرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك ثلاث خطوات حاسمة في هذا الإجراء: 1) وضع الأنبوب الرغامي والتهوية المناسبة، 2) وضع القسطرة الرابع الوريد، و3) تحديد المكان المناسب للقسطرة الكهروضوئية في البطين الأيسر. تحديد معدل التنفس المناسب هو جزء مهم من تقديم الدعم التنفس الصناعي. الفئران واعية عموما الحفاظ ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود الكاتب أن نعترف التمويل من NHLBI (K08 HL102066 وR01 HL114832).
Materials
| Dumont 5/45 (2) | Fine Science Tools | 11251-33 | |
| Vessel Dilating Forceps | Fine Science Tools | 18153-11 | |
| Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissor | Roboz Instruments | RS-5668 | |
| Octogon Forceps – Serrated/Curved | Fine Science Tools | 11041-08 | |
| Octogon Forceps – Serrated/Straight | Fine Science Tools | 11040-08 | |
| Dissector Scissors- Heavy Blade | Fine Science Tools | 14082-09 | |
| Transpore Surgical Tape | 3M | 1527-1 | |
| 3-0 Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-30 | |
| TOPO Ventilator | Kent Scientific | TOPO | |
| Martin ME 102 Electrosurgical Unit | Harvard Apparatus | PY2 72-2484 | |
| Syringe Pump | Lucca Technologies | GenieTouch | |
| Stereomicroscope with boom stand | Nikon | SMZ-800N | |
| Thermocouple Thermometer | Cole Parmer | EW-91100-40 | |
| T/Pump Warm Water Recirculator | Kent Scientific | TP-700 | |
| ADVantage Pressure-Volume System | Transonic | ADV500 | |
| Data Acquision and Analysis | DSI | Ponemah ACQ-16 |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics–2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131 (4), e29-e322 (2015).
- Katz, A. M. Influence of altered inotropy and lusitropy on ventricular pressure-volume loops. J Am Coll Cardiol. 11 (2), 438-445 (1988).
- Kass, D. A., Maughan, W. L. From "Emax" to pressure-volume relations: a broader view. Circulation. 77 (6), 1203-1212 (1988).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 274 (4 Pt 2), H1416-H1422 (1998).
- Kass, D. A., Hare, J. M., Georgakopoulos, D. Murine cardiac function: a cautionary tail. Circ Res. 82 (4), 519-522 (1998).
- Feldman, M. D., et al. Validation of a mouse conductance system to determine LV volume: comparison to echocardiography and crystals. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279 (4), H1698-H1707 (2000).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Salo, R. W., Wallner, T. G., Pederson, B. D. Measurement of ventricular volume by intracardiac impedance: theoretical and empirical approaches. IEEE Trans Biomed Eng. 33 (2), 189-195 (1986).
- Wei, C. L., et al. Volume catheter parallel conductance varies between end-systole and end-diastole. IEEE Trans Biomed Eng. 54 (8), 1480-1489 (2007).
- Kutty, S., et al. Validation of admittance computed left ventricular volumes against real-time three-dimensional echocardiography in the porcine heart. Exp Physiol. 98 (6), 1092-1101 (2013).
- Kottam, A., Dubois, J., McElligott, A., Henderson, K. K. Novel approach to admittance to volume conversion for ventricular volume measurement. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 2514-2517 (2011).
- Meyers, T. A., Townsend, D. Early right ventricular fibrosis and reduction in biventricular cardiac reserve in the dystrophin-deficient mdx heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308 (4), H303-H315 (2015).
- Townsend, D., Yasuda, S., Li, S., Chamberlain, J. S., Metzger, J. M. Emergent dilated cardiomyopathy caused by targeted repair of dystrophic skeletal muscle. Mol Ther. 16 (5), 832-835 (2008).
- Townsend, D., et al. Systemic administration of micro-dystrophin restores cardiac geometry and prevents dobutamine-induced cardiac pump failure. Mol Ther. 15 (6), 1086-1092 (2007).
- Strakova, J., et al. Dystrobrevin increases dystrophin’s binding to the dystrophin-glycoprotein complex and provides protection during cardiac stress. J Mol Cell Cardiol. 76, 106-115 (2014).
- Yasuda, S., et al. Dystrophic heart failure blocked by membrane sealant poloxamer. Nature. 436 (7053), 1025-1029 (2005).
- Townsend, D., Daly, M., Chamberlain, J. S., Metzger, J. M. Age-dependent dystrophin loss and genetic reconstitution establish a molecular link between dystrophin and heart performance during aging. Mol Ther. 19 (10), 1821-1825 (2011).
- Townsend, D., Yasuda, S., McNally, E., Metzger, J. M. Distinct pathophysiological mechanisms of cardiomyopathy in hearts lacking dystrophin or the sarcoglycan complex. FASEB J. 25 (9), 3106-3114 (2011).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).
- Zhang, B., Davis, J. P., Ziolo, M. T. Cardiac Catheterization in Mice to Measure the Pressure Volume Relationship: Investigating the Bowditch Effect. J Vis Exp. (100), e52618-e52618 (2015).
- Barnabei, M. S., Palpant, N. J., Metzger, J. M. Influence of genetic background on ex vivo and in vivo cardiac function in several commonly used inbred mouse strains. Physiol Genomics. 42A (2), 103-113 (2010).
- Guo, X., Kono, Y., Mattrey, R., Kassab, G. S. Morphometry and strain distribution of the C57BL/6 mouse aorta. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283 (5), H1829-H1837 (2002).
- Weiss, R. M., Ohashi, M., Miller, J. D., Young, S. G., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis in old hypercholesterolemic mice. Circulation. 114 (19), 2065-2069 (2006).
- Palpant, N. J., Day, S. M., Herron, T. J., Converso, K. L., Metzger, J. M. Single histidine-substituted cardiac troponin I confers protection from age-related systolic and diastolic dysfunction. Cardiovasc Res. 80 (2), 209-218 (2008).
- Palpant, N. J., D’Alecy, L. G., Metzger, J. M. Single histidine button in cardiac troponin I sustains heart performance in response to severe hypercapnic respiratory acidosis in vivo. FASEB J. 23 (5), 1529-1540 (2009).
- Palpant, N. J., et al. Cardiac disease in mucopolysaccharidosis type I attributed to catecholaminergic and hemodynamic deficiencies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 300 (1), H356-H365 (2011).
- Townsend, D. Diastolic dysfunction precedes hypoxia-induced mortality in dystrophic mice. Physiol Rep. 3 (8), e12513 (2015).
- Schmähl, D., Port, R., Wahrendorf, J. A dose-response study on urethane carcinogenesis in rats and mice. Int J Cancer. 19 (1), 77-80 (1977).
- Freeman, G. L., Little, W. C., O’Rourke, R. A. The effect of vasoactive agents on the left ventricular end-systolic pressure-volume relation in closed-chest dogs. Circulation. 74 (5), 1107-1113 (1986).
- Reyes, M., et al. Enhancement of contractility with sustained afterload in the intact murine heart: blunting of length-dependent activation. Circulation. 107 (23), 2962-2968 (2003).
- Segers, P., et al. Conductance catheter-based assessment of arterial input impedance, arterial function, and ventricular-vascular interaction in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 288 (3), H1157-H1164 (2005).
- Townsend, D., et al. Chronic administration of membrane sealant prevents severe cardiac injury and ventricular dilatation in dystrophic dogs. J Clin Invest. 120 (4), 1140-1150 (2010).
- Sato, T., Shishido, T., et al. ESPVR of in situ rat left ventricle shows contractility-dependent curvilinearity. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 274 (5 Pt 2), H1429-H1434 (1998).
- Sunagawa, K., et al. Effects of coronary arterial pressure on left ventricular end-systolic pressure-volume relation of isolated canine heart. Circ Res. 50 (5), 727-734 (1982).
- Cingolani, H. E., Pérez, N. G., Cingolani, O. H., Ennis, I. L. The Anrep effect: 100 years later. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 304 (2), H175-H182 (2013).
- Baan, J., van der Velde, E. T. Sensitivity of left ventricular end-systolic pressure-volume relation to type of loading intervention in dogs. Circ Res. 62 (6), 1247-1258 (1988).
- Rankin, J. S., Olsen, C. O., et al. The effects of airway pressure on cardiac function in intact dogs. Circulation. 66 (1), 108-120 (1982).
