Измерение давления громкости Loops в мыши
Summary
Эта рукопись описывает подробный протокол для сбора данных давления объемом от мыши.
Abstract
Понимание причин и прогрессирования сердечно-сосудистых заболеваний представляет собой серьезную проблему для биомедицинского сообщества. Генетический гибкость мыши обеспечивает большой потенциал для изучения функции сердца на молекулярном уровне. Небольшой размер мыши представляет некоторые проблемы в отношении проведения подробного сердца фенотипирования. Миниатюризация и другие достижения в области технологии сделали много методов оценки сердечной возможной у мышей. Из них одновременный сбор данных давления и объема обеспечивает детальную картину сердечной функции, которая не доступна через любой другой модальности. Вот подробная процедура сбора данных контура давления объема описывается. В комплект входит обсуждение принципов, лежащих в основе измерения и потенциальные источники ошибок. Обезболивающий управления и хирургические подходы обсуждаются в мельчайших подробностях, как они оба важны для получения измерения гемодинамического высокого качестваs. также рассматриваются принципы разработки протокола гемодинамика и соответствующие аспекты анализа данных.
Introduction
Сердечно – сосудистые заболевания по- прежнему является важной причиной смертности и заболеваемости по всему миру 1. Болезни сердца представляют особенно сложные проблемы в разработке новых методов лечения. Достижения в области генетики обеспечивают возможность идентифицировать множество потенциальных генетических доноров к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Интегративный характер сердечно-сосудистой системы требует, чтобы эти генетические цели быть подтверждено в интактных животных моделях. Генетические гибкость и низкие издержки на жилье мыши принесли его на первый план для оценки физиологической роли данного гена. Небольшой размер мыши представляет некоторые уникальные проблемы для оценки функции сердца. Есть несколько условий, которые могут предоставить информацию о функции сердца, но только одновременное измерение давления и объема желудочка позволяет давление-объем (PV) анализ петли функции левого желудочка. PV петли всевл сердечной функции для анализа зависит от его соединения с сосудистой сетью; Важным фактором при определении функциональной роли конкретного генетического элемента.
Оценка контуров давления объема было экспериментально и клинически используется на протяжении многих лет , и обширная литература существует относительно анализа этих наборов данных 2,3. Адаптация технологии петли PV к мыши стала важным шагом вперед в понимании мышиной физиологии сердца 4-6. Катетер на основе технологии контура PV пара датчик давления и использование проводимости для оценки желудочковой объема. Желудочков объем определяется путем анализа изменений в электрическом поле, создаваемом с помощью катетера. Этот метод моделирует желудочек как цилиндр, высота которого определяется расстоянием между электродами на катетере и радиус вычисляется по проводимости электрического поля через кровь вжелудочек 7-9. Сигнал Проводимость измеряется с помощью катетера имеет два компонента. Первым из них является проводимость через кровь; это зависит от объема желудочка и представляет собой первичный сигнал, используемый для определения желудочковой объема. Второй компонент является результатом проводимости через и вдоль стенки желудочка. Это называется параллельная проводимость и должны быть удалены, чтобы определить абсолютный объем желудочков. Есть два коммерчески доступные системы для сбора данных давления объема в научно – исследовательской лаборатории и метода , используемого для расчета и удаления параллельной проводимости является основным различием между ними 6,10,11. Електропроводимостьи катетеры требуют инъекцию гипертонического раствора для расчета параллельной проводимости. Эта инъекция скоротечно изменяет проводимость крови в желудочке, в то время как проводимость стенки остается постоянной. Исходя из этих данных можно определитьсоставляющая сигнала проводимости, который берет свое начало из крови и что исходит от стенки желудочка. Такой подход предполагает, что параллельно проводимость не изменяется в течение сердечного цикла. Метод допуска зависит от фазовых превращений в электрическом поле, чтобы оценить вклад стенки желудочков к общему сигналу громкости. Этот метод основан на множестве заранее определенных констант для проводимости крови и миокарде, чтобы определить конечный объем, но делает непрерывные меры параллельной проводимости в течение сердечного цикла. Обе эти системы обеспечивают хорошие оценки объема левого желудочка и различия между ними, вероятно, не быть физиологически значимым. Цилиндрическая модель желудочка и других предположений делают эти катетерной подходы не столь точны, как другие методы, но эти данные предоставляются на основе ритм-по-ударом, который имеет важное значение для оценки нагрузки независимых мер сердечной функции.
Процедура , описанная здесь используется в моей лаборатории и предоставила данные для большого количества исследований по изучению основных патофизиологических механизмов дистрофических кардиомиопатия 12-18. Процедура, описанная ниже, является одним из двух, которые могут быть использованы для получения данных контура PV. В то время как многие принципы применимы для любого подхода, этот протокол будет сосредоточено на открытой грудной клетке верхушечного подхода; закрытый протокол грудной клетки был подробно описан в другом месте 19,20. В то время как процедура будет описана подробно, важные основополагающие принципы должны подвергать сердце с минимальным повреждением либо сердца или легких. На протяжении всего протокола, важно помнить, что это процедура непроявленности и имеющие хорошее воздействие на сердце является критически важным для правильного размещения катетера.
Protocol
Representative Results
Discussion
Есть три важных шагов в этой процедуре: 1) размещение интубационной трубки и соответствующей вентиляции, 2) размещение яремной IV катетера, и 3) надлежащее размещение PV катетера в левом желудочке. Определение подходящего дыхания является важной частью обеспечения респираторной поддержк?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Автор хотел бы отметить финансирование от NHLBI (K08 HL102066 и R01 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).
