Hjärtkateterisering i möss för att mäta trycket Volym Förhållande: Undersöka Bowditch Effect
Summary
This article describes the measurement of murine left ventricular function via pressure/volume analysis at different heart rates.
Abstract
Djurmodeller som efterliknar mänskliga hjärtsjukdomar har skapats för att testa potentiella terapeutiska strategier. En viktig komponent för att utvärdera dessa strategier är att undersöka deras inverkan på hjärtfunktionen. Det finns flera metoder för att mäta in vivo hjärt mekanik (t.ex. ekokardiografi, relationer tryck / volym, osv). Jämfört med ekokardiografi, är realtidsvänsterkammar (LV) tryck / volym analys via kateterisering mer exakt och insiktsfulla för att bedöma vänsterkammarfunktion. Dessutom ger LV tryck / volym analys förmågan att omedelbart registrera förändringar under manipulationer av kontraktilitet (t.ex. β-adrenerg stimulering) och patologiska förolämpningar (t.ex. ischemi / reperfusionsskada). Utöver den maximala (+ dP / dt) och minimum (-dP / dt) takten tryckändring i LV, en korrekt bedömning av vänsterkammarfunktion via flera lastoberoende index (t.ex. slutsystoliska tryckvolym förhållande och förspänning rekryter stroke arbete) kan uppnås. Pulsen har en signifikant effekt på LV kontraktilitet, så att en ökning av hjärtfrekvensen är den primära mekanismen för att öka hjärtminutvolymen (dvs Bowditch effekt). Således, när man jämför hemodynamiken mellan experimentella grupper, är det nödvändigt att ha liknande hjärtfrekvens. Vidare är ett kännetecken för många kardiomyopati modeller en minskning i kontraktil reserv (dvs minskad Bowditch effekt). Följaktligen kan viktig information erhållas genom att bedöma effekterna av ökad hjärtfrekvens på kontraktilitet. Våra och andra data har visat att den neuronala kväveoxidsyntas (NOS1) knockout-mus har minskad kontraktilitet. Här beskriver vi proceduren för mätning LV tryck / volym med ökande hjärtfrekvens med hjälp av NOS1 knockout musmodellen.
Introduction
Syftet med hjärtat är att pumpa blod genom hela kroppen för att uppfylla de metaboliska kraven hos organismen. Eftersom dessa krav är ständigt fluktuerande (t.ex. under träning), måste hjärtat anpassa (dvs öka hjärtminutvolym). Hjärtat har utarbetat ett stort antal vägar för att uppnå detta konststycke. Det främsta sättet hjärtat uppnår detta är via en ökning av hjärtfrekvensen (dvs Bowditch effekt) 1. Det vill säga, som en hjärtfrekvens ökar resulterar detta i en ökning av kontraktilitet och en ökning i hjärtminutvolym. Således är hjärtfunktion ytterst beroende av hjärtfrekvensen. Tyvärr, hjärtsjukdom (t ex hjärtinfarkt, hypertrofi, etc.) resulterar i dålig hjärtfunktion där hjärtat följaktligen inte kommer att kunna uppfylla de metaboliska kraven på kroppen. Hjärtsjukdom är den främsta orsaken till sjuklighet och dödlighet i det västerländska samhället. Djurmodeller som rekapitulera många människors cardiomyopathies används för att undersöka molekylära mekanismer och för att testa potentiella behandlingar. För att urskilja dessa mekanismer och avgöra om en behandling kan vara lönsamt måste utredarna bedömer hjärtfunktion in vivo.
Det finns flera sätt att bedöma hjärtfunktionen in vivo (t.ex. ekokardiografi, MRI, etc.), som rutinmässigt mäta ejektionsfraktion, fraktionerad förkortning, hjärtminutvolym, etc. Men, dessa parametrar är starkt beroende av afterload, förspänning, och hjärtfrekvens förutom kontraktilitet 2. Att mäta kontraktilitet är nödvändig för att förstå de inneboende egenskaperna hos hjärtat i sin naturliga miljö. Den maximala (dP / dt max) graden av tryck utveckling för oss ett steg närmare att förstå kontraktilitet. Tyvärr är dP / dt också beroende av puls- och belastningsförhållanden 3. Därför tekniker har utvecklats för att mäta belastningen (och hjärtfrekvens, se below) oberoende index hjärtkontraktilitet (dvs slutet systoliskt tryck volymförhållande (ESPVR) och förspänning rekryterslagarbete (PRSW)) 4-6. ESPVR beskriver det maximala tryck som kan utvecklas genom ventrikeln vid varje given LV volym. Lutningen på ESPVR representerar slut systoliska elastans (EES). PRSW är den linjära regressionen av stroke arbete (område som avgränsas av PV slinga) med slutdiastoliska volym. Dessa procedurer är en mer noggrann och exakt mätning av kontraktilitet jämfört med hemodynamiska parametrar såsom ejektionsfraktion, hjärtminutvolym och slagvolym. ESPVR och PRSW kan erhållas via den tillfälliga blockeringen av den nedre hålvenen (IVC). Blockering IVC kan utföras med en sluten bröstet för att undvika effekten av att ändra intrapleurala trycket på hjärtfunktionen.
Ökad hjärtfrekvens ökar också sammandragning och avslappning 1. Således, när man jämför hjärtfunktion mellan ExperimentaL-grupper (t.ex. ± dP / dt), hjärtfrekvenser behöver vara likartade. Men liknande hjärtfrekvens vanligtvis inte förekommer i varje djur på grund av olika förhållanden (sjukdom, forskning interventions, etc.). Det bör noteras att anestesi (injicerbar och inhalerade) sänker hjärtfrekvensen. Eftersom hjärtfrekvensen är en viktig faktor för kontraktilitet, kommer narkos avsevärt påverka kontraktiliteten. Av denna anledning är vi beskriver vårt förfarande. Dessutom är ett kännetecken för många kardiomyopatier en minskad kontraktil reserv (dvs en minskad Bowditch effekt). Därför bör hjärtfunktionen mätas över ett intervall av hjärttakter. Här beskriver vi hur du använder en stimulator (med en stängd kista) för att uppnå dessa effekter.
Förutom puls, (NO) är kväveoxid också en viktig modulator av kontraktilitet 7. NO produceras via enzymer benämns NO-syntas (NOS). Vi och andra har visat att möss med knockout av neuronal NOS (NOS1 <supp> – / -) har trubbiga myocyte kontraktion och in vivo hjärt hemodynamiken 8,9. Denna mus kommer att användas för att demonstrera mätning av vänsterkammar kontraktilitet via LV tryck / volymanalys ingrepp som utförs på olika hjärtfrekvenser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ett kritiskt steg för denna teknik för att få ett tillförlitligt mått på kontraktilitet är korrekt kateter placering i LV. Om katetern inte är korrekt placerad, när LV kontrakt väggarna kan kontakta katetern vilket resulterar i mycket hög, och inte fysiologiska, tryckvärden orsakar oregelbundet formade PV slingor. Om det behövs, kan katetern roteras för att uppnå rätt placering. En annan viktig steg för denna teknik är att se till att mus erhöll korrekt anestesi. Om musen är över sövd, kommer detta…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by NIH grants HL091986 (JPD) and HL094692 (MTZ).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Xlyzine 100mg/ml | Ana Sed | 4821 | |
| Katamin 50mg/ml | Ketalar | 310006 | |
| Heparin | APP Pharmaceuticals | 6003922 | |
| 4-0 silk thread | Surgical specialties | SP102 | |
| 6-0 silk thread | Surgical specialties | MBKF270 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Curve forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14090-09 | |
| Vascular clamp | Fine Science Tools | 18555-03 | |
| Microscope | World precision instruments | PZM-3 | |
| Pressure catheter | Millar instruments | SPR-839 | |
| Pressure and volume system | Millar instruments | MPVS-300 | |
| PowerLab4/35 | AD instruments | N12128 | |
| LabchartPro 7 | AD instruments | ||
| Temperature controller | CWE | TC-1000 | |
| Stimulator | Grass | SD-5 | |
| Sterile glove | Micro-Touch | 1305018821 | |
| Hair remover lotion | Nair | ||
| Betadine surgical scrub | Veterinary | NDC 6761815401 | |
| Acohol | Decon Laboratories | 2801 | |
| Bovie cautery | Bovie | AA29 | |
| 1ml Syringe(26G needle) | BD | 8017299 |
Referências
- Janssen, P. M. Myocardial contraction-relaxation coupling. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 299, H1741-H1749 (2010).
- Roman, M. J., Devereux, R. B. Comparison of noninvasive measures of contractility in dilated cardiomyopathy. Echocardiography. 8, 139-150 (1991).
- Hamlin, R. L., del Rio, C. dP/dt(max)–a measure of ‘baroinometry. J Pharmacol Toxicol Methods. 66, 63-65 (2012).
- Feneley, M. P., et al. Comparison of preload recruitable stroke work, end-systolic pressure-volume and dP/dtmax-end-diastolic volume relations as indexes of left ventricular contractile performance in patients undergoing routine cardiac catheterization. J Am Coll Cardiol. 19, 1522-1530 (1992).
- Kass, D. A., et al. Comparative influence of load versus inotropic states on indexes of ventricular contractility: experimental and theoretical analysis based on pressure-volume relationships. Circulation. 76, 1422-1436 (1987).
- Nemoto, S., DeFreitas, G., Mann, D. L., Carabello, B. A. Effects of changes in left ventricular contractility on indexes of contractility in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H2504-H2510 (2002).
- Ziolo, M. T., Kohr, M. J., Wang, H. Nitric oxide signaling and the regulation of myocardial function. J Mol Cell Cardiol. 45, 625-632 (2008).
- Barouch, L. A., et al. Nitric oxide regulates the heart by spatial confinement of nitric oxide synthase isoforms. Nature. 416, 337-339 (2002).
- Wang, H., et al. Neuronal nitric oxide synthase signaling within cardiac myocytes targets phospholamban. Am J Physiol Cell Physiol. 294, C1566-C1575 (2008).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol. 274, H1416-H1422 (1998).
