Сердечная давления Объем Анализ обратной связи с использованием проводимости Катетеры у мышей
Summary
Cardiac pressure-volume loop analysis is the most comprehensive way to measure cardiac function in the intact heart. We describe a technique to perform and analyze cardiac pressure volume loops, using conductance catheters.
Abstract
Cardiac pressure-volume loop analysis is the “gold-standard” in the assessment of load-dependent and load-independent measures of ventricular systolic and diastolic function. Measures of ventricular contractility and compliance are obtained through examination of cardiac response to changes in afterload and preload. These techniques were originally developed nearly three decades ago to measure cardiac function in large mammals and humans. The application of these analyses to small mammals, such as mice, has been accomplished through the optimization of microsurgical techniques and creation of conductance catheters. Conductance catheters allow for estimation of the blood pool by exploiting the relationship between electrical conductance and volume. When properly performed, these techniques allow for testing of cardiac function in genetic mutant mouse models or in drug treatment studies. The accuracy and precision of these studies are dependent on careful attention to the calibration of instruments, systematic conduct of hemodynamic measurements and data analyses. We will review the methods of conducting pressure-volume loop experiments using a conductance catheter in mice.
Introduction
Сердечная анализ объема контура давления обеспечивает подробную информацию о функции сердца и являются золотым стандартом для оценки функционального 1. В то время как методы визуализации, такие как эхокардиография или МРТ сердца обеспечивают функциональные меры, эти меры в значительной степени зависят от условий нагружения. Не зависит от нагрузки меры сократительной способности сердечной мышцы и релаксации требует динамических измерений давления желудочка и объема отношению в диапазоне преднагрузки постнагрузку и. Такое понимание давление-объем отношении возникает из инновационной деятельности Сагава и коллег 2,3. Они продемонстрировали в Экс Vivo перфузированных собачьих сердцах, что давление объема цикла, полученные меры сократимости зависит от условий нагружения 4.
В естественных условиях применения этих анализов стало возможным с развитием проводимости катетеров в 1980-х. Это технический прогресс позволил Касс и коллеги, чтобы выполнить давление-объем анализ цикла в организме человека 5,6. Миниатюризация проводимости катетеров и улучшения в хирургических методов в конце 1990-х годов сделал 7 Анализ грызунов сердечной функции возможно, позволяя генетических и фармакологических исследований, которые будут выполнены. Этот прогресс с тех пор приводят к широкому использованию давление-объем анализа петли и породил большое понимание в млекопитающих физиологии сердца.
Ключевым понятием в использовании катетеров проводимости и интерпретации данных, полученных от него является взаимосвязь между объемом и проводимости. Проводимость обратно пропорциональна напряжению, которое измеряется с помощью катетера с электродами, помещенными в проксимальном направлении, как правило, размещается ниже аортального клапана, и дистально, на вершине ЛЖ 8. Изменения в напряжении или проводимости измеряются изменения в ток от проксимальных к дистальным электродом. Хотя бассейн крови способствуютS значительный проводимости, то вклад стенки желудочка, называется параллельной проводимости (V р), чтобы измерить проводимость должна быть вычтена получить измерения абсолютного объема ЛЖ.
Методы для выполнения этой коррекции, называется калибровки солевой, обсуждаются ниже в протоколе. Математическая зависимость между проводимостью и объема, описывается Baan и коллег, является то, что объем = 1 / α; (ρ л 2) (GG р), где поправочный коэффициент α = однородное поле, ρ = сопротивление крови, L = расстояние между электродами G = проводимость и G р = проводимость без крови 9. Следует отметить, что однородное поле поправочный коэффициент на мышах приближается к 1,0-за малых объемов 10 камеры. В сочетании с датчиками давления, проводимость катетер обеспечивает в режиме реального времени данные одновременное давление и объем.
Сердечная pressuRe объему анализ представляет особые преимущества по сравнению с другими мерами сердечной функции, так как они позволяют для измерения желудочковой функции независимо от условий нагружения и частоты сердечных сокращений. Конкретные зависит от нагрузки сердечный индексы сократимости включают в себя: конечно-систолический объем давление соотношение (ESPVR), д р / д т макс -end-диастолического объема отношение, максимальная эластичность (Е макс) и поджать recruitable работу хода (PRSW). Нагрузка независимый мера диастолической функции является объем давление отношения конечного диастолического (EDPVR) 11. Следующий протокол описывает поведение объемной давление анализа сердечного цикла, используя как сонную артерию и апикальный подход. В то время как методология проведения этих исследований были подробно описаны ранее 8,11, мы рассмотрим основные этапы, чтобы получить точные измерения давления, объема, в том числе как соли и калибровки кювета коррекции, и обеспечивают визуальную демонстрацию Фесе процедуры. Исследования с животными, проведенных в этом исследовании было обработано в соответствии с утвержденными протоколами и правилами благополучия животных Комитета уходу и использованию животных Институциональная Университета Дьюка Медицинского центра.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы опишем метод выполняющий давления громкости анализ цикла с использованием проводимости катетер у мышей, чтобы получить всесторонний анализ как сократительной способности сердечной мышцы и расслабления. Suga, Сагава и его коллеги использовали давления объем петли, чтобы определить ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Работа выполнена при поддержке Американского Ассоциации Сердца 14FTF20370058 (DMA) и NIH T32 HL007101-35 (DMA).
Materials
| AnaSed (xylazine) | Lloyd Laboratories | NADA no. 139-236 | Anesthetic |
| Ketaset (ketamine) | Pfizer | 440842 | Anesthetic |
| VIP3000 | Matrx Medical Inc. | Anesthesia machine | |
| Ventilator | Harvard Apparatus | Model 683 | Surgical Equipment |
| Tubing kit | Harvard Apparatus | 72-1049 | Surgical Equipment |
| Homeothermic Blanket | Kaz Inc. | 5628 | Surgical Equipment |
| Stereo microscope | Carl Zeiss Optical Inc. | Stemi 2000 | Surgical Equipment |
| Illuminator | Cole–Parmer | 41720 | Surgical Equipment |
| Dumont no. 55 Dumostar Forceps | Fine Science Tools Inc | 11295-51 | Surgical Instruments |
| Graefe forceps, curved | Fine Science Tools Inc | 11052-10 | Surgical Instruments |
| Moria MC31 forceps | Fine Science Tools Inc | 11370-31 | Surgical Instruments |
| Mayo scissors | Fine Science Tools Inc | 14512-15 | Surgical Instruments |
| Iris scissors | Fine Science Tools Inc | 14041-10 | Surgical Instruments |
| Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc | 12501-13 | Surgical Instruments |
| Olsen–Hegar needle holder | Fine Science Tools Inc | 12002-12 | Surgical Instruments |
| spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15610-08 | Surgical Instruments |
| disposable underpads | Kendall/Tyco Healthcare | 1038 | Surgical Supplies |
| Sterile gauze sponges, sterile | Dukal | 62208 | Surgical Supplies |
| Cotton-tipped applicators, sterile | Solon | 368 | Surgical Supplies |
| Surgical suture, silk, 6-0 | DemeTECH | FT-639-1 | Surgical Supplies |
| 1 cc Insulin syringes | Becton Dickenson | 329412 | Surgical Supplies |
| Access-9™ Hemostasis Valve | Merit Medical | MAP111 | Hemodynamic equipment |
| Sphygmomanometer | Baumanometer | 320 | Hemodynamic equipment |
| Millar PV system MPVS-300/400 or MPVS Ultra (includes calibration cuvette) | ADInstruments Inc | Hemodynamic equipment | |
| 1.4F conductance catheter | ADInstruments Inc | SPR-839 | Hemodynamic equipment |
| PowerLab 4/30 with Chart Pro | ADInstruments Inc. | ML866/P | Hemodynamic software |
| animal clipper | Wahl | 8787-450A | Miscellaneous |
| Intradermic tubing PE-10 (Becton Dickinson, cat. no. ) | Becton Dickenson | 427401 | Miscellaneous |
| Intradermic tubing PE-50 (Becton Dickinson, cat. no.) | Becton Dickenson | 427411 | Miscellaneous |
| Needle assortment (18, 25 and 30 gauge; Thomas Scientific) | Miscellaneous | ||
| 0.9% (wt/vol) sodium chloride injection, USP , cat. no. ) | Hospira | NDC no. 0409-4888-50 | Miscellaneous |
| Surgical tape | Miscellaneous | ||
| Alconox (Alconox Inc.) for catheter cleaning | ADInstruments Inc. | Miscellaneous |
Referências
- Clark, J. E., Marber, M. S. Advancements in pressure-volume catheter technology – stress remodelling after infarction. Exp Physiol. 98 (3), 614-621 (2013).
- Sunagawa, K., Maughan, W. L., Burkhoff, D., Sagawa, K. Left ventricular interaction with arterial load studied in isolated canine ventricle. Am J Physiol. 245 (Pt 1), H773-H780 (1983).
- Suga, H., Sagawa, K., Demer, L. Determinants of instantaneous pressure in canine left ventricle. Time and volume specification. Circ Res. 46 (2), 256-263 (1980).
- Suga, H., Sagawa, K., Shoukas, A. A. Load independence of the instantaneous pressure-volume ratio of the canine left ventricle and effects of epinephrine and heart rate on the ratio. Circ Res. 32 (3), 314-322 (1973).
- Kass, D. A., et al. Improved left ventricular mechanics from acute VDD pacing in patients with dilated cardiomyopathy and ventricular conduction delay. Circulation. 99 (12), 1567-1573 (1999).
- Kass, D. A., et al. Diastolic Compliance of Hypertrophied Ventricle Is Not Acutely Altered by Pharmacological Agents Influencing Active Processes. Annals of Internal Medicine. 119 (6), 466-473 (1993).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol. 274 (4 pt 2), H1416-H1422 (1998).
- Cingolani, O. H., Kass, D. A. Pressure-volume relation analysis of mouse ventricular function. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301 (6), H2198-H2206 (2011).
- Baan, J., et al. Continuous Measurement of Left-Ventricular Volume in Animals and Humans by Conductance Catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Pearce, J. A., Porterfield, J. E., Larson, E. R., Valvano, J. W., Feldman, M. D. Accuracy considerations in catheter based estimation of left ventricular volume. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010, 3556-3558 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nature Protocols. 3 (9), 1422-1434 (1038).
- Hanusch, C., Hoeger, S., Beck, G. C. Anaesthesia of small rodents during magnetic resonance imaging. Methods. 43 (1), 68-78 (2007).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Estimation of parallel conductance by dual-frequency conductance catheter in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279 (1), H443-H450 (2000).
- Esposito, G., et al. Increased myocardial contractility and enhanced exercise function in transgenic mice overexpressing either adenylyl cyclase 5 or 8. Basic Res Cardiol. 103 (1), 22-30 (2008).
- Kohout, T. A., et al. Augmentation of cardiac contractility mediated by the human beta(3)-adrenergic receptor overexpressed in the hearts of transgenic mice. Circulation. 104 (20), 2485-2491 (2001).
- Kim, K. S., et al. beta-Arrestin-biased AT1R stimulation promotes cell survival during acute cardiac injury. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 303 (8), H1001-H1010 (2012).
- Suga, H., Sagawa, K. Mathematical Interrelationship between Instantaneous Ventricular Pressure-Volume Ratio and Myocardial Force-Velocity Relation. Annals of Biomedical Engineering. 1 (2), 160-181 (1972).
- Suga, H. Ventricular energetics. Physiol Rev. 70 (2), 247-277 (1990).
- Kass, D. A., et al. Influence of contractile state on curvilinearity of in situ end-systolic pressure-volume relations. Circulation. 79 (1), 167-178 (1989).
- Little, W. C. The left ventricular dP/dtmax-end-diastolic volume relation in closed-chest dogs. Circ Res. 56 (6), 808-815 (1985).
- Glower, D. D., et al. Linearity of the Frank-Starling relationship in the intact heart: the concept of preload recruitable stroke work. Circulation. 71 (5), 994-1009 (1985).
- Sharir, T., et al. Ventricular systolic assessment in patients with dilated cardiomyopathy by preload-adjusted maximal power. Validation and noninvasive application. Circulation. 89 (5), 2045-2053 (1994).
- 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).
- 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).
- Porterfield, J. E., et al. Dynamic correction for parallel conductance, GP, and gain factor, alpha, in invasive murine left ventricular volume measurements. J Appl Physiol (1985). 107 (6), 1693-1703 (2009).
