Electrocardiogram Opnames in verdoofde muizen met lead II
Summary
We presenteren een ECG-protocol dat technisch eenvoudig, goedkoop, snel en betaalbaar is in kleine muizen en kan worden uitgevoerd met verbeterde gevoeligheid. We stellen deze methode voor als een screeningsbenadering voor het bestuderen van farmacologische agentia, genetische modificaties en ziektemodellen bij muizen.
Abstract
Het elektrocardiogram is een waardevol hulpmiddel voor de evaluatie van het cardiale geleidingssysteem. Dierlijk onderzoek heeft bijgedragen aan het genereren van nieuwe genetische en farmacologische informatie over het elektrocardiogram. Het maken van elektrocardiogrammetingen bij kleine dieren in vivo, zoals muizen, was echter een uitdaging. Hiertoe gebruikten we een elektrocardiogram opnamemethode bij verdoofde muizen met vele voordelen: het is een technisch eenvoudige procedure, is goedkoop, heeft een korte meettijd en is betaalbaar, zelfs bij jonge muizen. Ondanks de beperkingen met het gebruik van anesthesie, kunnen vergelijkingen tussen controle en experimentele groepen worden uitgevoerd met verbeterde gevoeligheid. We behandelden muizen met agonisten en antagonisten van het autonome zenuwstelsel om de geldigheid van dit protocol te bepalen en vergeleken onze resultaten met eerdere rapporten. Ons ECG-protocol detecteerde verhoogde hartslag- en QTc-intervallen bij de behandeling met atropine, verminderde hartslag en QTc-intervallen na de behandeling met Carbachol en hogere hartslagen en QTc-intervallen met isoprenaline, maar merkten geen verandering in ECG-parameters op het toedienen van propranolol. Deze resultaten worden ondersteund door eerdere rapporten, die de betrouwbaarheid van dit ECG-protocol bevestigen. Deze methode kan dus worden gebruikt als een screeningbenadering voor het uitvoeren van ECG-metingen die anders niet zouden worden geprobeerd vanwege hoge kosten en technische problemen.
Introduction
Het elektrocardiogram (ECG), een test die de elektrische activiteit van iemands hartslag meet, is een waardevol hulpmiddel voor de evaluatie van het cardiale geleidingssysteem. De parameters die worden gemeten door een ECG zijn hartslag, PR-interval, QRS-duur en QT-interval. In het kort, PR-interval komt overeen met de tijd die nodig is voor een elektrische impuls om te reizen van de atriumsinusknoop door de atrioventriculaire knooppunt naar de Purkinje vezels; QRS duur is de tijd voor ventriculaire depolarisatie optreden via de Purkinje systeem en ventriculaire myocardium; en QT-interval is de duur van ventriculaire repolarisatie.
ECG-opnames bij muizen hebben onderzoekers geholpen de hartfunctie te onderzoeken en de fysiologische en pathofysiologische mechanismen van hartfenotypen te bepalen, zoals hartritmestoornissen, atriumfibrillatie en hartfalen. Het meeste cardiovasculaire onderzoek heeft studies in genetisch gemanipuleerde muismodellen betrokken. Het is vaak een uitdaging om zinvolle gegevens over ECG-opnames te verkrijgen van kleine muizen die genetisch gemanipuleerd zijn.
Er zijn verschillende methoden voor het uitvoeren van ECG’s bij muizen1. Studies suggereren dat ECG-opnames bij bewuste dieren de voorkeur hebben boven verdoofde dieren indien mogelijk, aangezien de effecten van anesthesie op de hartfunctie goed zijn vastgesteld2. Twee protocollen die ECG registreren in bewuste muizen zijn van noot1. Het ECG-radiotelemetriesysteem is de gouden standaard voor continue langetermijnmonitoring van ECG bij bewuste muizen1,3. Ondanks hun kracht om in een bewuste staat te worden opgenomen, hebben radiotelemetrie-gekoppelde ECG-metingen verschillende beperkingen, waaronder de hoge kosten voor de installatie en voor het implantaat, de eis van een zeer ervaren operator, een stabilisatieperiode van meer dan 1 week, de behoefte aan grote muizen (> 20 g), en de verwerving van slechts één enkele lead van ECG-registratie1. Een ander systeem dat gebruik maakt van geleidende elektroden ter grootte van pootformaat die in een platform zijn ingebed, maakt ECG-opnames in bewuste muizen mogelijk zonder verdoving of implantaten1,4. Dit niet-invasieve systeem is een alternatieve methode in situaties waarin radiotelemetriesystemen niet beschikbaar zijn omdat het vele voordelen heeft: geen vereiste van chirurgische behandeling, geen noodzaak van anesthesie, lage kosten per muis (alleen de initiële installatie is duur), korte tijd voor meting en betaalbaarheid van neonaten1,4. Het grootste nadeel van dit systeem is dat het niet geschikt is voor continue langetermijnmonitoring1.
Hier introduceren we een andere goedkope, eenvoudige en snelle ECG-opnamemethode in verdoofde muizen en tonen we de geldigheid en gevoeligheid ervan door een ECG uit te voeren na autonome blokkade/stimulatie van het hartgeleidingssysteem. We stellen deze ECG-methode voor voor het screenen van de effecten van farmacologische agentia, genetische modificaties en ziektemodellen bij muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er zijn verschillende kritieke stappen in het protocol. De omgeving moet vrij zijn van lawaai en trillingen. De ECG-elektroden moeten stabiel en consequent onder de huid worden ingebracht, waarvan de invoegstap voorlopige experimenten vereist totdat de onderzoeker technisch ervaren is. Verder moet de verdoving op de juiste manier worden bereid en opgeslagen en bij de juiste dosis worden gebruikt. Ten slotte moeten de PQRS-golven zich op de juiste manier in afzonderlijke ECG-beats in het venster Gemiddelde weergave bevind…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de Basic Science Research Programs die worden beheerd door de National Research Foundation of Korea (NRF) (2015R1C1A2A01052419 en 2018R1D1A1B07042484).
Materials
| 2,2,2-tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402-25G | anesthetics, Avertin |
| Animal | Japan SLC, Inc., Shizuoka, Japan | Balb/c mice, male, aged 7-9 weeks | |
| Atropine | Sigma-Aldrich | A0123 | parasympathetic antagonist |
| BioAmp | AD Instruments, Bella Vista, Australia | ML132 | bio amplifier |
| Carbachol | Sigma-Aldrich | C4382 | parasympathetic agonist |
| Electrodes with acupuncture needles | DongBang Acupuncture Inc., Sungnam, Korea | DB106 | 0.20 x 15 mm |
| Isoprenaline | Sigma-Aldrich | I2760 | sympathetic agonist |
| LabChart 8 | AD Instruments, Bella Vista, Australia | data analysis software | |
| Mouse food | LabDiet, St. Louis, MO, USA | 5L79 | Mouse diet |
| PowerLab 2/28 | AD Instruments, Bella Vista, Australia | data acquisition system | |
| Propranolol | Sigma-Aldrich | P0884 | sympathetic antagonist |
| SPSS Statistics program | SPSS | SPSS 25.0 | statistics program |
Referências
- Ho, D., et al. Heart rate and electrocardiography monitoring in mice. Current Protocols in Mouse Biology. 1, 123-139 (2011).
- Vatner, S. F., Takagi, G., Asai, K., Shannon, R. P. Cardiovascular physiology in mice: Conscious measurements and effects of anesthesia. Cardiovascular Physiology in the Genetically Engineered Mouse. , 257-275 (2002).
- Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ecg, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice. Journal of visualized experiments : JoVE. (57), (2011).
- Chu, V., et al. Method for non-invasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Kim, M. J., Lim, J. E., Oh, B. Validation of non-invasive method for electrocardiogram recording in mouse using lead ii. Biomedical Science Letters. 21, 135-143 (2015).
- Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 282 (6), 2134-2140 (2002).
- Mitchell, G. F., Jeron, A., Koren, G. Measurement of heart rate and q-t interval in the conscious mouse. The American Journal of Physiology. 274 (3), 747-751 (1998).
- Farraj, A. K., Hazari, M. S., Cascio, W. E. The utility of the small rodent electrocardiogram in toxicology. Toxicological sciences : an official journal of the Society of Toxicology. 121 (1), 11-30 (2011).
- Gehrmann, J., et al. Impaired parasympathetic heart rate control in mice with a reduction of functional g protein betagamma-subunits. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 282 (2), 445-456 (2002).
- Chu, V., et al. Electrocardiographic findings in mdx mice: A cardiac phenotype of duchenne muscular dystrophy. Muscle & Nerve. 26 (4), 513-519 (2002).
- Merentie, M., et al. Mouse ecg findings in aging, with conduction system affecting drugs and in cardiac pathologies: Development and validation of ecg analysis algorithm in mice. Physiological Reports. 3 (12), (2015).
- Calvillo, L., et al. Propranolol prevents life-threatening arrhythmias in lqt3 transgenic mice: Implications for the clinical management of lqt3 patients. Heart Rhythm : the Official Journal of the Heart Rhythm Society. 11 (1), 126-132 (2014).
- Zhang, Y., et al. Acute atrial arrhythmogenicity and altered ca(2+) homeostasis in murine ryr2-p2328s hearts. Cardiovascular Research. 89 (4), 794-804 (2011).
- Kmecova, J., Klimas, J. Heart rate correction of the qt duration in rats. European Journal of Pharmacology. 641 (2-3), 187-192 (2010).
- Kim, H. O., et al. Garem1 regulates the pr interval on electrocardiograms. Journal of Human Genetics. 63 (3), 297-307 (2018).
- Nam, J. M., Lim, J. E., Ha, T. W., Oh, B., Kang, J. O. Cardiac-specific inactivation of prdm16 effects cardiac conduction abnormalities and cardiomyopathy-associated phenotypes. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (4), 764-777 (2020).
- Knollmann, B. C., et al. Isoproterenol exacerbates a long qt phenotype in kcnq1-deficient neonatal mice: Possible roles for human-like kcnq1 isoform 1 and slow delayed rectifier k+ current. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 310 (1), 311-318 (2004).
