Elektrokardiogrammaufnahmen bei anästhesierten Mäusen mit Blei II
Summary
Wir präsentieren ein EKG-Protokoll, das technisch einfach, kostengünstig, schnell und erschwinglich bei kleinen Mäusen ist und mit erhöhter Empfindlichkeit durchgeführt werden kann. Wir schlagen diese Methode als Screening-Ansatz für die Untersuchung von pharmakologischen Wirkstoffen, genetischen Modifikationen und Krankheitsmodellen bei Mäusen vor.
Abstract
Das Elektrokardiogramm ist ein wertvolles Werkzeug zur Beurteilung des Herzleitsystems. Die Tierforschung hat dazu beigetragen, neuartige genetische und pharmakologische Informationen über das Elektrokardiogramm zu generieren. Elektrokardiogrammmessungen bei Kleintieren in vivo, wie Mäusen, waren jedoch eine Herausforderung. Zu diesem Zweck haben wir bei anästhesierten Mäusen ein Elektrokardiogramm-Aufnahmeverfahren mit vielen Vorteilen angewandt: Es ist ein technisch einfaches Verfahren, ist kostengünstig, hat kurze Messzeit und ist auch bei jungen Mäusen erschwinglich. Trotz der Einschränkungen bei der Verwendung von Anästhesie können Vergleiche zwischen Kontroll- und Versuchsgruppen mit erhöhter Empfindlichkeit durchgeführt werden. Wir behandelten Mäuse mit Agonisten und Antagonisten des autonomen Nervensystems, um die Gültigkeit dieses Protokolls zu bestimmen und verglichen unsere Ergebnisse mit früheren Berichten. Unser EKG-Protokoll erkannte erhöhte Herzfrequenzen und QTc-Intervalle bei der Behandlung mit Atropin, verminderte Herzfrequenzen und QTc-Intervalle nach der Carbachol-Behandlung sowie höhere Herzfrequenzen und QTc-Intervalle mit Isoprenalin, bemerkten jedoch keine Änderung der EKG-Parameter bei der Verabreichung von Propranolol. Diese Ergebnisse werden durch frühere Berichte unterstützt, die die Zuverlässigkeit dieses EKG-Protokolls bestätigen. Daher kann diese Methode als Screening-Ansatz für EKG-Messungen verwendet werden, die sonst aufgrund hoher Kosten und technischer Schwierigkeiten nicht versucht würden.
Introduction
Das Elektrokardiogramm (EKG), ein Test, der die elektrische Aktivität des Herzschlags misst, ist ein wertvolles Werkzeug zur Bewertung des Herzleitsystems. Zu den Parametern, die mit einem EKG gemessen werden, gehören Herzfrequenz, PR-Intervall, QRS-Dauer und QT-Intervall. Kurz gesagt, PR-Intervall entspricht der Zeit, die für einen elektrischen Impuls benötigt wird, um vom Atrial-Sinusknoten durch den atrioventrikulären Knoten zu den Purkinje-Fasern zu reisen; QRS-Dauer ist die Zeit für die ventrikuläre Depolarisation durch das Purkinje-System und das ventrikuläre Myokard; und QT-Intervall ist die Dauer der ventrikulären Repolarisation.
EKG-Aufnahmen bei Mäusen haben Forschern geholfen, die Herzfunktion zu untersuchen und die physiologischen und pathophysiologischen Mechanismen von Herzphänotypen wie Herzrhythmusstörungen, Vorhofflimmern und Herzinsuffizienz zu bestimmen. Die meisten kardiovaskulären Forschungen haben Studien mit gentechnisch veränderten Mausmodellen durchgeführt. Es ist oft eine Herausforderung, aussagekräftige Daten über EKG-Aufnahmen von kleinen Mäusen zu erhalten, die genetisch manipuliert wurden.
Es gibt mehrere Methoden zur Durchführung von EKGs bei Mäusen1. Studien deuten darauf hin, dass EKG-Aufnahmen bei bewussten Tieren nach Möglichkeit gegenüber anästhesierten Tieren bevorzugt werden, da die Auswirkungen der Anästhesie auf die Herzfunktion gut etabliert sind2. Zwei Protokolle, die EKG bei bewussten Mäusen aufzeichnen, sind von Anmerkung1. Das EKG-Radiotelemetriesystem ist der Goldstandard für die kontinuierliche Langzeitüberwachung von EKG bei bewussten Mäusen1,3. Trotz ihrer Stärke, in einem bewussten Zustand aufgezeichnet zu werden, haben radiotelemetriegekoppelte EKG-Messungen mehrere Einschränkungen, einschließlich des hohen Aufwands für den Aufbau und für das Implantat, seine Anforderung an einen erfahrenen Bediener, eine Stabilisierungszeit von über 1 Woche, seinen Bedarf an großen Mäusen (> 20 g) und die Erfassung von nur einer einzigen Leitung der EKG-Aufnahme1. Ein anderes System, das in einer Plattform eingebettete leitfähige Elektroden in Pfotengröße verwendet, ermöglicht EKG-Aufnahmen bei bewussten Mäusen ohne Anästhesie oder Implantate1,4. Dieses nicht-invasive System ist eine alternative Methode in Situationen, in denen Radiotelemetriesysteme nicht verfügbar sind, da es viele Vorteile hat: keine Notwendigkeit der chirurgischen Behandlung, keine Notwendigkeit der Anästhesie, niedrige Kosten pro Maus (nur die Ersteinrichtung ist teuer), kurze Zeit für die Messung und erschwingliche Neonate1,4. Der Hauptnachteil dieses Systems ist, dass es nicht für eine kontinuierliche Langzeitüberwachung geeignet ist1.
Hier führen wir eine weitere kostengünstige, einfache und schnelle EKG-Aufnahmemethode bei anästhesierten Mäusen ein und demonstrieren deren Gültigkeit und Empfindlichkeit durch die Durchführung eines EKG nach autonomer Blockade/Stimulation des Herzleitsystems. Wir schlagen diese EKG-Methode zum Screening der Auswirkungen von pharmakologischen Wirkstoffen, genetischen Modifikationen und Krankheitsmodellen bei Mäusen vor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Es gibt mehrere wichtige Schritte im Protokoll. Die Umgebung sollte frei von Lärm und Vibrationen sein. Die EKG-Elektroden müssen stabil und konsequent unter die Haut eingeführt werden, deren Einfügeschritt Vorversuche erfordert, bis der Forscher technisch erfahren ist. Darüber hinaus sollte das Anästhetikum entsprechend zubereitet und gelagert und in der richtigen Dosis verwendet werden. Schließlich sollten die PQRS-Wellen in den einzelnen EKG-Beats im Fenster Mittelungsansicht entsprechend lokalisiert werden.</p…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von den Basic Science Research Programs unterstützt, die von der National Research Foundation of Korea (NRF) (2015R1C1A01052419 und 2018R1D1A1B07042484) verwaltet werden.
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).
