Réponse cardiaque à la stimulation β-adrénergique déterminée par l’analyse de la boucle pression-volume
Summary
Nous décrivons ici une analyse de la boucle pression-volume cardiaque sous des doses croissantes d’isoprotérénol perfusé par voie intraveineuse pour déterminer la fonction cardiaque intrinsèque et la réserve β-adrénergique chez la souris. Nous utilisons une approche à poitrine ouverte modifiée pour les mesures de boucle pression-volume, dans laquelle nous incluons la ventilation avec une pression expiratoire positive.
Abstract
La détermination de la fonction cardiaque est une analyse de critères d’évaluation robuste dans des modèles animaux de maladies cardiovasculaires afin de caractériser les effets de traitements spécifiques sur le cœur. En raison de la faisabilité des manipulations génétiques, la souris est devenue le modèle animal mammifère le plus courant pour étudier la fonction cardiaque et rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Nous décrivons ici un protocole pour déterminer la fonction cardiaque in vivo en utilisant des mesures et des analyses de boucle pression-volume dans des conditions basales et sous stimulation β-adrénergique par perfusion intraveineuse de concentrations croissantes d’isoprotérénol. Nous fournissons un protocole affiné comprenant un support de ventilation prenant en compte la pression expiratoire finale positive pour améliorer les effets négatifs lors des mesures thoraciques ouvertes, et une analgésie puissante (buprénorphine) pour éviter un stress myocardique incontrôlable évoqué par la douleur pendant la procédure. Ensemble, la description détaillée de la procédure et la discussion sur les pièges possibles permettent une analyse hautement standardisée et reproductible de la boucle pression-volume, réduisant l’exclusion des animaux de la cohorte expérimentale en prévenant d’éventuels biais méthodologiques.
Introduction
Les maladies cardiovasculaires affectent généralement la fonction cardiaque. Ce numéro souligne l’importance d’évaluer in vivo la fonction cardiaque détaillée dans les modèles de maladies animales. L’expérimentation animale est entourée d’un cadre des trois principes directeurs Rs (3R) (Réduire/Affiner/Remplacer). En cas de compréhension de pathologies complexes impliquant des réponses systémiques (c’est-à-dire des maladies cardiovasculaires) au niveau de développement actuel, l’option principale consiste à affiner les méthodes disponibles. Le raffinage entraînera également une réduction du nombre d’animaux requis en raison de moins de variabilité, ce qui améliorera la puissance de l’analyse et des conclusions. En outre, la combinaison de mesures de contractilité cardiaque avec des modèles animaux de maladies cardiaques, y compris ceux induits par la stimulation neurohumorale ou par une surcharge de pression comme la bande aortique, qui imite par exemple les niveaux altérés de catécholamine / β-adrénergiques1,2,3,4,fournit une méthode puissante pour les études précliniques. Compte tenu du fait que la méthode par cathéter reste l’approche la plus largement utilisée pour l’évaluation approfondie de la contractilité cardiaque5,nous avons cherché à présenter ici une mesure affinée de la fonction cardiaque in vivo chez la souris par des mesures de boucle pression-volume (PVL) lors d’une stimulation β-adrénergique basée sur l’expérience antérieure incluant l’évaluation de paramètres spécifiques de cette approche6, 7.
Pour déterminer les paramètres hémodynamiques cardiaques, des approches comprenant des techniques d’imagerie ou de cathéter sont disponibles. Les deux options s’accompagnent d’avantages et d’inconvénients qui doivent être soigneusement pris en compte pour la question scientifique respective. Les approches d’imagerie comprennent l’échocardiographie et l’imagerie par résonance magnétique (IRM); les deux ont été utilisés avec succès chez la souris. Les mesures échocardiographiques impliquent des coûts initiaux élevés d’une sonde à grande vitesse nécessaire à la fréquence cardiaque élevée des souris; il s’agit d’une approche non invasive relativement simple, mais elle est variable parmi les opérateurs qui, idéalement, devraient être expérimentés dans la reconnaissance et la visualisation des structures cardiaques. De plus, aucune mesure de pression ne peut être effectuée directement et les calculs sont obtenus à partir d’une combinaison de grandeurs de taille et de mesures de débit. D’autre part, il présente l’avantage que plusieurs mesures peuvent être effectuées sur le même animal et que la fonction cardiaque peut être surveillée par exemple pendant la progression de la maladie. En ce qui concerne la mesure du volume, l’IRM est la procédure de référence, mais comme pour l’échocardiographie, aucune mesure de pression directe n’est possible et seuls les paramètres dépendants de la précharge peuvent être obtenus8. Les facteurs limitatifs sont également la disponibilité, l’effort d’analyse et les coûts d’exploitation. Ici, les méthodes basées sur des cathéters pour mesurer la fonction cardiaque sont une bonne alternative qui permet en outre la surveillance directe de la pression intracardiaque et la détermination de paramètres de contractilité indépendants de la charge comme le travail d’AVC recrutable précharge (PRSW)9. Cependant, les volumes ventriculaires mesurés par un cathéter pression-conductance (par détermination de la conductivité) sont plus petits que ceux de l’IRM mais les différences de groupe sont maintenues dans la même plage10. Afin de déterminer des valeurs de volume fiables, l’étalonnage correspondant est nécessaire, ce qui est une étape critique lors des mesures PVL. Il combine des mesures ex vivo de la conductivité sanguine dans des cuvettes étalonnées en volume (conversion de la conductance en volume) avec l’analyse in vivo de la conductance parallèle du myocarde lors de l’injection en bolus de la solution saline hypertonique11,12. Au-delà de cela, le positionnement du cathéter à l’intérieur du ventricule et l’orientation correcte des électrodes le long de l’axe longitudinal du ventricule sont essentiels pour la capacité de détection du champ électrique environnant produit par celles-ci. Toujours avec la taille réduite du cœur de la souris, il est possible d’éviter les artefacts produits par les changements d’orientation intraventriculaire du cathéter, même dans les ventricules dilatés5,10, mais les artefacts peuvent évoluer sous stimulation β-adrénergique6,13. En plus des méthodes de conductance, le développement de la méthode basée sur l’admission semblait éviter les étapes d’étalonnage, mais ici les valeurs de volume sont plutôt surestimées14,15.
Étant donné que la souris est l’un des modèles précliniques les plus importants de la recherche cardiovasculaire et que la réserve β–adrénergique du cœur est d’un intérêt central en physiologie et pathologie cardiaques, nous présentons ici un protocole affiné pour déterminer la fonction cardiaque in vivo chez la souris par des mesures PVL lors de la stimulation β-adrénergique.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous fournissons un protocole pour analyser la fonction cardiaque in vivo chez les souris sous stimulation β-adrénergique croissante. La procédure peut être utilisée pour traiter à la fois les paramètres de base de la fonction cardiaque et la réserve adrénergique (par exemple, l’inotropie et la chronotropie) chez les souris génétiquement modifiées ou lors d’interventions. L’avantage le plus important des mesures en boucle pression-volume (PVL) par rapport à d’autres moyens de déterminer la fonc…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions Manuela Ritzal, Hans-Peter Gensheimer, Christin Richter et l’équipe de l’Interfakultäre Biomedizinische Forschungseinrichtung (IBF) de l’Université de Heidelberg pour leur assistance technique experte.
Ce travail a été soutenu par le DZHK (Centre allemand pour la recherche cardiovasculaire), le BMBF (ministère allemand de l’Éducation et de la Recherche), un fonds d’innovation de l’État fédéral du Bade-Wurtemberg et la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) Project-ID 239283807 – TRR 152, FOR 2289 et le Centre de recherche collaborative (SFB) 1118.
Materials
| 1.4F SPR-839 catheter | Millar Instruments, USA | 840-8111 | |
| 1 ml syringes | Beckton Dickinson, USA | REF303172 | |
| Bio Amplifier | ADInstruments, USA | FE231 | |
| Bridge-Amplifier | ADInstruments, USA | FE221 | |
| Bovine Serum Albumin | Roth, Germany | 8076.2 | |
| Buprenorphine hydrochloride | Bayer, Germany | 4007221026402 | |
| Calibration cuvette | Millar, USA | 910-1049 | |
| Differential pressure transducer MPX | Hugo Sachs Elektronik- Harvard Apparatus, Germany | Type 39912 | |
| Dumont Forceps #5/45 | Fine Science tools Inc. | 11251-35 | |
| Dumont Forceps #7B | Fine Science tools Inc. | 11270-20 | |
| Graefe Forceps | Fine Science tools Inc. | 11051-10 | |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | Ver. 8.3.0 | |
| EcoLab-PE-Micotube | Smiths, USA | 004/310/168-1 | |
| Etomidate Lipuro | Braun, Germany | 2064006 | |
| Excel | Microsoft | ||
| Heparin | Ratiopharm, Germany | R26881 | |
| Hot plate and control unit | Labotec, Germany | Hot Plate 062 | |
| Isofluran | Baxter, Germany | HDG9623 | |
| Isofluran Vaporizer | Abbot | Vapor 19.3 | |
| Isoprenalinhydrochloride | Sigma-Aldrich, USA | I5627 | |
| Fine Bore Polythene tubing 0.61 mm OD, 0.28 mm ID | Smiths Medical International Ltd, UK | Ref. 800/100/100 | |
| MiniVent ventilator for mice | Hugo Sachs Elektronik- Harvard Apparatus, Germany | Type 845 | |
| MPVS Ultra PVL System | Millar Instruments, USA | ||
| NaCl | AppliChem, Germany | A3597 | |
| NaCl 0.9% isotonic | Braun, Germany | 2350748 | |
| Pancuronium-bromide | Sigma-Aldrich, USA | BCBQ8230V | |
| Perfusor 11 Plus | Harvard Apparatus | Nr. 70-2209 | |
| Powerlab 4/35 control unit | ADInstruments, USA | PL3504 | |
| Rechargeable cautery-Set | Faromed, Germany | 09-605 | |
| Scissors | Fine Science tools Inc. | 140094-11 | |
| Software LabChart 7 Pro | ADInstruments, USA | LabChart 7.3 Pro | |
| Standard mouse food | LASvendi GmbH, Germany | Rod18 | |
| Stereo microscope | Zeiss, Germany | Stemi 508 | |
| Surgical suture 8/0 | Suprama, Germany | Ch.B.03120X | |
| Venipuncture-cannula Venflon Pro Safty 20-gauge | Beckton Dickinson, USA | 393224 | |
| Vessel Cannulation Forceps | Fine Science tools Inc. | 00574-11 | |
| Water bath | Thermo Fisher Scientific, USA | ||
| Syringe filter (Filtropur S 0.45) | Sarstedt, Germany | Ref. 83.1826 |
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