Medicine

Geprogrammeerde elektrische stimulatie in Muizen

Published: May 26, 2010 doi: 10.3791/1730

¹Department of Molecular Physiology and Biophysics, Baylor College of Medicine (BCM), ²The Margaret M. and Albert B. Alkek Department of Medicine, Baylor College of Medicine (BCM)

Summary

Geprogrammeerde elektrische stimulatie biedt de mogelijkheid tot geleiding eigenschappen van het hart te bepalen, en de mogelijkheid om te induceren en te beëindigen hartritmestoornissen met behulp van verschillende pacing protocollen. Met behulp van een katheter transveneuze, kan intracardiale elektrogram opnames worden verkregen bij muizen na geprogrammeerde elektrische stimulatie protocollen aritmogene substraten te identificeren.

Abstract

Genetisch gemodificeerde muizen hebben zich ontwikkeld tot een beter diermodel om de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen geleidingsstoornissen, atriale en ventriculaire aritmieën, en plotse hartdood te bestuderen.

Protocol

Deel 1. Chirurgisch voorbereiding

In het geval geprogrammeerde elektrische stimulatie experimenten zijn uitgevoerd als survival operaties in muizen steriele omstandigheden nodig zal zijn. Echter, de meest voorkomende vorm van experiment wordt terminal in de natuur, waarvoor regelmatig duidelijke chirurgische technieken voldoende.
De muis is verdoofd met 2% isofluraan in 0,5 L / min 100% O _2.
Tondeuses worden gebruikt om de vacht te scheren van de hals tot midden borsthoogte.
De verdoofde muis wordt geplaatst in een liggende positie met zijn ledematen vastgebonden op ECG-elektroden verwerkt in een verwarmings-board (Indus Instruments, Houston, TX). En de chirurgische gebied is gedesinfecteerd met 10% povidon-jood. Een aanbevolen systeem bestaat uit een rectale temperatuur sensor aangesloten op een verwarmings-pad bestuurd door een thermoanalyzer systeem, zodanig dat het lichaam temperatuur op 37,0 ° C ± 1,0 ° C.

Deel 2. Canulatie en het inbrengen van de EP-katheter in de rechter atrium en ventrikel

Na het bevestigen van een teen-snuifje dat de muis is volledig verdoofd, is een 1 / 2 inch incisie gemaakt aan de rechterkant van de middenlijn met de caudale eindpunt op het niveau van het sleutelbeen.
Onderhuids weefsel, speekselklieren, en lymfeweefsel worden gescheiden door middel van stompe dissectie om de juiste halsader te visualiseren.
Het proximale uiteinde van de ader is verbonden met een 6-0 hechtdraad. Trekken zachtjes op deze hechting zorgt ervoor dat de interne halsader recht terwijl het inbrengen van de katheter. Een ander hechtdraad is geplaatst onder de ader aan het distale uiteinde van de gevisualiseerde segment. Deze hechtingen zullen worden gekoppeld rond de katheter nadat de katheter is optimaal geplaatst in het hart, om te zorgen voor hemostase en onderhouden van de katheter in de gewenste positie (figuur 1).
De computer-gebaseerde data-acquisitie is nu begonnen met het oppervlakte-ECG en 4 draden van intracardiale elektrogrammen tegelijk (dat wil zeggen, IOX-2 acquisitie software, Emka Technologies, VA, USA) op te nemen. Voor intracardiale elektrogram opname worden elektroden op de katheter aangesloten op een externe stimulator in de "opname" modus (dat wil zeggen, model STG3008, MultiChannel Systems, Reutlingen, Duitsland).
Met behulp van micro-schaar, is een kleine incisie gemaakt in de lengterichting van de ader, en de 1.1f octapolar katheter (EPR-800, Millar Instruments, Houston, TX) is gevorderd door de ader in de rechterboezem. Zachtjes te trekken op de proximale hechting zal helpen recht te houden van de interne halsslagader en zal gemakkelijker doorgang van de katheter in de juiste atrium en ventrikel mogelijk te maken. Juiste positie katheter wordt gecontroleerd door visualisatie van de golfvormen van de 4 intracardiale elektrogrammen op het niveau van de apex van de rechter ventrikel, de basis van de rechter ventrikel, de atrioventriculaire knoop, en het rechter atrium, respectievelijk (figuur 2).
Het distale hechting is nu afgebonden om de katheter positie veilig stellen en mogelijk te bloeden te voorkomen.

Deel 3. Geprogrammeerde elektrische stimulatie

In het geval van selectieve atriale stimulatie, is de elektrode paar zich in het atrium overgestapt van "hercoderen" modus "stimulatie"-modus, terwijl de andere elektrode paren blijven in "de opname" modus.
Om te bepalen of een muis een verhoogde kwetsbaarheid voor atriale aritmieën heeft, is geprogrammeerd elektrische stimulatie van het rechter atrium uitgevoerd. Eerst wordt de atriale stimulatie drempel bepaald door toepassing van 2-ms stroom pulsen (minstens 50) bij verschillende elementaire cyclus lengtes (BCL) om te testen voor de consistentie van de stimulus te vangen. De BCL van de eerste puls trein is iets lager dan de intrinsieke BCL, en wordt verminderd met 10 ms (bijvoorbeeld 100 ms, 90 ms, 80 ms en 70 ms). De typische huidige amplitude die nodig zijn voor stimulus te vangen is 100 tot 200 uA.
De sinusknoop hersteltijd (SNRT) wordt gemeten na het aanbrengen van een 15-s atriale stimulatie trein op een BCL van 100 ms. SNRT wordt gedefinieerd als het interval tussen de laatste prikkel in de pacing trein en het begin van de eerste spontane sinus verslaan.
De atriale effectieve refractaire periode (AERP) wordt bepaald door de toepassing van serie van atriale stimulatie treinen op een vaste BCLs (dat wil zeggen 100 ms) met een gekoppelde kortere S2 voortijdige prikkel. De S1-S2 interval wordt geleidelijk verminderd met 2-ms in elke pacing trein van 70ms naar 20ms. De AERP wordt gedefinieerd als de langste S1-S2 interval koppeling voor atria die niet aan een uitgedragen slaan met S2 (S1 wordt de reguliere trein pols, en S2 de voortijdige stimulus) te genereren. Tussen elke stimulatie protocol, was er een herstel periode van ten minste 30 seconden.
De effectieve refractaire periode van de atrioventriculaire (AV) knoop (AVNERP) wordt bepaald door de toepassing van serie van atriale stimulatie treinen op BCL van 100 ms met een gekoppelde S2 voortijdige prikkel. De S1-S2 interval wordt geleidelijk worden verminderddoor 2 ms elk pacing trein van 70 ms tot 20 ms. De AVNERP wordt gedefinieerd als de langste S1-S2 interval koppeling waarmee de voortijdige stimulatie geleverd aan het atrium wordt gevolgd door een Zijn potentieel, maar niet door een QRS-complex. Tussen elke stimulatie protocol, was er een herstel periode van ten minste 30 seconden.
Induceerbaarheid van atriale aritmieën, met inbegrip van atriumfibrilleren (AF), kunnen worden getest met behulp van de burst-pacing protocol beschreven door Verheule et al.. ² Een reeks van 2 seconden uitbarstingen wordt toegepast op induceerbaarheid van atriale aritmieën vast te stellen. De eerste 2 seconden burst heeft een cyclus lengte (CL) van 40 ms, en elke volgende 2 seconden burst heeft een CL van 2-ms korter dan de vorige uitbarsting, tot de laatste CL van 20 ms. Bij het ontbreken van een aritmie substraat, zal het hart onmiddellijk te hervatten sinusritme na de pacing-protocol. In het geval van atriale flutter, zal er een regelmatig patroon van snelle A golven te zien op de atriale elektrogram, terwijl de frequentie van de ventriculaire respons is meestal langzamer, zoals te zien op het ventriculaire elektrogram. In het geval van atriale fibrillatie, zal de oppervlakte ECG zien onregelmatige RR-intervallen in de afwezigheid van P-golven. Daarnaast zal de atriale elektrogram onthullen snelle en onregelmatige golven A, terwijl de ventriculaire elektrogram zal onthullen onregelmatig en langzamer ventriculaire golven (figuur 3). Aritmie inductie protocollen worden meestal uitgevoerd in drievoud en een aritmie wordt geacht aanwezig is als het kan worden opgeroepen ten minste 2 van de 3 studies. ^3,4.

Deel 4. Verwijdering van de katheter

Nadat alle pacing protocollen klaar bent, is het data-acquisitie gestopt. De hechting aan het distale uiteinde van de katheter wordt voorzichtig afgesneden, zodat de katheter vrij te geven.
In het geval van terminale EP studies, is de knoop voorzichtig losgemaakt van de katheter vrij te geven.
Bij de afsluiting van de studie, zal de muis humaan worden gedood terwijl hij onder isofluraan gebruik van cervicale dislocatie.

Representatieve resultaten

Oppervlakte-ECG en intracardiale elektrogrammen worden tegelijkertijd opgenomen in de in-vivo-elektrofysiologie studie, en worden beoordeeld in detail na de voltooiing van alle protocollen. De baseline elektrofysiologische parameters zijn onder meer PR-interval, PQ-interval, QRS-duur, QT-intervallen en QRS morfologie. Deze parameters kunnen handmatig worden gemeten, of automatisch met behulp van de data-acquisitie software IOX-2 of ECG-AUTO (Emka Technologies, VA, USA).

De SNRT, AERP, en AVNERP informatie verstrekken over de sinusknoop "pacemaker"-functie, atriale en AV-nodale geleiding eigenschappen, respectievelijk. Voorbeelden van pacing-geïnduceerde afleveringen van atriale fibrillatie is te vinden in het artikel van Chelu et al. ^4.

Figuur 1. Illustratie van intracardiale catheterisatie voor elektrofysiologie onderzoeken bij muizen. A. Recht interne halsslagader wordt geïsoleerd en gecanuleerd. Het distale uiteinde van de ader wordt afgehecht een keer de juiste katheter positie is bereikt. B. De muis is geplaatst in een liggende positie voor deze procedure. C. Cartoon beeltenis van de intracardiale positie van de katheter. Paar elektroden zijn gepositioneerd op het niveau van de apex van de rechter ventrikel, de basis van de rechter ventrikel, de atrioventriculaire knoop, en het rechter atrium, respectievelijk. D. Close-up van de 1.1f octapolar katheter. Figuur gemodificeerd uit Mathur et al.. met toestemming van Circ Arrhtyhm Electrophys ^5.

Figuur 2. Vertegenwoordiger van Surface ECG en Intracardiale elektrogrammen in een muis. (A) Oppervlakte ECG in afleiding II configuratie zien regelmatig sinusritme met een frequentie van 540 slagen per minuut. (BE) Bipolar intracardiale elektrogram opnames op het niveau van de rechter atrium (B), atrioventriculaire knoop (C), en de basis van de rechter ventrikel (D), en de apex van de rechter ventrikel (E), respectievelijk. Merk op dat de intracardiale A-golf in paneel B komt overeen met de P-golf op het oppervlakte ECG. De V-golf op de ventriculaire elektrogram komt overeen met de QRS-golf op het oppervlakte ECG.

Figuur 3. Vertegenwoordiger van oppervlakte-ECG en intracardiale elektrogrammen in een muis die atriumfibrillatie ontwikkeld na atriale pacing barsten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tijdens de hartkatheterisatie, zou een uitgebreide bloeden tijdens catheterisatie verhoging van de hartslag als gevolg van hypovolemie. In dit geval zou een intraperitoneale injectie van steriele zoutoplossing (0,3 1,0 ml) normaliseren vuldruk en vermindering van hemodynamische stress in de muis.

Blootstelling aan isofluraan langer dan 2 uur, of hogere concentraties van isofluraan (> 2%) kon onderdrukken cardiale en respiratoire functies in de muis. Daarom wordt het aanbevolen dat alle studies worden afgerond in minder dan 2 uur. Bovendien is het essentieel dat de lichaamstemperatuur altijd gehandhaafd blijft binnen het normale bereik 37,0 ± 1,0 ° C. Zowel de hypothermie en hyperthermie is van invloed op het hartritme en de mogelijke aanwezigheid van een aritmogene substraat.

Elk experiment moet beginnen met het bepalen van atriale vast te leggen drempels. In het geval van atriale stimulatie, atriale drempel, SNRT, AERP, en AVNERP moeten worden bepaald om te beoordelen of de geleiding eigenschappen van de sinusknoop, AV-knoop, en atriale weefsel normaal zijn.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

XHTW is een WM Keck Foundation Distinguished Young Scholar in Medisch Onderzoek, en wordt ook ondersteund door NIH / NHLBI beurzen R01-HL089598 en R01HL091947, en spierdystrofie Vereniging verlenen # 69238. Dit werk is ook gedeeltelijk ondersteund door de Stichting Leducq Alliantie voor CaMKII Signalling in Heart. NL is de ontvanger van de 2009-2010 Michel Mirowski International Fellowship in Cardiac Pacing en Elektrofysiologie van Heart Rhythm Society en de American Heart Association 2009-2012 Postdoc Fellowship.

References

Nattel, S., Shiroshita-Takeshita, A., Brundel, B. J., Rivard, L. Mechanisms of atrial fibrillation: lessons from animal models. Prog Cardiovasc Dis. 48, 9-9 (2005).
Verheule, S., Sato, T., Everett, T. t, Engle, S. K., Otten, D., Rubart-von der Lohe, M., Nakajima, H. O., Nakajima, H., Field, L. J., Olgin, J. E. Increased vulnerability to atrial fibrillation in transgenic mice with selective atrial fibrosis caused by overexpression of TGF-beta1. Circ Res. 94, 1458-1458 (2004).
Sood, S., Chelu, M. G., Oort, R. J. van, Skapura, D., Santonastasi, M., Dobrev, D., Wehrens, X. H., H, X. Intracellular calcium leak due to FKBP12.6 deficiency in mice facilitates the inducibility of atrial fibrillation. Heart Rhythm. 5, 1047-1047 (2008).
Chelu, M. G., Sarma, S., Sood, S., Wang, S., van Oort, R. J., Skapura, D. G., Li, N., Santonastasi, M., Muller, F. U., Schmitz, W. Calmodulin kinase II-mediated sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak promotes atrial fibrillation in mice. J Clin Invest. 119, 1940-1940 (2009).
Mathur, N., Subeena, S., Wang, S., van Oort, R. J., Sarma, S., Li, N., Skapura, D., Bayle, J. H., Valderrabano, M., Wehrens, X. H. Sudden Infant Death Syndrome in Mice With an Inherited Mutation in RyR. Circ Arrhythmia Electrophysiol. , Forthcoming (2009).