לחץ-נפח לב ניתוח לולאה באמצעות מוליכות קטטרים בעכברים
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
ניתוח נפח לולאת לחץ לב מספק מידע מפורט של תפקוד לב ואת תקן הזהב להערכה תפקודית 1. בעוד שיטות הדמיה כגון אקו או MRI של הלב לספק אמצעים פונקציונליים, אמצעים אלה תלויים מאוד בתנאי טעינה. צעדי עומס עצמאי של התכווצות והרפיה של הלב דורשים מדידות דינמיות של לחץ חדרית ויחס נפח על פני טווח של preload וafterload. הבנה זו של יחס לחץ-הנפח נובעת מעבודתו פורצת הדרך של Sagawa ועמיתי 2,3. הם הפגינו בvivo לשעבר לב הכלבי perfused כי צעדי ההתכווצות נובעים לחץ-נפח הלולאה היו עצמאיים של תנאי טעינה 4.
ביישום vivo של ניתוחים אלו התאפשרו עם ההתפתחות של צנתרים מוליכות בשנת 1980. מראש טכני זה אפשר קהss ועמיתים לבצע ניתוח לולאת לחץ-נפח בבני האדם 5,6. מזעור של צנתרים מוליכות ושיפורים בטכניקות ניתוחיות בסוף 1990 7 עשה ניתוח של תפקוד לב מכרסמים אפשרי, המאפשר למחקרים גנטיים ותרופתיים שיש לבצע. מראש זה מאז להוביל לשימוש הנרחב בניתוח לולאת לחץ-נפח ויצר הרבה תובנה הפיסיולוגיה של לב של יונקים.
מושג מפתח בשימוש בצנתרי מוליכות והפרשנות של נתונים המתקבלים ממנו הוא מערכת היחסים בין הנפח ומוליכות. מוליכות היא ביחס הפוך למתח, הנמדד באמצעות צנתר עם אלקטרודות המונחות proximally, בדרך כלל ממוקם מתחת לשסתום אב העורקים, וdistally, בשיא LV 8. שינויים במתח או מוליכות נמדדים על ידי שינויים בזרם מהפרוקסימלי לאלקטרודה דיסטלי. למרות לתרום בריכת הדםזה משמעותי למוליכות, התרומה של קיר החדר, מכונה מוליכות מקבילות (עמ 'V), למוליכות נמדדות חייבות להיות מופחתים להשיג מדידות LV נפח מוחלטות.
השיטות לבצע תיקון זה, הנקרא כיול מלוח, הם דנו בפרוטוקול בהמשך. מערכת היחסים המתמטיות בין מוליכות ונפח, שתוארו על ידי Baan ועמיתים, הוא נפח ש= 1 / α; (L ρ 2) (עמ 'GG), שבו גורם תיקון α = שדה אחיד, ρ = התנגדות דם, L = מרחק בין האלקטרודות, G = מוליכות וp G = הלא דם מוליכות 9. ראוי לציין, גורם תיקון השדה האחיד בעכברי גישות 1.0 בשל כרכי תא קטנים 10. יחד עם מתמרי לחץ, קטטר המוליכות מספק נתוני לחץ ונפח בו זמנית בזמן אמת.
pressu לבמחדש נפח ניתוח מציג יתרונות מסוימים על פני מדדים אחרים של תפקוד לב, מאחר שהם מאפשרים למדידת התפקוד חדרים העצמאיים של תנאי טעינה ושל קצב לב. מדדי לב ספציפיים עומס עצמאי של התכווצות כוללים: יחס לחץ נפח הסוף-סיסטולי, ביחס ד P / D מקס לא -end-דיאסטולי נפח, elastance המקסימאלי (מקסימום E) (ESPVR) ולטעון מראש עבודת recruitable שבץ (PRSW). מדד עומס עצמאי של פונקציה הדיאסטולי הוא יחסי לחץ נפח סוף דיאסטולי-(EDPVR) 11. הפרוטוקול הבא מתאר את ההתנהגות של ניתוח לולאת לחץ נפח לב, באמצעות שתי תרדמה וגישת הפסגה. בעוד המתודולוגיה לבצע מחקרים אלה תוארה בפירוט בעבר 8,11, נסקור שלבים עיקריים להשיג מדידות לחץ-נפח מדויקים, כוללים שני התיקון המלוח וכיול קובט, ולספק הפגנה חזותית של thesנהלי דואר. מחקר עם בעלי חיים שבוצעו במחקר זה טופל על פי פרוטוקולים שאושרו ותקנות צער בעלי החיים של ועדת הטיפול ושימוש בבעלי חיים המוסדיים של המרכז הרפואי של אוניברסיטת דיוק.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מתארים שיטה לניתוח perfoming לולאת לחץ-נפח באמצעות צנתר מוליכות בעכברים, להפיק ניתוחים מקיפים של שני התכווצות והרפיה של הלב. Suga, Sagawa ועמיתים מנוצלים לחץ-נפח הלולאות להגדיר מדדים של התכווצות לב, במיוחד במדרון של ESPVR, או elastance הסוף-סיסטולי (ES E), ומקסימום E. Elastanc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי איגוד הלב האמריקאי 14FTF20370058 (DMA) וNIH 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 |
References
- 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).
