Bevestiging van de Myocardiale ischemie en reperfusie schade in Muizen met behulp van Surface Pad elektrocardiografie
Summary
During murine myocardial ischemia/reperfusion surgery, correct placement of the occluding ligature is typically confirmed by visible observation of myocardial pallor. Herein, a method of electrocardiographically confirming ischemia and reperfusion, to supplement observed myocardial pallor, is demonstrated in male C57Bl/6 mice.
Abstract
Many animal models have been established for the study of myocardial remodeling and heart failure due to its status as the number one cause of mortality worldwide. In humans, a pathologic occlusion forms in a coronary artery and reperfusion of that occluded artery is considered essential to maintain viability of the myocardium at risk. Although essential for myocardial recovery, reperfusion of the ischemic myocardium creates its own tissue injury. The physiologic response and healing of an ischemia/reperfusion injury is different from a chronic occlusion injury. Myocardial ischemia/reperfusion injury is gaining recognition as a clinically relevant model for myocardial infarction studies. For this reason, parallel animal models of ischemia/reperfusion are vital in advancing the knowledge base regarding myocardial injury. Typically, ischemia of the mouse heart after left anterior descending (LAD) coronary artery occlusion is confirmed by visible pallor of the myocardium below the occlusion (ligature). However, this offers only a subjective way of confirming correct or consistent ligature placement, as there are multiple major arteries that could cause pallor in different myocardial regions. A method of recording electrocardiographic changes to assess correct ligature placement and resultant ischemia as well as reperfusion, to supplement observed myocardial pallor, would help yield consistent infarct sizes in mouse models. In turn, this would help decrease the number of mice used. Additionally, electrocardiographic changes can continue to be recorded non-invasively in a time-dependent fashion after the surgery. This article will demonstrate a method of electrocardiographically confirming myocardial ischemia and reperfusion in real time.
Introduction
Hart-en vaatziekten nog steeds de belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd 1,2. Niet alleen de linker ventrikel (LV) de musculaire kamer, verantwoordelijk voor het pompen van bloed van het hart naar het lichaam 3 is een gemeenschappelijke cardiale verwonding post- myocardiaal infarct 4. Linker ventrikel weefsel dood resulteert vaak in systolische hartfalen. Diermodellen van hart-en vaatziekten zijn noodzakelijk voor de vooruitgang van het biomedisch cardiovasculair onderzoek. De C57BL / 6 stam van muizen hebben een populaire keuze voor dierlijke modellen als gevolg van hun snelle broedtijd, lage kosten en gemak in de genetische veranderingen. De meeste chirurgische murine modellen voor de studie van hartkwaal omvatten occlusie van de LAD tak van de linker kransslagader. De LAD wordt ook wel de linker stompe marginale 5,6. De LAD levert bloed naar het linker ventrikel anterior en antero-laterale wanden. LAD occlusie studies zijn gericht op het induceren van anterior infarcten, soms uitstrekt into de inferieure en laterale wandgebieden 7.
Twee modellen die vaak worden gebruikt myocardinfarct studies omvatten chronische occlusie myocardiaal infarct en myocardiale ischemie / reperfusie schade. Chronische occlusie wordt gecreëerd door chirurgisch hechten rond en permanent blokkeren van de bloedstroom door de LAD. De ischemie / reperfusie schade ontstaat veel op dezelfde wijze alleen met zijn doorgaans 30-60 min, ischemie. Om tijdelijke ischemie bereiken, het afsluitende hechtdraad banden rond de LAD en een kleine PE-10 buis die evenwijdig aan de LAD op het epicardiale oppervlak van het hart geplaatst, gevolgd door een reperfusie periode waarin de buis en occlusie hechtingen verwijderd en bloed liet opnieuw stromen door de slagader en in het myocardium. De ischemie / reperfusie operatie wordt geacht klinisch relevant zijn door de aard van reperfusieschade parallel de behandeling van humane infarcten die omvat prompt coronaire angioplastie en stenting van de slagader of coronaire bypass. Typisch tijdens deze operaties, ischemie van de LV in een muizenhart wordt bevestigd door zichtbare bleekheid van de myocardiale wand. Echter, door simpelweg uitvoeren van operaties op een elektrocardiogram (ECG) onderlegger onder voortdurende controle omstandigheden zichtbare veranderingen kunnen worden waargenomen in de ECG-golfvorm, waardoor ischemie en reperfusie van de hartspier muis bevestigd.
Hoewel het hart muizen is vergelijkbaar met het menselijk hart in vele opzichten, waaronder de vier kamers structuur, het hart ook verschillen. Een duidelijk verschil is de gemiddelde hartslag in rust van volwassen muizen is 600-700 slagen per minuut (bpm), terwijl die van de volwassen mensen wordt ~ 60-100 bpm 8,9. Bovendien, bij muizen de repolarisatie golven, J en T, vaak fuseren met de depolarisatie QRS-complex het maken van een duidelijke ST-segment moeilijk te onderscheiden 10. Om het proces van electrocardiographicall complicereny bevestiging myocardiale ischemie, is de verhoging van de T-golf en de ST-segment dat wordt gebruikt als markers voor de diagnose van ischemie en myocardiaal infarct letsels bij mensen, klinisch aangeduid als ST e levation m yocardial i nfarction of STEMI. Een van de belangrijkste verschillen tussen mensen en muizen golfvormen is dat S-golf wordt onmiddellijk gevolgd worden van een J-golf die direct overbrengt in een negatieve T-golf. Tijdens acuut myocard ischemie bij muizen de amplitude van de S-golf afneemt en wordt direct gevolgd door een abnormale J-wave en een omgekeerde T-top 11. De T-golf lijkt niet een aanzienlijk deel van de repolarisatie vertegenwoordigen muizen 11. Ondanks nomenclatuur en muis vs. menselijke verschillen, ECG bevestiging van muizen ischemie en reperfusie is nog steeds haalbaar en relatief eenvoudig. Omwille van de vereenvoudiging golfvorm interpretatie, wordt het segment tussen de SJT aangeduid als ST-segment hierin.
STEMI richtlijnen gepubliceerd in 2013 aan een patiënt door-to-balloon van minder dan 90 min 12 .Dit houdt in dat de tijd na de identificatie van kransslagader occlusie van de patiënt totdat de slagader wordt geopend moet lager zijn dan 90 min. Het kloppend hart is voortdurend bezig en daarom heeft een hoge oxidatieve metabolisme en een hoog niveau van zuurstofverbruik 3. Hierin te voorzien, een netwerk van capillairen waarover elke myocyten 3. Het duurt slechts een hart een paar slagen om de zuurstof en voedingsstoffen uitputten. In een 90 minuten venster, zal een ischemische hartziekte gebied in een menselijk zijn geblokkeerd van het ontvangen tussen 5400 en 9000 hartslag waarde van zuurstofrijk bloed. In datzelfde 90 min raam, zou een muis moeten 54.000 tot 63.000 hartslagen. Experimentele tijdstippen voor murine ischemie / reperfusieschade typisch tussen 30 en 60 minuten.
Het belang van de ontwikkeling vaning een aanvullende methode voor het bevestigen van ischemie en reperfusie in een muizenmodel heeft ingrijpende gevolgen voor de consistentie en reproduceerbaarheid van de gegevens in myocard ischemie / reperfusie studies. De huidige praktijk visueel observeren het hart van een verandering in weefsel kleur is niet geschikt als een stand-alone diagnostisch. Bovendien wordt reperfusie na verwijdering van de buis en de hechting niet gegarandeerd. Hoewel de slagader niet langer wordt afgebonden, kan de slagader blijvende schade tijdens de procedure en kunnen onmogelijk reperfusie worden. Het zou gunstig zijn voor een record van veranderingen in het elektrocardiogram moet reperfusie bevestigen plaats van te vertrouwen op observaties van het myocard bleekheid en rubor (rode kleur) zijn. Harten die de markers van ischemie / reperfusie schade vertonen kan dan snel worden gemarkeerd en een besluit over hoe verder te gaan kan worden gemaakt door de onderzoekers.
Tot slot, de oprichting van een record van ECG veranderingen ten opzichte van baseline in heel the ischemische en reperfusie kunnen onderzoekers blijven het hart volgen na de eerste operatie. Onderzoekers moment uit het oog verliezen hart, zodra de operatie is voltooid. ECG is een eenvoudige manier om inzicht in veranderingen in het myocardium uren tot dagen na de operatie krijgen. ECG geregistreerd op tijdstippen na de operatie kon openbaren laat de ontwikkeling van Q-waves aangeeft voortgezet of verergering van dood weefsel. Echter, om effectief gage nieuwe of verergerende elektrocardiografische markers, een baseline ECG moet ter vergelijking beschikbaar zijn.
Dit protocol zal laten zien hoe te bereiden, te verkrijgen en te interpreteren ECG ischemie en reperfusie van het hart met behulp van muis 8 bevestigen – 12 weken oude mannelijke C57BL / 6 muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gebruik ECG veranderingen als een extra methode voor het bevestigen van myocardiale ischemie en reperfusie zorgt voor de nauwkeurige plaatsing van de afsluitende ligatuur. Nauwkeurigheid van ligatuur plaatsing is van cruciaal belang voor het verminderen van data variatie tussen dieren. De LAD in een muis hart is een moeilijke slagader te visualiseren. Daarom, ter aanvulling van visuele bleekheid met elektrocardiografische veranderingen zullen helpen zorgen voor de juiste plaatsing van de ligatuur en de daaruit voortvloe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Merit Review awards (BX002332 and BX000640) from the Biomedical Laboratory Research and Development Service of the Veterans Affairs Office of Research and Development, National Institutes of Health (R15HL129140), and funds from Institutional Research and Improvement account. The project is supported in part by the National Institutes of Health grant C06RR0306551.
Materials
| Vevo 1100 | Fujifilm Visual Sonics |
Echocardiography Machine | |
| Mouse Handling Plate | Fujifilm Visual Sonics |
Heated ECG plate | |
| Signa-Gel | Highly Conductive Multi- | ||
| Electrode Gel | Parker | 15-25 | Purpose Electrolyte |
| Transpore Medical Tape | 3M | 1527-0 | |
| PI-Spray II | Pharmaceutical Innovations | NDC 36-2013-25 | Cleaning agent for ECG plate |
| C57Bl6 Mice | The Jackson Laboratory | 000664 | Male, 8-12 wk |
| IsoThesia-Isoflurane | Henry Schein | NDC 1169-0500-1 | |
| Excel | Microsoft | ||
| Systane Nighttime Lubricant Eye Ointment | Alcon | 65050935 | |
| 7-0 Perma-Hand Silk Sutures | Ethicon | 640.O32 | |
| 5-0 Perma-Hand Silk Sutures | Ethicon | K809.O32 | |
| Surgical Scissors | ROBOZ | RS-5881 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | |
| Gauze | Bio Nuclear Diagnostics Inc | DIS-022B | |
| Needle Holder | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| Buprenex CIII | Patterson Veterinary | 0-891-9756 | Buprenorphine Hydrochloride Analgesic |
| Betadine | Purdue Products | 67618-150-08 |
References
- Kochanek, K. D., Murphy, S. L., Xu, J. Deaths: Final Data for 2011. Natl Vital Stat Rep. 63 (3), 1-120 (2015).
- Klabunde, R. E. . Cardiovascular Physiology Concepts 2edn. , 243 (2012).
- Bhardwaj, R., Kandoria, A., Sharma, R. Myocardial infarction in young adults-risk factors and pattern of coronary artery involvement. Niger Med J. 55 (1), 44-47 (2014).
- Xu, Z., Alloush, J., Beck, E., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery. J Vis Exp. (86), (2014).
- Fernández, B., et al. The coronary arteries of the C57BL/6 mouse strains: implications for comparison with mutant models. J Anat. 212 (1), 12-18 (2008).
- Thaler, M. S. . The Only EKG Book You’ll Ever Need. , (2003).
- Poirier, P. Exercise, heart rate variability, and longevity: the cocoon mystery?. Circulation. 129 (21), 2085-2087 (2014).
- Boudoulas, K. D., Borer, J. S., Boudoulas, H. Heart Rate, Life Expectancy and the Cardiovascular System: Therapeutic Considerations. Cardiology. 132 (4), 199-212 (2015).
- Wehrens, X. H., Kirchhoff, S., Doevendans, P. A. Mouse electrocardiography: an interval of thirty years. Cardiovasc Res. 45 (1), 231-237 (2000).
- Boukens, B. J., Rivaud, M. R., Rentschler, S., Coronel, R. Misinterpretation of the mouse ECG: ‘musing the waves of Mus musculus. J Physiol. 592 (21), 4613-4626 (2014).
- O’Gara, P. T., et al. ACCF/AHA guideline for the management of ST-elevation myocardial infarction: executive summary: a report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines: developed in collaboration with the American College of Emergency Physicians and Society for Cardiovascular Angiography and Interventions. Catheter Cardiovasc Interv. 82 (1), E1-E27 (2013).
- . . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
- Gao, S., Ho, D., Vatner, D. E., Vatner, S. F. Echocardiography in Mice. Curr Protoc Mouse Biol. 1, 71-83 (2011).
- Jong, W. M., et al. Reduced acute myocardial ischemia-reperfusion injury in IL-6-deficient mice employing a closed-chest model. Inflamm Res. 65 (6), 489-499 (2016).
- Nadtochiy, S. M., et al. In vivo cardioprotection by S-nitroso-2-mercaptopropionyl glycine. J Mol Cell Cardiol. 46 (6), 960-968 (2009).
- Preda, M. B., Burlacu, A. Electrocardiography as a tool for validating myocardial ischemia-reperfusion procedures in mice. Comp Med. 60 (6), 443-447 (2010).
- Speerschneider, T., Thomsen, M. B. Physiology and analysis of the electrocardiographic T wave in mice. Acta Physiol (Oxf. 209 (4), 262-271 (2013).
- Kersten, J. R., Schmeling, T. J., Pagel, P. S., Gross, G. J., Warltier, D. C. Isoflurane mimics ischemic preconditioning via activation of K(ATP) channels: reduction of myocardial infarct size with an acute memory phase. Anesthesiology. 87 (2), 361-370 (1997).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53 (1), E55-E69 (2012).
- Curtis, M. J., et al. The Lambeth Conventions (II): guidelines for the study of animal and human ventricular and supraventricular arrhythmias. Pharmacol Ther. 139 (2), 213-248 (2013).
