Summary
Her præsenterer vi en noninvasive elektrokardiografi (EKG) protokol, optimeret til tidlige postnatal mus, der ikke kræver brug af bedøvelsesmidler.
Abstract
Elektrokardiografi (EKG) har længe været påberåbt som en effektiv og pålidelig metode til vurdering af hjerte-kar-(og kardiopulmonal) funktion i både menneskelige og animalske modeller af sygdom. Individuel puls, rytme og regelmæssighed, kombineret med kvantitative parametre indsamlet fra EKG, tjener til at vurdere integriteten af hjerteledningssystemet samt den integrerede fysiologi ihjertecyklussen. Denne artikel indeholder en omfattende beskrivelse af de metoder og teknikker, der anvendes til at udføre et noninvasive EKG på perinatale og neonatal musunger så tidligt som den første postnatal dag, uden at det er behov for brug af bedøvelsesmidler. Denne protokol er designet til direkte at imødekomme et behov for en standardiseret og repeterbar metode til opnåelse af EKG i nyfødte mus. Fra et translationelt perspektiv viser denne protokol sig at være helt effektiv til karakterisering af medfødte kardiopulmonale defekter, der genereres ved hjælp af transgene muselinjer, og især til analyse af defekter, der forårsager dødelighed på eller i løbet af de første postnatale dage. Denne protokol har også til formål direkte at løse et hul i den videnskabelige litteratur til at karakterisere og give normative data i forbindelse med modning af den tidlige postnatal hjerteledning system. Denne metode er ikke begrænset til et specifikt postnatalt tidspunkt, men giver snarere mulighed for EKG dataindsamling i neonatal mus hvalpe fra fødslen til postnatal dag 10 (P10), et vindue, der er af afgørende betydning for modellering menneskelige sygdomme in vivo, med særlig vægt på medfødt hjertesygdom (CHD).
Introduction
Hjertefunktion kan måles på forskellige måder, hvoraf den mest almindelige omfatter brug af elektrokardiografi (EKG) til at analysere ledning af elektrisk strøm gennem hjertet samt dens samlede hjertecyklus og funktion1. Elektrokardiografi er fortsat et nyttigt diagnostisk værktøj til at identificere og karakterisere hjerteanomalier i både humane og animalske modelleraf sygdom 1,2. Uregelmæssigheder i en elektrokardiogramaflæsning kan findes i unormal hjerteudvikling (dvs. medfødt hjertesygdom (CHD)) og kan omfatte arytmier, der manifesterer sig som ændringer i pulsen (f.eks. bradykardi) og rytme (f.eks. “hjerteblokke”), der tyder på defekter i integriteten og/eller funktionen af det underliggende myokardie. Ændringer som disse kan prædisponere patienter for livstruende hjertedysfunktion (f.eks. kongestivt hjertesvigt og/eller hjertestop) og øget dødelighed3,4. I betragtning af den høje dødelighed med svær og ubehandlet CHD er det afgørende at udvikle en standardiseret og repeterbar metode til indsamling af EKG i denne tidlige postnatale periode.
Selv om vi ikke er de første til at løse dette problem, tidligere metoder til indsamling af EKG på en mus hvalpe har traditionelt inkluderet invasive procedurer (subkutan nål eller wire elektroder) og / eller brugen af bedøvelsesmidler5,6,7. Fordele ved at udføre noninvasive EKG analyse omfatter minimere smerter og fortryde stress på dyret. Mens eksperimentatoren stadig skal være forsigtig med at forårsage hvalpen stress, enheden er designet til at undgå fælles stressfaktorer for at producere nøjagtige data. I forbindelse med evaluering af hjertefunktion, indføre anæstesi til dyr, der kan have kardiopulmonale abnormiteter potentielt kunne maskere eller endda forværre underliggende betingelser. Bedøvelsesmidler kan påvirke den elektriske ledning ved at ændre depolarisering og/eller repolarisering af cellerne. Endelig kan brugen af anæstesi sætte den nyfødte hvalp på en øget risiko for hypotermi, som yderligere kunne forvirre enhver iboende patologi. Følgende protokol indfører ikke bedøvelse, invasive procedurer, eller udtalt ubehag for hvalpen. Når udstyr setup er afsluttet, enhed setup og dataindsamling involverer dyret kan fuldføres effektivt, hvorefter hvalpene kan returneres til deres mor. Derudover giver dette system mulighed for at udføre gentagne og/eller serielle analyser, som er ideel til forsøg, der kræver analyse over tid, indførelse af farmakologiske behandlinger osv.
Protocol
Representative Results
Discussion
De datapunkter, der indsamles i perinatale dag 1 museunger, ligger lidt under de gennemsnitlige forventede værdier for voksne mus (500-700 slag i minuttet). 8 Der er en stigning i pulsen i takt med, at musen ældes, hvilket falder mere i tråd med de forventede værdier (tabel 1). Det er dog vigtigt at understrege, at neonatalværdier var i den lavere ende af dette interval, hvilket understøtter tanken om, at normative værdier skal dokumenteres på en aldersspecifik måde. Denn…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne anerkender generøs støtte fra Saving tiny Hearts Society (KLT), UNE COBRE Program (NIGMS tilskud nummer P20GM103643; LAF), og SURE Fellowship Program ved University of New England (VLB), samt patient teknisk support fra Ashish More (iWorx, Dover, NH). Figur 3, Figur 4 og Figur S1 blev oprettet med Biorender-software.
Materials
| LabScribe4 | iWorx | LabScribe4 | Software used to record ECG | https://www.iworx.com/users/teaching.php |
| Neonatal Mouse ECG & Respiration System | iWorx | RS-NMECG : Neonatal Mouse ECG | ECG device | https://www.iworx.com/research/cardiac-function/rs-nmecg/ |
| Tensive Conductive Adhesive Gel | Parker Laboratories, Inc | 22-60 | Tac-gel used as conductive gel for ECG | https://www.parkerlabs.com/tensive.asp |
References
- Pappano, A. J., Wier, W. G. . Cardiovascular Physiology. 11, 40-41 (2019).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: A matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 1-19 (2012).
- Sisakian, H. Cardiomyopathies: Evolution of pathogenesis concepts and potential for new therapies. World Journal of Cardiology. 6 (6), 478-494 (2014).
- London, B. Cardiac Arrhythmias: From (Transgenic) Mice to Men. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12 (9), 1089-1091 (2001).
- Zehendner, C. M., Luhmann, H. J., Yang, J. -. W. A Simple and Novel Method to Monitor Breathing and Heart Rate in Awake and Urethane Anesthetized Newborn Rodents. PLoS ONE. 5, 62628 (2013).
- Zhao, Y., et al. Dry-contact microelectrode membranes for wireless detection of electrical phenotypes in neonatal mouse hearts. Biomedical Microdevices. 17 (2), 40 (2015).
- Cao, H., et al. Wearable multi-channel microelectrode membranes for elucidating electrophysiological phenotypes of injured myocardium. Integrative Biology. 6 (8), 789 (2014).
- Ho, D., et al. Heart rate and electrocardiography monitoring in mice. Current Protocols in Mouse Biology. 1 (1), 123-139 (2011).
- Heier, C. R., Hampton, T. G., Wang, D., DiDonato, C. J. Development of electrocardiogram intervals during growth of FVB/N neonate mice. BMC Physiology. 10, 16 (2010).
- Heier, C. R., DiDonato, C. J. ECG in neonate mice with spinal muscular atrophy allows assessment of drug efficacy. Frontiers Biosciences (Elite Ed). 7, 107-116 (2015).
- Chu, V., et al. Method for noninvasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Patel, S. I., Souter, M. J. Equipment-related electrocardiographic artifacts: causes, characteristics, consequences, and correction. Anesthesiology. 108 (1), 138-148 (2008).
- Castellan, R. F. P., Thomson, A., Moran, C. M., Gray, G. A. Electrocardiogram-gated kilohertz visualisation (EKV) ultrasound allows assessment of neonatal cardiac structural and functional maturation and longitudinal evaluation of regeneration after injury. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (1), 167-179 (2020).
