Noninvasive Elektrokardiografi i perinatal mus
Summary
Här presenterar vi ett noninvasive electrocardiography (EKG) protokoll, optimerad för tidiga postnatala möss, som inte kräver användning av bedövningsmedel.
Abstract
Elektrokardiografi (EKG) har länge varit åberopas som en effektiv och tillförlitlig metod för att bedöma kardiovaskulära (och cardiopulmonary) funktion i både människors och djurs modeller av sjukdom. Individuell hjärtfrekvens, rytm, och regelbundenhet, i kombination med kvantitativa parametrar som samlats in från EKG, tjänar till att bedöma integriteten hos hjärtledningssystemet samt den integrerade fysiologin i hjärtcykeln. Denna artikel ger en omfattande beskrivning av de metoder och tekniker som används för att utföra en noninvasive EKG på perinatal och neonatal mus ungar så tidigt som den första postnatala dagen, utan att kräva användning av bedövningsmedel. Detta protokoll utformades för att direkt ta itu med ett behov av en standardiserad och repeterbar metod för att erhålla EKG hos nyfödda möss. Ur ett translationellt perspektiv visar sig detta protokoll vara helt effektivt för karakterisering av medfödda cardiopulmonary defekter genereras med hjälp av transgena mus linjer, och särskilt för analys av defekter som orsakar dödlighet vid eller under de första postnatala dagar. Detta protokoll syftar också till att direkt ta itu med en lucka i den vetenskapliga litteraturen att karakterisera och ge normativa data i samband med mognad av det tidiga postnatala hjärtledningssystemet. Denna metod är inte begränsad till en specifik postnatal tidspunkt, utan snarare möjliggör EKG-datainsamling i neonatal musungar från födseln till postnatal dag 10 (P10), ett fönster som är av avgörande betydelse för modellering av mänskliga sjukdomar in vivo, med särskild tonvikt på medfödd hjärtsjukdom (CHD).
Introduction
Hjärtfunktion kan mätas på olika sätt, varav den vanligaste innefattar användning av elektrokardiografi (EKG) för att analysera ledning av elektrisk ström genom hjärtat samt dess övergripande hjärtcykel och funktion1. Elektrokardiografi fortsätter att vara ett användbart diagnostiskt verktyg för att identifiera och karakterisera hjärtanomalier i både mänskliga och djurmodeller av sjukdom1,2. Oegentligheter i en elektrokardiogram läsning kan hittas i onormal hjärtutveckling (dvs, medfödd hjärtsjukdom (CHD)), och kan inkludera arytmier manifesteras som förändringar i hjärtfrekvens (t.ex. bradykardi), och rytm (t.ex., “hjärtblock”), tyder på defekter i integritet och/eller funktion av underliggande myokardium. Förändringar som dessa kan predisponera patienter för livshotande hjärtdysfunktion (t.ex. hjärtsvikt och/eller hjärtstillestånd) och ökaddödlighet 3,4. Med tanke på den höga dödligheten med svår och obehandlad CHD, utveckla en standardiserad och repeterbar metod för att samla IN EKG under denna tidiga postnatala perioden är kritisk.
Även om vi inte är de första att ta itu med detta problem, tidigare metoder för att samla EKG på en mus ungar har traditionellt ingår invasiva förfaranden (subkutan nål eller tråd elektroder) och / eller användning av bedövningsmedel5,6,7. Fördelar med att utföra noninvasive EKG-analys inkluderar att minimera smärta och ångra stress på djuret. Fördriva tiden den experimenteraren måste stilla vara försiktig omkring orsaker den pup betona, apparaten är planerat på undvika gemensam betona för att producera exakt datan. I samband med utvärdering av hjärtfunktion, införa anestesi till djur som kan ha hjärt-avvikelser kan potentiellt maskera eller till och med förvärra underliggande villkor. Bedövningsmedel kan påverka den elektriska ledning genom att förändra depolarisering och/eller repolarisering av cellerna. Slutligen kan användningen av anestesi sätta den nyfödda valpen på en ökad risk för hypotermi, vilket ytterligare kan förvirra någon inneboende patologi. Följande protokoll inför inte några bedövningsmedel, invasiva procedurer eller uttalat obehag för valpen. En gång utrustning setup är finalized, anordning setup och data insamling inlende den djur kanna bli komplett effektivt, efter vilken den pups kanna bli returnerat till deras moder. Dessutom gör detta system för att upprepa och/eller serieanalyser ska utföras, vilket är idealiskt för experiment som kräver analys över tid, införande av farmakologiska terapier, etc.
Protocol
Representative Results
Discussion
De datapunkter som samlas in i perinatala dag 1-musungar ligger något under de genomsnittliga förväntade värdena för vuxna möss (500-700 slag per minut). 8 Det finns en ökning av hjärtfrekvensen när musen åldras, vilket faller mer i linje för de förväntade värdena (Tabell 1). Det är dock viktigt att betona att neonatalvärden var på den nedre delen av detta intervall, stödja tanken att normativa värden bör dokumenteras på ett åldersspecifikt sätt. Denna metod…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna erkänner generöst stöd från Saving tiny Hearts Society (KLT), UNE COBRE Program (NIGMS-bidragsnummer P20GM103643; LAF), och SURE Fellowship Program vid University of New England (VLB), samt patientens tekniska stöd från Ashish More (iWorx, Dover, NH). Figur 3, Figur 4, och Figur S1 skapades med Biorender programvara.
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).
