הליך מבוקר קצב להערכת תפקודים דיאסטוליים תלויי קצב לב במודלים של אי ספיקת לב מורין
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר השגת הקשר לחץ-נפח באמצעות קצב טרנס-וושט, המשמש כלי רב ערך בהערכת תפקוד דיאסטולי במודלים עכבריים של אי ספיקת לב.
Abstract
אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF) הוא מצב המאופיין בתפקוד דיאסטולי וחוסר סובלנות לפעילות גופנית. בעוד שניתן להשתמש בבדיקות המודינמיות או MRI ללחץ גופני כדי לזהות תפקוד דיאסטולי לקוי ולאבחן HFpEF בבני אדם, שיטות כאלה מוגבלות במחקר בסיסי באמצעות מודלים של עכברים. מבחן אימון הליכון משמש בדרך כלל למטרה זו בעכברים, אך תוצאותיו יכולות להיות מושפעות ממשקל הגוף, כוח שרירי השלד והמצב המנטלי. במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול קצב פרוזדורים כדי לזהות שינויים תלויי דופק (HR) בביצועים דיאסטוליים ולאמת את התועלת שלו במודל עכבר של HFpEF. השיטה כוללת הרדמה, אינטובציה וביצוע ניתוח לולאת נפח לחץ (PV) במקביל לקצב פרוזדורים. בעבודה זו הוכנס צנתר הולכה בגישה אפית של החדר השמאלי, וצנתר קצב פרוזדורים הוכנס לוושט. לולאות PV בסיסיות נאספו לפני שהדופק הואט עם ivabradine. לולאות PV נאספו ונותחו במרווחים של HR הנעים בין 400 פעימות לדקה עד 700 פעימות לדקה באמצעות קצב פרוזדורים. באמצעות פרוטוקול זה, הדגמנו בבירור ליקוי דיאסטולי תלוי HR במודל HFpEF המושרה מטבולית. הן קבוע זמן ההרפיה (Tau) והן יחסי הלחץ-נפח הדיאסטולי הסופי (EDPVR) החמירו ככל שהדופק גדל בהשוואה לעכברי ביקורת. לסיכום, פרוטוקול מבוקר קצב פרוזדורים זה שימושי לאיתור הפרעות לב תלויות HR. הוא מספק דרך חדשה לחקור את המנגנונים הבסיסיים של תפקוד דיאסטולי במודלים של עכברי HFpEF ועשוי לסייע בפיתוח טיפולים חדשים למצב זה.
Introduction
אי ספיקת לב מהווה גורם מוביל לאשפוזים ומוות ברחבי העולם, ואי ספיקת לב עם מקטע פליטה משומר (HFpEF) מהווה כ-50% מכלל האבחנות של אי ספיקת לב. HFpEF מאופיין בתפקוד דיאסטולי לקוי וסובלנות גופנית לקויה, ואת ההפרעות ההמודינמיות הקשורות, כגון תפקוד דיאסטולי, ניתן לזהות בבירור באמצעות בדיקות המודינמיות לחוצות פעילות גופנית או סריקות MRI 1,2.
במודלים ניסיוניים, לעומת זאת, השיטות הזמינות להערכת הפרעות פיזיולוגיות הקשורות ל- HFpEF מוגבלות 3,4. בדיקת התעמלות הליכון (TMT) משמשת לקביעת זמן ומרחק ריצה, אשר עשויים לשקף המודינמיקה לבבית במאמץ גופני; עם זאת, שיטה זו רגישה להפרעות ממשתנים חיצוניים כגון משקל הגוף, כוח שרירי השלד והמצב המנטלי.
כדי לעקוף מגבלות אלה, פיתחנו פרוטוקול קצב פרוזדורים המזהה שינויים עדינים אך מכריעים בביצועים דיאסטוליים בהתבסס על קצב הלב (HR) ותיקפנו את התועלת שלו במודל עכבר של HFpEF5. מספר גורמים פיזיולוגיים תורמים לתפקוד הלב הקשור לפעילות גופנית, כולל תגובת העצב הסימפתטי והקטכולאמין, הרחבת כלי הדם ההיקפיים, תגובת האנדותל וקצב הלב6. בין אלה, עם זאת, הקשר HR-לחץ (המכונה גם אפקט Bowditch) ידוע כקובע קריטי של תכונות פיזיולוגיות לב 7,8,9.
הפרוטוקול כולל ביצוע ניתוח קונבנציונלי של נפח לחץ בנקודת ההתחלה כדי להעריך את הפונקציה הסיסטולית והדיאסטולית, כולל פרמטרים כגון קצב התפתחות הלחץ (dp/dt), יחסי לחץ-נפח סיסטולי סופי (ESPVR) ויחסי לחץ-נפח קצה דיאסטולי (EDPVR). עם זאת, יש לציין כי פרמטרים אלה מושפעים HR, אשר יכול להשתנות בין בעלי חיים בשל הבדלים בקצב הלב הפנימי שלהם. בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את השפעות ההרדמה על משאבי אנוש. כדי להתמודד עם זה, HR היה סטנדרטי על ידי מתן קצב פרוזדורים במקביל עם ivabradine, ומדידות פרמטרים לבביים בוצעו בקצב לב מצטבר. יש לציין כי תגובת הלב תלוית HR הבדילה עכברי HFpEF מעכברי קבוצת הביקורת, בעוד שלא נצפו הבדלים משמעותיים במדידות לולאת PV הבסיסית (באמצעות קצב הלב הפנימי)5.
בעוד פרוטוקול קצב זה עשוי להיראות מסובך יחסית, שיעור ההצלחה שלו עולה על 90% כאשר הוא מובן היטב. פרוטוקול זה יספק דרך שימושית לחקור את המנגנונים הבסיסיים של תפקוד דיאסטולי במודלים של עכברי HFpEF ויעזור בפיתוח טיפולים חדשים למצב זה.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מציגים מתודולוגיה להערכת יחסי לחץ-נפח עם יישום של קצב טרנס-וושט. אי סבילות לפעילות גופנית היא אחד המאפיינים העיקריים של HFpEF, אך אין טכניקות זמינות להערכת תפקוד הלב בעכברים במהלך פעילות גופנית. פרוטוקול הקצב שלנו מציע כלי רב ערך לאיתור תפקוד דיאסטולי, שאולי לא נראה לעין בתנאי מנוחה.
<p c…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקי מחקר מקרן פוקודה לטכנולוגיה רפואית (ל- E.T. ו- G. N.) ומענק המחקר המדעי JSPS KAKENHI 21K08047 (ל- E.T).
Materials
| 2-0 silk suture, sterlie | Alfresa Pharma Corporation, Osaka, Japan | 62-9965-57 | Surgical Supplies |
| 2-Fr tetrapolar electrode catheter | Fukuda Denshi, Japan and UNIQUE MEDICAL, Japan | custom-made | Surgical Supplies |
| Albumin Bovine Serum | Nacalai Tesque, Inc., Kyoto, Japan | 01859-47 | Miscellaneous |
| C57/BI6J mouse | Jackson Laboratory | animals | |
| Conductance catheter | Millar Instruments, Houston, TX | PVR 1035 | |
| Electrical cautery, Electrocautery Knife Kit | ellman-Japan,Osaka, Japan | 1-1861-21 | Surgical Supplies |
| Etomidate | Tokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo Japan | E0897 | Anesthetic |
| Grass Instrument S44G Square Pulse Stimulator | Astro-Med, West Warwick, RI | Pacing equipment | |
| Isoflurane | Viatris Inc., Tokyo, Japan | 8803998 | Anesthetic |
| Ivabradine | Tokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo Japan | I0847 | Miscellaneous |
| LabChart software | ADInstruments, Sydney, Australia | LabChart 7 | Hemodynamic equipment |
| MPVS Ultra | Millar Instruments, Houston, TX | PL3516B49 | Hemodynamic equipment |
| Pancronium bromide | Sigma Aldrich Co., St. Louis, MO | 15500-66-0 | Anesthetic |
| PE10 polyethylene tube | Bio Research Center Co. Ltd., Tokyo, Japan | 62101010 | Surgical Supplies |
| PowerLab 8/35 | ADInstruments, Sydney, Australia | PL3508/P | Hemodynamic equipment |
| PVR 1035 | Millar Instruments, Houston, TX | 842-0002 | Hemodynamic equipment |
| Urethane (Ethyl Carbamate) | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 050-05821 | Anesthetic |
| Vascular Flow Probe | Transonic, Ithaca, NY | MA1PRB | Surgical Supplies |
References
- Backhaus, S. J. Exercise stress real-time cardiac magnetic resonance imaging for noninvasive characterization of heart failure with preserved ejection fraction. Circulation. 143 (15), 1484-1498 (2021).
- Borlaug, B. A., Nishimura, R. A., Sorajja, P., Lam, C. S. P., Redfield, M. M. Exercise hemodynamics enhance diagnosis of early heart failure with preserved ejection fraction. Circulation. Heart Failure. 3 (5), 588-595 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., David, A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nature Protocols. 3 (9), 1422-1434 (2008).
- Cingolani, O. H., Kass, D. A. Pressure-volume relation analysis of mouse ventricular function. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 301 (6), 2198-2206 (2011).
- Numata, G., et al. A pacing-controlled protocol for frequency-diastolic relations distinguishes diastolic dysfunction specific to a mouse HFpEF model. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 323 (3), H523-H527 (2022).
- Piña, I. L., et al. Exercise and heart failure. Circulation. 107 (8), 1210-1225 (2003).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Minimal force-frequency modulation of inotropy and relaxation of in situ murine heart. Journal of Physiology. 534 (2), 535-545 (2001).
- Takimoto, E., et al. Frequency- and afterload-dependent cardiac modulation in vivo by troponin I with constitutively active protein kinase A phosphorylation sites. Circulation Research. 94 (4), 496-504 (2004).
- Meyer, M., Lewinter, M. M. Heart rate and heart failure with preserved ejection fraction: Time to slow β-blocker use? Circulation. Heart Failure. 12 (8), 006213 (2019).
- Schiattarella, G. G., et al. Nitrosative stress drives heart failure with preserved ejection fraction. Nature. 568 (7752), 351-356 (2019).
- Abraham, D., Mao, L. Cardiac pressure-volume loop analysis using conductance catheters in mice. Journal of Visualized Experiments. (103), e52942 (2015).
- Zhang, B., Davis, J. P., Ziolo, M. T. Cardiac catheterization in mice to measure the pressure volume relationship: Investigating the Bowditch effect. Journal of Visualized Experiments. (100), e52618 (2015).
- Townsend, D. W. Measuring pressure volume loops in the mouse. Journal of Visualized Experiments. (111), e53810 (2016).
- Georgakopoulos, D., Kass, D. A. Estimation of parallel conductance by dual-frequency conductance catheter in mice. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 279 (1), H47 (2000).
