JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يصف البروتوكول الحالي الحصول على علاقة الضغط والحجم من خلال تنظيم السرعة عبر المريء ، والذي يعمل كأداة قيمة في تقييم الوظيفة الانبساطية في نماذج الفئران لفشل القلب.

Abstract

فشل القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) هو حالة تتميز بالخلل الانبساطي وعدم تحمل التمرين. في حين يمكن استخدام اختبارات الدورة الدموية المجهدة أو التصوير بالرنين المغناطيسي للكشف عن الخلل الانبساطي وتشخيص HFpEF في البشر ، فإن هذه الطرائق محدودة في البحث الأساسي باستخدام نماذج الفئران. يشيع استخدام اختبار تمرين جهاز المشي لهذا الغرض في الفئران ، ولكن يمكن أن تتأثر نتائجه بوزن الجسم وقوة العضلات الهيكلية والحالة العقلية. هنا ، نصف بروتوكول تنظيم السرعة الأذيني للكشف عن التغيرات المعتمدة على معدل ضربات القلب (HR) في الأداء الانبساطي والتحقق من فائدته في نموذج الماوس من HFpEF. تتضمن الطريقة التخدير والتنبيب وإجراء تحليل حلقة حجم الضغط (PV) المصاحب لسرعة الأذينين. في هذا العمل ، تم إدخال قسطرة التوصيل عبر نهج قمي البطين الأيسر ، وتم وضع قسطرة سرعة الأذينية في المريء. تم جمع الحلقات الكهروضوئية الأساسية قبل إبطاء HR باستخدام ivabradine. تم جمع الحلقات الكهروضوئية وتحليلها بزيادات HR تتراوح من 400 نبضة في الدقيقة إلى 700 نبضة في الدقيقة عبر السرعة الأذينية. باستخدام هذا البروتوكول ، أظهرنا بوضوح ضعف الانبساطي المعتمد على HR في نموذج HFpEF المستحث بالتمثيل الغذائي. ساء كل من ثابت وقت الاسترخاء (Tau) وعلاقة الضغط والحجم الانبساطي النهائي (EDPVR) مع زيادة الموارد البشرية مقارنة بالفئران الضابطة. في الختام ، يعد هذا البروتوكول الذي يتم التحكم فيه بالسرعة الأذينية مفيدا للكشف عن اختلالات القلب المعتمدة على HR. يوفر طريقة جديدة لدراسة الآليات الأساسية للخلل الانبساطي في نماذج الفئران HFpEF وقد يساعد في تطوير علاجات جديدة لهذه الحالة.

Introduction

يمثل قصور القلب سببا رئيسيا لدخول المستشفى والوفاة في جميع أنحاء العالم ، ويمثل قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) حوالي 50٪ من جميع تشخيصات قصور القلب. يتميز HFpEF بالخلل الانبساطي وضعف تحمل التمرين ، ويمكن اكتشاف تشوهات الدورة الدموية المرتبطة به ، مثل الخلل الانبساطي ، بوضوح من خلال اختبار الدورة الدموية المجهد بالتمرين أو فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي 1,2.

ومع ذلك ، في النماذج التجريبية ، تكون الطرائق المتاحة لتقييم التشوهات الفسيولوجية المتعلقة ب HFpEF محدودة 3,4. يستخدم اختبار تمرين جهاز المشي (TMT) لتحديد وقت الجري والمسافة ، والتي قد تعكس ديناميكا الدم القلبية الناتجة عن إجهاد التمرين. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة عرضة للتداخل من المتغيرات الخارجية مثل وزن الجسم وقوة العضلات الهيكلية والحالة العقلية.

للتحايل على هذه القيود ، ابتكرنا بروتوكولا للسرعة الأذينية يكتشف التغييرات الطفيفة ولكن الحاسمة في الأداء الانبساطي بناء على معدل ضربات القلب (HR) وتحققنا من فائدته في نموذج الماوس HFpEF5. تساهم العديد من العوامل الفسيولوجية في وظيفة القلب المرتبطة بالتمرين ، بما في ذلك استجابة العصب الودي والكاتيكولامين ، وتوسع الأوعية المحيطية ، والاستجابة البطانية ، ومعدل ضربات القلب6. من بين هذه ، ومع ذلك ، فإن علاقة ضغط HR (وتسمى أيضا تأثير Bowditch) تعرف بأنها محدد حاسم للسمات الفسيولوجية القلبية7،8،9.

يتضمن البروتوكول إجراء تحليل تقليدي للضغط والحجم عند خط الأساس لتقييم الوظيفة الانقباضية والانبساطية ، بما في ذلك معلمات مثل معدل تطور الضغط (dp / dt) ، وعلاقة حجم الضغط الانقباضي النهائي (ESPVR) ، وعلاقة حجم الضغط الانبساطي النهائي (EDPVR). ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلمات تتأثر بالموارد البشرية ، والتي يمكن أن تختلف بين بسبب الاختلافات في معدل ضربات القلب الجوهري. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي أيضا النظر في آثار التخدير على الموارد البشرية. لمعالجة هذا الأمر ، تم توحيد الموارد البشرية من خلال إدارة سرعة الأذين بالتزامن مع إيفابرادين ، وتم إجراء قياسات معلمات القلب بمعدلات ضربات قلب متزايدة. والجدير بالذكر أن الاستجابة القلبية المعتمدة على HR ميزت الفئران HFpEF عن فئران المجموعة الضابطة ، في حين لم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية في قياسات الحلقة الكهروضوئية الأساسية (باستخدام معدل ضربات القلب الداخلي)5.

في حين أن بروتوكول السرعة هذا قد يبدو معقدا نسبيا ، إلا أن معدل نجاحه يتجاوز 90٪ عندما يكون مفهوما جيدا. سيوفر هذا البروتوكول طريقة مفيدة لدراسة الآليات الأساسية للخلل الانبساطي في نماذج الفئران HFpEF والمساعدة في تطوير علاجات جديدة لهذه الحالة.

Protocol

تمت الموافقة على هذا البروتوكول الحيواني من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام واتبع اللوائح الخاصة بالتجارب على والأنشطة ذات الصلة في جامعة طوكيو. بالنسبة للدراسة الحالية ، تم استخدام ذكور الفئران C57 / Bl6J البالغة من العمر 8-12 أسبوعا. تم الحصول على من مصدر تجاري (انظر جدول المواد). تم إنشاء نموذج من HFpEF من خلال إدارة نظام غذائي غني بالدهون لمدة 15 أسبوعا بالتزامن مع إستر ميثيل NG-nitro-L-arginine ، كما هو موضح سابقا10.

1. الاستعدادات القسطرة ومعايرة الضغط / الحجم

  1. ضع قسطرة التوصيل في محلول ملحي عادي ، وقم بإرفاقها بوحدة تتكون من PowerLab 8/35 ووحدة حجم الضغط (وحدة MPVS ، انظر جدول المواد).
  2. معايرة الضغط والحجم إلكترونيا من خلال تسجيل الضغط المحدد مسبقا (0 مم زئبق و 100 مم زئبق) ومعلمات الحجم (تختلف هذه بين وحدات MPVS) على وحدة MPVS 3,11 (انظر أيضا تعليمات الشركة المصنعة).

2. تحضير للقسطرة

  1. التخدير والتهوية
    1. تطبيق حقن داخل الصفاق بجرعة 5 ملغ/كغ من الإيتوميدات و500 ملغ/كغ من اليوريتان (انظر جدول المواد) قبل 5-10 دقائق من التنبيب.
      ملاحظة: يوريتان ، على الرغم من فعاليته كعامل مخدر في الدراسات على ، يشتبه في أنه مسرطن للبشر. لذلك ، عندما يكون اليوريتان ضروريا لتحقيق الأهداف التجريبية ولا تكفي أي عوامل بديلة ، يجب التعامل معه بحذر. يتم فرض تدابير وقائية مناسبة ، مثل ارتداء القفازات والأقنعة واستخدام غطاء الدخان أثناء التحضير. كبديل محتمل ، يمكن استخدام الكيتامين (80 مجم / كجم ، IP).
    2. ضع الفأر في غرفة تخدير مشبعة مسبقا ب 2٪ إيزوفلوران ، وانقل إلى وسادة تسخين مسبقة التسخين يتم الحفاظ عليها بين 38 درجة مئوية و 40 درجة مئوية عند تحريض التخدير.
    3. حلق المنطقة الجراحية. ثم قم بتطهير موقع الجراحة بثلاث جولات متناوبة من البيتادين والكحول.
    4. قم بعمل شق أفقي (1-2 سم) في الرقبة ، واستئزل عضلة القصبة الهوائية ، وكشف القصبة الهوائية. مرر خيطا حريريا جراحيا 2-0 أسفل القصبة الهوائية ، وارفعه ، وقم بعمل شق صغير (1-2 مم) لفتحه.
    5. أدخل أنبوبا داخل القصبة الهوائية في القصبة الهوائية ، وقم بتوصيله بجهاز التنفس الصناعي الذي يوفر مزيجا من الأكسجين بنسبة 100٪ و 2٪ إيزوفلوران (يتم تخفيضه إلى 0.5٪ إلى 1٪ لاحقا).
  2. إدخال القسطرة الوريدية المركزية (CV) وحقن السوائل
    1. حدد موقع الوريد الوداجي الداخلي أسفل العضلة القصية الترقويةالخشائية 3.
    2. أدخل القسطرة الوريدية المركزية ، التي تتكون من أنبوب سيلاستيك PE-10 (انظر جدول المواد) متصل بإبرة 30 جم ، في الوريد الوداجي.
    3. تطبيق جرعة بلعة من 5-6 ميكرولتر/غرام من وزن الجسم بنسبة 10٪ ألبومين/كلوريد الصوديوم خلال 3 دقائق، يليها معدل تسريب ثابت من 5-10 ميكرولتر/دقيقة.
      ملاحظة: هذه الخطوة ضرورية لمنع انخفاض ضغط الدم الناتج عن توسع الأوعية المحيطية الناجم عن التخدير. يقع الوريد الوداجي الداخلي بين العضلة القصية الترقوية الخشائية والشريان السباتي ، ويبدو لونه أغمق من الشريان.

3. الإجراء الجراحي لقسطرة البطين الأيسر (نهج الصدر المفتوح)

  1. حلق المنطقة الجراحية للفأر المخدر. ثم قم بتطهير موقع الجراحة بثلاث جولات متناوبة من البيتادين والكحول.
  2. تأكيد عمق التخدير عن طريق إجراء قرصة إصبع القدم. بعد ذلك ، قم بعمل شق أفقي (2-3 سم) أسفل عملية الخنجري ، وافصل الجلد عن جدار الصدر باستخدام مقص حاد.
  3. قطع جدار الصدر بشكل جانبي على كلا الجانبين باستخدام الكي الكهربائي (انظر جدول المواد).
  4. كشف القلب عن طريق قطع الحجاب الحاجز ، وإزالة التامور بلطف من القلب باستخدام ملقط.
  5. أدخل إبرة 27 G في قمة البطين الأيسر (LV) ، وأدخل قسطرة التوصيل بأثر رجعي في LV عبر ثقب الثقب.
  6. اضبط موضع القسطرة بحيث يتم الحصول على حلقة ضغط حجم مربعة الشكل.
  7. تحقق من أن القسطرة لا تتصل بالعضلة الحليمية عند حدوث تغييرات في ظروف التحميل عن طريق التحقق من شكل الحلقة الكهروضوئية أثناء انسداد الوريد الأجوف السفلي (IVC).
    ملاحظة: التعرض الكافي للقلب يسهل الإجراء ويساعد في الحصول على رؤية واضحة.

4. تسجيل بيانات الحلقة الكهروضوئية وتحديد علاقة حجم الضغط الانقباضي النهائي (ESPVR) وعلاقة حجم الضغط الانبساطي النهائي (EDPVR)

ملاحظة: يتيح تقليل التحميل المسبق عن طريق انسداد IVC تحديد ESPVR و EDPVR.

  1. قم بتسجيل وتحليل حلقة حجم الضغط الأساسية (PV) باستخدام برنامج LabChart (انظر جدول المواد) و PowerLab ووحدة MPVS بعد تثبيت الإشارة (5-10 دقائق بعد السحب).
  2. قم بإجراء انسداد IVC عن طريق ضغط IVC بالملقط ، وسجل الحلقة الكهروضوئية لمدة 20 دورة قلبية على الأقل أثناء انسداد IVC. حدد ESPVR عن طريق تركيب خط انحدار خطي من خلال النقاط الانقباضية الطرفية للحلقة الكهروضوئية و EDPVR عن طريق تركيب خط منحني من خلال النقاط الانبساطية الطرفية للحلقة الكهروضوئية باستخدام برنامج LabChart.
    ملاحظة: أوقف جهاز التنفس الصناعي أثناء انسداد IVC لمنع تحف حركة الرئة. قد يكون العامل المشلول مثل البانكورونيوم (0.5-1 مجم / كجم) مفيدا عندما تكون حركة الرئة مفرطة ويجب استخدامه فقط بعد تأكيد مستوى مخدر مستقر.

5. سرعة عبر المريء

  1. أدخل قسطرة قطب رباعي القطب 2-Fr في المريء ، وقم بتوصيل القسطرة بمحفز النبض (انظر جدول المواد) ، وحدد عتبة التقاط الأذين (عادة ، سعة التحفيز 3 مللي أمبير ، وعرض النبضة 1 مللي ثانية).
  2. قم بإبطاء معدل ضربات القلب إلى أقل من 400 نبضة / دقيقة باستخدام 20 مجم / كجم من إيفابرادين (انظر جدول المواد) يتم إعطاؤه داخل الصفاق.
  3. بعد الاستقرار ، احصل على 20 دورة قلبية مستمرة من الحلقات الكهروضوئية بمعدلات سرعة مختلفة من 400 نبضة / دقيقة إلى 700 نبضة / دقيقة ، بزيادة قدرها 100 نبضة / دقيقة ؛ الحصول على دورات أكثر من 5 دقائق في كل معدل سرعة.

6. معايرة المياه المالحة ومعايرة تدفق الأبهر

  1. قم بتعطيل جهاز التنفس الصناعي ، وقم بتطبيق 5-10 ميكرولتر من محلول ملحي مفرط التوتر عن طريق الوريد من خلال قسطرة CV.
  2. قم بتوثيق التقلبات في الضغط والحجم أثناء حقن المحلول الملحي ، واحسب قيمة Vp باستخدام PowerLab 3,11.
  3. كرر معايرة المحلول الملحي لتعزيز الدقة وقابلية التكاثر.
  4. أدر الماوس على جانبه الأيسر حتى لا تزعج إشارة مستوى الصوت.
  5. قم بإجراء بضع الصدر الجانبي بين Th3 إلى Th5 باتجاه العمود الفقري ، وقم بتشريح جزء صغير من الشريان الأورطي الهابط برفق بالملقط.
  6. ضع مسبار تدفق الأوعية الدموية (انظر جدول المواد) فوق الشريان الأورطي لقياس النتاج القلبي.
    ملاحظة: يتطلب الحساب الدقيق للحجم المطلق استخدام نوعين من المعايرة: معايرة المحلول الملحي ومعايرة تدفق الأبهر. من المهم التعرف على المخاطر المحتملة المرتبطة بالتسريب الملحي مفرط التوتر في ، حيث يمكن أن يؤدي التحميل المفرط للملح إلى انخفاض في الانقباض.

7. القتل الرحيم

  1. بعد الدراسة ، القتل الرحيم للفئران تحت جرعة زائدة مخدرة عن طريق خلع عنق الرحم.
    ملاحظة: لضمان التوقف التام للوظيفة الحيوية ، يتم استخدام طريقة ثانوية للقتل الرحيم ، مثل الاستنزاف تحت التخدير مع حصاد أنسجة القلب لاحقا.

النتائج

يتم عرض بيانات حلقة PV الأساسية في الشكل 1 والجدول 1. عند خط الأساس (في غياب السرعة) ، لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في المعلمات الانبساطية مثل ثابت وقت الاسترخاء (Tau) ، والحد الأدنى لمعدل تغير الضغط (dP / dt min) ، و EDPVR بين الفئران الضابطة و HFpEF. ومع ذلك ، أظهرت الفئران HF...

Discussion

نقدم منهجية لتقييم علاقات الضغط والحجم مع تطبيق سرعة عبر المريء. يعد عدم تحمل التمرين أحد الخصائص الرئيسية ل HFpEF ، ومع ذلك لا توجد تقنيات متاحة لتقييم وظيفة القلب في الفئران أثناء التمرين. يوفر بروتوكول السرعة الخاص بنا أداة قيمة للكشف عن الخلل الانبساطي ، والذي قد لا يكون واضحا في ظل ظروف ?...

Disclosures

لا توجد مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من خلال منح بحثية من مؤسسة فوكودا للتكنولوجيا الطبية (إلى ET و G. N.) ومنحة البحث العلمي JSPS KAKENHI في المعونة 21K08047 (إلى ET).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
2-0 silk suture, sterlieAlfresa Pharma Corporation, Osaka, Japan62-9965-57Surgical Supplies
2-Fr tetrapolar electrode catheterFukuda Denshi, Japan and UNIQUE MEDICAL, Japancustom-madeSurgical Supplies
Albumin Bovine SerumNacalai Tesque, Inc., Kyoto, Japan01859-47Miscellaneous
C57/BI6J mouseJackson Laboratoryanimals
Conductance catheterMillar Instruments, Houston, TXPVR 1035
Electrical cautery, Electrocautery Knife Kitellman-Japan,Osaka, Japan1-1861-21Surgical Supplies
EtomidateTokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo JapanE0897Anesthetic
Grass Instrument S44G Square Pulse StimulatorAstro-Med, West Warwick, RIPacing equipment
IsofluraneViatris Inc., Tokyo, Japan8803998Anesthetic
IvabradineTokyo Chemical Industory Co., Ltd., Tokyo JapanI0847Miscellaneous
LabChart softwareADInstruments, Sydney, AustraliaLabChart 7Hemodynamic equipment
MPVS UltraMillar Instruments, Houston, TXPL3516B49Hemodynamic equipment
Pancronium bromideSigma Aldrich Co., St. Louis, MO15500-66-0Anesthetic
PE10 polyethylene tubeBio Research Center  Co. Ltd., Tokyo, Japan62101010Surgical Supplies
PowerLab 8/35ADInstruments, Sydney, AustraliaPL3508/PHemodynamic equipment
PVR 1035Millar Instruments, Houston, TX842-0002Hemodynamic equipment
Urethane (Ethyl Carbamate)Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan050-05821Anesthetic
Vascular Flow ProbeTransonic, Ithaca, NYMA1PRBSurgical Supplies

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Piña, I. L., et al. Exercise and heart failure. Circulation. 107 (8), 1210-1225 (2003).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Schiattarella, G. G., et al. Nitrosative stress drives heart failure with preserved ejection fraction. Nature. 568 (7752), 351-356 (2019).
  11. Abraham, D., Mao, L. Cardiac pressure-volume loop analysis using conductance catheters in mice. Journal of Visualized Experiments. (103), e52942 (2015).
  12. 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).
  13. Townsend, D. W. Measuring pressure volume loops in the mouse. Journal of Visualized Experiments. (111), e53810 (2016).
  14. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

HFpEF HFpEF HR HFpEF EDPVR

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved