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我们利用同时进行的视频-EEG-ECG-氧化-量谱-封盖术,开发了一种评估兔子模型易感性的方法,以开发引起心律失常和癫痫发作。这种新型记录系统建立了一个平台,以测试治疗的功效和安全性,并可以捕捉复杂的多系统事件级联,最终导致突然死亡。
离子通道病患者有发生癫痫发作和致命心律失常的高风险。癫痫患者(即癫痫心脏)的心脏病和心律失常患病率较高。此外,心脏和自主障碍已报告围绕癫痫发作。1:1,000 癫痫患者/年死于癫痫突发死亡 (SUDEP)。苏迪普的机制仍然不完全了解。脑电图 (EEG) 和心电图 (ECG) 是临床环境中经常使用的两种技术,用于检测和研究癫痫发作和心律失常的基板/触发器。虽然许多研究和描述这种方法是在啮齿动物,他们的心脏电活动与人类显著不同。本文描述了一种非侵入性方法,用于记录有意识的兔子同时录制视频-EEG-ECG-氧化术- capns。由于心脏电功能在兔子和人类中相似,兔子提供了一个很好的转化诊断和治疗研究模型。除了概述数据采集的方法外,我们还讨论了研究兔子神经-心脏电功能和病理学的分析方法。这包括心律失常检测、脑电表光谱分析以及为受约束的兔子开发的癫痫发作量表。
心电图 (ECG) 经常用于临床设置,以评估心脏导电和电激活恢复过程的动态。心电图对于检测、本地化和评估心律失常、缺血和梗塞的风险非常重要。通常,电极贴在患者的胸部、手臂和腿部,以便提供心脏的三维视图。当心肌去极化的方向朝向电极时产生正偏转,当心肌去极化方向远离电极时产生负偏转。心脏周期的电图成分包括心房去极化(P波)、心房-心室传导(P-R间隔)、心室兴奋(QRS复合体)和心室再极化(T波)。在心电图和行动潜力措施方面,许多哺乳动物,包括人类,兔子,狗,豚鼠,猪,山羊和马1,2,3有很大的相似之处。
兔子是心脏转化研究的理想模式。兔子心脏在离子通道组成方面与人的心脏相似,其作用潜力属性为2、4、5。兔子已经用于生成遗传,获得和药物诱导的心脏病模型2,4,6,7,8。在心脏心电图和行动的潜在反应药物在人类和兔子7,10,11有很大的相似之处。
与兔子、人类和其他大型哺乳动物12、13、14相比,啮齿动物的心率和心脏电激活恢复过程大不相同。啮齿动物的心脏跳动速度是人类的10倍。相比之下,与人类和兔子心电图中的等离子电ST段相比,啮齿动物14、15、16没有ST段。此外,啮齿动物有一个QRS-r'波形与倒T波14,15,16。QT间隔的测量结果与14、15、16的啮齿动物与人和兔子的QT间隔非常不同。此外,正常的心电图值在人类与啮齿动物12,15,16有很大的不同。心电图波形的这些差异可归因于作用潜在形态和离子通道的差异,驱动心脏再极化9,14。虽然瞬态向外钾电流是啮齿动物短(非圆顶)心脏运动潜在形态的主要再极化电流,但在人类和兔子中,在行动潜力上有一个大的相-2圆顶,而延迟的整流器钾电流(IKr和IKs)是人类和兔子4、9、13、17的主要再极化电流。重要的是,IKr和IKs在啮齿动物中是不存在/最小表达的,由于IKr和IKs的时态激活动力学,它在心脏作用潜在形态9,13中没有作用。因此,兔子提供了一个更转化的模型,以评估药物诱导,获得和遗传心电图异常和心律失常4,7,13的机制。其次,由于许多研究表明,在原发性心脏(长QT综合征18、19、20)或神经元疾病(癫痫21、22、23、24)中都存在神经元和心脏电异常,因此研究动物模型中密切再现人类生理学的基本机制非常重要。虽然啮齿动物可能足以模拟人脑,但啮齿动物并不是人类心脏生理学的理想模型。
脑电图 (EEG) 使用电极(通常放置在头皮上或颅内)来记录皮质电功能。这些电极可以检测大脑皮层25中附近金字塔神经元群的发射速率和同步性的变化。这些信息可用于评估大脑功能和清醒/睡眠状态。此外,EEG有助于定位癫痫活性,并区分癫痫发作与非癫痫事件(例如,心理非癫痫活性和心性事件)。为了诊断癫痫类型、发人深省因素和癫痫发作的来源,癫痫患者受到各种可能带来癫痫发作的动作。各种方法包括过度通风、色情刺激和睡眠不足。该协议表明,使用色情刺激诱导EEG畸变和癫痫发作的兔子26,27,28,29。
同时视频-EEG-ECG录音已广泛用于人类和啮齿动物,以评估行为,神经元和心脏活动在前,ictal,和后ictal状态30。虽然多项研究已分别在兔子4、31、32、33中进行电子EG和心电图录音,但一个在有意识的克制兔子中获取和分析同步视频EEG-ECG的系统尚未建立。本文描述了一个协议的设计和实施,该协议可以同时记录有意识兔子的视频-EEG-ECG-capn1x-氧化测量数据,以评估神经-心脏电和呼吸功能。从这种方法中收集的结果可以表明心律失常、癫痫发作、呼吸障碍和身体表现之间的易感性、触发因素、动力学和和谐。我们的实验系统的一个优点是,我们获得有意识的录音,而无需镇静剂。兔子在约束器中停留≥5小时,移动最少。麻醉师干扰神经元、心脏、呼吸和自主功能,意识状态下的录音提供最多的生理数据。
此记录系统可能最终提供详细的见解,以增进对癫痫突发意外死亡的神经、心脏和呼吸机制的理解(SUDEP)。除了上述神经和心脏监测外,最近的证据也支持了呼吸衰竭作为癫痫发作后突然死亡的潜在贡献的作用。为了监测兔子的呼吸状况,在癫痫发作前、发作期间和发作后进行了牛科和角图测量,以评估呼吸系统的状况。这里提出的协议旨在评估药理学和磷刺激诱发兔子发作的阈值。此协议可以检测可能导致物理表现的细微的 EEG 和 ECG 异常。此外,该方法还可用于新型药物和器械的心脏安全和抗心律失常功效测试。
所有实验都是按照国家卫生研究院(NIH)指南和上州立大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)进行的。此外,本议定书的大纲在 图1中提供。
1. 准备录音设备
2. 植入EEG-ECG电极并安装呼吸监测器
3. 录像电子电讯
4. 实验协议
注:如果对同一动物进行,以下每个实验都是在单独的日子进行的。口服测试复合药物研究与急性晚期亲惊厥药物研究之间有2周的延迟。必要时,进行刺激性实验,然后等待30分钟,然后进行PTZ药物研究。
5.非生存实验结论。
6. 心电图分析
7. 视频电子视网分析
7. 呼吸功能分析
上述方法能够检测大脑和心脏传导系统中的异常以及呼吸障碍。数据采集软件用于评估心电图形态并检测任何异常心率、传导障碍或心电图节律(心室/心室异位跳动和 Brady-/tachy-心律失常)(图 6)。除了可视化心电图形态外,还分析这些痕迹以量化 RR 间隔、心率、PR 间隔、P 持续时间、QRS 间隔、QT 间隔、QTc、JT 间隔和 T峰值 到 T端 ...
这种实验设置有助于在兔子中,特别是在心脏和/或神经元疾病模型中,提供详细的同步视频-EEG-ECG-氧化-量谱记录和分析。本文结果表明,该方法能够检测癫痫发作和心律失常,并区分它们与电图文物。给兔子一个刺激性,诱导癫痫发作时,会得出预期的结果。从视频 EEG 录音中获得的数据能够进一步分析,以区分自愿运动与电机癫痫发作和脑电图异常(包括幻觉驱动反应、脑病和癫痫放电)的日...
作者没有什么可透露的。
作者承认这项研究得到了美国心脏协会、美国癫痫学会和SUNY上州市药理学系的资助。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Sodium Chloride Irrigation, USP - Flexible Container | PFIZER (HOSPIRA) | 7983-09 | Dilutant |
10cc Luer Lock syringe with 20G x 1" Needle | Sur-Vet | SS-10L2025 | Used as a flush after drug injection |
4x4 gauze sponges | Fisher Scientific | 22-415-469 | Rolled in a tube to splint ear with angiocatheter |
Apple Sauce | Kirkland | 897971 | Vehicle for oral medications |
Computer | Dell | Optiplex 5040 | Acquisition computer |
E-4031 | Tocris | 1808 | Agent known to prolong the QT interval |
ECG Electrode | RhythmLink | RLSND116-2.5 | 13mm 35-degree bent (0.4 mm diameter) subdermal pin electrodes |
EEG Electrode | RhythmLink | RLSP513 | 5-twist 13mm straight (0.4mm diameter) subdermal pin electrodes |
EEGLAB (2020) | Swartz Center for Computational Neuroscience | Open Access | Can perform spectral analysis of EEG |
Ethernet-to-ethernet adapter | Linksys | USB3G16 | Adapter for connecting the camera to the computer |
Euthanasia-III Solution | Med-Pharmex | ANADA 200-280 | Contains pentobarbital sodium and phenytoin sodium, controlled substance |
Foam padding | Generic | N/A | Reduces pressure applied to the neck of small rabbits by the restrainer in order to prevent the adverse cardiorespiratory effects of neck compression |
Heparin Lock Flush | Medline | EMZ50051240 | To maintain patency of angiocatheter |
IR Light | Bosch | EX12LED-3BD-8W | Facilitates recordings in the dark |
LabChart Pro (2019, Version 8.1.16) | ADInstruments | N/A | ECG Analysis |
JELCO PROTECTIV Safety I.V. Catheters, 25 gauge | Smiths Medical | 3060 | Used to catherize marginal ear vein |
MATLAB (R2019b, Update 5) | MathWorks | N/A | Required to run EEGLAB |
Microphone | Sony Stereo | ECM-D570P | Recording of audible manifestions of seizures |
Micropore Medical Tape, Paper, White | 3M | 1530-1 | Used to secure wires and create ear splint |
Natus NeuroWorks | Natus | LC101-8 | Acquisition and review software |
Pentylenetetrazol (1 - 10 mg/kg always in 1mL volume) | Sigma-Aldrich | 88580 | Dilutions prepared in saline |
Photic Stimulator | Grass | PS22 | Stimulator to control frequency, delay, duration, intensity of the light pulses |
Plastic wire organizer / bundler | 12Vwire.com | LM-12-100-BLK | Bundle wires to cut down on noise |
PS 22 Photic Stimulator | Grass Instruments | BZA641035 | Strobe light with adjustable flash frequency, delay, and intensity |
PVC pipe | Generic | N/A | Prevents small rabbits from kicking their hind legs and causing spinal injury |
Quantum Amplifier | Natus | 13926 | Amplifier / digitizer |
Quantum HeadBox Amplifier | Natus | 22134 | 64-pin breakout box |
Rabbit Restrainer | Plas-Labs | 501-TC | Various size rabbit restrainers are available. 6" x 18" x 6" in this study. |
Rubber pad (booster) | Generic | N/A | Raises small rabbits up in the restrainer to prevent neck compression |
SpO2 ear clip | NONIN | 61000 | PureSAT/SpO2 |
SpO2 sensor adapter | NONIN | 13931 | XPOD PureSAT/SpO2 |
SRG-X120 1080p PTZ Camera with HDMI, IP & 3G-SDI Output | Sony | SRG-X120 | Impela Camera |
Terumo Sur-Vet Tuberculin Syringe 1cc 25G X 5/8" Regular Luer | Sur-Vet | 13882 | Used to inject intravenous medications |
Veterinary Injection Plug Luer Lock | Sur-Vet | SRIP2V | Injection plug for inserting the needle for intravenous medication |
Webcol Alcohol Prep, Sterile, Large, 2-ply | Covidien | 5110 | To prepare ear vein before catheterization |
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