Herzkatheter in Mäuse, um den Druck Volumen Relationship Maßnahme: Untersuchung der Bowditch Effect

Zusammenfassung

This article describes the measurement of murine left ventricular function via pressure/volume analysis at different heart rates.

Zusammenfassung

Tiermodelle, die menschliche Herzerkrankungen nachahmen wurden geschaffen, um mögliche therapeutische Strategien zu testen. Eine Schlüsselkomponente zur Bewertung dieser Strategien ist es, ihre Auswirkungen auf die Herzfunktion zu untersuchen. Es gibt verschiedene Techniken, um in vivo Herzmechanik (zB Echokardiographie, Druck / Volumen-Verhältnisse, etc.) zu messen. Im Vergleich zur Echokardiographie, ist Echtzeit-linksventrikulären (LV) Druck / Volumen-Analyse über Katheterisierung präziser und aufschlussreich für die Beurteilung LV-Funktion. Zusätzlich stellt LV Druck / Volumen-Analyse die Möglichkeit, Änderungen bei Manipulationen der Kontraktilität (zB β-Rezeptorenstimulation) und pathologischen Beleidigungen (zB, Ischämie / Reperfusionsverletzung) augenblicklich zu erfassen. Zusätzlich zu dem Maximalwert (+ dP / dt) und minimalen (dP / dt) der Druckänderungsrate in der LV, eine genaue Beurteilung der Herzfunktion über mehrere lastunabhängigen Indizes (zB endsystolischen DruckVolumen-Verhältnis und Vorspannung rekrutierbar Schlagarbeit) erreicht werden kann. Puls hat eine signifikante Wirkung auf die Kontraktilität LV, daß eine Erhöhung der Herzfrequenz ist der primäre Mechanismus für das Herzminutenvolumen (dh Bowditch Effekt) zu erhöhen. Somit ist beim Vergleich Hämodynamik zwischen experimentellen Gruppen, ist es notwendig, ähnlich Herzraten haben. Darüber hinaus ist ein Markenzeichen von vielen Kardiomyopathie Modelle eine Abnahme der kontraktilen Reserve (dh verringerte Bowditch-Effekt). Folglich kann wichtige Informationen durch die Ermittlung der Wirkung Erhöhung der Herzfrequenz auf die Kontraktilität erhalten werden. Unsere und andere Daten hat gezeigt, dass die neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS1) Knockout-Maus hat Kontraktilität verringert. Hier beschreiben wir das Verfahren zur Messung der LV Druck / Volumen mit zunehmender Herzfrequenz mit Hilfe der NOS1 Knockout-Maus-Modell.

Einleitung

Der Zweck des Herzens ist, um Blut durch den Körper zu pumpen, um die metabolischen Anforderungen des Organismus erfüllen. Da diese Anforderungen ständig schwankenden (zB beim Sport), muss das Herz anzupassen (dh Erhöhung des Herzzeitvolumens). Das Herz hat zahlreiche Wege entwickelt, um diese Leistung zu vollbringen. Der Minister Weise das Herz erreicht dies durch eine Erhöhung der Herzfrequenz (dh Bowditch Effekt) ^1. Das heißt, wie man die Herzfrequenz erhöht, führt dies zu einer Zunahme der Kontraktionsfähigkeit und ein Anstieg der Herzleistung. Somit ist die Herzfunktion überaus abhängig Herzfrequenz. Leider Herzerkrankung (zB Myokardinfarkt, Hypertrophie, etc.) führt zu einer schlechten Herzfunktion in dem das Herz folglich nicht in der Lage, um die metabolischen Anforderungen des Körpers zu erfüllen. Herzkrankheit ist die Hauptursache von Morbidität und Mortalität in der westlichen Gesellschaft. Tiermodelle, die viele Menschen cardiomy rekapitulierenopathies werden verwendet, um die molekularen Mechanismen zu untersuchen und mögliche Therapien zu testen. Diese Mechanismen zu unterscheiden und zu bestimmen, ob eine Therapie können lebensfähig zu sein, muss Ermittler Herzfunktion in vivo zu beurteilen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Herzfunktion in vivo zu beurteilen (z, Echokardiographie, MRI, etc.), die routinemässig gemessen Ejektionsfraktion fractional shortening, Herzzeitvolumen, usw. Jedoch sind diese Parameter in hohem Maße von der Nachlast, Vorspannung, und die Herzfrequenz zusätzlich zu Kontraktilität ^2. Messen Kontraktilität ist unerlässlich, um die intrinsischen Eigenschaften des Herzens in ihrer natürlichen Umgebung zu erfassen. Die maximale (dP / dt _max) Geschwindigkeit des Druck Entwicklung bringt uns einen Schritt näher an das Verständnis Kontraktilität. Leider ist dP / dt auch abhängig von der Herzfrequenz und Belastungsbedingungen ^3. Techniken wurden deshalb entwickelt, um die Last (und Herzfrequenz zu messen, siehe below) unabhängige Indizes der myokardialen Kontraktilität (dh Ende systolischen Druck Volumen Beziehung (ESPVR) und Vorspannung rekrutierbar Schlagarbeit (PRSW)) ^4-6. ESPVR beschreibt den maximalen Druck, der durch die Herzkammer zu einem gegebenen LV Volumen entwickelt werden kann. Die Steigung der ESPVR stellt die endsystolische Elastance (EBS). PRSW ist die lineare Regression der Schlagarbeit (Bereich von der PV-Schleife eingeschlossen) mit der enddiastolische Volumen. Diese Verfahren sind eine genaue und präzise Messung der Kontraktionskraft im Vergleich zum hämodynamische Parameter wie Ejektionsfraktion, Herzminutenvolumen und Schlagvolumen. ESPVR und PRSW kann über die vorübergehende Blockierung der unteren Vena cava (IVC) erhalten werden. Blockieren des IVC kann mit einer geschlossenen Brust durchgeführt werden, um die Wirkung der Änderung des intrapleuralen Druck auf die Herzfunktion zu vermeiden.

Erhöhung der Herzfrequenz erhöht auch Kontraktion und Entspannung ^1. So bei einem Vergleich die Herzfunktion zwischen ExperimentaL-Gruppen (beispielsweise ± dP / dt), müssen Herzraten ähnlich. Jedoch ähnliche Herzfrequenzen in der Regel nicht bei jedem Tier auftreten, aufgrund verschiedener Bedingungen (disease, Forschungseingriff, etc.). Es sollte beachtet werden, dass Anästhesie (injizierbare und inhalierten) senkt die Herzfrequenz werden. Als Herzfrequenz ist eine wichtige Determinante für die Kontraktilität wird Narkose erheblich beeinträchtigen Kontraktilität. Aus diesem Grund beschreiben wir unsere Vorgehensweise. Darüber hinaus ist ein Markenzeichen von vielen Kardiomyopathien eine verminderte Kontraktionsreserve (dh eine verringerte Bowditch-Effekt). Daher sollte der Herzfunktion über einen Bereich von Herzraten gemessen werden. Hier beschreiben wir, wie man einen Stimulator (mit geschlossenem Brustkorb) verwenden, um diese Effekte zu erzielen.

Zusätzlich zu der Herzfrequenz, (NO) ist Stickstoffmonoxid auch ein wichtiger Modulator der Kontraktilität ^7. NO wird durch Enzyme produzierte genannte NO-Synthase (NOS). Wir und andere haben gezeigt, dass Mäuse, die mit KO von neuronaler NOS (NOS1 gezeigt ^{- / -) haben abgestumpft myocyte Kontraktion und in vivo Hämodynamik 8,9. Diese Maus wird verwendet, um die Messung der linksventrikulären Kontraktilität über die bei verschiedenen Herzfrequenzen ausgeführt LV Druck / Volumen-Analyseverfahren nachzuweisen.}

Protokoll

HINWEIS: Dieses Tier Protokoll wurde von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) an der Ohio State University zugelassen. Dieses Verfahren kann auf jede Maus, bei der der Innendurchmesser der Halsschlagader groß genug ist, den Katheter einzuführen ist verwendet werden. Verwenden Sie Mäusen, die über 16 g (älter als ~ 2 Monate) sind.

1. Vorbereiten Maus für Katheterisierung

1. Dichten Sie alle chirurgischen Instrumente und Zubehör in einem Sterilisationsbeutel. Sterilisieren Sie den Beutel in einem Autoklaven Maschine. Halten Sie einen sterilen Bereich während des gesamten Verfahrens und tragen sterile Handschuhe.
2. Mäuse anästhesiert mit Ketamin (55 mg / kg) und Xylazin (15 mg / kg) durch intraperitoneale Injektion.
   HINWEIS: Das gesamte Verfahren Messung sowohl Druck / Volumen bei verschiedenen Herzfrequenzen und ESPRV dauert weniger als 20 Minuten. Wenn zusätzliche Zeit erforderlich ist, (dh mehr als 30 min), liefern einen zusätzlichen ¼ Dosis Narkose alle 30 min.
3. Entfernen Sie die Haare im vorderen region von Hals und Brust-Bereich mittels Haarentfernungscreme (zB Nair) und kleben Sie die Schenkel der Maus auf die Schaum Plattform. Bestätigen Sie einen Zustand tiefer Narkose durch eine Zehe Prise.
4. Legen Sie eine rektale Sonde, um die Körpertemperatur (37 ± 1 ° C) zu überwachen und zu warten mit einem temperaturgeregelten Heizkissen (zwischen dem Operationstuch und Plattform befinden).
5. Bereiten Sie eine Länge von 4-0 Nahtmaterial (~ 10 cm). Loop Naht um den oberen Schneidezähnen und Band auf Plattform. Dadurch wird der Hals gerade zu halten.
6. Sterilisieren Sie den OP-Bereich durch Tupfen Sie die Stelle mit Betadine und 75% Alkohol dreimal.

2. Katheterisierung

1. Bereiten Sie den Katheter durch Vorweichen die Spitze in Kochsalzlösung oder destilliertem Wasser (37 ° C) für mindestens 30 Minuten vor der (nach Herstellerangaben) verwenden, um die Drucksensormembran für die Nass biologischen Umgebung zu akklimatisieren und zu Drucksignaldrift und negative zu vermeiden Druckmessungen.
2. Einen Längs 0.8 cm Einschnitt zwischen Unterkiefer und Brustbein im Frontzahnbereich des Halses. Mit den feinen Schere, trennen die Haut muskuläre Bindegewebe um die Luftröhre unter der stemohyoideus Muskel befindet aussetzen.
3. Trenne die Fett und Muskelgewebe an der rechten Seite der Luftröhre mit einer gebogenen Pinzette, um die rechte Arteria carotis freizulegen.
   HINWEIS: Die Halsschlagader ist die größte Arterie im Frontzahnbereich des Halses, enthält hellrotes Blut, und ist pulsatile. Nicht mit der Halsschlagader, die parallel zu der Halsschlagader läuft verwechseln. Die Halsschlagader ist dunkelrot und nicht-pulsatile. Darüber hinaus bei der Isolierung der Halsschlagader, sollte der Nutzer bewusst sein, die Vagus nicht zu beschädigen.
4. Entfernen des Fettes von der rechten Halsschlagader mit der gekrümmten Pinzette. Existiert Verzweigung des Schiffes, die diese Betriebstechnik behindern wird, schneiden Sie sie mit einer Bovie Kauter, um die Halsschlagader zu distanzieren.Trennen, wie viel von dem Gewebe wie möglich unter die Halsschlagader unter Verwendung einer gebogenen Pinzette.
5. Schneiden Sie zwei 5 cm 6-0 Seidenfäden. Übergeben Sie jede Seidenfaden unter der rechten Halsschlagader.
6. Position ein Faden in der Nähe des proximalen Teils und die andere in der Nähe des distalen Teils der Arterie. Einen festen Knoten auf das Gewinde am distalen Teil und einen losen Knoten auf das Gewinde am proximalen Teil.
7. Blockieren des Blutflusses durch Klemmen des proximalen Teils der Arterie unter Verwendung eines kleinen Gefäßklemme Gefäßklemme (setzen die Klemme unterhalb des proximalen Gewinde). Die abgedichteten Bereich der Arterie mit Blut macht es einfach, Schritt 2.8 durchführen gefüllt werden.
8. Stechen ein kleines Loch in der rechten Halsschlagader zwischen den beiden Gewinden (aber näher an dem distalen Gewinde) mit einem 26-G-Nadel. Stecken Sie den Katheter in die Halsschlagader. Die losen Knoten am proximalen Teil der Halsschlagader leicht anziehen auf den Katheter an Ort und Stelle zu halten.
   HINWEIS: Mit der Punktion wird bevorzugt im VergleichSchere Einschnitt. Indem sie einen festen Knoten in dem distalen Teil des ersten Arterie und dann Festklemmen des proximalen Teils, wird die Arterie vollständig mit Blut gefüllt werden. Dies macht es sehr einfach, durch das Blutgefäß stecken. Ferner ist die Größe der Nadel (26 G) durchsticht die Arterie mit einer Bohrung, die sich gut passt die Größe des Katheters. Bei Verwendung der Scherenschnittverfahren war es eher schwierig, die Größe des Einschnitts zu steuern. Allerdings sollte die gewählte Methode abhängig sei mit auf der man der Chirurg fühlt sich wohler mit.
9. Starten Sie die Aufnahme von Drucksignalen, wie in Schritt 3.
10. Lösen Sie die Gefäßklemme Klemme und weiterhin Einführen des Katheters nach vorne in die linke Herzkammer. Wenn einige Widerstand erlebt, wenn der Katheter, ziehen Sie sie vorsichtig hin und versuchen Sie es erneut voran. Für eine Maus mit einem Gewicht von ~ 18-25 g ist die geschätzte Länge des Katheters, der eingeführt ist 18 mm.
    HINWEIS: Die arterielle Drucksignal wird von 70 bis 120 mm Hg schwankt. Sobald ter Katheter in die linke Herzkammer die Form der Drucksignal ändert, und der Druck von 0 bis 120 mm Hg (in 1 gezeigt), schwanken. Herzfunktion wird innerhalb von 2-3 Minuten nach der Einführung des Katheters zu stabilisieren.
11. Kontinuierliche Überwachung der Körpertemperatur, Anästhesie Ebene und Atemfrequenz.

3. Datenerfassung

1. Verwenden LabChartPro 7-Software (oder eine ähnliche Software). Verwenden Sie die Option des PV-Loop-LabChart Modul Workflow. Mit diesem Modul, wählen Sie den Druck und Volumen Loops Standardeinstellung.
2. Set-up drei Kanäle: ein Kanal für Druck, einen Kanal für die Lautstärke und einen Kanal für die Herzfrequenz. Stellen Skalenbereiche der obigen Parameter als 0-150 mm Hg, 0-100 ul und 0-800 Beat / min.
3. Drücken Sie Start-Taste für die Aufnahme.

4. Bowditch Effect

1. Machen Sie eine 1 cm Inzision im precordium Bereich parallel zur Hammergriff. Schneiden Sie die Muskelschicht und expose der Zwischenrippenraum mit einer Schere.
2. Mit Hilfe eines Rechteckimpulses Stimulator, die folgenden Parameter: Spannung von 2 V, Laufzeit von 2 ms und ermöglichen Wiederholungsmodus.
3. Halten Sie die negative Elektrode mit einer Pinzette und setzen Sie sie durch die vierte Zwischenrippenraum an den apikalen Bereich des Herzens. Halten Sie die positive Elektrode mit einer Pinzette und setzen Sie sie durch den zweiten Zwischenrippenraum in den rechten Vorhof Bereich des Herzens.
4. Schalten Sie den Stimulator und ändern Sie die Frequenz, um das Herz von 4 Hz (240 Schläge / min) bis zu 10 Hz (600 Schläge / min) noch im Schneckentempo. Bei jedem neuen Herzfrequenz, stimulieren das Herz für 1 min vor der Datensammlung.

5. Generieren des ESPVR und PRSW

1. Schneiden Sie die Haut und Muskelgewebe senkrecht zum Hammergriff im Bauchbereich mit einer Schere. Öffnen Sie die enterocoelia und setzen die Leber.
2. Ziehen Sie den arcus costarum in Richtung des Kopfes mit metallischen Traktion.
3. Schieben Sie die Leber nach unten mitein Wattestäbchen. Seien Sie vorsichtig, nicht zu viel zu drücken, um den Brustraum beeinflussen. Dies wird die Herzfunktion zu ändern.
4. Schneiden Sie das Ligamentum falciforme der Leber mit einer Schere, um die suprahepatischen untere Hohlvene (IVC) aussetzen.
5. Verwenden einer gebogenen Pinzette schnell drücken Sie den IVC für 5 Sekunden, um den Rückfluss des Blutes zum rechten Vorhof blockieren. Der linksventrikuläre Druck und das Volumen wird aufgrund des verringerten Zufluss zum Herzen zu fallen. Bei der Erzeugung dieser Werte, verwenden Sie keine Schleifen unter 60 mm Hg. Die 60 mm Hg in Bezug auf den systolischen Druck.
   HINWEIS: Dieser Wert wird bei 60 mm Hg eingestellt, da dies zu einer signifikanten Rückgang der Perfusionsdruck auf Koronarperfusion deutlich sinken und beeinflussen Kontraktilität.

6. Volume Calibration

1. Heparinisierung die Maus mit 0,1 ml von 1: 5,000 Heparinlösung (normale Salzlösung) durch intraperitoneale Injektion.
2. Entfernen des Katheters aus der Halsschlagader. Wenn der Katheter herausgezogen from die Halsschlagader, heparinisiertes Blut wird aus dem Loch, wo der Katheter wurde eingeführt versickern.
3. Sammeln Sie diese Blut für Volumenkalibrierung mit einer 1-ml-Spritze. Füllen jeder Vertiefung in Kalibrierküvette.
4. Entfernen Herz, um die Maus über Ausbluten einschläfern.
5. Positionieren Sie den Katheter in jede Vertiefung und eine stetige relative Volumeneinheit (RVU) Wert. Generieren Sie eine Standardkurve unter Verwendung der verschiedenen Standardvolumina und RVU Werte aus jeder Vertiefung.
6. Konvertieren Sie die aufgezeichnete RVU auf & mgr; l.

7. Datenverarbeitung

1. Um die Bowditch Wirkung zu untersuchen, wählen stationären Druck / Volumen Spuren von jedem Herzfrequenz. Klicken Sie auf die Baseline-Analyse, um Daten zu erhalten.
2. Für ESPVR und PRSW Daten, wählen Sie die erste ~ 15 Druck / Volumen-Spuren, klicken Okklusion Analyse in der Software, um die ESPVR (Steigung der Druck durch die LV im enddiastolische Volumen entwickelt) und PRSW (die lineare Regression der Schlagarbeit generieren mit dem enddiastolischenVolumen) Pisten.
3. Geben die Aufmerksamkeit auf die Form der Schleifen. Stellen Sie sicher, die Schleife ohne Winkelpunkten oder Verdrehungen geschlossen. Dies ist ein Zeichen der unsachgemäßen Katheterplatzierung oder überschüssige Lärm. Während des Experiments in regelmäßigen Abständen überprüfen, um sicherzustellen, Schleifen richtigen Druck und Volumendaten generiert werden.

Ergebnisse

Die korrekte Insertion des Katheters in den linken Ventrikel ist ein wichtiger Schritt, um entsprechende Druck- und Volumenwerte zu erreichen. Dargestellt in Figur 1, mit LabChart Pro 7 ist die Änderung der Druckwellenform (Form und Werte), wenn der Katheter aus der Arterie geht in den Ventrikel.

Nach entsprechender Einführung des Katheters in den linken Ventrikel, der Druck (P) und Volumen (V) erhalten wird, dann verwendet werden, um die PV-Schleifen erzeugt Werte (in

Diskussion

Ein entscheidender Schritt für diese Technik, um ein zuverlässiges Maß für die Kontraktilität zu erhalten, ist die richtige Platzierung des Katheters in das LV. Wenn der Katheter nicht korrekt platziert, wenn die LV zieht die Wände können sich an den Katheter was sehr hoch ist, und nicht die physiologischen, Druckwerte verursacht unregelmäßig geformten PV-Loops. Falls erforderlich, kann der Katheter gedreht werden kann, um die korrekte Platzierung zu erreichen. Ein weiterer wichtiger Schritt für diese Technik ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name of Reagent/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Xlyzine 100mg/ml	Ana Sed	4821
Katamin 50mg/ml	Ketalar	310006
Heparin	APP Pharmaceuticals	6003922
4-0 silk thread	Surgical specialties	SP102
6-0 silk thread	Surgical specialties	MBKF270
Forceps	Fine Science Tools	11251-10
Curve forceps	Fine Science Tools	11274-20
Scissors	Fine Science Tools	14090-09
Vascular clamp	Fine Science Tools	18555-03
Microscope	World precision instruments	PZM-3
Pressure catheter	Millar instruments	SPR-839
Pressure and volume system	Millar instruments	MPVS-300
PowerLab4/35	AD instruments	N12128
LabchartPro 7	AD instruments
Temperature controller	CWE	TC-1000
Stimulator	Grass	SD-5
Sterile glove	Micro-Touch	1305018821
Hair remover lotion	Nair
Betadine surgical scrub	Veterinary	NDC 6761815401
Acohol	Decon Laboratories	2801
Bovie cautery	Bovie	AA29
1ml Syringe(26G needle)	BD	8017299