Nichtinvasive Elektrokardiographie in der Perinatonmaus

Zusammenfassung

Hier stellen wir ein nichtinvasives Elektrokardiographieprotokoll (EKG) vor, das für frühpostnatale Mäuse optimiert ist und keine Anästhetika erfordert.

Zusammenfassung

Die Elektrokardiographie (EKG) wird seit langem als effektive und zuverlässige Methode zur Beurteilung der kardiovaskulären (und kardiopulmonalen) Funktion sowohl in menschlichen als auch in tierischen Krankheitsmodellen verwendet. Individuelle Herzfrequenz, Rhythmus und Regelmäßigkeit, kombiniert mit quantitativen Parametern aus dem EKG, dienen dazu, die Integrität des Herzleitsystems sowie die integrierte Physiologie des Herzzyklus zubeurteilen. Dieser Artikel enthält eine umfassende Beschreibung der Methoden und Techniken, die verwendet werden, um ein nichtinvasives EKG an perinatalen und neonatalen Mauswelpen bereits am ersten postnatalen Tag durchzuführen, ohne dass die Verwendung von Anästhetika erforderlich ist. Dieses Protokoll wurde entwickelt, um den Bedarf an einer standardisierten und wiederholbaren Methode zur Gewinnung von EKG bei neugeborenen Mäusen direkt zu erfüllen. Aus translationaler Sicht erweist sich dieses Protokoll als durchaus wirksam für die Charakterisierung angeborener herzkaritomärer Defekte, die mit transgenen Mauslinien erzeugt werden, und insbesondere für die Analyse von Defekten, die in oder während der ersten postnatalen Tage tödliche Störungen verursachen. Dieses Protokoll zielt auch darauf ab, eine Lücke in der wissenschaftlichen Literatur direkt zu schließen, um normative Daten im Zusammenhang mit der Reifung des frühen postnatalen Herzleitsystems zu charakterisieren und bereitzustellen. Diese Methode ist nicht auf einen bestimmten postnatalen Zeitpunkt beschränkt, sondern ermöglicht die Erfassung von EKG-Daten bei neonatalen Mauswelpen von der Geburt bis zum postnatalen Tag 10 (P10), einem Fenster, das für die Modellierung menschlicher Krankheiten in vivo von entscheidender Bedeutung ist, mit besonderem Schwerpunkt auf angeborenen Herzkrankheiten (CHD).

Einleitung

Die Herzfunktion kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden, von denen die häufigste die Verwendung der Elektrokardiographie (EKG) umfasst, um die Leitung des elektrischen Stroms durch das Herz sowie seinen gesamten Herzzyklus und seine Funktion¹zu analysieren. Die Elektrokardiographie ist nach wie vor ein nützliches diagnostisches Werkzeug zur Identifizierung und Charakterisierung von Herzanomalien in menschlichen und tierischen Modellen der Krankheit^1,2. Unregelmäßigkeiten in einem Elektrokardiogramm-Lesen können bei einer abnormalen Herzentwicklung (d. h. angeborenen Herzerkrankungen (CHD) gefunden werden und können Arrhythmien umfassen, die sich als Veränderungen der Herzfrequenz (z. B. Bradykardie) und des Rhythmus (z. B. "Herzblöcke") manifestieren, die auf Defekte in der Integrität und/oder Funktion des zugrunde liegenden Myokards hindeuten. Veränderungen wie diese können Patienten zu lebensbedrohlicher Herzfunktionsstörung (z. B. Herzinsuffizienz und/oder Herzstillstand) und erhöhter Sterblichkeit prädisponieren^3,4_. Angesichts der hohen Sterblichkeitsraten mit schwerer und unbehandelter CHD ist die Entwicklung einer standardisierten und wiederholbaren Methode zur Erfassung von EKG während dieser frühen postnatalen Periode von entscheidender Bedeutung.

Obwohl wir nicht die ersten sind, die dieses Problem angehen, haben frühere Methoden der Sammlung von EKG auf einer Maus Welpen traditionell invasive Verfahren (subkutane Nadel- oder Drahtelektroden) und/oder die Verwendung von Anästhetika^5,6,7enthalten. Zu den Vorteilen der nichtinvasiven EKG-Analyse gehören die Minimierung von Schmerzen und die Unbeanspruchung des Tieres. Während der Experimentator immer noch vorsichtig sein muss, um die Welpenbelastung zu verursachen, ist das Gerät so konzipiert, dass es häufige Stressoren vermeidet, um genaue Daten zu erzeugen. Im Zusammenhang mit der Beurteilung der Herzfunktion könnte die Einführung einer Anästhesie bei Tieren, die herzkaritatorische Anomalien haben können, möglicherweise die zugrunde liegenden Erkrankungen verschleiern oder sogar verschlimmern. Anästhetika können die elektrische Leitung beeinflussen, indem sie die Depolarisation und/oder Repolarisation der Zellen verändert. Schließlich kann die Verwendung von Anästhesie den neugeborenen Welpen einem erhöhten Risiko für Unterkühlung aussetzen, was jede inhärente Pathologie weiter verwirren könnte. Das folgende Protokoll führt keine Anästhetika, invasive Verfahren oder ausgeprägte Beschwerden an den Welpen ein. Sobald die Ausrüstungseinrichtung abgeschlossen ist, können geräteaufbau und Datenerfassung mit dem Tier effizient abgeschlossen werden, danach können die Welpen an ihre Mutter zurückgegeben werden. Darüber hinaus ermöglicht dieses System die Durchführen von Wiederholungs- und/oder seriellen Analysen, was ideal für Experimente ist, die im Laufe der Zeit analysiert werden müssen, die Einführung pharmakologischer Therapien usw.

Protokoll

Das folgende Protokoll folgt den Standards des Institutional Animal Care and Use Committee der University of New England. Die genaue Einhaltung des Protokolls sollte in allen untersuchten Neonaten (n > 70) zufriedenstellende EKG-Lesungen liefern.

1. Gerätezubereitungen

1. Schließen Sie das Gerät an den USB-Anschluss eines Computers an, auf den die EKG-Software heruntergeladen ist. Das Messgerät beginnt automatisch mit dem Aufheizen auf (37 °C/98,6 °F). Die Innenheizung ist in der Messeinheit enthalten und erhitzt nur die Kunststoffoberfläche. Die Silberdrahtelektroden werden nicht beheizt.
2. Lassen Sie ca. 15 min für die Oberfläche die Temperatur zu erreichen. Nutzen Sie diese Zeit, um Tiere zu sammeln und einzurichten.
   HINWEIS: Das Protokoll kann an dieser Stelle angehalten werden und die Plattform kann für einen längeren Zeitraum angeschlossen bleiben und heizung. In Ermangelung einer selbsterwärmenden Elektrodenplattform kann auch ein tiersicheres Heizkissen verwendet werden, um Mutter und Welpen davon abzuhalten, unterkühlt zu werden.

2. Tierpräparate

1. Sammeln Sie die Mutter und Welpen und halten Sie innerhalb des Gehäusekäfigs, bis sie bereit sind zu sammeln.
2. Sobald die Messeinheit auf die Temperatur erhitzt ist, entfernen Sie den Mauswelpen aus dem Käfig und wischen Sie den Thorax mit 70% Ethanol ab, das auf ein Tuch gesprüht wird. Legen Sie den Welpen auf die beheizte Oberfläche des Kunststoffs.
3. Lassen Sie die Maus an die Oberfläche im Dunkeln für ca. 2-5 Minuten zu akklimatisieren.

3. Einrichtung der Maus- und Elektrodenplattform (Elektrodenanwendung)

1. Verwenden Sie einen Metallspachtel, Eine Sonde oder einen Holzdübel, um ein kleines Tröpfchen mit klebendem, elektrisch leitendem Gel zu sammeln (ein schnell trocknendes Elektrodengel mit hoher Leitfähigkeit, das häufig für die Platzierung von Nagetierelektroden verwendet wird).
   HINWEIS: Jedes nichtfaserige, feste Objekt kann verwendet werden, um das leitende Gel anzuwenden, solange das Objekt keine synthetischen Fasern oder ähnliches Material auf den Elektroden zurücklässt, die die Qualität des elektrischen Signals beeinträchtigen könnten.
2. Berühren Sie mit dem Spachtel/Dübel vorsichtig die Oberseite jeder der vier abgeflachten Elektrodenoberflächen, indem Sie sanft nach unten drücken und das leitende Gel in einem schrägen Winkel von der Mitte des Elektrodenkonstrukts wegziehen. Stellen Sie sicher, dass jede einzelne Elektrode vollständig mit dem Gel bedeckt ist.
   VORSICHT: Dieser Schritt ist äußerst wichtig, um sicherzustellen, dass das leitfähige Elektrodengel nicht mehr als eine einzige Elektrode haftet. Klebestränge, die sich zwischen Elektroden bilden, können Ladung betreiben und möglicherweise das gewünschte elektrische Signal stören oder ausdemieren. Das Protokoll sollte zu diesem Zeitpunkt nicht angehalten werden, da das Gel zu erstarren beginnt und anhänger wird. Stellen Sie sicher, dass Sie die Maus innerhalb von 5-10 Minuten nach anwendung von leitendem Gel (oder gleichwertiger leitender Elektrodengelsubstitution) auf die Plattform stellen.
3. Legen Sie den Metallspachtel oder Holzdübel mit dem Rest des Gels zur Seite.
4. Legen Sie die neonatale Maus Welpen Sternum nach unten und anfällig mit dem Kopf des Welpen mit Blick auf die ausgehende USB-Kante der Plattform. Stellen Sie sicher, dass ein Teil der Brust des Welpen jede der vier Elektroden bedeckt. Halten Sie die Unterarme des Welpen vorsichtig an ihrer Seite zurück, während Sie gleichzeitig ca. 1 min gedrückt halten, damit sich das leitende Gel einstellen kann.
5. Legen Sie Gummisilikon Stoßfänger auf der rechten und linken Seite des Welpen. Stoßfänger sollten den Welpen auf jeder Seite sichern und Stabilität bieten, um übermäßige Bewegungen der Maus zu verhindern, aber nicht alle Bewegungen der Maus verhindern. Nach der Installation beobachten Sie die Maus für einen Moment und passen Sie die Stoßstange Platzierung nach Bedarf.
   VORSICHT: Komprimieren Sie die Maus nicht zu fest, da dies die Atemmechanik und die Atemfrequenz beeinträchtigen kann.
6. Verwenden Sie den Dübel, der beiseite gelegt wurde, um das verbleibende leitende Gel auf die erdungsende Schwanzelektrode aufzutragen und auf den Rumpf des Welpen zu legen. Tragen Sie sanften Druck auf, damit sich das Gel vor dem Loslassen des Welpen einstellen kann.
7. Platzieren Sie den letzten Siliziumstoßfänger auf den Rumpf der Maus, um die Erdungselektrode an Ort und Stelle zu halten.
   VORSICHT: Wenden Sie beim Platzieren der letzten Stoßstange keine übermäßige Kraft an, da dies zu Beschwerden beim Welpen führen und/oder die Erdungselektrode verdrängen könnte.
8. Schnappen Sie sich die gesamte Plattform und legen Sie sanft in den Faraday Käfig.
   VORSICHT: Seien Sie vorsichtig und stellen Sie sicher, dass der obere Silikonstoßfänger nicht verdrängt wird, sobald der Faraday-Käfig an Ort und Stelle ist.
9. Stellen Sie vor der Aufnahme sicher, dass sich der Maus-Welpen nicht übermäßig bewegt, und stellen Sie sicher, dass körper- und mauskopf sicher erscheint.
   VORSICHT: Stellen Sie sicher, dass sich der Kopf des Mauswelpen etwas frei innerhalb der Stoßfänger bewegen kann und nicht vollständig in die Plattform hineinschnist. Die erhöhte Plattform wurde entwickelt, um den Mausbrustleicht zu erhöhen und Erstickung zu verhindern, aber dies sollte genau überwacht werden.

Ergebnisse

Ein ideales EKG hätte ein klares, markantes Signal, das es ermöglicht, alle Wellen in mehreren verschiedenen Zeitrahmen zu analysieren (Abbildung 1). Das Labor verwendete zunächst eine kundenspezifische Anwendung eines Elektromyographie-Geräts, um EKGs von unbefriedigender Qualität zu produzieren, die es uns nur erlaubten, grundlegende Parameter wie Herzfrequenz zu analysieren (Abbildung S1). Dies inspirierte die Zusammenarbeit mit einem Unternehmen, um einen neuartigen...

Diskussion

Die Datenpunkte, die in perinatalem Tag 1 Mauswelpen gesammelt wurden, liegen leicht unter den erwarteten Durchschnittswerten für erwachsene Mäuse (500-700 Schläge pro Minute). 8 Die Herzfrequenz steigt mit zunehmendem Alter der Maus, die eher in der Linie der ^erwarteten Werte liegt (Tabelle 1). Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass neonatale Werte am unteren Ende dieses Bereichs lagen, was die Idee unterstützt, dass normative Werte altersspezifisch dokumentiert werden sollte...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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