Detección en tiempo real de los efectos del ácido ferúlico en el ventrículo izquierdo de rata mediante catéter de conductividad presión-volumen

Resumen

Este protocolo describe un método para medir la presión y el volumen del ventrículo izquierdo mediante la técnica de conductancia presión-volumen. Este método permite la monitorización continua en tiempo real de los efectos de los fármacos en el corazón.

Resumen

La disminución de la función cardíaca puede tener un impacto negativo en otros órganos. La relación presión-volumen del ventrículo izquierdo se considera un método válido para evaluar la función cardíaca. La monitorización en tiempo real de la función cardíaca es importante para la evaluación de fármacos. En condiciones de tórax cerrado, el transductor en miniatura, que es un componente importante del catéter de presión-volumen, ingresa al ventrículo izquierdo de la rata a través de la arteria carótida derecha. El dispositivo visualiza los cambios en la función cardíaca durante el experimento en forma de un bucle de presión-volumen. El volumen real del ventrículo se calcula alterando la conductividad de la sangre inyectando 50 μL de una solución de cloruro de sodio al 20% en la vena yugular izquierda de la rata. El volumen real de la cavidad ventricular de la rata se calcula midiendo la conductividad de la sangre en un volumen conocido utilizando un catéter de conductancia presión-volumen. Este protocolo permite la observación continua de los efectos de los medicamentos en el corazón y promoverá la justificación para el uso de medicamentos étnicos especializados en enfermedades cardiovasculares.

Introducción

Las enfermedades cardiovasculares tienen la tasa de mortalidad más alta del mundo¹. Sus causas incluyen estenosis de la arteria coronaria (isquemia miocárdica), obstrucción de la arteria coronaria (infarto de miocardio) y lesión por isquemia-reperfusión². Como el corazón está en un ciclo sistólico y diastólico constante, es una de las partes del cuerpo que más energía demanda. Por lo tanto, cuando las arterias coronarias tienen dificultades para mantener suficiente energía y oxígeno, la función cardíaca disminuye inevitablemente, lo que tiene un impacto negativo en otros órganos ^3,4. El corazón es una fuente de energía en el sistema circulatorio, y la función cardíaca debe evaluarse racionalmente.

La evaluación de la función cardíaca mediante la presión ventricular y las relaciones de volumen se considera un método integral⁵. Los cambios en tiempo real en la presión y el volumen ventricular durante todo el ciclo cardíaco conforman el bucle presión-volumen. El bucle presión-volumen ventricular permite el análisis cuantitativo de la función cardíaca y la capacidad de reserva en términos de diferentes fases y energías del ventrículo. El ventrículo normal tiene un volumen telesistólico pequeño con buen trabajo de latido y eficiencia ^5,6,7.

La técnica del catéter de conducción presión-volumen es un método invasivo para detectar el estado del ventrículo izquierdo. Se puede utilizar para obtener un bucle continuo de presión-volumen en tiempo real⁸. Los catéteres de conductividad volumétrica de presión son herramientas poderosas, y los procedimientos de manejo sólidos son esenciales para obtener resultados reproducibles y confiables, incluido el análisis in vivo de la conductividad paralela miocárdica durante la calibración salina y la medición in vitro de la conductividad sanguínea en la calibración de cubetas³.

El ácido ferúlico (FA), un ácido fenólico, está ampliamente distribuido en reinos vegetales como Avena sativa y Ligusticum chuanxiong hort ^9,10. El ácido ferúlico tiene efectos farmacológicos de reducción de la presión arterial y la arritmia. El FA es un producto natural bioactivo con múltiples funciones. La AF puede resistir el daño oxidativo, reducir las respuestas inflamatorias, inhibir la agregación plaquetaria y prevenir la enfermedad coronaria y la aterosclerosis¹¹. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre el ácido ferúlico se han centrado en un aspecto del corazón y rara vez se han evaluado los efectos del ácido ferúlico en el sistema circulatorio 12,13,14,15. Aquí describimos un enfoque a tórax cerrado para la anestesia con isoflurano combinada con ketamina (50 mg/kg) con un enfoque en la respuesta cardíaca a la solución de ácido ferúlico durante la inyección en la vena yugular.

Describiremos el procedimiento completo para el uso de la herramienta en condiciones de tórax cerrado, incluida la preparación de la solución, la preparación del transductor, la preparación preexperimental en ratas, la inserción del catéter en la arteria carótida derecha y el análisis de datos. La duración del experimento suele ser inferior a 4 h y viene determinada por los diferentes protocolos experimentales. En un solo experimento, podemos obtener información cardíaca detallada como la presión ventricular izquierda, el volumen y la frecuencia cardíaca.

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Protocolo

El protocolo animal fue revisado y aprobado por el Comité de Ética de Bienestar Animal Experimental de la Universidad de Medicina Tradicional China de Chengdu (Registro No. 2023-04). Para el presente estudio se utilizaron ratas macho Sprague Dawley (SD) (280 ± 20 g, 8-10 semanas de edad). Las ratas se mantenían en una cámara de animales y eran libres de beber y comer.

1. Preparación de la solución

1. Prepare una solución de NaCl al 0,9% que se utilizará para mantener el área de trabajo adecuadamente húmeda.
2. Para preparar una solución de NaCl hipertónica al 20%, disolver 2 g de NaCl en 10 ml de agua bidestilada (ddH₂O). Para determinar la conductividad paralela del miocardio, es necesario alterar la conductividad del líquido intraventricular.
3. Prepare una solución de detergente en polvo al 1% de enzima-activos. Utilícelo al finalizar el experimento, para sumergir el catéter eléctrico presión-volumen en la solución durante 1-2 h.
4. Prepare la solución de AG disolviendo 10 mg de ácido ferúlico en 20 ml de_ddH2O. Filtre la solución a través de una membrana de 0,22 μm. Inyectar a la rata 1 mL/kg de solución de ácido ferúlico.

2. Preparación del sensor

1. Sumergir el sensor de presión-volumen en una solución de NaCl al 0,9% a 37 °C durante unos 30-60 minutos antes del inicio del experimento, lo que facilita la estabilidad de los datos experimentales.
2. Conecte el aparato experimental. El sistema de medición de bucles presión-volumen consta de un catéter presión-volumen, dos unidades de control, una unidad de registro y un software informático. El módulo de bucle presión-volumen del software proporcionará un procedimiento experimental de referencia.
3. Presione el botón Inicio y el software registrará automáticamente los datos de monitoreo del sensor de presión-volumen.
4. Utilice el software Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) para calibrar la presión y la conductividad.

3. Preparación preexperimental en ratas

1. Administrar ketamina (50 mg/kg) y fentanilo (0,25 mg/kg) a las ratas mediante inyección intramuscular⁵.
2. Pellizque los dedos de los pies de las ratas para verificar la profundidad anestésica por ausencia de reflejos. La emoción afecta el estado fisiológico de las ratas y el dolor provoca alteraciones en la función cardíaca¹⁶. Use afeitadoras para animales pequeños y cremas depilatorias para eliminar el vello en los sitios quirúrgicos. Use yodóforo y alcohol al 75% para limpiar la piel y mantener la esterilidad.
3. Inmovilizar a las ratas completamente anestesiadas en una placa calefactora isotérmica con la parte posterior en contacto con la placa calefactora.
4. Inserte una sonda de temperatura recubierta con vaselina en el recto de la rata. Mantenga la temperatura corporal de la rata a 37 °C ± 0,5 ajustando la placa calefactora.
   NOTA: Es necesario mantener las vías respiratorias sin obstrucciones durante el experimento.

4. Inserción de catéter en la arteria carótida derecha

1. Incidir longitudinalmente en la piel del lado derecho de la línea media del cuello de las ratas. Haga una incisión de 4 cm y separe el músculo y el tejido conectivo con fórceps. La arteria carótida situada en el lado derecho de la tráquea es visible. La arteria carótida derecha de la rata es de color rojo oscuro, fuertemente pulsátil y tiene un nervio vago blanco paralelo a ella.
2. Separe la arteria carótida de otros tejidos y nervios con fórceps. Coloque tres líneas quirúrgicas 5-0 debajo de la arteria carótida limpia. Gotee una solución estéril de cloruro de sodio al 0,9% en el área quirúrgica para mantener la humectación de la arteria carótida.
3. Corta la piel por encima de la clavícula izquierda y retira el tejido alrededor de la vena yugular. Luego, coloque un hilo quirúrgico 5-0 debajo de la vena yugular izquierda.
4. Use clips arteriales para suspender el flujo sanguíneo proximalmente, usando microtijeras para cortar una sección en el vaso donde el flujo sanguíneo se ha detenido. Es normal que aparezca una pequeña cantidad de sangre en el corte transversal de la herida. Si la sangre sale del vaso de forma rápida e intermitente, levante la vía quirúrgica proximal y vuelva a aplicar la pinza arterial.
5. Inserte el catéter desde la sección transversal a lo largo de la arteria carótida profundamente en el ventrículo izquierdo. Asegúrese de que el valor más bajo de presión sistólica después de ingresar al ventrículo izquierdo esté cerca de 0 mmHg.
6. Para obtener una relación presión-volumen razonable, ajuste ligeramente el catéter presión-volumen en la cámara ventricular. Para evitar la pérdida masiva de sangre y que el catéter cambie de posición debido a los latidos del corazón, ligar el extremo proximal de la línea quirúrgica.
   NOTA: La temperatura corporal, el nivel de anestesia, la señal de presión y la señal de conductancia de la rata deben permanecer estables durante este proceso. Las vías respiratorias de la rata deben mantenerse abiertas.

5. Inyección de fármacos y calibración de conductividad

1. Mantener la posición del catéter de volumen de presión en la cámara ventricular, después de que los datos se estabilicen, ligar la línea quirúrgica distal a la vena yugular ligada e inyectar lentamente hasta 1 mL/kg de solución de ácido ferúlico. Observe durante 5-10 min.
2. Inyectar 50 μL de solución de NaCl al 20% de la vena yugular izquierda para eliminar la conductancia paralela generada por el miocardio. El rango de volumen de la conductancia paralela fue de aproximadamente 130-280 μL⁵. Repita esto 3 veces en un intervalo de 2 min.
3. Después de la prueba de presión ventricular y volumen en ratas, extraiga sangre de la aorta abdominal de la rata con una aguja de extracción de sangre. Coloque la sangre recolectada en un tubo de recolección de heparina de sodio e invierta hacia arriba y hacia abajo 2 veces para evitar la coagulación de la sangre. Sacrificar a las ratas experimentales inyectando 120 mg/kg de pentobarbital sódico a través de la vena yugular izquierda.
4. Realice la conversión de la conductancia medida al volumen sanguíneo real utilizando tubos de calibración del volumen de rata. Coloque sangre mezclada con heparina sódica, secuencialmente, en los orificios del tubo de calibración, y el catéter detecta los valores de conductancia de la sangre en los diferentes orificios y los registra en el módulo de monitorización presión-volumen.

6. Análisis de datos

1. Al agregar el valor de conductividad medido de un volumen conocido de sangre a la ubicación especificada, el software traza automáticamente la curva y extrapola la conductividad de la sangre. Utilice al menos tres conjuntos de valores de conductividad sanguínea para deducir la conductividad sanguínea de la rata sometida a prueba. La conductividad sanguínea es individualizada. Para cada rata sometida a la prueba, realice este procedimiento individualmente.
2. Calibración hipertónica: Al agregar los datos obtenidos de tres inyecciones de solución salina hipertónica a una ubicación específica, el software calcula promedios de conductancia paralela y calibra automáticamente los datos experimentales.
3. Utilice regiones con valores estables de presión arterial y conductancia para analizar la función ventricular izquierda de ratas.
4. Haga clic en Analizar y el software calculará automáticamente una variedad de parámetros basados en el área seleccionada, incluyendo FE (fracciones de eyección del ventrículo izquierdo), SW (trabajo de carrera) y CO (gasto cardíaco), etc.

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Resultados

Cada prueba (n = 3) se basó en la entrada de un catéter de conductividad presión-volumen en el ventrículo izquierdo. Hay cambios significativos en la señal, como un marcado aumento en el rango de presión, a medida que el catéter ingresa al ventrículo izquierdo desde la arteria carótida (Figura 1). El análisis gráfico de la relación presión-volumen se completa trazando el volumen (μL) en el eje Y y la presión (mmHg) en el eje X. La presión del ventrículo izquierdo de la rata ...

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Discusión

Es esencial adoptar una estrategia de dosificación racional para los diferentes estados de la función cardíaca. La técnica del catéter de conductancia presión-volumen es la forma más intuitiva de estudiar la función ventricular izquierda⁵. Este método permite estudiar los efectos de los fármacos sobre la función cardíaca desde una perspectiva integral. Describimos en detalle las distintas etapas del experimento. Esto proporcionará cierta facilidad para el estudio de la función cardí...

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Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 mL syringe	Sartorius AG, Germany	-
Animal temperature maintainer	Rayward Life Technology Co., Ltd	69020
Dual Bio Amp	Millar, Inc., USA	DA-100
Enzyme-Active Powdered Detergent	Alconox Inc., USA	1104
Ferulic acid	Macklin Biochemical Co., Ltd,Shanghai, China	F900027
Mikro-Tip Catheter Transducers, SPR-838NR	Millar, Inc., USA	SPR-838NR
Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra	Millar, Inc., USA	SPR-869
Pet electric clippers	Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd.	-
Power Lab 8 / 35	Millar, Inc., USA	PL3508
Sodium Chloride, NaCl	Kelong Chemical Reagent, Chengdu, China	KX829463
Veet hair removal cream	Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd.	3226470