마우스에서 컨덕턴스 카테터를 사용하여 심장 압력 볼륨 루프 분석

요약

Cardiac pressure-volume loop analysis is the most comprehensive way to measure cardiac function in the intact heart. We describe a technique to perform and analyze cardiac pressure volume loops, using conductance catheters.

초록

Cardiac pressure-volume loop analysis is the “gold-standard” in the assessment of load-dependent and load-independent measures of ventricular systolic and diastolic function. Measures of ventricular contractility and compliance are obtained through examination of cardiac response to changes in afterload and preload. These techniques were originally developed nearly three decades ago to measure cardiac function in large mammals and humans. The application of these analyses to small mammals, such as mice, has been accomplished through the optimization of microsurgical techniques and creation of conductance catheters. Conductance catheters allow for estimation of the blood pool by exploiting the relationship between electrical conductance and volume. When properly performed, these techniques allow for testing of cardiac function in genetic mutant mouse models or in drug treatment studies. The accuracy and precision of these studies are dependent on careful attention to the calibration of instruments, systematic conduct of hemodynamic measurements and data analyses. We will review the methods of conducting pressure-volume loop experiments using a conductance catheter in mice.

서문

심장 압력 볼륨 루프 분석은 심장 기능의 상세한 정보를 제공하고 기능 평가 ¹ 금 표준이다. 이러한 심 초음파 또는 심장 MRI 등의 영상 기술이 작동하는 수단을 제공하지만, 이러한 조치는 하중 조건에 크게 의존한다. 심장의 수축력과 이완의 부하에 관계없이 조치 프리로드와 후 부하의 범위에서 심실의 압력과 부피의 관계의 동적 측정을 필요로한다. 압력 볼륨 관계의이 이해는 사가와 익스프레스와 동료 ^2,3의 혁신적인 작업에서 발생한다. 그들은 압력 볼륨 루프 유도 수축 대책 하중 조건 ⁽⁴⁾ 독립적이라고 생체 관류 개 마음에 보여 주었다.

이러한 분석의 생체 내 응용 프로그램에서 1980 년대에 전도 카테터의 개발을 가능하게되었다. 카 허용이 기술 사전SS와 동료들은 인간 ^5,6 압력 볼륨 루프 분석을 수행 할 수 있습니다. 1990 년대 후반의 ⁷ 전도성 카테터 및 수술 기법의 향상의 소형화 수행 할 유전 적, 약리학 적 연구를 허용, 설치류 심장 기능의 분석이 가능했다. 이 사전은 압력 볼륨 루프 분석의 광범위한 사용으로 이어질 때문에 가지고 있으며, 포유류의 심장 생리학에 대한 통찰력의 큰 거래를 생성했습니다.

컨덕턴스 카테터의 사용과 이로부터 획득 된 데이터의 해석에 중요한 개념은 볼륨 및 컨덕턴스의 관계이다. 컨덕턴스 반비례 근위 전극 배치, 보통 LV 에이펙스 ^8에서, 대동맥판 아래에 배치하고, 원심으로 카테터를 사용하여 측정되는 전압과 관련되어있다. 전압 또는 전도도의 변화는 근위부에서 원위부 전극에 흐르는 전류의 변화에​​ 의해 측정된다. 혈액 풀 기여하지만크게 전도에이야, 심실 벽의 기여, 병렬 전도도 (V _P는)라고, 측정 전도도가 절대 LV 볼륨 측정을 얻기 위해 감산해야합니다.

이 보정 방법을 수행하기 위해, 아래에서 설명하는 프로토콜, 식염수 보정을했다. 반 및 동료에 의해 기술 전도도 및 볼륨 사이의 수학적 관계는 해당 볼륨 = 1 / α이다 (ρ의 L ²⁾ _(피 GG), 여기서 α = 균일 필드 보정 계수, ρ = 혈액 저항률, L = 전극 간 거리 G = 컨덕턴스 G의 _{p =} 비 혈액 컨덕턴스 ^9. 참고로, 마우스에서 균일 필드 보정 계수 인해 스몰 챔버 볼륨 ^(10)에 접근 1.0. 압력 트랜스 듀서와 결합 컨덕턴스 카테터 실시간 동시 압력 볼륨 데이터를 제공한다.

심장 pressu그들은 하중 조건과 심장 박동의 독립적 인 심실 기능의 측정을 허용로 다시 볼륨 분석은 심장 기능의 다른 방법을 통해 특정 장점을 제공한다. 최종 수축기 혈압 볼륨 관계 (ESPVR), D의 P / D T의 _최대 -end-이완기 볼륨과 관련하여, 최대 elastance (E _최대) 및 recruitable 스트로크 일 (PRSW를) 미리로드 : 수축력의 특정 부하에 관계없이 심장 지수 등이 있습니다. 확장기 함수의 부하에 관계없이 측정은 확장 기말 압력 볼륨 관계 (EDPVR) ^(11)이다. 프로토콜은 다음과 경동맥 혀끝 접근법 모두 사용하여, 심장 압력 볼륨 루프 분석의 수행을 설명한다. 이러한 연구를 수행하는 방법이 상세히 이전 ^8,11에서 설명 하였지만, 우리는 두 식염수 큐벳 교정 정정 포함한 정밀한 압력 볼륨 측정을 획득하기 위해 중요한 단계를 검토하고 살전의 시각 증명을 제공한다전자 절차. 이 연구 수행 동물 연구 승인 프로토콜과 듀크 대학 의료 센터의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 동물 복지 규정에 따라 처리한다.

프로토콜

1. 컨덕턴스 카테 테르 준비 및 압력 교정

1. 혈역학 적 카테터 모듈에 전도 카테터를 연결합니다. 전자적으로 카테터 모듈에 설정 프리셋 압력과 부피를 기록하여 압력과 부피 측정을 교정. 0mm 수은 25 mmHg로 (그림 1A)의 추적을 기록하고 모두 압력 트레이싱 (그림 1B 및 1C)에 전압을 할당합니다. 마찬가지로, 5 RVU 25 RVU (그림 1D)의 볼륨 추적을 기록하고 두 볼륨 트레이싱 (1E 및 1 층)에 전압을 할당합니다.
2. 수은주 혈압계를 사용하여 수동 압력 교정과 전자 압력 보정을 확인합니다. 3 방향 스톱 콕 혈압계 커프 포트를 장착한다. 측면 포트를 사용하여 RT 물 종종 관상 동맥 확장술에 사용될 3 포트 지혈 밸브 시스템을 채우기.
   1. 유체 가득 지혈 밸브에 전도성 카테터의 팁을 놓고 부드럽게 기지 확보심은 카테터를 비틀면. 혈압계로 지혈 밸브를 연결하고 200 mmHg로에 팽창과 3 방향 스톱 콕을 잠급니다. 측정 된 압력이 혈압계에 팽창 압력에 해당 여부를 검사합니다.
3. 식염수 장소 카테터 운영 필드 및 측정 압력 레벨 인 37 ° C로 가열 하였다. 기록 된 압력이 제로가 될 때까지 압력 제어를 조정합니다.

2. 마취 / 삽관

1. 케타민 / 자일 라진 복강 내 주입 ^(-1 80 ~ 100 / 10 mg을 kg)을 관리합니다.
   참고 : 대체 마취제를 사용할 수 있습니다. 마취제의 광범위한 목록은이 기술을 ^{11, 12의} 이전 검토에 제공됩니다. 적절한 마취는 부드러운 꼬리 핀치에 의해 확인 될 수있다.
2. 일단 마취, 온수 패드에 머리를 가위와 장소 목과 가슴을 면도. 36.5-37.5 ºC에서 마우스 직장 온도를 유지한다. 낮은 체온우울 심장 박동수가 발생합니다. 건조 함을 방지하기 위해 눈 연고를 적용
3. 목의 정중선 절개를 확인하고 기관을 노출 멀리 기관 근육을 해부하다. 삽관을 보장하기 위해 기관을 시각화하는 동안, 입을 통해 기관 내 튜브를 배치하고 인공 호흡기에 연결합니다.
4. 절차를 수행하는 동안 인공 호흡기에 마우스를 유지한다. 이전에 기술 된 바와 같이 ^11으로 설정 호흡기 설정 동물 중량을 기준. 호흡량 (㎖) 6.2 × (kg 동물의 무게) ^1.01와 호흡 속도 = 53.5 × (kg 동물의 무게) ^-0.26을 =.

LV 챔버 컨덕턴스 카테터 3. 배치

1. 경동맥 접근
   1. 불임을 보장하기 위해, 무균 수술 도구의 두 세트의 초기 피부 절개 및 개흉술에서 작동하는 하나 used- 하나입니다. 악기는 개별 수술 세션 동안 동물의 건조 살균기를 사용하여 오염을 제거해야한다ND 각 수술 당일의 끝에서 멸균.
   2. 피부 클로르헥시딘 + 알콜 피부 스크럽 (0.5 % 클로르헥시딘 / 70 % 알코올 용액)의 3주기와 정화 된 후, 흉골 하악에서 오른쪽 경동맥을 통해 절개를. 오른쪽 경동맥을 노출 주변 조직 해부 및 경동맥에 인접 실행 미주 신경을 잘랐다.
   3. 넥타이, 보안, (떨어져 가슴에서) 경동맥의 말단부 주위 멸균 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 느슨하게 중간 봉합을 묶는 첫 번째 봉합에 (가슴에 가까운) 경동맥 근위부 아래에 두 개의 추가 봉합을 놓습니다. 부드럽게 근위 봉합사를 당겨 피부에 클램프로 고정합니다. 경동맥이 진행하기 전에 모두 근위 및 원위 고정되어 있는지 확인하십시오.
   4. 첫 번째 봉합에 작은 R.의 경동맥에 절개, 근위을 확인하고 가슴을 향해 길이 방향으로 연장된다.
   5. 전도 카테터 팁을 삽입,미리 절개를 통해 용기에 30 분 동안 따뜻한 식염수에 침지하고 중간 봉합사를 이용하여 카테터를 고정.
   6. 정확한 위치를 보장하기 위해 추적 압력 볼륨 루프를 보면서 부드럽게 경동맥을 통하여 좌심실로 카테터를 전진.
      참고 : 구형 나타나는 압력 볼륨 루프를 수득한다 카테터의 최적 배치 (도 2 참조). 카테터의 흐름에 대한 저항이 발생하면, 조심스럽게 당겨 부드러운 압력으로 다시 진행합니다. 카테터의 부드러운 회전은 좌심실에 배치에 도움이 될 수 있습니다. 전도 카테터를 강제하는 것은 심각한 심혈 관계 합병증 또는 카테터가 손상 될 수 있습니다.
   7. 녹화 기준 압력 볼륨은 10 ~ 카테터 배치 분 후 및 정상 상태를 달성 (도 2) 루프.
2. 혀끝 접근
   1. 마취 및 통풍이 마우스에서, 절개 FR을OM 칼 모양의 프로세스와 조리개가 가시 측방까지 가슴 벽을 통해 절단.
   2. 다이어프램 비록 잘라 마음의 정점을 시각화.
   3. 근위 전극 막 심실 내에까지 (25-30 G 바늘 사용) 바늘 자상 통해 좌심실의 정점에 컨덕턴스 카테터를 삽입한다.
   4. 녹화 기준 압력 볼륨은 10 ~ 카테터 배치 분 후 및 정상 상태를 달성 루프.

일시적인 대동맥 폐색을 사용하여 4. 변하는 후 부하

1. 과도 대동맥 폐색을 수행하기 위해, 상부 가슴에 작은 절개를 수평 횡 대동맥을 노출 주변 조직 해부.
2. 가로 대동맥 아래에 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 압력 볼륨 루프가 기본으로 돌아 한 후, 부드럽게 천천히, 바늘 클램프 봉합사의 양쪽 끝을 걸쇠 1-2 초 이상 봉합사를 제기, 천천히 긴장을 풀어.
3. 세 개의 최적의 녹음이 같은 동물로 만든 때까지이 절차를 반복합니다.
   주 : 최적의 기록은 적어도 5 압력 볼륨 루프 사이클과 봉합사 (도 3a 및도 3c)에 장력을인가에 단부 수축기 압력에 꾸준히 증가가 있어야한다.

5. 변하는 예압 과도 하대 정맥 폐쇄를 사용하여 (IVC)

1. 과도 하대 정맥 폐쇄를 수행하려면, IVC를 노출 다이어프램 아래, 칼 모양의 과정을 아래에 수평 절개를합니다.
2. IVC 아래에 6-0 실크 봉합사를 놓습니다. 압력 - 부피 루프가 기준선으로 복귀 한 후에, 바늘 클램프 봉합사의 양단 걸쇠; 부드럽게 천천히 1-2 초 이상 봉합사를 제기, 천천히 긴장을 풀어. IVC 흡장도 면봉 스쳐면을 이용하여 압력을 완만 애플리케이션에 의해 수행 될 수있다.
3. 세 개의 최적의 녹음 M 때까지이 과정을 반복같은 동물에서 ADE.
   주 : 최적의 기록은 적어도 5 압력 볼륨 루프 사이클과 봉합 장력의인가에 좌심실 이완 기말 압 꾸준히 감소 가져야 (도 4a 및도 4b).

6. 식염수 교정

1. 연구의 결론에서, 병렬 컨덕턴스 (V 용 _P) 값은 경정맥을 통해 동물에 고장 성 식염수 (15 %)의 10 μL 러스 주입함으로써 얻을 수 (도 5a 및도 5b) 할 수있다.
   참고 :이 덩어리는 압력의 변화없이 볼륨에 명백한 증가의 원인이됩니다. 이 겉보기 부피 변화에 의한 부피 증가를 실제 혈액 풀 컨덕턴스보다는의 변화의 결과이다. 고장 성 식염수 부정적인 효과 ^{13 수축성을} 갖는 한 DP / DT _최대의 일시적인 감소는 관찰 될 수있다. 계산 V _p를 따라 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어에 입력 할 수있다큐벳 교정 매개 변수 및 마이크로 리터에 RVUs 변환하는 방법.

7. 큐벳 교정

1. 큐벳 보정을 수행하기 위해, 37 ºC 가온 가열 패드 또는 수조에 제조업체에서 제공하는 공지 된 직경의 웰과 큐벳 장소. 혈역학 적 평가를받은 쥐에서 신선한 따뜻한 헤파린 혈액을 가진 첫번째 4-5 구멍을 채 웁니다.
   참고 : 큐벳 교정은 마우스의 혈액을 이용하여 좌심실의 혈액 풀의 정확한 평가를 할 수 있으며 마이크로 리터에 RVUs에서 볼륨 데이터의 변환이 가능합니다.
2. 모든 전극이 침수 될 때까지, 첫 번째 우물에 전도 카테터를 삽입합니다. 부드럽게 변화 RVUs를 생성하는 우물에 카​​테터를 이동합니다.
3. RVUs에 볼륨 채널의 전도도 변화를 기록한다. 교정에 대한 가장 높은 R​​VU를 선택합니다.
   주 : 웰의 체적은 하나 있습니다 volum 대한 식을 이용하여) (1)에 의해 계산 될 수있다반경이 큐벳 잘 길이의 인 실린더의 전자는 내부 두 감지 전극 또는 2) 제조업체의 지침에 확인 사이의 길이를 기반으로합니다. 컨덕턴스 출력은 ¹¹ 마이크로 리터로 RVUs에서 데이터를 변환 보정 방정식을 개발하기 위해 알려진 부피와 상관 될 수있다.

8. 안락사

1. 프로토콜의 결론에서, 마우스는 마취 동안 경추 탈구하여 안락사시켰다.
2. 보장하기 위해 죽음,받은 자궁 전위를 갖는 마우스는 안락사의 보조 방법을 거쳐야합니다. 우리는 마취하에 실험을위한 심장 조직의 수확, 또는 양자 개흉술과, 마취 하에서 방혈을 사용합니다.

9. 데이터 분석 사용 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어

1. 식염수 교정에서 V _{p를 계산}
   1. 선택 압력과 volu날은 고장 성 식염수 토출 동안 획득 루프 (도 5a 및도 5b)
   2. 보 압력 볼륨 분석 소프트웨어로 루프. 식염수 교정에 대한 옵션을 선택합니다 (그림 5C)
   3. 계산 된 V의 _{p 값} (그림 5D)를 기록한다.
      참고 : V의 _{p 값이} 식염수 교정에서 최종 수축기 볼륨 대 1) 최종 이완기 볼륨의 교회법을 확인하고 2) 최종 이완기 볼륨 = 최종 수축기 볼륨 라인으로 계산된다. 이러한 라인들의 교차 압력 볼륨 루프 분석 소프트웨어에 의해 계산 된 _{P V를} 제공한다.
2. 볼륨에 전도성을 입력 (RVU) 볼륨 채널 옵션에 관계 (그림 1 층)
3. 기준 압력 볼륨 루프 관계를 측정
   1. 정상 상태가 달성되면 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택합니다 (그림 2A) 및 소프트 분석에 수출도자기. 5-6 기말 루프 (그림 2B)를 식별
   2. 병렬 전도성을 보정하기 위해 V의 _{p 값을} 사용합니다. "정상 상태"옵션을 선택하고 혈역학 요약 테이블을 생성한다 (그림 2C)
4. 대동맥 수축하는 동안 측정 압력 볼륨 루프 관계
   1. 이완 기말 압력 (그림 3A) 및 분석 소프트웨어 수출의 증가에 앞서 대동맥 수축에 해당하는 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택합니다. 5-6 기말 루프 (그림 3C)를 식별
   2. 최종 수축기 압력 볼륨 관계를 계산합니다 선택 "수축성"분석 (그림 3B), (ESPVR)
5. IVC 수축하는 동안 측정 압력 볼륨 루프 관계
   1. (Figur을 IVC 수축에 해당하는 압력과 부피 채널에서 8-10 심장주기를 선택분석 소프트웨어에 전자 4A) 및 수출. 5-6 기말 루프 (그림 4B)을 식별
   2. "수축성"분석 예압 Recruitable 스트로크 작업을 계산합니다 (그림 3B), (PRSW) (그림 4C)을 선택, EDV (그림 4D)뿐만 아니라 ESPVR 및 최종 이완기 압력 볼륨 관계 대 DT 최대 DP / (그림 4E)

결과

압력 - 부피 루프 분석은 연구 약물 ^(16)을 거치고, 유전자 변형 마우스 ^{(14, 15)} 또는 마우스에서 심장 기능을 측정 할 수있다. 주제 압력 볼륨 루프가 ß-아레스의 효과를 조사 이전에 출판 일 ^{(16)로부터} 제공되는 TRV120023, AT1R 리간드를 바이어스. TRV120023은 생체 내에서 심장 기능에 영향을 미치는 여부를 테스트하기 위해, 압력 볼륨 루프 분석은 기존 및 신규 안?...

토론

우리는 심장 수축과 이완 모두의 광범위한 분석을 유도하기 위하여, 마우스에서 컨덕턴스 카테터를 사용하여 압력 볼륨 루프 perfoming 분석을위한 방법을 설명한다. 스가, 사가와와 동료 압력 볼륨 심장 수축력의 조치, 특히 ESPVR의 기울기, 또는 최종 수축기 elastance _(전자들) 및 E _최대를 정의하는 루프를 이용했다. 볼륨 (P / V를)에 압력의 비율에 의해 정의 Elastance은 수축기의 기간에...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
AnaSed (xylazine)	Lloyd Laboratories	NADA no. 139-236	Anesthetic
Ketaset (ketamine)	Pfizer	440842	Anesthetic
VIP3000	Matrx Medical Inc.		Anesthesia machine
Ventilator	Harvard Apparatus	Model 683	Surgical Equipment
Tubing kit	Harvard Apparatus	72-1049	Surgical Equipment
Homeothermic Blanket	Kaz Inc.	5628	Surgical Equipment
Stereo microscope	Carl Zeiss Optical Inc.	Stemi 2000	Surgical Equipment
Illuminator	Cole–Parmer	41720	Surgical Equipment
Dumont no. 55 Dumostar Forceps	Fine Science Tools Inc	11295-51	Surgical Instruments
Graefe forceps, curved	Fine Science Tools Inc	11052-10	Surgical Instruments
Moria MC31 forceps	Fine Science Tools Inc	11370-31	Surgical Instruments
Mayo scissors	Fine Science Tools Inc	14512-15	Surgical Instruments
Iris scissors	Fine Science Tools Inc	14041-10	Surgical Instruments
Halsey needle holder	Fine Science Tools Inc	12501-13	Surgical Instruments
Olsen–Hegar needle holder	Fine Science Tools Inc	12002-12	Surgical Instruments
spring scissors	Fine Science Tools Inc	15610-08	Surgical Instruments
disposable underpads	Kendall/Tyco Healthcare	1038	Surgical Supplies
Sterile gauze sponges, sterile	Dukal	62208	Surgical Supplies
Cotton-tipped applicators, sterile	Solon	368	Surgical Supplies
Surgical suture,  silk, 6-0	DemeTECH	FT-639-1	Surgical Supplies
1 cc Insulin syringes	Becton Dickenson	329412	Surgical Supplies
Access 9 Hemostasis Valve	Merit Medical	MAP111	Hemodynamic equipment
Sphygmomanometer	Baumanometer	320	Hemodynamic equipment
Millar PV system MPVS-300/400 or MPVS Ultra (includes calibration cuvette)	ADInstruments Inc		Hemodynamic equipment
1.4F conductance catheter	ADInstruments Inc	SPR-839	Hemodynamic equipment
PowerLab 4/30 with Chart Pro	ADInstruments Inc.	ML866/P	Hemodynamic software
animal clipper	Wahl	8787-450A	Miscellaneous
Intradermic tubing PE-10	Becton Dickenson	427401	Miscellaneous
Intradermic tubing PE-50	Becton Dickenson	427411	Miscellaneous
Needle assortment (18, 25 and 30 gauge; Thomas Scientific)			Miscellaneous
0.9% (wt/vol) sodium chloride injection, USP)	Hospira	NDC no. 0409-4888-50	Miscellaneous
Surgical tape			Miscellaneous
Alconox (Alconox Inc.) for catheter cleaning	ADInstruments Inc.		Miscellaneous