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要約

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.

要約

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.

概要

心臓の圧力容積ループ解析は、心機能の詳細な情報を提供し、機能評価1のゴールドスタンダードです。そのような心エコー検査や心臓MRIなどのイメージング技術が機能的対策を提供しているが、これらの措置は、負荷条件に大きく依存しています。心臓の収縮と弛緩の負荷に依存しない措置がプリロードと後負荷の範囲にわたって、心室の圧力と体積の関係の動的測定を必要とします。圧力-容積関係のこの理解は佐川や同僚2,3の画期的な作品から生じます。彼らは、圧力-容積ループ由来の収縮対策が荷重条件4とは無関係であったことをex vivoでの灌流犬の心の中で明らかにしました。

これらの分析の生体内のアプリケーションでは、1980年代にコンダクタンスカテーテルの開発を可能になりました。カー許可この技術的進歩SSらは、ヒトの5,6内の圧力-容積ループ解析を実行します。 1990年代後半7におけるコンダクタンスカテーテルおよび外科技術の向上の小型化を実行する遺伝的および薬理学的研究のためにできるように、げっ歯類心臓機能の解析が可能なりました。この進歩は、圧力 - 容積ループ解析の普及にリードするのであり、哺乳動物の心臓の生理機能への洞察力の多くを生成しています。

コンダクタンスカテーテルを使用し、そこから得られたデータの解釈の重要な概念は、ボリュームとコンダクタンスとの関係です。コンダクタンスは逆に近位に配置された電極、通常LV頂点8で、大動脈弁の下に配置され、遠位カテーテルを使用して測定された電圧に関連しています。電圧またはコンダクタンスの変化は、近位から遠位電極に流れる電流の変化によって測定されます。血液プールが寄与しているが心室壁の寄与は、コンダクタンスに大きく、並列コンダクタンス（V pを）と呼ばれるよ、測定されたコンダクタンスの絶対LV容積測定値を得るために差し引かなければなりません。

食塩較正と呼ばれるこの補正を行うための方法は、以下のプロトコールに記載されています。バーンらによって記載さコンダクタンスとボリュームの間の数学的関係は、そのボリューム= 1 /αです。 （ρL 2）（GGのP）、α=一様な場補正係数、電極間のρ=血液抵抗率、L =距離、G =コンダクタンスおよび G p =非血液コンダクタンス9。注目すべきは、マウスでの均一な場補正係数が小さいため、チャンバ容積10に1.0に近づきます。圧力変換器に結合され、コンダクタンスカテーテルは、リアルタイムの同時の圧力および容積データを提供します。

心臓pressuそれらは負荷条件の心室機能の独立および心拍数の測定を可能にするように再量分析は、心機能の他の尺度上に特定の利点を提供します。収縮末期圧容積関係（ESPVR）、DのP / D の T max の末端-拡張期容積の関係、最大エラスタンス（E max）が及び補充可能なストローク作業（PRSW）をプリロード：収縮の具体的な負荷に依存しない心臓のインデックスが含まれています。拡張機能の負荷に依存しない尺度は、拡張末期圧の体積関係（EDPVR）11です。以下のプロトコルは、頸動脈と頂端のアプローチの両方を使用して、心臓の圧力容積ループ分析の実施について説明しています。これらの研究を行うための方法が詳細以前8,11に記載されているが、我々は、生理食塩水およびキュベットのキャリブレーション補正の両方を含む、正確な圧力-体積の測定値を得るための重要なステップを確認し、THESの視覚的なデモンストレーションを提供しますE手順。この研究のために行った動物との研究が承認されたプロトコルとデューク大学医療センターの施設内動物管理使用委員会の動物福祉の規制に従って処理しました。

プロトコル

1.コンダクタンスカテーテルの準備と圧力校正

  1. 血行動態カテーテルモジュールにコンダクタンスカテーテルを接続します。電子的にカテーテルモジュールの設定設定圧力と体積を記録することにより、圧力と体積の測定値を校正。 0ミリメートルHgのと25ミリメートルHgの（ 図1A）のトレースを記録し、両方の圧力トレーシング（ 図1Bおよび1C）に電圧を割り当てます。同様に、5 RVUおよび25 RVU（ 図1D）の量のトレースを記録し、両方のボリュームトレーシング（1Eおよび1F）に電圧を割り当てます。
  2. 水銀柱血圧計を使用して、手動圧力校正と電子圧力キャリブレーションを確認してください。 3方活栓で血圧計のカフポートを取り付けます。サイドポートを用いてRT水でしばしば冠動脈形成術に使用される3ポート止血弁システムを、入力します。
    1. 流体満たされた止血弁にコンダクタンスカテーテルの先端を置き、静かにウィットを確保ハウトのよじれカテーテル。血圧計に止血弁を接続し、200 mmHgのに膨らませると、3方活栓をロックします。測定された圧力が血圧計に膨張圧力に対応しているかどうかを調べます。
  3. 生理食塩水に入れカテーテルは、動作フィールドと測定圧力のレベルである37℃に加熱しました。記録された圧力がゼロになるまで圧力制御を調整します。

2.麻酔/挿管

  1. 腹腔内注射として（80〜100/10 mgのキロ-1）ケタミン/キシラジンを管理します。
    注意：代替の麻酔薬を使用することができます。麻酔薬の広範なリストは、この技術11,12の以前のレビューで提供されています。適切な麻酔は穏やかテールピンチで確認することができます。
  2. 麻酔した後、加熱されたパッドの上にバリカンと場所で首と胸を剃ります。 36.5から37.5ºCでマウスの直腸温度を維持します。低体温落ち込んで心拍数になります。乾燥を防ぐために、目に軟膏を適用します。
  3. 首の正中切開を行い、気管を露出させ、気管の筋肉を離れて解剖。挿管を確実にするために気管を可視化しながら、口から気管内チューブを配置し、人工呼吸器に接続します。
  4. 手順の間に人工呼吸器の上でマウスを維持します。先に記載11のように設定され、人工呼吸器の設定は、動物の体重に基づきます。一回換気量（ミリリットル）= 6.2 X（キログラム動物体重）1.01と呼吸率= 53.5 X（キログラム動物体重）-0.26。

LVチャンバー内のコンダクタンスカテーテルの3配置

  1. 頸動脈アプローチ
    1. 無菌性を確保するために、無菌の手術器具の二組は、最初の皮膚切開や開胸で動作するいずれかのused-一つです。楽器は、個々の外科セッションA中に動物の乾燥滅菌器を使用して除染する必要がありますND各外科手術日の終わりにオートクレーブ処理。
    2. 皮膚はクロルヘキシジン+アルコールスキンスクラブ（0.5％クロルヘキシジン/ 70％アルコール溶液）の3サイクルで除染された後、胸骨に下顎から右頸動以上の切開を行います。右頸動脈を露出させるために周囲の組織を解剖し、頸動脈に隣接して実行される迷走神経を切断します。
    3. ネクタイとセキュア、（離れて胸から）頸動脈の遠位端の周りに滅菌6-0絹縫合糸を配置します。緩く中間の縫合糸を結ぶ、第1の縫合糸に頸動脈近位（胸に近い方）の下に二つの追加の縫合糸を配置します。そっと近位縫合糸を引き、肌にクランプして固定します。頸動脈に進む前に、両方の近位および遠位クランプされていることを確認してください。
    4. 、R.の頚動脈に小さな切開を行い第1の縫合糸の近位に、胸に向かって長手方向に延びます。
    5. コンダクタンスカテーテル先端を挿入し、以前の切開を通って容器の中に、30分間温生理食塩水に浸し、中央の縫合糸を使用してカテーテルを固定します。
    6. 正しい配置を確実にするためにトレース圧 - 容積ループを見ながらゆっくり、頸動脈を介して左心室にカテーテルを進めます。
      注：長方形に見える圧-容積ループを生じるはずであるカテーテルの最適な配置（ 図2を参照してください ）。カテーテルの通過への抵抗が発生した場合は、ゆっくりと引いて、穏やかな圧力を再び進めます。カテーテルのジェントル回転は、左心室に配置して助けることができます。コンダクタンスカテーテルを強制すると、深刻な心血管系合併症またはカテーテルの損傷につながることができます。
    7. レコードベースラインの圧力-体積は、カテーテル留置後〜10分をループし、定常状態（ 図2）を達成 。
  2. アピカルアプローチ
    1. 麻酔をかけ、換気マウスでは、切開FRを作ります剣状突起OMとダイアフラムが表示されるまで横方向に胸壁を切断。
    2. ダイアフラム関わらずカットし、心尖を視覚化します。
    3. 近位電極はちょうど心室の内側になるまで、（25〜30 G針を使用）、針の刺し傷を介して左心室の頂点にコンダクタンスカテーテルを挿入します。
    4. レコードベースラインの圧力 - 体積は、カテーテル留置後〜10分をループし、定常状態を達成します。

過渡大動脈閉塞を使用した4変後負荷

  1. 一過性の大動脈閉塞を実行するには、胸の上部に小さな水平切開を作り、横大動脈を露出するために周囲の組織を解剖。
  2. 横大動脈の下に6-0絹糸結紮を配置します。圧 - 容積ループがベースラインに戻った後、静かに、ゆっくりと、針クランプで縫合糸の両端を留める1-2秒かけて縫合糸を上げ、ゆっくりと緊張を解放します。
  3. 3つの別々の最適な録音が同じ動物から作られるまで、この手順を繰り返します。
    注：最適な録音は、少なくとも5圧力容積ループサイクルおよび縫合糸（ 図3Aおよび3C）の張力印加時の収縮末期圧の安定した上昇を持っている必要があります。

5.変プリロード一時下大静脈閉塞を使用して（IVC）

  1. 一過性下大静脈閉塞を実行するには、IVCを露出するように、振動板の下に、剣状突起下の水平方向の切開を行います。
  2. IVCの下に6-0絹糸結紮を配置します。圧 - 容積ループがベースラインに戻った後、針クランプ付き縫合糸の両端を握ります。静かに、ゆっくりと1〜2秒かけて縫合糸を上げ、ゆっくりと緊張を解放します。 IVCの閉塞も、綿棒をひっくり返した綿を使用して圧力を穏やかに適用することによって行うことができます。
  3. 3つの別々の最適な録音がMになるまで、この手順を繰り返し同じ動物からADE。
    注：最適な録音は、少なくとも5圧力容積ループサイクルと縫合糸の張力印加時の左心室拡張末期圧（ 図4Aおよび4B）は着実に低下している必要があります。

6.生理食塩水校正

  1. 研究の終了時に、並列コンダクタンス（V p）の値は、頸静脈（ 図5（a）及び（b））を介して動物に高張食塩水（15％）の10μlのボーラスを注入することによって得ることができます。
    注：このボーラスは、圧力の変化がないとの体積の明らかな増加の原因となります。ボリュームでこの明らかな変化は、ボリューム内の実際の増加に血液プールコンダクタンスではなく、変化の結果です。高張食塩水は、陰性変力作用13を有するもののdP / dtの最大の過渡的減少を観察することができます。計算されたV pは、に沿った圧力容積ループの分析ソフトウェアに入力することができますキュベット校正パラメータとし、マイクロリットル中のRVUへ変換します。

7.キュベット校正

  1. キュベットのキャリブレーションを実行するために、加熱パッドまたは水浴に製造業者によって提供既知の直径のウェルにキュベットを配置37ºCに温め。血行動態の評価を受けたマウスからの新鮮な温かいヘパリン化血液の最初の4-5の穴を埋めます。
    注意：キュベット校正は、マウスの血液を用いて、左心室の血液プールの正確な評価を可能にし、マイクロリットルのRVUからボリュームデータの変換を可能にします。
  2. すべての電極が水没するまで、最初のウェル内にコンダクタンスカテーテルを挿入します。ゆっくりのRVUを変える生成された、ウェル内にカテーテルを移動します。
  3. RVUでボリュームチャネルコンダクタンスの変化を記録します。キャリブレーションのための最高のRVUを選択します。
    注意：ウェルの容積は、どちらvolumの式を使用して、1）により算出することができます半径がキュベットウェルと長さのものであるシリンダーのeは内側の2つの検出電極間の長さに基づいて、または2）を製造者の指示でチェックしています。コンダクタンスの出力は、マイクロリットルの11へのRVUからのデータを変換するキャリブレーション式を開発することが知られているボリュームと相関させることができます。

8.安楽死

  1. プロトコルの最後に、マウスを麻酔下ながら頸椎脱臼を使用して安楽死させます。
  2. 死を確実にするために、経子宮頸部脱臼を有するマウスは、安楽死の第二の方法を受けなければなりません。私たちは、麻酔下の実験のための心臓組織の収穫、または両側開胸で、麻酔下で放血を使用しています。

圧力ボリュームループ解析ソフトウェアを使用して9.データ解析

  1. 生理食塩水のキャリブレーションから、V pを計算します
    1. 選択圧とvolu私は、高張食塩水の噴射の間に得 ​​られたループ（ 図5Aおよび5B）
    2. エクスポートは、圧力ボリューム解析ソフトウェアにループします。生理食塩水の校正のためのオプションを選択します（ 図5C）
    3. 計算されたV p値（ 図5D）を記録します。
      注：V p値は、1）生理食塩水校正から収縮末期容積対拡張末期容積、および2）拡張末期容量=収縮末期容積線の交点を識別することによって計算されます。これらの線の交点は、圧力容量ループ解析ソフトにより算出されるV pを、提供します。
  2. ボリュームへのコンダクタンスを入力し、ボリュームチャネルオプションで（RVU）の関係（ 図1F）
  3. ベースライン圧 - 容積ループ関係を測定します
    1. 定常状態が達成された後、圧力と体積のチャンネル8から10の心周期を選択します（ 図2A）とソフトの解析へのエクスポートウェア。 5-6呼気終末ループ（ 図2B）を特定
    2. 並列コンダクタンスを補正するために、V p値を使用してください。 「定常状態」オプションを選択し、血行動態の要約表を生成する（ 図2C）
  4. 大動脈狭窄時の測定圧 - 容積ループの関係
    1. 拡張末期圧（ 図3A）および解析ソフトウェアへの輸出の増加に先立って大動脈狭窄に対応した圧力と体積のチャンネル8から10の心周期を選択します。 5-6呼気終末ループ（ 図3C）を特定
    2. 収縮末期圧容積関係を計算します選択し、「収縮」の分析（ 図3B）、（ESPVR）
  5. IVC収縮時の測定圧 - 容積ループの関係
    1. くびれをIVCに対応した圧力と体積のチャンネルから8-10心周期を選択します（FIGUREの4A）および解析ソフトウェアへのエクスポート。 5-6呼気終末ループ（ 図4B）を特定
    2. 「収縮」分析プリロード補充可能なストローク作業を計算します（ 図3B）、（PRSW）（図4C）を選択し 、EDV（ 図4D）、ならびにESPVRと拡張末期圧容積関係対DT最大DP /（ 図4E）

結果

圧-容積ループの分析は、薬物研究16を受けて遺伝的に改変されたマウスを14,15またはマウスで心機能を測定するために用いることができます。代表的圧力容積ループは、β-アレスチン偏ったAT1Rリガンド、TRV120023の影響を調査する以前に発表された作品16から提供されています。 TRV120023 がインビボで心機能に影響を与えるかどうかを試験するために、圧力...

ディスカッション

我々は、心臓の収縮と弛緩の両方の総合的な分析を導出するために、マウスではコンダクタンスカテーテルを使用して、圧 - 容積ループ解析をperfomingする方法について説明します。菅、佐川らは、圧力-体積は、心臓の収縮の対策、特にESPVRの傾き、または収縮末期エラスタンス（E エス ）、およびE maxを定義するためにループを利用しました。ボリューム（P / vの）への圧力?...

開示事項

著者らは、開示することは何もありません。

謝辞

この作品は、アメリカ心臓協会14FTF20370058（DMA）およびNIH T32 HL007101-35（DMA）によってサポートされています。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
AnaSed (xylazine) Lloyd LaboratoriesNADA no. 139-236Anesthetic
Ketaset (ketamine)Pfizer440842Anesthetic
VIP3000Matrx Medical Inc.Anesthesia machine
VentilatorHarvard ApparatusModel 683Surgical Equipment
Tubing kitHarvard Apparatus72-1049Surgical Equipment
Homeothermic Blanket Kaz Inc.5628Surgical Equipment
Stereo microscopeCarl Zeiss Optical Inc.Stemi 2000Surgical Equipment
IlluminatorCole–Parmer41720Surgical Equipment
Dumont no. 55 Dumostar Forceps Fine Science Tools Inc11295-51Surgical Instruments
Graefe forceps, curved Fine Science Tools Inc11052-10Surgical Instruments
Moria MC31 forceps Fine Science Tools Inc11370-31Surgical Instruments
Mayo scissors Fine Science Tools Inc14512-15Surgical Instruments
Iris scissors Fine Science Tools Inc14041-10Surgical Instruments
Halsey needle holder Fine Science Tools Inc12501-13Surgical Instruments
Olsen–Hegar needle holder Fine Science Tools Inc12002-12Surgical Instruments
spring scissorsFine Science Tools Inc15610-08Surgical Instruments
disposable underpadsKendall/Tyco Healthcare1038Surgical Supplies
Sterile gauze sponges, sterile Dukal62208Surgical Supplies
Cotton-tipped applicators, sterile Solon368Surgical Supplies
Surgical suture,  silk, 6-0 DemeTECHFT-639-1Surgical Supplies
1 cc Insulin syringes Becton Dickenson329412Surgical Supplies
Access 9 Hemostasis ValveMerit Medical MAP111Hemodynamic equipment
SphygmomanometerBaumanometer320Hemodynamic equipment
Millar PV system MPVS-300/400 or MPVS Ultra (includes calibration cuvette)ADInstruments IncHemodynamic equipment
1.4F conductance catheter ADInstruments IncSPR-839Hemodynamic equipment
PowerLab 4/30 with Chart ProADInstruments Inc.ML866/PHemodynamic software
animal clipperWahl8787-450AMiscellaneous
Intradermic tubing PE-10Becton Dickenson427401Miscellaneous
Intradermic tubing PE-50Becton Dickenson427411Miscellaneous
Needle assortment (18, 25 and 30 gauge; Thomas Scientific)Miscellaneous
0.9% (wt/vol) sodium chloride injection, USP)HospiraNDC no. 0409-4888-50Miscellaneous
Surgical tapeMiscellaneous
Alconox (Alconox Inc.) for catheter cleaningADInstruments Inc.Miscellaneous

参考文献

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