Name: analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice
Uploaded: 2021-05-23T13:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto dalla German Research Foundation (DFG; Clinician Scientist Program In Vascular Medicine (PRIME), MA 2186/14-1 a P. Tomsits e D. Schüttler), Centro tedesco per la ricerca cardiovascolare (DZHK; 81X2600255 a S. Clauss), la Fondazione Corona (S199/10079/2019 a S. Clauss), l'ERA-NET sulle malattie cardiovascolari (ERA-CVD; 01KL1910 a S. Clauss), la Heinrich-and-Lotte-Mühlfenzl Stiftung (a S. Clauss) e il China Scholarship Council (CSC, a R. Xia). I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella preparazione dei manoscritti.

1. Predisposizioni
<ol><li>Avviare il software Ponemah 6.42 e confermare il nome utente e il numero di serie della licenza software nella schermata seguente facendo clic su Continua.</li>
	<li>Caricare l'esperimento contenente l'ECG di interesse<ol><li>Se Ponemah viene avviato per la prima volta, nota che si apre la finestra di dialogo Inizia a Ponemah , che offre tre opzioni: 1) Crea esperimento, 2) Carica esperimento, 3) Importa esperimento.<ol><li>Seleziona Carica esperiment...

<ol>
	<li>Camm, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+the+management+of+atrial+fibrillation:+the+Task+Force+for+the+Management+of+Atrial+Fibrillation+of+the+European+Society+of+Cardiology+(ESC).">Guidelines for the management of atrial fibrillation: the Task Force for the Management of Atrial Fibrillation of the European Society of Cardiology (ESC).</a> Europace. 12 (10), 1360-1420 (2010).</li><li>Chugh, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Worldwide+epidemiology+of+atrial+fibrillation:+a+Global+Burden+of+Disease+2010+Study.">Worldwide epidemiology of atrial fibrillation: a Global Burden of Disease 2010 Study.</a> Circulation. 129 (8), 837-847 (2014).</li><li>Dobrev, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+antiarrhythmic+drugs+for+treatment+of+atrial+fibrillation.">New antiarrhythmic drugs for treatment of atrial fibrillation.</a> Lancet. 375 (9721), 1212-1223 (2010).</li><li>January, C. 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L'ECG di superficie è lo strumento diagnostico primario per i pazienti affetti da disturbi del ritmo cardiaco, fornendo approfondimenti su molti fenomeni elettrofisiologici. Tuttavia, un'analisi sufficiente delle patologie ECG di superficie cardiaca richiede la conoscenza e la definizione dei normali parametri fisiologici. Molti anni di ricerca epidemiologica hanno portato ad un ampio consenso su ciò che è fisiologico negli esseri umani e quindi hanno permesso ai medici di tutto il mondo di distinguere chiaramente il ...

Le aritmie cardiache sono comuni e colpiscono milioni di pazienti in tutto il mondo1. L'invecchiamento della popolazione mostra un'incidenza crescente e quindi un grave onere per la salute pubblica derivante dalle aritmie cardiache e dalla loro morbilità e mortalità2. Le attuali strategie di trattamento sono limitate e spesso associate a effetti collaterali significativi e rimangono inefficaci in molti pazienti 3,4,5,6. Sono urgentemente necessarie strategie terapeutiche nuove e innovative che colpiscano causalmente i meccanismi dell'aritmia. Per studiare la complessa fisiopatologia delle aritmie, sono necessari modelli animali adatti; I topi hanno dimostrato di essere una specie modello ideale per valutare l'impatto genetico sulle aritmie, per studiare i meccanismi molecolari e cellulari fondamentali e per identificare potenziali bersagli terapeutici 7,8,9. La registrazione ECG continua è un concetto consolidato nella routine clinica di rilevamento delle aritmie10.
I dispositivi di telemetria impiantabili sono tra gli strumenti più potenti disponibili per studiare l'elettrofisiologia nei topi in quanto consentono la registrazione continua dell'ECG (un approccio comune è quello di impiantare gli elettrocateteri in una posizione di derivazione II) per un periodo di diversi mesi in topi svegli in movimento libero11,12. Tuttavia, a causa dell'enorme numero di punti dati (fino a oltre 1 milione di complessi QRS al giorno) e della limitata conoscenza dei valori standard murini, l'analisi dei dati di telemetria rimane impegnativa. I trasmettitori di telemetria comunemente disponibili per i topi durano fino a 3 mesi, portando alla registrazione di fino a 100 milioni di complessi QRS. Ciò significa che i protocolli di analisi pragmatica sono molto necessari per ridurre il tempo trascorso con ogni singolo set di dati e consentiranno ai ricercatori di gestire e interpretare questa enorme quantità di dati. Per ottenere un segnale ECG pulito al momento della registrazione, l'impianto del trasmettitore deve essere ottimale: le posizioni dei cavi devono essere il più distanti possibile per consentire ampiezze del segnale più elevate.
Il lettore interessato può essere rimandato a un protocollo di McCauley et al.12 per ulteriori informazioni. Inoltre, per ridurre al minimo il rumore, le gabbie e i trasmettitori devono essere collocati in un ambiente silenzioso non soggetto a disturbi, come un armadio ventilato con fattori ambientali controllati (temperatura, luce e umidità). Durante il periodo sperimentale, il posizionamento dei cavi deve essere controllato regolarmente per evitare la perdita di segnale dovuta alla perforazione del piombo o a problemi di guarigione delle ferite. Fisiologicamente, c'è un'alterazione circadiana dei parametri ECG nei roditori come negli esseri umani, generando la necessità di un approccio standardizzato per ottenere parametri ECG basali da una registrazione continua. Piuttosto che calcolare i valori medi dei parametri ECG su un lungo periodo, l'analisi di un ECG a riposo simile a quello nell'uomo dovrebbe essere eseguita per ottenere parametri di base come la frequenza cardiaca a riposo, la durata dell'onda P, l'intervallo PR, la durata QRS o l'intervallo QT / QTc. Nell'uomo, un ECG a riposo viene registrato su 10 s, ad una frequenza cardiaca normale di 50-100 / min. Questo ECG comprende da 8 a 17 complessi QRS. Un'analisi di 20 complessi QRS consecutivi è raccomandata nel topo come "equivalente ECG a riposo". A causa dell'alterazione circadiana sopra menzionata, un approccio semplice è quello di analizzare due ECG a riposo al giorno, uno di giorno e uno di notte. A seconda del ciclo di accensione/spegnimento della luce nella struttura per animali, vengono selezionati i tempi adatti (ad esempio, 12:00/PM) e vengono ottenuti i parametri di base.
Successivamente, un grafico della frequenza cardiaca nel tempo viene utilizzato per rilevare tachi e bradicardia rilevanti, con l'esplorazione manuale consecutiva di questi episodi per ottenere una prima impressione. Questo grafico della frequenza cardiaca porta quindi ai parametri importanti della frequenza cardiaca massima e minima nel periodo registrato e alla variabilità della frequenza cardiaca nel tempo. Successivamente, il set di dati viene analizzato per le aritmie. Questo articolo descrive un approccio passo-passo per ottenere questi dati ECG di base da registrazioni di telemetria a lungo termine di topi svegli per un periodo di registrazione fino a tre mesi. Inoltre, descrive come rilevare le aritmie utilizzando il software, Ponemah versione 6.42, con i suoi moduli di analisi, ECG Pro e Data Insights, sviluppati da Data Sciences International (DSI). Questa versione è compatibile con Windows 7 (SP1, 64 bit) e Windows 10 (64 bit).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ponemah Software</td>
			<td>Data Science international</td>
			<td></td>
			<td>ECG Analysis Software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice

Le aritmie sono comuni e colpiscono milioni di pazienti in tutto il mondo. Le attuali strategie di trattamento sono associate a effetti collaterali significativi e rimangono inefficaci in molti pazienti. Per migliorare la cura del paziente, sono necessari concetti terapeutici nuovi e innovativi che mirano causalmente ai meccanismi di aritmia. Per studiare la complessa fisiopatologia delle aritmie, sono necessari modelli animali adatti e i topi hanno dimostrato di essere specie modello ideali per valutare l'impatto genetico sulle aritmie, per studiare i meccanismi molecolari e cellulari fondamentali e per identificare potenziali bersagli terapeutici.
I dispositivi di telemetria impiantabili sono tra gli strumenti più potenti disponibili per studiare l'elettrofisiologia nei topi, consentendo la registrazione continua dell'ECG per un periodo di diversi mesi in topi svegli che si muovono liberamente. Tuttavia, a causa dell'enorme numero di punti dati (>1 milione di complessi QRS al giorno), l'analisi dei dati di telemetria rimane impegnativa. Questo articolo descrive un approccio passo-passo per analizzare gli ECG e rilevare le aritmie nelle registrazioni di telemetria a lungo termine utilizzando il software, Ponemah, con i suoi moduli di analisi, ECG Pro e Data Insights, sviluppato da Data Sciences International (DSI). Per analizzare i parametri ECG di base, come la frequenza cardiaca, la durata dell'onda P, l'intervallo PR, l'intervallo QRS o la durata QT, è stata eseguita un'analisi automatica degli attributi utilizzando Ponemah per identificare le onde P, Q e T all'interno di finestre regolate individualmente attorno alle onde R rilevate. 
I risultati sono stati quindi rivisti manualmente, consentendo la regolazione delle singole annotazioni. L'output dell'analisi basata sugli attributi e dell'analisi di riconoscimento dei pattern è stato quindi utilizzato dal modulo Data Insights per rilevare le aritmie. Questo modulo consente uno screening automatico delle aritmie definite individualmente all'interno della registrazione, seguito da una revisione manuale di sospetti episodi di aritmia. L'articolo discute brevemente le sfide nella registrazione e nel rilevamento dei segnali ECG, suggerisce strategie per migliorare la qualità dei dati e fornisce registrazioni rappresentative delle aritmie rilevate nei topi utilizzando l'approccio sopra descritto.

La registrazione di ECG a lungo termine si traduce in enormi set di dati. Le opzioni per ulteriori analisi sono molteplici e dipendono dal singolo progetto di ricerca. Questo protocollo fornisce una descrizione di alcune letture di base che possono essere utilizzate dalla maggior parte dei ricercatori, in particolare per esperimenti di screening, ad esempio, quando si caratterizza una linea di topi transgenici o quando si studiano gli effetti di un trattamento specifico in un modello di malattia. Un progetto pre...

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Analyzing Long-Term Electrocardiography Recordings to Detect Arrhythmias in Mice

Qui presentiamo un protocollo passo-passo per un approccio semiautomatico per analizzare i dati dell'elettrocardiografia a lungo termine (ECG) murina per i parametri ECG di base e le aritmie comuni. I dati sono ottenuti da trasmettitori di telemetria impiantabili in topi vivi e svegli e analizzati utilizzando Ponemah e i suoi moduli di analisi.

Analisi delle registrazioni elettrocardiografiche a lungo termine per rilevare le aritmie nei topi

Arrhythmias are common, affecting millions of patients worldwide. Current treatment strategies are associated with significant side effects and remain ...

L'analisi di grandi set di dati ECG, specialmente quando si esegue lo screening per qualsiasi aritmia, è molto impegnativa e laboriosa. Il nostro approccio semi-automatizzato consente uno screening molto più rapido e conveniente per le aritmie nei topi. Questo approccio semi-automatizzato porta a risultati più accurati.La procedura sarà dimostrata da Aparna Chivukula, uno studente di dottorato nel mio laboratorio. Inizia analizzando i parametri ECG di base. Fare clic su Impostazione soggetto o Dettagli canale per selezionare uno qualsiasi dei parametri derivati.Mentre i topi seguono un ritmo circadiano, analizza due ECG a riposo al giorno. Uno di giorno e uno di notte per controllare gli effetti circadiani, selezionando gli orari adatti a seconda del ciclo di accensione o spegnimento della luce nella struttura per animali. Selezionare una sezione dell'ECG con una buona qualità del segnale e una frequenza cardiaca stabile nel grafico dell'andamento della frequenza cardiaca entro un intervallo di tempo ragionevole definito intorno a questo punto temporale.Conferma l'accuratezza delle maschere di convalida o regola manualmente 20 complessi QRS consecutivi e aggiungi i segni di convalida mancanti. Per ulteriori calcoli e visualizzazioni, contrassegnare le linee contenenti i valori di questi 20 complessi QRS consecutivi nell'elenco dei parametri derivati e copiarle su un foglio di calcolo o un software di statistica. Apri le informazioni dettagliate sui dati facendo clic su Experiment Data Insights e osserva il pannello di ricerca in alto.Quindi visualizzate il pannello Risultati. Osservare il numero di risultati di ricerca visualizzati come istogramma nella parte inferiore del pannello. Dato che la frequenza cardiaca normale di un topo è compresa tra 500 e 724 battiti al minuto, definire una regola di ricerca, Bradicardia, per rilevare la bradicardia.Fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno della casella bianca e selezionare Aggiungi nuova clausola. Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Bradycardia Single, come valore inferiore a 500, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Poiché la bradicardia richiede più di un intervallo RR lungo, definire una regola di ricerca aggiuntiva Bradicardia, per tenere conto di questo. Fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Per confermare la bradicardia e rifiutare risultati falsi, rivedere manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda. Premere STRG più R per rifiutare il risultato selezionato, che scomparirà dall'elenco.Per definire una regola di ricerca per rilevare la tachicardia, fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Quindi fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno della casella bianca e selezionare Aggiungi nuova clausola. Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Tachicardia Singola, come valore maggiore di 724, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Poiché la tachicardia richiede più di un breve intervallo RR, definire una regola di ricerca aggiuntiva, Tachicardia, per tenere conto di questo, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco. Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra.Per confermare la tachicardia e rifiutare risultati falsi, rivedere manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda e utilizzare la scorciatoia STRG più R per rifiutare il risultato selezionato. Per rilevare i blocchi senoatriale e atrioventricolare, fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Quindi fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno del pannello bianco e selezionare Aggiungi nuova clausola.Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Pausa, come valore maggiore di 300 e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco applicare questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Per confermare una pausa, decidere se la pausa è un blocco senoatriale o atrio ventricolare e rifiutare risultati falsi. Esamina manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda e premi STRG più R per rifiutare il risultato selezionato, che scomparirà dall'elenco dei risultati.Questo approccio ha permesso di rilevare periodi di riduzione della frequenza cardiaca, aumento della conduzione atrioventricolare e ventricolare, nonché alterata ripolarizzazione nei topi trattati con un nuovo farmaco. Inoltre, il protocollo è stato utilizzato per determinare il decorso temporale dell'insorgenza dell'aritmia sotto forma di tracce rappresentate al normale ritmo sinusale, pausa sinusale, tre gradi di blocco atrioventricolare e fibrillazione atriale. Le letture finali sono molteplici e dipendono dal disegno dello studio e dall'argomento di ricerca.Nella fibrillazione atriale, il carico totale della malattia è stato stabilito come marcatore prognostico e potrebbe essere calcolato dai dati ottenuti con questo protocollo.

Research

JoVE Journal

Medicine

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