Name: analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice
Uploaded: 2021-05-23T13:00:00
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この研究は、ドイツ研究財団(DFG;血管医学の臨床医科学者プログラム(PRIME)、MA 2186 / 14-1からP.トムシッツとD.シュットラー)、ドイツ心臓血管研究センター(DZHK、81X2600255からS.クラウス)、コロナ財団(S199/10079/2019からS.クラウス)、心血管疾患に関するERA-NET(ERA-CVD、01KL1910からS.クラウス)、ハインリッヒアンドロッテミュールフェンツル財団(S.クラウス)、中国奨学金評議会(CSC、R.Xiaへ)。資金提供者は原稿の準備に何の役割も果たしていませんでした。

1. 事前手配
<ol><li>Ponemah 6.42ソフトウェアを起動し、[ 続行]をクリックして、次の画面でソフトウェアライセンスのユーザー名とシリアル番号を確認します。</li>
	<li>目的のECGを含む実験をロードする<ol><li>Ponemah を初めて起動する場合は、[ Ponemah はじめに ] ダイアログが開き、1) 実験の作成、2) 実験の読み込み、3) 実験のインポートの 3 つのオプションが表示されま...

<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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C., 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=Unlock+the+information+in+your+data:+Software+to+find,+classify,+and+report+on+data+patterns+and+arrhythmias.">Unlock the information in your data: Software to find, classify, and report on data patterns and arrhythmias.</a> Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 81, 99-106 (2016).</li><li>Hulsmans, M., 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=Macrophages+facilitate+electrical+conduction+in+the+heart.">Macrophages facilitate electrical conduction in the heart.</a> Cell. 169 (3), 510-522 (2017).</li><li>Boukens, B. 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=Misinterpretation+of+the+mouse+ECG:+'musing+the+waves+of+Mus+musculus.">Misinterpretation of the mouse ECG: 'musing the waves of Mus musculus.</a> Journal of Physiology. 592 (21), 4613-4626 (2014).</li><li>Wehrens, X. H., 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=Mouse+electrocardiography:+an+interval+of+thirty+years.">Mouse electrocardiography: an interval of thirty years.</a> Cardiovascular Research. 45 (1), 231-237 (2000).</li><li>Goldbarg, A. 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表面ECGは、心調律障害に苦しむ患者のための主要な診断ツールであり、多くの電気生理学的現象への洞察を提供します。それにもかかわらず、心臓表面ECG病理の十分な分析には、正常な生理学的パラメータの知識と定義が必要です。長年の疫学研究により、ヒトの生理学的なものについて幅広い合意が得られ、世界中の医師が病理を明確に区別できるようになりました。ただし、表面ECGデー?...

心不整脈は一般的であり、世界中の何百万人もの患者に影響を及ぼしています1。人口の高齢化は発生率の増加を示しており、したがって心不整脈とその罹患率および死亡率に起因する主要な公衆衛生上の負担を示しています2。現在の治療戦略は限られており、しばしば重大な副作用と関連しており、多くの患者では効果がないままです3、4、5、6。不整脈のメカニズムを因果的に標的とする新規かつ革新的な治療戦略が緊急に必要とされています。不整脈の複雑な病態生理学を研究するには、適切な動物モデルが必要です。マウスは、不整脈に対する遺伝的影響を評価し、基本的な分子および細胞メカニズムを調査し、潜在的な治療標的を特定するための理想的なモデル種であることが証明されています7、8、9。連続ECG記録は、不整脈検出の臨床ルーチンにおいて確立された概念です10。
埋め込み型遠隔測定装置は、自由に動く覚醒マウスにおいて数ヶ月間にわたってECGの連続記録を可能にするため、マウスの電気生理学を研究するために利用可能な最も強力なツールの1つです(一般的なアプローチは、リードをリードII位置に埋め込むことです)11,12。しかし、膨大な数のデータポイント(1日あたり最大100万以上のQRS複合体)とマウスの標準値に関する知識が限られているため、テレメトリデータの分析は依然として困難です。マウス用に一般的に入手可能なテレメトリトランスミッターは最大3か月持続し、最大1億個のQRS複合体の記録につながります。これは、個々のデータセットに費やす時間を短縮するために実用的な分析プロトコルが非常に必要であり、研究者がこの膨大な量のデータを処理および解釈できるようにすることを意味します。記録時にクリーンなECG信号を得るには、トランスミッタの埋め込みを最適化する必要があります-より高い信号振幅を可能にするために、リード位置はできるだけ離れている必要があります。
関心のある読者は、より多くの情報を得るためにMcCauleyらによるプロトコルを参照され得る12 。さらに、騒音を最小限に抑えるために、ケージと送信機は、環境要因(温度、光、湿度)が制御された換気キャビネットなど、妨害を受けにくい静かな環境に配置する必要があります。実験期間中は、リードの穿孔や創傷治癒の問題による信号の損失を避けるために、リードの位置を定期的にチェックする必要があります。生理学的には、ヒトと同様にげっ歯類のECGパラメータには概日変化があり、連続記録からベースラインECGパラメータを取得するための標準化されたアプローチの必要性が生じています。長期間にわたるECGパラメータの平均値を計算するのではなく、安静時心拍数、P波持続時間、PR間隔、QRS期間、QT/QTc間隔などの基本的なパラメータを得るために、ヒトと同様の安静時ECGの解析を行う必要があります。ヒトでは、安静時ECGは、50〜100 / minの通常の心拍数で10秒以上記録されます。このECGには、8〜17個のQRS複合体が含まれています。20個の連続したQRS複合体の分析は、「安静時ECG等価」としてマウスで推奨されます。上記の概日変化のため、簡単なアプローチは、昼間と夜間に1つずつ、1日あたり2つの安静時ECGを分析することです。動物施設のライトオン/オフサイクルに応じて、適切な時間(午前12時/ PMなど)が選択され、基本的なパラメータが得られます。
次に、経時的な心拍数プロットを使用して、関連する頻脈と徐脈を検出し、これらのエピソードを連続して手動で調査して第一印象を取得します。この心拍数プロットは、記録された期間の最大心拍数と最小心拍数、および時間の経過に伴う心拍数の変動の重要なパラメータにつながります。その後、データセットは不整脈について分析されます。この記事では、最大3か月の記録期間にわたる覚醒マウスの長期テレメトリ記録からこれらのベースラインECGデータを取得するための段階的なアプローチについて説明します。さらに、データサイエンスインターナショナル(DSI)が開発した分析モジュールであるECG ProおよびData Insightsを備えたソフトウェアPonemahバージョン6.42を使用して不整脈を検出する方法について説明します。このバージョンは、Windows 7(SP1、64ビット)とWindows 10(64ビット)の両方と互換性があります。

<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

不整脈は一般的であり、世界中の何百万人もの患者に影響を及ぼしています。現在の治療戦略は重大な副作用と関連しており、多くの患者では効果がありません。患者ケアを改善するためには、不整脈メカニズムを因果的に標的とする斬新で革新的な治療概念が必要です。不整脈の複雑な病態生理を研究するためには、適切な動物モデルが必要であり、マウスは不整脈に対する遺伝的影響を評価し、基本的な分子および細胞メカニズムを調査し、潜在的な治療標的を特定するための理想的なモデル種であることが証明されています。
埋め込み型テレメトリデバイスは、マウスの電気生理学を研究するために利用できる最も強力なツールの1つであり、自由に動く覚醒マウスで数か月にわたって継続的なECG記録を可能にします。ただし、膨大な数のデータポイント(1日あたり>100万のQRS複合体)のため、テレメトリデータの分析は依然として困難です。この記事では、データサイエンスインターナショナル(DSI)が開発した分析モジュールであるECG ProおよびData Insightsを備えたソフトウェアPonemahを使用して、ECGを分析し、長期テレメトリ記録の不整脈を検出するための段階的なアプローチについて説明します。心拍数、P波持続時間、PR間隔、QRS間隔、QT持続時間などの基本的なECGパラメータを分析するために、Ponemahを使用して自動属性分析を実行し、検出されたR波の周囲の個別に調整されたウィンドウ内のP、Q、およびT波を特定しました。 
その後、結果は手動でレビューされ、個々の注釈を調整できました。属性ベースの分析とパターン認識分析の出力は、不整脈を検出するためにデータインサイトモジュールによって使用されました。このモジュールでは、録音内で個別に定義された不整脈の自動スクリーニングと、それに続く不整脈の疑いのあるエピソードの手動レビューが可能になります。この記事では、ECG信号の記録と検出における課題について簡単に説明し、データ品質を改善するための戦略を提案し、上記のアプローチを使用してマウスで検出された不整脈の代表的な記録を提供します。

長期のECGを記録すると、膨大なデータセットが得られます。さらなる分析の選択肢は多様であり、個々の研究プロジェクトによって異なります。このプロトコルは、ほとんどの研究者が、特にトランスジェニックマウス株を特徴付ける ときや、疾患モデルにおける特定の治療の効果を調査するときなど、スクリーニング実験に使用できるいくつかの非常に基本的な読み出しの説明を提...

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Analyzing Long-Term Electrocardiography Recordings to Detect Arrhythmias in Mice

ここでは、基本的なECGパラメーターと一般的な不整脈についてマウスの長期心電図(ECG)データを分析するための半自動アプローチのステップバイステップのプロトコルを紹介します。データは、生きているマウスと覚醒しているマウスの埋め込み型テレメトリ送信機によって取得され、Ponemahとその分析モジュールを使用して分析されます。

マウスの不整脈を検出するための長期心電図記録の分析

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

大規模なECGデータセットの分析は、特に不整脈をスクリーニングする場合、非常に困難で労働集約的です。私たちの半自動化されたアプローチは、マウスの不整脈のはるかに速く、より便利なスクリーニングを可能にします。この半自動化されたアプローチは、より正確な結果につながります。手順は、私の研究室の博士課程の学生であるAparna Chivukulaによってデモンストレーションされます。基本的なECGパラメータを分析することから始めます。「サブジェクト設定」または「チャンネルの詳細」をクリックして、派生パラメータのいずれかを選択します。マウスが概日リズムに従うので、1日あたり2回の安静時ECGを分析します。昼間と夜間に1つずつ概日効果を制御し、動物施設のライトオンまたはオフサイクルに応じて適切な時間を選択します。この時点の周りの定義された合理的な時間枠内の心拍数傾向グラフで、良好な信号品質と安定した心拍数を持つECGのセクションを選択します。検証マスクの精度を確認するか、20の連続したQRS複合体に手動で調整し、欠落している検証マークを追加します。さらに計算と視覚化を行うには、派生パラメータリストでこれらの20個の連続するQRS複合体の値を含む行をマークし、スプレッドシートまたは統計ソフトウェアにコピーします。[実験データ分析情報] をクリックしてデータ インサイトを開き、上部の検索パネルを確認します。次に、[結果] パネルを表示します。パネルの下部にヒストグラムとして表示される検索ヒットの数を確認します。マウスの通常の心拍数が毎分500〜724拍であることを考えると、徐脈を検出するための検索ルール徐脈を定義します。検索リスト内を右クリックし、[新しい検索の作成] を選択して検索エントリ ダイアログを開きます。白いボックス内を右クリックし、[新しい句の追加] を選択します。ドロップダウンメニューとテキストフィールドを使用して、検索ルールBradycardia Singleを500未満の値として定義し、[OK]をクリックしてこの検索ルールをリストに追加します。この検索ルールをクリックして、左側の目的のチャネルにドラッグします。徐脈は複数の長いRR間隔を必要とするため、これを考慮して、追加の検索ルール徐脈を定義します。[OK] をクリックして、この検索ルールをリストに追加します。この検索ルールをクリックして、左側の目的のチャネルにドラッグします。徐脈を確認し、誤った結果を拒否するには、波形を左クリックして各結果を手動で確認します。STRGとRを押して選択した結果を拒否すると、リストから消えます。頻脈を検出する検索ルールを定義するには、検索リスト内を右クリックし、[新しい検索の作成]を選択して検索エントリダイアログを開きます。次に、白いボックス内を右クリックして、[新しい句の追加]を選択します。ドロップダウンメニューとテキストフィールドを使用して、検索ルールTachycardia Singleを724より大きい値として定義し、[OK]をクリックしてこの検索ルールをリストに追加します。この検索ルールを適用するには、検索ルールをクリックして、左側の目的のチャネルにドラッグします。頻脈には複数の短いRR間隔が必要なため、これを考慮して追加の検索ルールである頻脈を定義し、[OK]をクリックしてこの検索ルールをリストに追加します。この検索ルールをクリックして、左側の目的のチャネルにドラッグします。頻脈を確認し、誤った結果を拒否するには、波形を左クリックして各結果を手動で確認し、ショートカットSTRGとRを使用して選択した結果を拒否します。洞房ブロックと房室ブロックを検出するには、検索リスト内を右クリックし、[新しい検索の作成]を選択して検索エントリダイアログを開きます。次に、白いパネル内を右クリックして、[新しい句の追加]を選択します。ドロップダウンメニューとテキストフィールドを使用して、検索ルール「一時停止」を300より大きい値として定義し、[OK]をクリックしてこの検索ルールをリストに追加し、この検索ルールをクリックして左側の関心のあるチャネルにドラッグします。一時停止を確認するには、一時停止が洞房ブロックか房室ブロックかを判断し、誤った結果を拒否します。波形を左クリックして各結果を手動で確認し、STRGとRを押して選択した結果をリジェクトすると、結果リストから消えます。このアプローチにより、新薬で治療されたマウスにおける心拍数の低下、房室および心室伝導の増加、ならびに再分極の変化の期間の検出が可能になりました。さらに、プロトコルを使用して、正常な洞調律、洞休止、3度の房室ブロック、および心房細動で表される痕跡の形で不整脈発生の時間経過を決定しました。最終的な読み出しは多様であり、研究デザインと研究トピックによって異なります。心房細動では、総疾患負荷が予後マーカーとして確立されており、このプロトコルで得られたデータから計算できます。

Research

JoVE Journal

Medicine

Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue

人間のてんかん術後皮質組織の多電極アレイ録音

Epilepsy, affecting about 1% of the population, comprises a group of neurological disorders characterized by the periodic occurrence of seizures, which ...

Long-Term Catheterization of the Intestinal Lymph Trunk and Collection of Lymph in Neonatal Pigs

新生豚のリンパ節の腸リンパトランクやコレクションの長期カテーテル法

Catheterization of the intestinal lymph trunk in neonatal pigs is a technique allowing for the long-term collection of large quantities of intestinal ...

Surgical Placement of Catheters for Long-term Cardiovascular Exercise Testing in Swine

豚の長期心血管運動テストのためのカテーテルの外科的配置

This protocol describes the surgical procedure to chronically instrument swine and the procedure to exercise swine on a motor-driven treadmill. Early ...

Long-term Blood Pressure Measurement in Freely Moving Mice Using Telemetry

テレメトリを使用して自由に動くマウスにおける長期血圧測定

During the development of new vasoactive agents, arterial blood pressure monitoring is crucial for evaluating the efficacy of the new proposed drugs. ...

Confirmation of Myocardial Ischemia and Reperfusion Injury in Mice Using Surface Pad Electrocardiography

表面パッド心電図を使用したマウスにおける心筋虚血および再灌流障害の確認

Many animal models have been established for the study of myocardial remodeling and heart failure due to its status as the number one cause of mortality ...

Simultaneous Electrocardiography Recording and Invasive Blood Pressure Measurement in Rats

心電図の同時記録と侵襲的血圧ラットにおける測定

For studies related to cardiovascular physiology or pathophysiology, blood pressure (BP) and electrocardiography are basic observational parameters. ...

Noninvasive Electrocardiography in the Perinatal Mouse

周産期マウスにおける非侵襲性心電図

Electrocardiography (ECG) has long been relied upon as an effective and reliable method of assessing cardiovascular (and cardiopulmonary) function in both ...

Electrocardiogram Recordings in Anesthetized Mice using Lead II

リードIIを用いた麻酔マウスの心電図記録

The electrocardiogram is a valuable tool for evaluating the cardiac conduction system. Animal research has helped generate novel genetic and ...

Technique for Obtaining Mesenchymal Stem Cell from Adipose Tissue and Stromal Vascular Fraction Characterization in Long-Term Cryopreservation

脂肪組織から間葉系幹細胞を得る技術および長期凍結保存における間質血管画分のキャラクタリゼーション

Human mesenchymal stem cells derived from adipose tissue have become increasingly attractive as they show appropriate features and are an accessible ...