Name: analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice
Uploaded: 2021-05-23T13:00:00
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Este trabajo fue apoyado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG; Clinician Scientist Program In Vascular Medicine (PRIME), MA 2186/14-1 a P. Tomsits y D. Schüttler), Centro Alemán de Investigación Cardiovascular (DZHK; 81X2600255 a S. Clauss), la Fundación Corona (S199/10079/2019 a S. Clauss), la ERA-NET sobre Enfermedades Cardiovasculares (ERA-CVD; 01KL1910 a S. Clauss), la Heinrich-and-Lotte-Mühlfenzl Stiftung (a S. Clauss) y el Consejo de Becas de China (CSC, a R. Xia). Los financiadores no tuvieron ningún papel en la preparación del manuscrito.

1. Preacuerdos
<ol><li>Inicie el software Ponemah 6.42 y confirme el nombre de usuario y el número de serie de la licencia de software en la siguiente pantalla haciendo clic en Continuar.</li>
	<li>Cargar el experimento que contiene el ECG de interés<ol><li>Si Ponemah se inicia por primera vez, tenga en cuenta que se abre el cuadro de diálogo Introducción de Ponemah , que ofrece tres opciones: 1) Crear experimento, 2) Cargar experimento, 3) Importar experimento.<ol><li>Seleccione <...

<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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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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El ECG de superficie es la principal herramienta de diagnóstico para pacientes que sufren trastornos del ritmo cardíaco, proporcionando información sobre muchos fenómenos electrofisiológicos. Sin embargo, un análisis suficiente de las patologías del ECG de superficie cardíaca requiere el conocimiento y la definición de los parámetros fisiológicos normales. Muchos años de investigación epidemiológica han llevado a un amplio consenso sobre lo que es fisiológico en humanos y, por lo tanto, han permitido a los...

Las arritmias cardíacas son comunes y afectan a millones de pacientes en todo el mundo1. El envejecimiento de la población muestra una incidencia creciente y, por lo tanto, una importante carga para la salud pública como resultado de las arritmias cardíacas y su morbilidad y mortalidad2. Las estrategias de tratamiento actuales son limitadas y a menudo se asocian con efectos secundarios significativos y siguen siendo ineficaces en muchos pacientes 3,4,5,6. Se necesitan urgentemente estrategias terapéuticas novedosas e innovadoras que se dirijan causalmente a los mecanismos de arritmia. Para estudiar la compleja fisiopatología de las arritmias, se necesitan modelos animales adecuados; Los ratones han demostrado ser una especie modelo ideal para evaluar el impacto genético sobre las arritmias, investigar mecanismos moleculares y celulares fundamentales e identificar posibles dianas terapéuticas 7,8,9. El registro continuo de ECG es un concepto bien establecido en la rutina clínica de detección de arritmias10.
Los dispositivos de telemetría implantables se encuentran entre las herramientas más poderosas disponibles para estudiar la electrofisiología en ratones, ya que permiten el registro continuo del ECG (un enfoque común es implantar los cables en una posición de plomo II) durante un período de varios meses en ratones despiertos que se mueven libremente11,12. Sin embargo, debido a la gran cantidad de puntos de datos (hasta más de 1 millón de complejos QRS por día) y el conocimiento limitado de los valores estándar murinos, el análisis de los datos de telemetría sigue siendo un desafío. Los transmisores de telemetría comúnmente disponibles para ratones duran hasta 3 meses, lo que lleva a la grabación de hasta 100 millones de complejos QRS. Esto significa que los protocolos de análisis pragmático son muy necesarios para reducir el tiempo dedicado a cada conjunto de datos individual y permitirán a los investigadores manejar e interpretar esta enorme cantidad de datos. Para obtener una señal de ECG limpia al grabar, la implantación del transmisor debe ser óptima: las posiciones de los conductores deben estar lo más separadas posible para permitir amplitudes de señal más altas.
El lector interesado puede ser referido a un protocolo de McCauley et al.12 para más información. Además, para minimizar el ruido, las jaulas y los transmisores deben colocarse en un ambiente silencioso no propenso a ninguna molestia, como un gabinete ventilado con factores ambientales controlados (temperatura, luz y humedad). Durante el período experimental, el posicionamiento del cable debe verificarse regularmente para evitar la pérdida de señal debido a la perforación del plomo o problemas de cicatrización de heridas. Fisiológicamente, existe una alteración circadiana en los parámetros del ECG tanto en roedores como en humanos, generando la necesidad de un enfoque estandarizado para obtener parámetros basales del ECG a partir de un registro continuo. En lugar de calcular los valores medios de los parámetros del ECG durante un período prolongado, se debe realizar un análisis de un ECG en reposo similar al de los seres humanos para obtener parámetros básicos como la frecuencia cardíaca en reposo, la duración de la onda P, el intervalo PR, la duración del QRS o el intervalo QT/QTc. En los seres humanos, un ECG en reposo se registra durante 10 s, a una frecuencia cardíaca normal de 50-100/min. Este ECG incluye de 8 a 17 complejos QRS. Se recomienda un análisis de 20 complejos QRS consecutivos en el ratón como "equivalente de ECG en reposo". Debido a la alteración circadiana mencionada anteriormente, un enfoque simple es analizar dos ECG en reposo por día, uno durante el día y otro durante la noche. Dependiendo del ciclo de encendido/apagado de la luz en la instalación animal, se seleccionan los horarios adecuados (por ejemplo, 12 AM/PM) y se obtienen los parámetros básicos.
A continuación, se utiliza un gráfico de frecuencia cardíaca a lo largo del tiempo para detectar taquicardias y bradicardias relevantes, con exploración manual consecutiva de estos episodios para obtener una primera impresión. Este gráfico de frecuencia cardíaca conduce a los parámetros importantes de frecuencia cardíaca máxima y mínima durante el período registrado, así como a la variabilidad de la frecuencia cardíaca a lo largo del tiempo. Después de eso, el conjunto de datos se analiza en busca de arritmias. Este artículo describe un enfoque paso a paso para obtener estos datos de ECG de referencia de registros de telemetría a largo plazo de ratones despiertos durante un período de registro de hasta tres meses. Además, describe cómo detectar arritmias utilizando el software, Ponemah versión 6.42, con sus módulos de análisis, ECG Pro y Data Insights, desarrollado por Data Sciences International (DSI). Esta versión es compatible con Windows 7 (SP1, 64 bits) y Windows 10 (64 bits).

<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

Las arritmias son comunes y afectan a millones de pacientes en todo el mundo. Las estrategias de tratamiento actuales se asocian con efectos secundarios significativos y siguen siendo ineficaces en muchos pacientes. Para mejorar la atención al paciente, se necesitan conceptos terapéuticos novedosos e innovadores dirigidos causalmente a los mecanismos de arritmia. Para estudiar la compleja fisiopatología de las arritmias, se necesitan modelos animales adecuados, y se ha demostrado que los ratones son especies modelo ideales para evaluar el impacto genético en las arritmias, investigar mecanismos moleculares y celulares fundamentales e identificar posibles objetivos terapéuticos.
Los dispositivos de telemetría implantables se encuentran entre las herramientas más poderosas disponibles para estudiar la electrofisiología en ratones, lo que permite el registro continuo de ECG durante un período de varios meses en ratones despiertos que se mueven libremente. Sin embargo, debido a la gran cantidad de puntos de datos (>1 millón de complejos QRS por día), el análisis de los datos de telemetría sigue siendo un desafío. Este artículo describe un enfoque paso a paso para analizar ECG y detectar arritmias en registros de telemetría a largo plazo utilizando el software, Ponemah, con sus módulos de análisis, ECG Pro y Data Insights, desarrollado por Data Sciences International (DSI). Para analizar los parámetros básicos del ECG, como la frecuencia cardíaca, la duración de la onda P, el intervalo PR, el intervalo QRS o la duración del QT, se realizó un análisis automatizado de atributos utilizando Ponemah para identificar las ondas P, Q y T dentro de ventanas ajustadas individualmente alrededor de las ondas R detectadas. 
Los resultados se revisaron manualmente, lo que permitió ajustar las anotaciones individuales. El resultado del análisis basado en atributos y el análisis de reconocimiento de patrones fue utilizado por el módulo Data Insights para detectar arritmias. Este módulo permite una detección automática de arritmias definidas individualmente dentro de la grabación, seguida de una revisión manual de los episodios de arritmia sospechados. El artículo discute brevemente los desafíos en el registro y la detección de señales de ECG, sugiere estrategias para mejorar la calidad de los datos y proporciona registros representativos de arritmias detectadas en ratones utilizando el enfoque descrito anteriormente.

El registro de ECG a largo plazo da como resultado enormes conjuntos de datos. Las opciones para análisis adicionales son múltiples y dependen del proyecto de investigación individual. Este protocolo proporciona una descripción de algunas lecturas muy básicas que pueden ser utilizadas por la mayoría de los investigadores, especialmente para experimentos de detección, por ejemplo, al caracterizar una línea de ratones transgénicos o al investigar los efectos de un tratamiento específico en un modelo de e...

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Analyzing Long-Term Electrocardiography Recordings to Detect Arrhythmias in Mice

Aquí presentamos un protocolo paso a paso para un enfoque semiautomatizado para analizar datos murinos de electrocardiografía a largo plazo (ECG) para parámetros básicos de ECG y arritmias comunes. Los datos se obtienen mediante transmisores de telemetría implantables en ratones vivos y despiertos y se analizan utilizando Ponemah y sus módulos de análisis.

Análisis de registros de electrocardiografía a largo plazo para detectar arritmias en ratones

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

El análisis de grandes conjuntos de datos de ECG, especialmente cuando se detecta cualquier arritmia, es muy desafiante y requiere mucha mano de obra. Nuestro enfoque semiautomatizado permite una detección mucho más rápida y conveniente de arritmias en ratones. Este enfoque semiautomatizado conduce a resultados más precisos.El procedimiento será demostrado por Aparna Chivukula, una estudiante de doctorado en mi laboratorio. Comience analizando los parámetros básicos del ECG. Haga clic en Configuración del asunto o Detalles del canal para seleccionar cualquiera de los parámetros derivados.A medida que los ratones siguen un ritmo circadiano, analice dos ECG en reposo por día. Uno durante el día y otro durante la noche para controlar los efectos circadianos, seleccionando los horarios adecuados en función del ciclo de encendido o apagado de la luz en el animalario. Seleccione una sección del ECG con buena calidad de señal y una frecuencia cardíaca estable en el gráfico de tendencia de frecuencia cardíaca dentro de un marco de tiempo razonable definido alrededor de este punto de tiempo.Confirme la precisión de las máscaras de validación o ajuste manualmente a 20 complejos QRS consecutivos y agregue las marcas de validación que faltan. Para más cálculos y visualizaciones, marque las líneas que contienen los valores de estos 20 complejos QRS consecutivos en la lista de parámetros derivados y cópiela en una hoja de cálculo o software de estadísticas. Abra información de datos haciendo clic en Experiment Data Insights y observe el panel de búsqueda en la parte superior.A continuación, muestre el panel Resultados. Observe el número de resultados de búsqueda que se muestran como un histograma en la parte inferior del panel. Dado que la frecuencia cardíaca normal de un ratón es de 500 a 724 latidos por minuto, defina una regla de búsqueda, bradicardia, para detectar bradicardia.Haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Haga clic con el botón derecho en el cuadro blanco y seleccione Agregar nueva cláusula. Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Bradycardia Single, como valor inferior a 500, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda. Como la bradicardia requiere más de un intervalo RR largo, defina una regla de búsqueda adicional bradicardia, para tener en cuenta esto. Haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda. Para confirmar la bradicardia y rechazar resultados falsos, revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda. Presione STRG más R para rechazar el resultado seleccionado, que luego desaparecerá de la lista.Para definir una regla de búsqueda para detectar taquicardia, haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Luego haga clic derecho dentro del cuadro blanco y seleccione Agregar nueva cláusula. Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Taquicardia única, como valor mayor que 724, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés a la izquierda. Como la taquicardia requiere más de un intervalo RR corto, defina una regla de búsqueda adicional, Taquicardia, para tener en cuenta esto, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista. Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda.Para confirmar la taquicardia y rechazar resultados falsos, revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda y use el atajo STRG más R para rechazar el resultado seleccionado. Para detectar bloqueos sinoauriculares y auriculoventriculares, haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Luego haga clic derecho dentro del panel blanco y seleccione Agregar nueva cláusula.Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Pausa, como valor mayor que 300, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista, aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés a la izquierda. Para confirmar una pausa, decida si la pausa es un bloqueo sinoauricular o atrio ventricular y rechace los resultados falsos. Revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda y presione STRG más R para rechazar el resultado seleccionado, que desaparecerá de la lista de resultados.Este enfoque permitió la detección de períodos de frecuencia cardíaca reducida, aumento de la conducción auriculoventricular y ventricular, así como repolarización alterada en ratones tratados con un nuevo fármaco. Además, el protocolo se utilizó para determinar el curso temporal de la aparición de arritmias en forma de rastros representados a ritmo sinusal normal, pausa sinusal, tres grados de bloqueo auriculoventricular y fibrilación auricular. Las lecturas finales son múltiples y dependen del diseño del estudio y del tema de investigación.En la fibrilación auricular, la carga total de enfermedad se ha establecido como un marcador pronóstico y podría calcularse a partir de los datos obtenidos con este protocolo.

Research

JoVE Journal

Medicine

Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue

Multi-electrodos Grabaciones variedad de epilepsia humana postoperatoria cortical del tejido

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

Investigación

Medicina

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

Largo Plazo La cateterización de la linfa intestinal Tronco y colección de linfa en cerdos neonatales

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

La colocación quirúrgica de catéteres de larga duración cardiovascular prueba de esfuerzo en los cerdos

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

A largo plazo de medida de la presión arterial en ratones con libertad de movimientos mediante telemetría

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

La confirmación de la isquemia miocárdica y reperfusión en ratones utilizando electrocardiografía de superficie del cojín

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

Grabación simultánea de electrocardiografía y sangre invasiva presión medida en ratas

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

Noninvasive Electrocardiography in the Perinatal Mouse

Electrocardiografía no invasiva en el ratón perinatal

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

Grabaciones de electrocardiograma en ratones anestesiados usando plomo II

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

Técnica para la obtención de células madre mesenquimales a partir de tejido adiposo y caracterización de fracciones vasculares estromales en criopreservación a largo plazo

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