Name: optimization of transesophageal atrial pacing to assess atrial fibrillation susceptibility in mice
Uploaded: 2022-06-29T15:00:00
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La Figura 2 è stata creata con BioRender.com. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del National Heart, Lung, and Blood Institute presso il National Institutes of Health (HL096844 e HL133127); l'American Heart Association (2160035, 18SFRN34230125 e 903918 [MBM]); e il National Center for Advancing Translational Sciences del National Institute of Health (UL1 TR000445).

Questa procedura è stata approvata dal Vanderbilt Institutional Animal Care and Use Committee ed è coerente con la Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. Il protocollo è stato sviluppato utilizzando sia modelli murini genetici9 che10 (ad esempio, ipertensione) di suscettibilità alla fibrillazione atriale. L'operatore è stato cieco al fenotipo del topo in studio.
1. Selezione degli animali
<ol><li>Per i mod...

<ol>
	<li>Sumitomo, N., 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=Association+of+atrial+arrhythmia+and+sinus+node+dysfunction+in+patients+with+catecholaminergic+polymorphic+ventricular+tachycardia.">Association of atrial arrhythmia and sinus node dysfunction in patients with catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia.</a> Circulation Journal. 71 (10), 1606-1609 (2007).</li><li>Fukui, A., 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=Role+of+leptin+signaling+in+the+pathogenesis+of+angiotensin+II-mediated+atrial+fibrosis+and+fibrillation.">Role of leptin signaling in the pathogenesis of angiotensin II-mediated atrial fibrosis and fibrillation.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 6 (2), 402-409 (2013).</li><li>Schutter, 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=Animal+models+of+atrial+fibrillation.">Animal models of atrial fibrillation.</a> Circulation Research. 127 (1), 91-110 (2020).</li><li>Li, N., 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=Ryanodine+receptor-mediated+calcium+leak+drives+progressive+development+of+an+atrial+fibrillation+substrate+in+a+transgenic+mouse+model.">Ryanodine receptor-mediated calcium leak drives progressive development of an atrial fibrillation substrate in a transgenic mouse model.</a> Circulation. 129 (12), 1276-1285 (2014).</li><li>Wakimoto, 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=Induction+of+atrial+tachycardia+and+fibrillation+in+the+mouse+heart.">Induction of atrial tachycardia and fibrillation in the mouse heart.</a> Cardiovascular Research. 50 (3), 463-473 (2001).</li><li>Schrickel, J. W., 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=Induction+of+atrial+fibrillation+in+mice+by+rapid+transesophageal+atrial+pacing.">Induction of atrial fibrillation in mice by rapid transesophageal atrial pacing.</a> Basic Research in Cardiology. 97 (6), 452-460 (2002).</li><li>Verheule, 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=Increased+vulnerability+to+atrial+fibrillation+in+transgenic+mice+with+selective+atrial+fibrosis+caused+by+overexpression+of+TGF-beta1.">Increased vulnerability to atrial fibrillation in transgenic mice with selective atrial fibrosis caused by overexpression of TGF-beta1.</a> Circulation Research. 94 (11), 1458-1465 (2004).</li><li>Faggioni, 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=Suppression+of+spontaneous+ca+elevations+prevents+atrial+fibrillation+in+calsequestrin+2-null+hearts.">Suppression of spontaneous ca elevations prevents atrial fibrillation in calsequestrin 2-null hearts.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 7 (2), 313-320 (2014).</li><li>Murphy, M. B., 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=Optimizing+transesophageal+atrial+pacing+in+mice+to+detect+atrial+fibrillation.">Optimizing transesophageal atrial pacing in mice to detect atrial fibrillation.</a> American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 332 (1), 36-43 (2022).</li><li>Prinsen, J. K., 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=Highly+reactive+isolevuglandins+promote+atrial+fibrillation+caused+by+hypertension.">Highly reactive isolevuglandins promote atrial fibrillation caused by hypertension.</a> JACC: Basic to Translational Science. 5 (6), 602-615 (2020).</li><li>Aschar-Sobbi, R., 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=Increased+atrial+arrhythmia+susceptibility+induced+by+intense+endurance+exercise+in+mice+requires+TNF&#945;.">Increased atrial arrhythmia susceptibility induced by intense endurance exercise in mice requires TNF&#945;.</a> Nature Communications. 6, 6018 (2015).</li><li>Bruegmann, T., 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=Optogenetic+termination+of+atrial+fibrillation+in+mice.">Optogenetic termination of atrial fibrillation in mice.</a> Cardiovascular Research. 114 (5), 713-723 (2017).</li><li>Matsushita, N., 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=IL-1&#946;+plays+an+important+role+in+pressure+overload-induced+atrial+fibrillation+in+mice.">IL-1&#946; plays an important role in pressure overload-induced atrial fibrillation in mice.</a> Biological and Pharmaceutical Bulletin. 42 (4), 543-546 (2019).</li><li>Sato, 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=Cardiac+overexpression+of+perilipin+2+induces+atrial+steatosis,+connexin+43+remodeling,+and+atrial+fibrillation+in+aged+mice.">Cardiac overexpression of perilipin 2 induces atrial steatosis, connexin 43 remodeling, and atrial fibrillation in aged mice.</a> American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism. 317 (6), 1193-1204 (2019).</li><li>Li, N., Wehrens, X. H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmed+electrical+stimulation+in+mice.">Programmed electrical stimulation in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (39), e1730 (2010).</li><li>Yao, 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=Enhanced+cardiomyocyte+NLRP3+inflammasome+signaling+promotes+atrial+fibrillation.">Enhanced cardiomyocyte NLRP3 inflammasome signaling promotes atrial fibrillation.</a> Circulation. 138 (20), 2227-2242 (2018).</li><li>Purohit, A., 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=Oxidized+Ca2+/calmodulin-dependent+protein+kinase+II+triggers+atrial+fibrillation.">Oxidized Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II triggers atrial fibrillation.</a> Circulation. 128 (16), 1748-1757 (2013).</li><li>Jansen, H. 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=Atrial+fibrillation+in+aging+and+frail+mice.">Atrial fibrillation in aging and frail mice.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 14 (9), 01077 (2021).</li><li>Luo, T., 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=Characterization+of+atrial+histopathological+and+electrophysiological+changes+in+a+mouse+model+of+aging.">Characterization of atrial histopathological and electrophysiological changes in a mouse model of aging.</a> International Journal of Molecular Medicine. 31 (1), 138-146 (2013).</li><li>McCauley, M. 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=Ion+channel+and+structural+remodeling+in+obesity-mediated+atrial+fibrillation.">Ion channel and structural remodeling in obesity-mediated atrial fibrillation.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 13 (8), 00896 (2020).</li><li>Kato, 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=Spectral+analysis+of+heart+rate+variability+during+isoflurane+anesthesia.">Spectral analysis of heart rate variability during isoflurane anesthesia.</a> Anesthesiology. 77 (4), 669-674 (1992).</li><li>Schmeckpeper, 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=Abstract+11402:+Targeting+RyR2+to+suppress+ventricular+arrhythmias+and+improve+left+ventricular+function+in+chronic+ischemic+heart+disease.">Abstract 11402: Targeting RyR2 to suppress ventricular arrhythmias and improve left ventricular function in chronic ischemic heart disease.</a> Circulation. 144, 11402 (2021).</li><li>Kim, K., 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=Abstract+B-PO01-017:+RyR2+hyperactivity+promotes+susceptibility+to+ventricular+tachycardia+in+structural+heart+disease.">Abstract B-PO01-017: RyR2 hyperactivity promotes susceptibility to ventricular tachycardia in structural heart disease.</a> Heart Rhythm. 18, 57 (2021).</li></ol>

La stimolazione atriale transesofagea non solo consente studi seriali nello stesso animale, ma la sua durata è tipicamente più breve rispetto agli studi intracardiaci (~ 20 min), riducendo così al minimo l'uso di anestetico e i suoi effetti sui parametri elettrofisiologici. 
È fondamentale ottimizzare inizialmente i metodi per ogni singolo modello murino. L'invecchiamento aumenta l'inducibilità della fibrillazione atriale nei topi normali18,19<sup class=...

La fibrillazione atriale (FA) rappresenta un ultimo percorso comune per molteplici fattori di rischio acquisiti e genetici. Per gli studi che indagano i meccanismi fisiopatologici del substrato della fibrillazione atriale, i modelli murini sono vantaggiosi data la facilità di manipolazione genetica e il fatto che, in generale, riproducono la suscettibilità alla fibrillazione atriale osservata nell'uomo per diversi fenotipi clinici 1,2,3. Tuttavia, i topi raramente sviluppano AF4 spontanea, rendendo necessario l'uso di studi provocatori sulla stimolazione atriale.
La stimolazione elettrica programmata (PES) può essere eseguita per valutare l'elettrofisiologia atriale murina e la suscettibilità alla fibrillazione atriale utilizzando la stimolazione intracardiaca5 o transesofagea6. Mentre l'approccio transesofageo è particolarmente vantaggioso come procedura di sopravvivenza, il suo utilizzo è complicato dai numerosi protocolli sperimentali pubblicati 7,8 e dalle fonti di variabilità che possono ostacolare la riproducibilità9. Inoltre, i limitati confronti di protocollo segnalati rendono difficile la selezione di un protocollo di stimolazione appropriato.
L'attuale protocollo mira a utilizzare una strategia sistematica per sviluppare metodi di PES transesofagea specifici per valutare la suscettibilità alla fibrillazione atriale murina al fine di aumentare la riproducibilità. È importante sottolineare che vengono eseguiti studi pilota iniziali per ottimizzare il protocollo di stimolazione tenendo conto della variabilità dell'età, del sesso e della modalità di stimolazione, con una stimolazione progettata per ridurre al minimo la stimolazione parasimpatica involontaria che può confondere i risultati9.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>27 G ECG electrodes</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLA1204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-F octapolar electrode catheter</td>
			<td>NuMED</td>
			<td>CIBercath</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Activated carbon canister</td>
			<td>VetEquip</td>
			<td>931401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analysis software</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>LabChart v8.1.13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological amplifier</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>FE231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition hardware</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>PowerLab 26T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>MWI Veterinary</td>
			<td>NC1886507</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>DPIP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Piramal</td>
			<td>66794-017-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulator</td>
			<td>Bloom Associates</td>
			<td>DTU-210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulus Isolator</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>Model A365</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization of transesophageal atrial pacing to assess atrial fibrillation susceptibility in mice

Modelli murini di fattori di rischio genetici e acquisiti per la fibrillazione atriale (FA) si sono dimostrati preziosi nello studio dei determinanti molecolari della fibrillazione atriale. La stimolazione elettrica programmata può essere eseguita utilizzando la stimolazione atriale transesofagea come procedura di sopravvivenza, consentendo così test seriali nello stesso animale. Tuttavia, esistono numerosi protocolli di stimolazione, il che complica la riproducibilità. Il presente protocollo mira a fornire una strategia standardizzata per sviluppare parametri sperimentali specifici del modello per migliorare la riproducibilità tra gli studi. Vengono eseguiti studi preliminari per ottimizzare i metodi sperimentali per il modello specifico in esame, compresa l'età al momento dello studio, il sesso e i parametri del protocollo di stimolazione (ad esempio, modalità di stimolazione e definizione della suscettibilità alla fibrillazione atriale). È importante sottolineare che si presta attenzione ad evitare energie di stimolo elevate, in quanto ciò può causare la stimolazione del plesso gangliare con attivazione parasimpatica involontaria, manifestata da un blocco atrioventricolare (AV) esagerato durante la stimolazione e spesso associato all'induzione della fibrillazione atriale artifattuale. Gli animali che dimostrano questa complicanza devono essere esclusi dall'analisi.

Gli studi di stimolazione atriale transesofagea valutano le proprietà elettrofisiologiche dei linfonodi SA e AV determinando SNRT e AVERP, nonché la suscettibilità alla fibrillazione atriale6 (Figura 1). La registrazione ECG consente di misurare la durata dell'onda P, l'intervallo PR, la durata QRS e gli intervalli QT/QTc. La registrazione continua dell'ECG durante la stimolazione atriale rapida può fornire le seguenti misurazioni della vulnerabilità della fibril...

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Optimization of Transesophageal Atrial Pacing to Assess Atrial Fibrillation Susceptibility in Mice

Il presente protocollo descrive l'ottimizzazione dei parametri sperimentali quando si utilizza la stimolazione atriale transesofagea per valutare la suscettibilità alla fibrillazione atriale nei topi.

Ottimizzazione della stimolazione atriale transesofagea per valutare la suscettibilità alla fibrillazione atriale nei topi

Mouse models of genetic and acquired risk factors for atrial fibrillation (AF) have proven valuable in investigating the molecular determinants of AF. ...

La stimolazione elettrica programmata mediante stimolazione atriale transesofagea può determinare le proprietà elettrofisiologiche e la suscettibilità alla fibrillazione atriale nei topi. Qui abbiamo descritto una procedura standardizzata per lo sviluppo di protocolli in grado di ottimizzare la riproducibilità. L'approccio transesofageo per la stimolazione atriale è tipicamente una procedura di sopravvivenza, consentendo così test seriali nello stesso animale.Componenti importanti per lo sviluppo del protocollo includono studi iniziali su pallet per ottimizzare i parametri sperimentali per il modello in studio e l'identificazione delle aritmie causate dalla stimolazione parasimpatica indotta dalla stimolazione. Per i modelli genetici, sottoporre i topi a stimolazione atriale bisettimanale, a partire dalle otto settimane di età per determinare il periodo ottimale di suscettibilità alla fibrillazione atriale, studiare entrambi i sessi in quanto non si può sviluppare un fenotipo di fibrillazione atriale. Per i modelli acquisiti, condurre la stimolazione dopo che i topi hanno raggiunto la maturità fisica.Mentre la maturità è tipicamente raggiunta a 12 settimane, regolare l'età secondo necessità per i modelli sperimentali. Esegui sia la raffica che la stimolazione decrementale per determinare la modalità di stimolazione ottimale. Separare ogni procedura per un minimo di 24 ore.Analizza i dati utilizzando più definizioni di suscettibilità alla fibrillazione atriale. Utilizzare i parametri specifici del modello ottimizzato e la definizione della suscettibilità alla fibrillazione atriale per studi successivi su topi aggiuntivi. Dopo la perdita del riflesso del pedale, posizionare il topo anestetizzato in posizione supina su una piastra riscaldante progettata per mantenere la temperatura corporea a circa 37 gradi Celsius con gli arti posteriori fissati alla superficie del cuscinetto.Ottenere un elettrocatetere ECG di superficie mediante il posizionamento sottocutaneo di elettrodi ad ago ECG calibro 27 collegati a un amplificatore biologico e hardware di acquisizione dati negli arti anteriori con un elettrodo di terra nell'arto posteriore. Inserire un catetere elettrodo ottapolare francese collegato a uno stimolatore e un isolatore di stimolo nell'esofago. Inserire ad una profondità che approssimi la distanza dalla bocca appena sopra la cartilagine xifoide con il collo esteso.Inizia l'acquisizione dei dati con la registrazione continua dell'ECG utilizzando il software di analisi. Posizionare correttamente il catetere all'interno dell'esofago per consentire la cattura. Per fare ciò, applicare uno stimolo da 1,5 milliampere con una larghezza di impulso di due millisecondi a una lunghezza del ciclo leggermente inferiore alla lunghezza del ciclo sinusale.Posizionare con attenzione il catetere fino ad ottenere una cattura atriale coerente. Per determinare la soglia di cattura diastolica atriale, avviare la stimolazione a 1,5 milliampere con una larghezza di impulso di due millisecondi alla lunghezza del ciclo utilizzata per la cattura atriale. Diminuire l'ampiezza dello stimolo di incrementi di 0,05 milliampere fino alla perdita della cattura atriale con conseguente aumento fino alla cattura.Ottenere la soglia di stimolazione più bassa possibile per ridurre al minimo la stimolazione parasimpatica indotta dalla stimolazione involontaria. Regolare l'ampiezza dello stimolo al doppio della soglia. Misurare i parametri elettrofisiologici, tra cui il tempo di recupero del nodo del seno, la lunghezza del ciclo di Wenckebach e il periodo refrattario effettivo atrioventricolare prima della stimolazione atriale rapida per l'induzione della fibrillazione atriale.Eseguire il ritmo al doppio della soglia con una larghezza di impulso di due millisecondi utilizzando il ritmo a raffica a diverse lunghezze di ciclo o il ritmo decrementale come determinato dagli studi iniziali. Per il ritmo a raffica, andatura a una durata iniziale del ciclo di 50 millisecondi per 15 secondi, seguita da treni a lunghezze di ciclo di 40, 30, 25, 20 e 15 millisecondi. Per il ritmo decrementale, eseguire da tre a cinque treni e andare a una lunghezza del ciclo di 40 millisecondi che viene ridotta di due millisecondi ogni due secondi fino alla terminazione a 20 millisecondi.Terminare la procedura dopo 30 secondi di ritmo sinusale dopo l'ultimo treno di stimolazione o dopo un episodio di 10 minuti di AF, a seconda dell'evento che si verifica per primo. Rimuovere delicatamente il catetere e gli elettrodi ECG. In caso di test seriali, attendere un minimo di 24 ore prima di ripetere la procedura di stimolazione.La registrazione ECG ha consentito misurazioni della durata dell'onda P, dell'intervallo PR, della durata QRS e degli intervalli QT e QTC. La registrazione continua dell'ECG durante la stimolazione atriale rapida ha fornito una registrazione di ogni episodio di fibrillazione atriale indotta durante lo studio. Da questi dati, sono stati registrati la durata cumulativa e media degli episodi e il numero di episodi di fibrillazione atriale sostenuti.Episodi di eccessivo blocco atrioventricolare durante la stimolazione indicano periodi di stimolazione parasimpatica indotta dalla stimolazione, a significare che qualsiasi FA associata era un artefatto di questo fenomeno piuttosto che la fisiopatologia del modello stesso. Ciò è stato causato dalla stimolazione involontaria del plesso gangliare situato nell'atrio posteriore sinistro, con conseguente attivazione parasimpatica. Questo tipo di induzione dell'aritmia aumenta l'incidenza di FA nei topi di controllo e causa una maggiore variabilità dell'aritmia all'interno di un gruppo sperimentale.Date queste caratteristiche contaminanti, gli animali che soffrono di fibrillazione atriale in queste condizioni devono essere esclusi dall'analisi. Quando si utilizza questa strategia sperimentale, gli studi pilota iniziali e il riconoscimento della stimolazione parasimpatica che causa l'induzione involontaria della fibrillazione atriale sono particolarmente importanti per l'ottimizzazione del protocollo e la riproducibilità dello studio.

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