Name: 著者スポットライト:心臓血管研究における圧力-体積ループ測定法の利点
Uploaded: 2024-01-12T13:25:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advantages of Pressure-Volume Loop Measurement Method in Cardiovascular Research at JoVE.com

この研究は、四川省重点研究開発プロジェクト(2022YFS043)と成都中医薬大学青年基金振興人材特別プロジェクト(QJJJ2022029)の支援を受けました。

動物プロトコルは、成都中医薬大学実験動物福祉倫理委員会によってレビューされ、承認されました(記録番号2023-04)。本研究では、雄のSprague Dawley(SD)ラット(280±〜20g、8〜10週齢)を使用しました。ネズミは動物室で飼育され、自由に飲んだり食べたりすることができました。
1. 溶液調製
<ol><li>作業エリアを十分に湿らせておくために使用する0.9%NaCl溶液を準?...

圧力-体積コンダクタンス法によるラットの心機能のモニタリング

<ol>
	<li>Zaman, R., Epelman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resident+cardiac+macrophages:+Heterogeneity+and+function+in+health+and+disease.">Resident cardiac macrophages: Heterogeneity and function in health and disease.</a> Immunity. 55 (9), 1549-1563 (2022).</li><li>Schefold, J. C., Filippatos, G., Hasenfuss, G., Anker, S. D., von Haehling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heart+failure+and+kidney+dysfunction:+epidemiology,+mechanisms+and+management.">Heart failure and kidney dysfunction: epidemiology, mechanisms and management.</a> Nat Rev Nephrol. 12 (10), 610-623 (2016).</li><li>Medert, R., Bacmeister, L., Segin, S., Freichel, M., Camacho Londo&#241;o, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+response+to+&#946;-adrenergic+stimulation+determined+by+pressure-volume+loop+analysis.">Cardiac response to &#946;-adrenergic stimulation determined by pressure-volume loop analysis.</a> J Vis Exp. (171), e62057 (2021).</li><li>Hieda, M., Goto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+mechanoenergetics+in+patients+with+acute+myocardial+infarction:+From+pressure-volume+loop+diagram+related+to+cardiac+oxygen+consumption.">Cardiac mechanoenergetics in patients with acute myocardial infarction: From pressure-volume loop diagram related to cardiac oxygen consumption.</a> Heart Fail Clin. 16 (3), 255-269 (2020).</li><li>Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., B&#225;tkai, S., Kass, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+cardiac+function+using+pressure-volume+conductance+catheter+technique+in+mice+and+rats.">Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats.</a> Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).</li><li>Ziegler, T., Laugwitz, K. L., Kupatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Left+ventricular+pressure+volume+loop+measurements+using+conductance+catheters+to+assess+myocardial+function+in+mice.">Left ventricular pressure volume loop measurements using conductance catheters to assess myocardial function in mice.</a> Methods Mol Biol. 2158, 33-41 (2021).</li><li>Rosch, 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=Characteristics+of+heart+failure+with+preserved+ejection+fraction+across+the+range+of+left+ventricular+ejection+fraction.">Characteristics of heart failure with preserved ejection fraction across the range of left ventricular ejection fraction.</a> Circulation. 146 (7), 506-518 (2022).</li><li>Meyers, T. A., Townsend, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+right+ventricular+fibrosis+and+reduction+in+biventricular+cardiac+reserve+in+the+dystrophin-deficient+mdx+heart.">Early right ventricular fibrosis and reduction in biventricular cardiac reserve in the dystrophin-deficient mdx heart.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308 (4), H303-H315 (2015).</li><li>Alaerts, G., 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=Exploratory+analysis+of+chromatographic+fingerprints+to+distinguish+rhizoma+Chuanxiong+and+rhizoma+Ligustici.">Exploratory analysis of chromatographic fingerprints to distinguish rhizoma Chuanxiong and rhizoma Ligustici.</a> J Chromatogr A. 1217 (49), 7706-7716 (2010).</li><li>Serreli, G., 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=Ferulic+acid+derivatives+and+Avenanthramides+modulate+endothelial+function+through+maintenance+of+nitric+oxide+balance+in+HUVEC+cells.">Ferulic acid derivatives and Avenanthramides modulate endothelial function through maintenance of nitric oxide balance in HUVEC cells.</a> Nutrients. 13 (6), 2026 (2021).</li><li>Li, 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=Ferulic+acid:+A+review+of+its+pharmacology,+pharmacokinetics+and+derivatives.">Ferulic acid: A review of its pharmacology, pharmacokinetics and derivatives.</a> Life Sci. 284, 119921 (2021).</li><li>Monceaux, 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=Ferulic+acid,+Pterostilbene,+and+Tyrosol+protect+the+heart+from+ER-stress-induced+injury+by+activating+SIRT1-dependent+deacetylation+of+eIF2&#945;.">Ferulic acid, Pterostilbene, and Tyrosol protect the heart from ER-stress-induced injury by activating SIRT1-dependent deacetylation of eIF2&#945;.</a> Int J Mol Sci. 23 (12), 6628 (2022).</li><li>Liu, Z., 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=N-terminal+truncated+peroxisome+proliferator-activated+receptor-&#947;+coactivator-1&#945;+alleviates+phenylephrine-induced+mitochondrial+dysfunction+and+decreases+lipid+droplet+accumulation+in+neonatal+rat+cardiomyocytes.">N-terminal truncated peroxisome proliferator-activated receptor-&#947; coactivator-1&#945; alleviates phenylephrine-induced mitochondrial dysfunction and decreases lipid droplet accumulation in neonatal rat cardiomyocytes.</a> Mol Med Rep. 18 (2), 2142-2152 (2018).</li><li>Sun, Y., 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=Shuangxinfang+prevents+S100A9-induced+macrophage/microglial+inflammation+to+improve+cardiac+function+and+depression-like+behavior+in+rats+after+acute+myocardial+infarction.">Shuangxinfang prevents S100A9-induced macrophage/microglial inflammation to improve cardiac function and depression-like behavior in rats after acute myocardial infarction.</a> Front Pharmacol. 13, 832590 (2022).</li><li>Panneerselvam, L., 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=Ferulic+acid+attenuates+arsenic-induced+cardiotoxicity+in+rats.">Ferulic acid attenuates arsenic-induced cardiotoxicity in rats.</a> Biotechnol Appl Biochem. 67 (2), 186-195 (2020).</li><li>Hsueh, 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=Cardiogenic+control+of+affective+behavioural+state.">Cardiogenic control of affective behavioural state.</a> Nature. 615 (7951), 292-299 (2023).</li><li>Townsend, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+pressure+volume+loops+in+the+mouse.">Measuring pressure volume loops in the mouse.</a> J Vis Exp. (111), e53810 (2016).</li><li>Bastos, 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=Invasive+left+ventricle+pressure-volume+analysis:+overview+and+practical+clinical+implications.">Invasive left ventricle pressure-volume analysis: overview and practical clinical implications.</a> Eur Heart J. 41 (12), 1286-1297 (2020).</li><li>Wang, L. Y., 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=Effects+of+ferulic+acid+on+antioxidant+activity+in+Angelicae+Sinensis+Radix,+Chuanxiong+Rhizoma,+and+their+combination.">Effects of ferulic acid on antioxidant activity in Angelicae Sinensis Radix, Chuanxiong Rhizoma, and their combination.</a> Chin J Nat Med. 13 (6), 401-408 (2015).</li><li>Liu, Z., 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=Ferulic+acid+increases+intestinal+Lactobacillus+and+improves+cardiac+function+in+TAC+mice.">Ferulic acid increases intestinal Lactobacillus and improves cardiac function in TAC mice.</a> Biomed Pharmacother. 120, 109482 (2019).</li><li>Baan, 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=Continuous+measurement+of+left+ventricular+volume+in+animals+and+humans+by+conductance+catheter.">Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter.</a> Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).</li><li>Dam Lyhne, 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=Effects+of+mechanical+ventilation+versus+apnea+on+bi-ventricular+pressure-volume+loop+recording.">Effects of mechanical ventilation versus apnea on bi-ventricular pressure-volume loop recording.</a> Physiol Res. 71 (1), 103-111 (2022).</li></ol>

心機能のさまざまな状態に対して合理的な投与戦略を採用することが不可欠です。.圧力-体積コンダクタンスカテーテル法は、左心室機能を研究するための最も直感的な方法です5。この方法により、薬物が心機能に及ぼす影響を総合的に研究することができます。実験のさまざまな段階を詳細に説明します。これは、心臓機能の研究のためのいくつかの施設を提供します。<...

心血管疾患は世界で最も死亡率が高い1.その原因としては、冠動脈狭窄症(心筋虚血)、冠動脈閉塞(心筋梗塞)、虚血再灌流障害などがある2。心臓は収縮期と拡張期のサイクルが一定であるため、体の中で最もエネルギーを必要とする部分の1つです。そのため、冠動脈が十分なエネルギーや酸素を維持することが困難になると、必然的に心機能が低下し、他の臓器に悪影響を及ぼします3,4。心臓は循環器系の原動力であり、心機能は合理的に評価する必要があります。
心室圧と容積の関係による心機能の評価は、包括的な方法であると考えられています5。心周期全体における心室圧と容積のリアルタイムの変化は、圧力-容積ループを構成します。心室の圧力容積ループは、心室のさまざまな段階とエネルギーの観点から、心機能と予備容量の定量分析を可能にします。正常な心室は収縮末期容積が小さく、ビートワークが良好で効率が5,6,7です。
圧力体積伝導カテーテル法は、左心室の状態を検出するための侵襲的な方法です。これは、連続的なリアルタイム圧力体積ループ8を得るために用いることができる。圧力体積導電率カテーテルは強力なツールであり、生理食塩水校正中の心筋平行伝導率のin vivo分析やキュベット校正中の血液伝導率のin vitro測定など、再現性と信頼性の高い結果を得るためには、適切な取り扱い手順が不可欠です3。
フェノール酸であるフェルラ酸(FA)は、Avena sativaやLigusticum chuanxiong hort 9,10などの植物界に広く分布しています。フェルラ酸には、血圧や不整脈を下げる薬理作用があります。FAは、複数の機能を持つ生理活性天然物です。FAは、酸化的損傷に抵抗し、炎症反応を軽減し、血小板凝集を阻害し、冠状動脈性心疾患およびアテローム性動脈硬化症を予防することができます11。しかし、フェルラ酸に関するほとんどの研究は心臓の1つの側面に焦点を当てており、循環器系におけるフェルラ酸の効果が評価されることはめったにありません12,13,14,15。ここでは、頸静脈注射中のフェルラ酸溶液に対する心臓反応に焦点を当てて、ケタミン (50 mg/kg) と組み合わせたイソフルラン麻酔への胸部閉鎖アプローチについて説明します。
溶液の調製、トランスデューサーの準備、実験前のラットの準備、右頸動脈へのカテーテル挿入、データ分析など、胸部を閉じた状態でツールを使用するための完全な手順について説明します。実験時間は通常4時間未満であり、さまざまな実験プロトコルによって決定されます。1回の実験で、左心室圧、容積、心拍数などの詳細な心臓情報を得ることができます。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1 mL syringe</td>
			<td>Sartorius AG, Germany</td>
			<td>-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal temperature maintainer</td>
			<td>Rayward Life Technology Co., Ltd</td>
			<td>69020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual Bio Amp</td>
			<td>Millar, Inc., USA</td>
			<td>DA-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enzyme-Active Powdered Detergent</td>
			<td>Alconox Inc., USA</td>
			<td>1104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferulic acid</td>
			<td>&#160;Macklin Biochemical Co., Ltd,Shanghai, China</td>
			<td>F900027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mikro-Tip Catheter Transducers, SPR-838NR</td>
			<td>Millar, Inc., USA</td>
			<td>SPR-838NR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millar Miro-Tip Pressure Volume (MPVS) Ultra</td>
			<td>Millar, Inc., USA</td>
			<td>SPR-869</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pet electric clippers</td>
			<td>Jinyun County New Concept Home Supplies Co., Ltd.</td>
			<td>&#160;-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Lab 8 / 35</td>
			<td>Millar, Inc., USA</td>
			<td>PL3508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride, NaCl</td>
			<td>&#160;Kelong Chemical Reagent, Chengdu, China</td>
			<td>KX829463</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Veet hair removal cream</td>
			<td>Shanghai Songqi E-commerce Co., Ltd.</td>
			<td>3226470</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time detection of ferulic acid effects on rat left ventricle using pressure-volume conductivity catheter

心機能の低下は、他の臓器に悪影響を与える可能性があります。左心室の圧力と容積の関係は、心機能を評価するための有効な方法であると考えられています。心機能のリアルタイムモニタリングは、薬物評価にとって重要です。胸部を閉じた状態では、圧力容積カテーテルの重要な構成要素である小型トランスデューサーが、右頸動脈を通ってラットの左心室に入ります。この装置は、実験中の心機能の変化を圧力-体積ループの形で視覚化します。心室の実際の体積は、ラットの左頸静脈に50μLの20%塩化ナトリウム溶液を注射することにより、血液の導電率を変化させることによって計算されます。ラットの心室腔の実際の体積は、圧力-体積コンダクタンスカテーテルを使用して既知の体積の血液の導電率を測定することによって計算されます。このプロトコルは、心臓に対する薬物の影響の継続的な観察を可能にし、心血管疾患における特殊民族薬の使用の理論的根拠を促進します。

Cardiovascular disease has the highest mortality rate in the world1. Its causes include coronary artery stenosis (myocardial ischemia), coronary artery blockage (myocardial infarction), and ischemia-reperfusion injury2. As the heart is in a constant systolic and diastolic cycle, it is one of the most energy-demanding parts of the body. Therefore, when the coronary arteries have difficulty maintaining sufficient energy and oxygen, cardiac function inevitably decreases, which has a negative impact on other organs3,4. The heart is a powerhouse in the circulatory system, and cardiac function needs to be assessed rationally.
Assessment of cardiac function by ventricular pressure and volume relationships is considered to be a comprehensive method5. Real-time changes in ventricular pressure and volume during the complete cardiac cycle make up the pressure-volume loop. The ventricular pressure-volume loop allows quantitative analysis of cardiac function and reserve capacity in terms of different phases and energies of the ventricle. The normal ventricle has a small end-systolic volume with good beat work and efficiency5,6,7.
The pressure-volume conduction catheter technique is an invasive method for detecting the status of the left ventricle. It can be used to obtain a continuous real-time pressure-volume loop8. Pressure volumetric conductivity catheters are powerful tools, and sound handling procedures are essential for reproducible and reliable results, including in vivo analysis of myocardial parallel conductivity during saline calibration and in vitro measurement of blood conductivity in cuvette calibration3.
Ferulic acid (FA), a phenolic acid, is widely distributed in plant kingdoms such as Avena sativa and Ligusticum chuanxiong hort9,10. Ferulic acid has pharmacological effects of lowering blood pressure and arrhythmia. FA is a bioactive natural product with multiple functions. FA can resist oxidative damage, reduce inflammatory responses, inhibit platelet aggregation, and prevent coronary heart disease and atherosclerosis11. However, most studies on ferulic acid have focused on one aspect of the heart and rarely have the effects of ferulic acid been evaluated in the circulatory system12,13,14,15. Here we describe a closed-chest approach to isoflurane anesthesia combined with Ketamine (50 mg/kg) with a focus on the cardiac response to ferulic acid solution during jugular vein injection.
We will describe the complete procedure for using the tool under closed-chest conditions, including solution preparation, preparation of the transducer, pre-experimental rat preparation, catheter insertion into the right carotid artery and data analysis. The duration of the experiment is usually less than 4 h and it is determined by the different experimental protocols. In a single experiment, we can obtain detailed cardiac information such as left ventricular pressure, volume, and heart rate.

著者スポットライト:心臓血管研究における圧力-体積ループ測定法の利点

圧力-体積導電率カテーテルを用いたラット左心室に対するフェルラ酸の影響のリアルタイム検出

Anesthesia is an unavoidable issue in animal experiments. In this experiment, the different levels of anesthesia have a significant impact on the experimental results. This pressure-volume loop measurement method is easier to learn compared to the open-chest method, including fewer experimental tools and less learning time for experimenters.Our lab will research traditional Chinese medicine's effects and on cardiovascular diseases, exploring its extensive but not fully understood impact on heart health.

各テスト (n = 3) は、左心室への圧力-体積伝導率カテーテルの挿入を前提としていました。カテーテルが頸動脈から左心室に入ると、圧力範囲が著しく増加するなど、信号が大きく変化します(図1)。圧力と体積の関係のグラフ分析は、Y軸に体積(μL)、X軸に圧力(mmHg)をプロットすることで完了します。ラット左心室圧は10〜105mmHg以内であり、体積のコンダクタンス値は65〜...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advantages of Pressure-Volume Loop Measurement Method in Cardiovascular Research at JoVE.com

このプロトコルは圧力容積のコンダクタンス技術を使用して左心室の圧力および容積を測定する方法を記述する。この方法により、薬物が心臓に及ぼす影響を継続的にリアルタイムでモニタリングすることができます。

Decreased cardiac function can have a negative impact on other organs. The left ventricular pressure-volume relationship is considered to be a valid ...

動物実験では麻酔は避けて通れない問題です。この実験では、麻酔のレベルの違いが実験結果に大きな影響を与えます。この圧力-体積ループ測定法は、オープンチェスト法と比較して習得が容易であり、実験ツールが少なく、実験者の学習時間も短くなります。私たちの研究室では、漢方薬の効果と心血管疾患を研究し、心臓の健康に対する広範ではあるが完全には理解されていない影響を探ります。

real-time-detection-ferulic-acid-effects-on-rat-left-ventricle-using

Research

JoVE Journal

Medicine

Real-Time Detection of Ferulic Acid Effects on Rat Left Ventricle Using Pressure-Volume Conductivity Catheter

Decreased cardiac function can have a negative impact on other organs. The left ventricular pressure-volume relationship is considered to be a valid method for evaluating cardiac function. Real-time monitoring of cardiac function is important for drug evaluation. Under closed-chest conditions, the miniature transducer, which is an important component of the pressure-volume catheter, enters the left ventricle of the rat through the right carotid artery. The device visualizes the changes in cardiac function during the experiment in the form of a pressure-volume loop. The actual volume of the ventricle is calculated by altering the conductivity of the blood by injecting 50 &#181;L of a 20% sodium chloride solution into the rat's left jugular vein. The actual volume of the rat's ventricular cavity is calculated by measuring the conductivity of the blood in a known volume using a pressure-volume conductance catheter. This protocol allows for continuous observation of the effects of drugs on the heart and will promote the rationale for the use of specialty ethnic drugs in cardiovascular disease.

This protocol describes a method for measuring left ventricular pressure and volume using the pressure-volume conductance technique. This method enables continuous real-time monitoring of the effects of drugs on the heart.