Hartkatheterisatie in Muizen bij de Pressure Volume Relationship Meet: Onderzoek naar de Bowditch Effect
Summary
This article describes the measurement of murine left ventricular function via pressure/volume analysis at different heart rates.
Abstract
Dierlijke modellen dat de menselijke cardiale aandoeningen nabootsen zijn gemaakt om potentiële therapeutische strategieën te testen. Een belangrijk onderdeel voor de evaluatie van deze strategieën is om hun effecten op de hartfunctie te onderzoeken. Er zijn verschillende technieken voor het meten van in vivo cardiale mechanica (bijvoorbeeld, echocardiografie, druk / volume relaties, etc.). In vergelijking met echocardiografie, real-time linkerventrikel (LV) druk / volume analyse via katheterisatie is nauwkeuriger en inzichtelijke bij de beoordeling van LV functie. Bovendien LV druk / volume-analyse biedt de mogelijkheid om onmiddellijk veranderingen opnemen tijdens manipulaties van contractiliteit (bijvoorbeeld β-adrenerge stimulatie) en pathologische beledigingen (bijvoorbeeld ischemie / reperfusie schade). Naast het maximum (+ dP / dt) en minimum (-dP / dt) snelheid van drukverandering in de LV, een nauwkeurige vaststelling van de LV functie via meerdere lastonafhankelijk indices (bijvoorbeeld end systolische drukvolume relatie en preload rekruteerbare beroerte werk) kan worden bereikt. Hartslag heeft een significant effect op LV contractiliteit zodat een verhoging van de hartfrequentie is het belangrijkste mechanisme hartminuutvolume (dwz Bowditch effect) te verhogen. Dus, bij het vergelijken hemodynamica tussen experimentele groepen, is het noodzakelijk om soortgelijke hartfrequenties hebben. Verder is een kenmerk van vele cardiomyopathie modellen van vermindering van contractiele reserve (dwz verminderde Bowditch effect). Bijgevolg kan belangrijke informatie worden verkregen door het bepalen van de effecten van toenemende hartfrequentie op de contractiliteit. Onze en andere gegevens heeft aangetoond dat de neuronale nitric oxide synthase (NOS1) knockout muis is afgenomen contractiliteit. Hier beschrijven we de procedure voor het meten van LV druk / volume met stijgende hartslag met behulp van de NOS1 knockout muismodel.
Introduction
Het doel van het hart om bloed te pompen door het lichaam om de metabolische vereisten van het organisme te voldoen. Aangezien deze eisen voortdurend schommelen (bijvoorbeeld tijdens de training), moet het hart te passen (bijv toename hartminuutvolume). Het hart heeft bedacht tal van trajecten om deze prestatie te bereiken. De belangrijkste manier het hart bereikt dit is via een verhoging van de hartslag (dwz Bowditch effect) 1. Dat wil zeggen, als een hartslag toeneemt, resulteert in een toename van contractiliteit en een toename van de cardiale output. Zo hartfunctie is zeer afhankelijk van de hartslag. Helaas, hartaandoeningen (bijvoorbeeld hartinfarct, hypertrofie, enz.) Vermindert de hartfunctie waarbij het hart derhalve niet in staat om de metabolische behoeften van het lichaam te voldoen. Hartziekte is de voornaamste oorzaak van morbiditeit en mortaliteit in de westerse samenleving. Dierlijke modellen die veel menselijke cardiomy recapitulerenopathies worden gebruikt om moleculaire mechanismen en mogelijke therapieën te testen. Om deze mechanismen te onderscheiden en te bepalen of een therapie levensvatbaar kan zijn, moeten de onderzoekers hartfunctie in vivo te beoordelen.
Er zijn verschillende manieren om de hartfunctie te bepalen in vivo (bijv echocardiografie, MRI, etc.), welke op routinematige wijze ejectiefractie, fractionele verkorting, hartminuutvolume, etc. Echter, deze parameters zijn sterk afhankelijk afterload, preload en hartslag Naast contractiliteit 2. Het meten van de contractiliteit is onmisbaar voor de intrinsieke eigenschappen van het hart te begrijpen in zijn natuurlijke omgeving. De maximale (dP / dt max) snelheid van de druk ontwikkeling brengt ons een stap dichter bij het begrijpen van de contractiliteit. Helaas, dP / dt is ook afhankelijk van de hartslag en het inladen 3. Daarom technieken zijn ontwikkeld om de belasting (en hartslag te meten, zie below) onafhankelijke indices van myocard contractiliteit (dwz eind systolische druk volume relatie (ESPVR) en voorspanning rekruteerbare beroerte werk (PRSW)) 4-6. ESPVR beschrijft de maximale druk die kan worden ontwikkeld door het ventrikel op elk LV volume. De helling van ESPVR vertegenwoordigt het eind-systolische elastantie (Ees). PRSW is de lineaire regressie van een beroerte werk (gebied binnen de PV lus) van eind-diastolische volume. Deze procedures zijn een nauwkeurige en precieze meting van contractiliteit vergeleken met hemodynamische parameters zoals de ejectiefractie, cardiac output en slagvolume. ESPVR en PRSW kan worden verkregen via de tijdelijke blokkering van de vena cava inferior (IVC). Het blokkeren van de IVC kan worden uitgevoerd met een gesloten kist op het effect van het veranderen intrapleurale druk hartfunctie voorkomen.
Het verhogen van de hartslag verhoogt ook contractie en ontspanning 1. Dus, bij het vergelijken van de hartfunctie tussen Experimental groepen (bijvoorbeeld ± dP / dt), moeten hart tarieven vergelijkbaar zijn. Echter, vergelijkbare hartslag gewoonlijk niet voorkomen in elk dier als gevolg van diverse aandoeningen (ziekte, research ingrijpen, etc.). Opgemerkt zij dat anesthesie (injecteerbare en inhalatie) verlaagt de hartslag. Hartslag is een belangrijke determinant van contractiliteit, zal verdoving aanzienlijk beïnvloeden contractiliteit. Daarom zijn we procedure beschrijft. Bovendien, een kenmerk van vele cardiomyopathieën is een verminderde contractiele reserve (dwz een verminderde Bowditch effect). Daarom moet hartfunctie gemeten over een bereik van hartslagen. Hier beschrijven we hoe een stimulator gebruiken (met gesloten borst) om deze effecten te bereiken.
Naast hartslag, stikstofoxide (NO) is een belangrijke modulator van contractiliteit 7. NO wordt geproduceerd via enzymen genaamd NO synthase (NOS). Wij en anderen hebben aangetoond dat muizen met knockout van neuronale NOS (NOS1 <sup> – / -) zijn afgerond myocyte contractie en in vivo cardiale hemodynamica 8,9. Deze muis wordt gebruikt voor de meting van de linker ventriculaire contractiliteit te tonen via de LV druk / volume analyseprocedure uitgevoerd bij verschillende hartfrequenties.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een kritische stap voor deze techniek een betrouwbare maat van contractiliteit verkrijgen juiste plaatsing van de katheter in de LV. Als de katheter niet correct is geplaatst, wanneer de LV samentrekt de wanden contact opnemen met de katheter leidt tot zeer hoog en niet fysiologische drukwaarden waardoor onregelmatig gevormde PV lussen. Indien nodig, kan de katheter worden geroteerd om de correcte plaatsing te bereiken. Een andere belangrijke stap voor deze techniek is om ervoor te zorgen dat de muis ontvangen juiste an…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by NIH grants HL091986 (JPD) and HL094692 (MTZ).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Xlyzine 100mg/ml | Ana Sed | 4821 | |
| Katamin 50mg/ml | Ketalar | 310006 | |
| Heparin | APP Pharmaceuticals | 6003922 | |
| 4-0 silk thread | Surgical specialties | SP102 | |
| 6-0 silk thread | Surgical specialties | MBKF270 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Curve forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14090-09 | |
| Vascular clamp | Fine Science Tools | 18555-03 | |
| Microscope | World precision instruments | PZM-3 | |
| Pressure catheter | Millar instruments | SPR-839 | |
| Pressure and volume system | Millar instruments | MPVS-300 | |
| PowerLab4/35 | AD instruments | N12128 | |
| LabchartPro 7 | AD instruments | ||
| Temperature controller | CWE | TC-1000 | |
| Stimulator | Grass | SD-5 | |
| Sterile glove | Micro-Touch | 1305018821 | |
| Hair remover lotion | Nair | ||
| Betadine surgical scrub | Veterinary | NDC 6761815401 | |
| Acohol | Decon Laboratories | 2801 | |
| Bovie cautery | Bovie | AA29 | |
| 1ml Syringe(26G needle) | BD | 8017299 |
References
- Janssen, P. M. Myocardial contraction-relaxation coupling. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 299, H1741-H1749 (2010).
- Roman, M. J., Devereux, R. B. Comparison of noninvasive measures of contractility in dilated cardiomyopathy. Echocardiography. 8, 139-150 (1991).
- Hamlin, R. L., del Rio, C. dP/dt(max)–a measure of ‘baroinometry. J Pharmacol Toxicol Methods. 66, 63-65 (2012).
- Feneley, M. P., et al. Comparison of preload recruitable stroke work, end-systolic pressure-volume and dP/dtmax-end-diastolic volume relations as indexes of left ventricular contractile performance in patients undergoing routine cardiac catheterization. J Am Coll Cardiol. 19, 1522-1530 (1992).
- Kass, D. A., et al. Comparative influence of load versus inotropic states on indexes of ventricular contractility: experimental and theoretical analysis based on pressure-volume relationships. Circulation. 76, 1422-1436 (1987).
- Nemoto, S., DeFreitas, G., Mann, D. L., Carabello, B. A. Effects of changes in left ventricular contractility on indexes of contractility in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H2504-H2510 (2002).
- Ziolo, M. T., Kohr, M. J., Wang, H. Nitric oxide signaling and the regulation of myocardial function. J Mol Cell Cardiol. 45, 625-632 (2008).
- Barouch, L. A., et al. Nitric oxide regulates the heart by spatial confinement of nitric oxide synthase isoforms. Nature. 416, 337-339 (2002).
- Wang, H., et al. Neuronal nitric oxide synthase signaling within cardiac myocytes targets phospholamban. Am J Physiol Cell Physiol. 294, C1566-C1575 (2008).
- Georgakopoulos, D., et al. In vivo murine left ventricular pressure-volume relations by miniaturized conductance micromanometry. Am J Physiol. 274, H1416-H1422 (1998).
