Name: measuring pressure volume loops in the mouse
Uploaded: 2016-05-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
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El autor desea reconocer la financiación del NHLBI (K08 HL102066 y R01 HL114832).

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Hay tres pasos críticos en este procedimiento: 1) la colocación del tubo endotraqueal y ventilación adecuada, 2) la colocación del catéter IV yugular, y 3) la colocación correcta del catéter PV en el ventrículo izquierdo. La determinación de la tasa respiratoria adecuada es una parte importante de proporcionar soporte ventilatorio. ratones conscientes generalmente mantienen la ventilación alveolar con respiraciones superficiales rápidas. En general, los ratones ventilados tendrán volúmenes corrientes mucho mayores. Por lo tanto se requiere una frecuencia respiratoria más lento. Esto es importante como demasiado poco ventilación resultará en acidosis respiratoria y ventilación demasiado dará lugar a alcalosis respiratoria, tanto en condiciones que alterarán la función cardíaca. Una forma simple de la optimización de la frecuencia respiratoria es tomar señales de esfuerzo respiratorio del ratón y utilizar la tasa respiratoria más bajo que elimina el esfuerzo respiratorio del ratón anestesiado. Una característica crítica de bucle PVanálisis es la de mantener un nivel suficiente de anestesia sin depresión significativa de la función cardiaca. Hay muchos regímenes anestésicos que se pueden aplicar con éxito para llevar a cabo análisis de bucle PV. Éstos se pueden dividir en dos grandes categorías: los anestésicos inhalados e inyectables. Dentro de este último grupo son una variedad de mezclas que se pueden utilizar, sin embargo, muchas de estas mezclas tienen potenciales efectos cardio-depresiva 19. De los cócteles inyectables, anestésicos a base de uretano tienen los menores efectos cardio-depresivos 4,19. Tenga cuidado para limitar la exposición del personal de uretano ya que es un posible carcinógeno 28. Isoflurano y sevoflurano son los agentes anestésicos inhalatorios disponibles en la actualidad. Ambos de estos agentes tienen efectos cardio-depresivos en dosis suficientes para la manipulación quirúrgica. Es importante destacar que los agentes anestésicos inhalados pueden estar controlados en efecto. Esto permite que una dosis analgésica mayor durante la preparación quirúrgica y luego un sedat inferiorive dosis para la medición de la función cardiaca, reduciendo así al mínimo los efectos cardio-depresivos de estos compuestos. Si los parámetros hemodinámicos están por debajo de los niveles normales, hay varias causas comunes. En primer lugar es el volumen de sangre baja, secundaria a la pérdida de sangre o evaporación. Esta complicación se dirige en general con la administración de líquidos se describe en la sección 2.7. Como se ha señalado en la sección 1.5, el mantenimiento de la temperatura corporal central es también muy importante para la evaluación de la función hemodinámica. Por lo tanto un control cuidadoso es esencial, un sistema de retroalimentación digital puede ser útil para mantener la temperatura corporal durante la grabación. Asegurar que el anestésico se ha reducido adecuadamente durante la fase de medición es también un aspecto importante de la mejora del rendimiento cardíaco. La medición de los parámetros de carga independiente de la contractilidad es una de las principales ventajas de análisis de ciclos PV. El tiempo real de recolección simultánea de presión y volumenume de datos proporciona la capacidad única para medir los cambios hemodinámicos en respuesta a las diversas condiciones de carga sobre el corazón. Este análisis permite la función contráctil del corazón que se aisló a partir de las acciones de los vasos. Las reducciones en la precarga a través de la oclusión de retorno venoso se han utilizado para evaluar las medidas de carga independiente de la contractilidad en muchos modelos animales y en el hombre 4,7,12-16,18,29-32. En pequeños roedores, este procedimiento da lugar a una relación de presión-volumen sistólico final curvilínea 4,31,33. Esto probablemente resulta de la reducción de la perfusión coronaria que acelera drásticamente el deterioro de la función sistólica 34. En el ratón, 2-3 seg de los resultados de la compresión abdominal suaves en un desplazamiento hacia la derecha de la PV bucles. Esto da como resultado tanto de un aumento de la poscarga y la precarga 12. Aumentos en la poscarga resultado prolongada en un aumento de la función contráctil, un fenómeno llamado efecto Anrep 35. Sin embargo, elcorta duración de la compresión abdominal utilizado en estos estudios indica que el efecto Anrep no afecta a la función cardíaca con este procedimiento. En otros estudios, la constricción aórtica aguda en perros se ha demostrado para aumentar la función contráctil, pero esto se planteó la hipótesis de que el resultado de los efectos de reducción de la perfusión sistémica 36. Una vez más la duración y la gravedad de la interrupción del flujo aórtico abdominal resultante de la compresión, como se describe aquí, no es suficiente para aumentar significativamente la función contráctil secundaria a la hipo-perfusión de los tejidos sistémicos. Análisis de bucles PV obtenidos por compresión abdominal alinear bien con bucles PV obtenidos poco después de la oclusión de la vena cava caudal. En conjunto, estas observaciones demuestran que la compresión abdominal transitorio descrito aquí no altera significativamente la contractilidad del corazón. Además, este procedimiento proporciona un método importante para evaluar las propiedades pasivas del corazón a través de una RAN más amplioge de los volúmenes telediastólico. El análisis de medidas independientes de la carga requiere la selección de PV específico bucles para ser incluidos en el análisis. Es muy importante que esto se haga consistentemente a través de un conjunto de datos experimentales. Ventilación con presión positiva crea un artefacto hemodinámica a través de alteraciones respiratorias dependientes de la precarga en el ventrículo izquierdo 37. Para evitar este artefacto, bucles PV deben recogerse durante cortos períodos de apnea (3 - 4 seg). Las pausas en la respiración son particularmente útiles ya que proporcionan un mejor control de los cambios experimentales en la carga sobre el corazón. Es importante mantener estos periodos de apnea cortos para evitar la hipoventilación. Los procedimientos descritos en este manuscrito recogen datos independientes de la carga a partir de dos procedimientos distintos, oclusión de la vena cava caudal y la compresión abdominal, recogidos más o menos al mismo tiempo. Los bucles aislados de estos dos procedimientos se deben combinar y analizados together, ya que ambos miden la función del mismo corazón bajo, aproximadamente, las mismas condiciones. Hay varios principios a considerar al seleccionar bucles para su análisis. Evitar latidos arrítmicos. El ritmo después de un latido perdido siempre es anormalmente grande y latidos prematuros son anormalmente pequeños; ambos interrumpir el análisis de los datos. Evitar golpes donde está disminuyendo la presión pero el volumen es constante. Estos son comunes en el ratón después de la oclusión de la vena cava caudal y es probable secundario a la mala perfusión del miocardio. Por último, incluir sólo los datos de latidos directamente después del cambio en la carga; los latidos durante el período de recuperación es probable afectados por alteraciones en la actividad nerviosa simpática secundaria a los cambios en la presión arterial sistémica como consecuencia de la manipulación de las condiciones de carga del corazón. El análisis de bucle PV es posible realizar una evaluación muy detallada de la función cardiaca. Cuando se aplica en conjunción con el flex genéticabilidad y el coste de la vivienda baja del ratón que pueden proporcionar un medio práctico para la evaluación de la fisiología cardiaca en el nivel molecular. Existen varias limitaciones importantes que deben ser considerados al momento de decidir llevar a cabo estos ensayos. En primer lugar, este es un procedimiento invasivo en el cual se anestesian los ratones, lo que puede afectar a aspectos importantes de la función cardíaca. Además, la interpretación de los datos de bucle PV requiere un conocimiento detallado de la fisiología cardiaca tanto para identificar patrones en los datos y las posibles variables de confusión. Además, debido a que estos ensayos son terminales que no se pueden utilizar para evaluar el mismo ratón repetidamente. Los volúmenes ventriculares derivados de catéteres PV tienden a ser menos precisos que los volúmenes ventriculares anatómicas proporcionadas por resonancia magnética. Esto no es sorprendente como catéteres PV modelar el ventrículo como un cilindro, que es claramente una estimación del volumen global del ventrículo. La verdadera fuerza es la capacidad de recopilar esta información de volumen en una alta frecuencia, lo que permite el análisis latido a latido de los cambios en el volumen ventricular. La recopilación y el análisis de los datos PV desde el ratón puede ser un reto, pero el método proporciona información sobre la función cardíaca que no está disponible a través de cualquier otra metodología. Este procedimiento ofrece la imagen más completa de la función cardiaca disponibles y su utilización en el modelo murino proporcionará una importante plataforma para la determinación de las bases moleculares de las enfermedades cardíacas complejas tales como la insuficiencia cardíaca y las miocardiopatías hereditarias. Este manuscrito se proporciona información detallada sobre los aspectos más críticos de realizar este procedimiento. Sin embargo, al igual que todos los procedimientos complicados, esto requiere práctica para construir las habilidades de microcirugía que son necesarios para llevar a cabo con éxito estos experimentos.

La enfermedad cardiovascular sigue siendo una causa importante de mortalidad y morbilidad en el mundo entero 1. Enfermedades del corazón presentan retos particularmente difíciles en el desarrollo de nuevas terapias. Los avances en genética prevén la posibilidad de identificar una multitud de posibles contribuyentes genéticas para el desarrollo de enfermedades del corazón. La naturaleza integradora del sistema cardiovascular requiere que estas dianas genéticas ser validados en modelos animales intactos. La flexibilidad y bajos costos de vivienda genéticos del ratón han traído al primer plano para la evaluación de la función fisiológica de un determinado gen. El pequeño tamaño del ratón presenta algunos desafíos únicos para la evaluación de la función cardíaca. Existen varias modalidades que pueden proporcionar información sobre la función cardíaca, pero sólo la medición simultánea de la presión ventricular y el volumen permite a presión-volumen (PV) análisis de ciclos de la función ventricular. PV todos los loopsla función cardíaca ow a analizar independiente de su conexión a la vasculatura; un factor importante para determinar el papel funcional de un elemento genético particular. La evaluación de los bucles de presión-volumen se ha utilizado tanto experimental como clínicamente durante muchos años y existe una amplia literatura sobre el análisis de estos conjuntos de datos 2,3. La adaptación de la tecnología de bucle de PV para el ratón ha sido un avance importante para la comprensión de la fisiología cardiaca murino 4-6. Catéter tecnologías de bucle PV basado pareja un transductor de presión y el uso de conductancia para estimar el volumen ventricular. El volumen ventricular se determina mediante el examen de los cambios en un campo eléctrico generado por el catéter. Este modelos Método El ventrículo como un cilindro, la altura de los cuales se define por la distancia entre los electrodos en el catéter y el radio se calculan a partir de la conducción de un campo eléctrico a través de la sangre enel ventrículo 7-9. La señal de la conductancia medida por el catéter tiene dos componentes. La primera es la conducción a través de la sangre; esto varía con el volumen del ventrículo y constituye la señal principal que se utiliza para determinar el volumen ventricular. El segundo componente resulta de la conducción a través ya lo largo de la pared del ventrículo. Esto se conoce como la conductancia en paralelo y se debe quitar con el fin de determinar el volumen ventricular absoluta. Hay dos sistemas disponibles en el mercado para la recogida de los datos de presión-volumen en el laboratorio de investigación y el método utilizado para calcular y eliminar la conductancia en paralelo es la principal diferencia entre ellos 6,10,11. catéteres conductancia requieren la inyección de la solución salina hipertónica para el cálculo de la conductancia en paralelo. Esta inyección cambia transitoriamente la conductividad de la sangre en el ventrículo, mientras que la conductividad de la pared se mantiene constante. De estos datos es posible determinar lacomponente de la señal de conductancia que se origina a partir de la sangre y lo que viene de la pared ventricular. Este enfoque supone que la conductancia en paralelo no varía durante el ciclo cardíaco. El método de admisión se basa en cambios de fase en el campo eléctrico para evaluar la contribución de la pared ventricular a la señal de volumen general. Este método se basa en una variedad de constantes predeterminados para la conductividad de la sangre y el miocardio para determinar el volumen final, pero hace que las medidas continuas de la conductancia en paralelo durante el ciclo cardíaco. Ambos sistemas proporcionan buenas estimaciones del volumen del ventrículo izquierdo y las diferencias entre ellos no es probable que sean fisiológicamente significativa. El modelo cilíndrico del ventrículo y otros supuestos rinden estos enfoques basados ​​en catéter no es tan exacto como otras modalidades, pero no se proporciona esta información en una base de latido a latido que es esencial para la evaluación de la carga medidas independientes de la función cardíaca. El procedimiento que se describe aquí se usa en mi laboratorio y ha proporcionado datos para un gran número de estudios que examinan los mecanismos fisiopatológicos básicos de cardiomiopatía distrófica 12-18. El procedimiento descrito a continuación es uno de los dos que se puede utilizar para obtener datos de bucle PV. Mientras que muchos de los principios son aplicables para uno u otro enfoque, este protocolo se centrará en un enfoque apical abierta de tórax; un protocolo de tórax cerrado se ha detallado en otro lugar 19,20. Si bien se describirá el procedimiento en detalle, los principios generales son importantes para exponer el corazón con un daño mínimo o bien el corazón o los pulmones. A lo largo del protocolo es importante recordar que se trata de un procedimiento no la supervivencia y que tiene una buena exposición del corazón es de vital importancia para la correcta colocación del catéter.

<table><tbody><tr><td>Dumont 5/45 (2)</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-33</td><td></td></tr><tr><td>Vessel Dilating Forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>18153-11</td><td></td></tr><tr><td>Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissor</td><td>Roboz Instruments</td><td>RS-5668</td><td></td></tr><tr><td>Octogon Forceps - Serrated/Curved</td><td>Fine Science Tools</td><td>11041-08</td><td></td></tr><tr><td>Octogon Forceps - Serrated/Straight</td><td>Fine Science Tools</td><td>11040-08</td><td></td></tr><tr><td>Dissector Scissors- Heavy Blade</td><td>Fine Science Tools</td><td>14082-09</td><td></td></tr><tr><td>Transpore Surgical Tape</td><td>3M</td><td>1527-1</td><td></td></tr><tr><td>3-0 Silk Suture</td><td>Fine Science Tools</td><td>18020-30</td><td></td></tr><tr><td>TOPO Ventilator</td><td>Kent Scientific</td><td>TOPO</td><td></td></tr><tr><td>Martin ME 102 Electrosurgical Unit</td><td>Harvard Apparatus</td><td>PY2 72-2484</td><td></td></tr><tr><td>Syringe Pump</td><td>Lucca Technologies</td><td>GenieTouch</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope with boom stand</td><td>Nikon</td><td>SMZ-800N</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouple Thermometer</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-91100-40</td><td></td></tr><tr><td>T/Pump Warm Water Recirculator</td><td>Kent Scientific</td><td>TP-700</td><td></td></tr><tr><td>ADVantage Pressure-Volume System</td><td>Transonic</td><td>ADV500</td><td></td></tr><tr><td>Data Acquision and Analysis</td><td>DSI</td><td>Ponemah ACQ-16</td><td></td></tr></tbody></table>

measuring pressure volume loops in the mouse

La comprensión de las causas y la progresión de la enfermedad cardíaca presenta un reto importante para la comunidad biomédica. La flexibilidad genética del ratón ofrece un gran potencial para explorar la función cardíaca en el nivel molecular. El pequeño tamaño del ratón presenta algunos desafíos en lo que respecta a la realización de fenotipificación cardiaca detallada. Miniaturización y otros avances en la tecnología han hecho muchos métodos de evaluación cardíaca posible en el ratón. De éstas, la recolección simultánea de los datos de presión y volumen ofrece una visión detallada de la función cardiaca que no está disponible a través de cualquier otra modalidad. Aquí se describe un procedimiento detallado para la recogida de datos de bucle presión-volumen. Se incluye una discusión de los principios subyacentes a las medidas y las posibles fuentes de error. El manejo anestésico y un procedimiento quirúrgico se discuten en gran detalle ya que ambos son fundamentales para la obtención de mediciones hemodinámicas de alta calidads. También se abordan los principios del desarrollo del protocolo hemodinámico y aspectos relevantes de análisis de datos.

Por convención, el volumen se representa en el eje X y la presión en el eje Y como en la figura 1. Los bucles de presión-volumen resultante de una presión trazar contra volumen debe ser similar a un rectángulo, los bordes verticales que representan cambios isovolúmicos en la presión (es decir, cuando ambas válvulas mitral y aórtica están cerrados). La horizontal inferior representa ventricular llenado a través de la válvula mitral y la porción horizontal superior representa ventricular vaciado a través de la válvula aórtica. En unas presiones ventriculares sano tipo salvaje del ratón izquierdo de 90 - 110 mm Hg se espera con el máximo de dP / dt de 8.000 - 12.000 mmHg / seg (véase la Tabla 1 para los rangos de los parámetros hemodinámicos normales). Los rangos normales previstos en la tabla se basan en valores obtenidos de C57BL / 10 y C57BL / 6 ratones de tipo salvaje; sin embargo, es importante señalar que existen diferencias significativas entre las cepas 21. El procedimiento outlined aquí se centra en el uso de una incisión apical para colocar el catéter dentro del ventrículo izquierdo. Otro enfoque popular es la de insertar el catéter retrógrada a través de la válvula aórtica después de la inserción del catéter en la arteria carótida derecha. El enfoque retrógrado como la ventaja de que puede ser realizado con un pecho cerrado, lo que resulta en el mantenimiento de las presiones intratorácicas normales; sin embargo, los animales se ventilaron con frecuencia durante este procedimiento que limita esta ventaja. Los límites de aproximación tórax cerrado el control sobre la orientación del catéter dentro del ventrículo, mientras que el enfoque pecho abierto proporciona una mayor capacidad de maniobra del catéter dentro del ventrículo. Un problema potencial con la inserción retrógrada del catéter es la posibilidad de cierre de la vía de salida. El diámetro de la aorta del ratón varía de 0,8 a 1,2 mm 22,23, el diámetro de los catéteres de presión-volumen disponibles comercialmente varía de 0,33 (1,0 French) a 0,47 mm (1,4 FreNCH). Los tamaños relativos de estos catéteres en el contexto de una aorta grandes y pequeños se representan en la Figura 2. La fracción del tracto de salida bloqueados por el catéter de cruzar la aorta puede llegar a ser un problema importante en los corazones más pequeños y deben tenerse en cuenta cuando se realiza Los estudios de bucle PV en pequeños corazones. Hay varios artefactos de medición que pueden complicar el análisis de los datos de PV, uno de los más comunes es el atrapamiento del catéter. Esto es evidente como un aumento en la presión al final de la sístole probablemente como resultado de la compresión directa del transductor de presión por un músculo papilar u otra estructura dinámica dentro del ventrículo (Figura 3). Esto es problemático, porque la mayoría de los métodos para la determinación de la función sistólica utilizan la presión máxima. La presión sistólica y derivado máximo de presión (dP / dt) a partir de conjuntos de datos con atrapamiento del catéter deben ser examinados de cerca y pueden necesitar ser alterado para obtener datos significativos del análisis. bucles de presión-volumen se pueden utilizar en una amplia variedad de protocolos para evaluar la función cardíaca. Estos incluyen evaluaciones de la reserva cardiaca a través de 12,14,16,17 estimulación β-adrenérgico. Una amplia variedad de fármacos puede ser infundida para evaluar los efectos agudos sobre la fisiología cardiaca. El control de la vía respiratoria también permite la administración de mezclas de gases alterados que permiten a los efectos de la hipoxia y / o acidosis sobre la función cardíaca que debe abordarse directamente 24-27. Por otra parte, el análisis de estos datos PV también puede proporcionar una evaluación detallada de las propiedades pasivas del ventrículo izquierdo, que pueden ser alterados significativamente en varios estados de la enfermedad 12. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Parámetro </td><td> Rango normal </td></tr><tr><td> Presión sistólica </td><td> 90-110 mmHg </td></tr><tr><td> Presión diastólica </td><td> 4 - 10 mmHg </td></tr><tr><td> Máximo de dP / dt </td><td> 8000 - 12000 mmHg / seg </td></tr><tr><td> Mínimo dP / dt </td><td> -8,500 - -12.000 MmHg / seg </td></tr><tr><td> Tau </td><td> 5 - 6 En sec </td></tr><tr><td> Ritmo cardíaco </td><td> 550-600 bpm </td></tr><tr><td> Salida cardíaca </td><td> 10 - 13 ml / min </td></tr><tr><td> Fracción de eyección </td><td> 40 - 60% </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Valores normales de los parámetros hemodinámicos seleccionado. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig1.jpg" /> Figura 1: curvas presión-volumen representativo de un tipo salvaje C57BL / 10 Ratón datos representativos que se recogió mediante los procedimientos descritos en thi.manuscrito s. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig2.jpg" /> Figura 2: Representación esquemática de la importancia de diámetro aórtico y el potencial de obstrucción de la salida de pista Dibujo esquemático de los tamaños relativos de la aorta del ratón y los catéteres de presión-volumen disponibles en el mercado para los ratones.. Estos datos ponen de relieve la importancia de considerar la pista obstrucción del flujo en la evaluación de los ratones más pequeños usando un enfoque de inserción del catéter retrógrado. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig3.jpg" /> <strong&gt; Figura 3: presión-volumen bucles con Atrapamiento de catéter Estos datos representan un ejemplo de un pico de presión a finales de la sístole, probablemente como resultado de la compresión directa del catéter por una estructura cardiaca interna.. La disminución en el volumen (A) resultado de fin de diástole en un aumento en el pico de presión que el ventrículo se hace más pequeño, sin embargo, la presión sistólica antes de la disminución de pico como se esperaba, representada como una línea discontinua en la B. (C y D) representan la bucles de presión-volumen (C) y las curvas de presión-tiempo (D) después de la compresión abdominal. Como la izquierda aumenta el volumen ventricular, el pico de presión se hace más pequeño y los aumentos que subyacen en la función sistólica se hace evidente; línea discontinua en D. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse

Este manuscrito describe un protocolo detallado para la recogida de los datos de presión-volumen del ratón.

La medición de volumen de bucles de presión en el ratón

Understanding the causes and progression of heart disease presents a significant challenge to the biomedical community. The genetic flexibility of the ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Biology

16.3K vistas.  University of Minnesota.  Este manuscrito describe un protocolo detallado para la recogida de los datos de presión-volumen del ratón. 

Video: Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse

Measuring Left Ventricular Pressure in Late Embryonic and Neonatal Mice

Blood pressure increases significantly during embryonic and postnatal development in vertebrate animals. In the mouse, blood flow is first detectable around embryonic day (E) 8.51. Systolic left ventricular (LV) pressure is 2 mmHg at E9.5 and 11 mmHg at E14.52. At these mid-embryonic stages, the LV is clearly visible through the chest wall for invasive pressure measurements because the ribs and skin are not fully developed. Between E14.5 and birth (approximately E21) imaging methods must be used to view the LV. After birth, mean arterial pressure increases from 30 - 70 mmHg from postnatal day (P) 2 - 353. Beyond P20, arterial pressure can be measured with solid-state catheters (i.e. Millar or Scisense). Before P20, these catheters are too big for developing mouse arteries and arterial pressure must be measured with custom pulled plastic catheters attached to fluid-filled pressure transducers3 or glass micropipettes attached to servo null pressure transducers4.
Our recent work has shown that the greatest increase in blood pressure occurs during the late embryonic to early postnatal period in mice5-7. This large increase in blood pressure may influence smooth muscle cell (SMC) phenotype in developing arteries and trigger important mechanotransduction events. In human disease, where the mechanical properties of developing arteries are compromised by defects in extracellular matrix proteins (i.e. Marfan's Syndrome8 and Supravalvular Aortic Stenosis9) the rapid changes in blood pressure during this period may contribute to disease phenotype and severity through alterations in mechanotransduction signals. Therefore, it is important to be able to measure blood pressure changes during late embryonic and neonatal periods in mouse models of human disease.
We describe a method for measuring LV pressure in late embryonic (E18) and early postnatal (P1 - 20) mice. A needle attached to a fluid-filled pressure transducer is inserted into the LV under ultrasound guidance. Care is taken to maintain normal cardiac function during the experimental protocol, especially for the embryonic mice. Representative data are presented and limitations of the protocol are discussed.

Measuring left ventricular pressure (LV) in embryonic and neonatal mice is described. Pressure is measured by inserting a needle connected to a fluid-filled transducer into the LV under ultrasound guidance. Care must be taken to maintain normal cardiac function during the experimental protocol.

Medición de la presión del ventrículo izquierdo a finales de embriones de ratones y Neonatal

Blood pressure increases significantly during embryonic and postnatal development in vertebrate animals. In the mouse, blood flow is first detectable ...

Investigación

Bioingeniería

Right Ventricular Systolic Pressure Measurements in Combination with Harvest of Lung and Immune Tissue Samples in Mice

The function of the right heart is to pump blood through the lungs, thus linking right heart physiology and pulmonary vascular physiology. Inflammation is a common modifier of heart and lung function, by elaborating cellular infiltration, production of cytokines and growth factors, and by initiating remodeling processes 1.
Compared to the left ventricle, the right ventricle is a low-pressure pump that operates in a relatively narrow zone of pressure changes. Increased pulmonary artery pressures are associated with increased pressure in the lung vascular bed and pulmonary hypertension 2. Pulmonary hypertension is often associated with inflammatory lung diseases, for example chronic obstructive pulmonary disease, or autoimmune diseases 3. Because pulmonary hypertension confers a bad prognosis for quality of life and life expectancy, much research is directed towards understanding the mechanisms that might be targets for pharmaceutical intervention 4. The main challenge for the development of effective management tools for pulmonary hypertension remains the complexity of the simultaneous understanding of molecular and cellular changes in the right heart, the lungs and the immune system.
Here, we present a procedural workflow for the rapid and precise measurement of pressure changes in the right heart of mice and the simultaneous harvest of samples from heart, lungs and immune tissues. The method is based on the direct catheterization of the right ventricle via the jugular vein in close-chested mice, first developed in the late 1990s as surrogate measure of pressures in the pulmonary artery5-13. The organized team-approach facilitates a very rapid right heart catheterization technique. This makes it possible to perform the measurements in mice that spontaneously breathe room air. The organization of the work-flow in distinct work-areas reduces time delay and opens the possibility to simultaneously perform physiology experiments and harvest immune, heart and lung tissues.
The procedural workflow outlined here can be adapted for a wide variety of laboratory settings and study designs, from small, targeted experiments, to large drug screening assays. The simultaneous acquisition of cardiac physiology data that can be expanded to include echocardiography5,14-17 and harvest of heart, lung and immune tissues reduces the number of animals needed to obtain data that move the scientific knowledge basis forward. The procedural workflow presented here also provides an ideal basis for gaining knowledge of the networks that link immune, lung and heart function. The same principles outlined here can be adapted to study other or additional organs as needed.

A specific and rapid protocol to simultaneously investigate right heart function, lung inflammation, and the immune response is described as a learning tool. Video and figures describe physiology and microdissection techniques in an organized team-approach that is adaptable to be used for small to large sized studies.

Ventricular derecha sistólica mediciones de presión en combinación con la cosecha de pulmón y muestras de tejido inmune en ratones

The function of the right heart is to pump blood through the lungs, thus linking right heart physiology and pulmonary vascular physiology. Inflammation is ...

Inmunología e Infección

Measuring Blood Pressure in Mice using Volume Pressure Recording, a Tail-cuff Method

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. The CODA tail-cuff system uses Volume Pressure Recording (VPR) to measure the blood pressure by determining the tail blood volume. A specially designed differential pressure transducer and an occlusion tail-cuff measure the total blood volume in the tail without the need to obtain the individual pulse signal. Special attention is afforded to the length of the occlusion cuff in order to derive the most accurate blood pressure readings. VPR can easily obtain readings on dark-skinned rodents, such as C57BL6 mice and is MRI compatible. The CODA system provides you with measurements of six (6) different blood pressure parameters; systolic and diastolic blood pressure, heart rate, mean blood pressure, tail blood flow, and tail blood volume. Measurements can be made on either awake or anesthetized mice or rats. The CODA system includes a controller, laptop computer, software, cuffs, animal holders, infrared warming pads, and an infrared thermometer. There are seven different holder sizes for mice as small as 8 grams to rats as large as 900 grams.

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. This tail-cuff system uses Volume Pressure Recording (VPR) to measure the blood pressure by determining the tail blood volume.

Medición de la presión arterial en ratones con registro del volumen de presión, un método de la cola del manguito

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. The CODA ...

Biología

Catheterization of Intestinal Loops in Ruminants

The intestine is a complex structure that is involved not only in absorption of nutrients, but also acts as a barrier between the individual and the outside world. As such, the intestine plays a pivotal role in immunosurveillance and protection from enteric pathogens. Investigating intestinal physiology and immunology commonly employs 'intestinal loops' as an experimental model. The majority of these loop models are non-recovery surgical procedures that study short-term (&lt;24 hr) changes in the intestine (1-3). We previously created a recovery intestinal loop model to specifically measure long-term (&lt;6 mo) immunological changes in the intestine of sheep following exposure to vaccines, adjuvants, and viruses (4). This procedure localized treatments to a specific 'loop', allowing us to sample this area of the intestine. A significant drawback of this method is the single window of opportunity to administer treatments (i.e. at the time of surgery). Furthermore, samples of both the intestinal mucosa and luminal contents can only be taken at the termination of the project. Other salient limitations of the above model are that the surgical manipulation and requisite post-operative measures (e.g. administration of antibiotics and analgesics) can directly affect the treatment itself and/or alter immune function, thereby confounding results. Therefore, we modified our intestinal loop model by inserting long-term catheters into the loops. Sheep recover fully from the procedure, and are unaffected by the exteriorized catheters. Notably, the establishment of catheters in loops allows us to introduce multiple treatments over an extended interval, following recovery from surgery and clearance of drugs administered during surgery and the post-operative period.

We describe a novel surgical method for catheterizing 'intestinal loops' within the ileum of sheep. Once animals have recovered from surgery and have cleared antibiotics and analgesics, multiple treatments can be deposited directly in loops via the catheters.

La cateterización de asas intestinales en rumiantes

The intestine is a complex structure that is involved not only in absorption of nutrients, but also acts as a barrier between the individual and the ...

Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs

In recent decades the mouse has become the primary animal model of a variety of lung diseases. In models of emphysema or fibrosis, the essential phenotypic changes are best assessed by measurement of the changes in lung elasticity. To best understand specific mechanisms underlying such pathologies in mice, it is essential to make functional measurements that can reflect the developing pathology. Although there are many ways to measure elasticity, the classical method is that of the total lung pressure-volume (PV) curve done over the whole range of lung volumes. This measurement has been made on adult lungs from nearly all mammalian species dating back almost 100 years, and such PV curves also played a major role in the discovery and understanding of the function of pulmonary surfactant in fetal lung development. Unfortunately, such total PV curves have not been widely reported in the mouse, despite the fact that they can provide useful information on the macroscopic effects of structural changes in the lung. Although partial PV curves measuring just the changes in lung volume are sometimes reported, without a measure of absolute volume, the nonlinear nature of the total PV curve makes these partial ones very difficult to interpret. In the present study, we describe a standardized way to measure the total PV curve. We have then tested the ability of these curves to detect changes in mouse lung structure in two common lung pathologies, emphysema and fibrosis. Results showed significant changes in several variables consistent with expected structural changes with these pathologies. This measurement of the lung PV curve in mice thus provides a straightforward means to monitor the progression of the pathophysiologic changes over time and the potential effect of therapeutic procedures.

Here we present a protocol to simply and reliably measure the lung pressure-volume curve in mice, showing that it is sufficiently sensitive to detect phenotypic parenchymal changes in two common lung pathologies, pulmonary fibrosis and emphysema. This metric provides a means to quantify the lung&#8217;s structural changes with developing pathology.

Medición de la curva de presión-volumen en mouse Pulmones

In recent decades the mouse has become the primary animal model of a variety of lung diseases. In models of emphysema or fibrosis, the essential ...

Medicina

Cardiac Catheterization in Mice to Measure the Pressure Volume Relationship: Investigating the Bowditch Effect

Animal models that mimic human cardiac disorders have been created to test potential therapeutic strategies. A key component to evaluating these strategies is to examine their effects on heart function. There are several techniques to measure in vivo cardiac mechanics (e.g., echocardiography, pressure/volume relations, etc.). Compared to echocardiography, real-time left ventricular (LV) pressure/volume analysis via catheterization is more precise and insightful in assessing LV function. Additionally, LV pressure/volume analysis provides the ability to instantaneously record changes during manipulations of contractility (e.g., &#946;-adrenergic stimulation) and pathological insults (e.g., ischemia/reperfusion injury). In addition to the maximum (+dP/dt) and minimum (-dP/dt) rate of pressure change in the LV, an accurate assessment of LV function via several load-independent indexes (e.g., end systolic pressure volume relationship and preload recruitable stroke work) can be attained. Heart rate has a significant effect on LV contractility such that an increase in the heart rate is the primary mechanism to increase cardiac output (i.e., Bowditch effect). Thus, when comparing hemodynamics between experimental groups, it is necessary to have similar heart rates. Furthermore, a hallmark of many cardiomyopathy models is a decrease in contractile reserve (i.e., decreased Bowditch effect). Consequently, vital information can be obtained by determining the effects of increasing heart rate on contractility. Our and others data has demonstrated that the neuronal nitric oxide synthase (NOS1) knockout mouse has decreased contractility. Here we describe the procedure of measuring LV pressure/volume with increasing heart rates using the NOS1 knockout mouse model.

This article describes the measurement of murine left ventricular function via pressure/volume analysis at different heart rates.

Cateterismo cardíaco en ratones para medir la relación de volumen Presión: Investigar el efecto Bowditch

Animal models that mimic human cardiac disorders have been created to test potential therapeutic strategies. A key component to evaluating these ...

Biventricular Assessment of Cardiac Function and Pressure-Volume Loops by Closed-Chest Catheterization in Mice

Assessment of cardiac function is essential to conduct cardiovascular and pulmonary-vascular preclinical research. Pressure-volume loops (PV loops) generated by recording both pressure and volume during cardiac catheterization are vital when assessing both systolic and diastolic cardiac function. Left and right heart function are closely related, reflected in ventricular interdependence. Thus, recording biventricular function in the same animal is important to get a complete assessment of cardiac function. In this protocol, a closed chest approach to cardiac catheterization consistent with the way catheterization is performed in patients is adopted in mice. While challenging, the closed chest strategy is a more physiological approach, because opening the chest results in major changes in preload and afterload that create artifacts, most notably a fall in systemic blood pressure. While high-resolution echocardiography is used to assess rodents, cardiac catheterization is invaluable, particularly when assessing diastolic pressures in both ventricles.
Described here is a procedure to perform invasive, closed chest, sequential left and right ventricular pressure-volume (PV) loops in the same animal. PV loops are acquired using&#160;admittance technology with a mouse pressure-volume catheter and pressure-volume system acquisition. The procedure is described, beginning with the neck dissection, which is required to access the right jugular vein and the right carotid artery, to the insertion and positioning of the catheter, and finally the data acquisition. Then, the criteria required to ensure the acquisition of high-quality PV loops are discussed. Finally, the analysis of the left and right ventricular PV loops and the different hemodynamic parameters available to quantify systolic and diastolic ventricular function are briefly described.

Presented here is a protocol to assess biventricular heart function in mice by generating pressure-volume (PV) loops from the right and left ventricle in the same animal using closed chest catheterization. The focus is on the technical aspect of surgery and data acquisition.

Evaluación biventricular de la función cardíaca y de los asas presión-volumen mediante cateterismo torácico cerrado en ratones

Assessment of cardiac function is essential to conduct cardiovascular and pulmonary-vascular preclinical research. Pressure-volume loops (PV loops) ...

Cardiac Response to &#946;-Adrenergic Stimulation Determined by Pressure-Volume Loop Analysis

Determination of the cardiac function is a robust endpoint analysis in animal models of cardiovascular diseases in order to characterize effects of specific treatments on the heart. Due to the feasibility of genetic manipulations the mouse has become the most common mammalian animal model to study cardiac function and to search for new potential therapeutic targets. Here we describe a protocol to determine cardiac function&#160;in vivo using pressure-volume loop measurements and analysis during basal conditions and under &#946;-adrenergic stimulation by intravenous infusion of increasing concentrations of isoproterenol. We provide a refined protocol including ventilation support taking into account the positive end-expiratory pressure to ameliorate negative effects during open-chest measurements, and potent analgesia (Buprenorphine) to avoid uncontrollable myocardial stress evoked by pain during the procedure. All together the detailed description of the procedure and discussion about possible pitfalls enables highly standardized and reproducible pressure-volume loop analysis, reducing the exclusion of animals from the experimental cohort by preventing possible methodological bias.

Here we describe a cardiac pressure-volume loop analysis under increasing doses of intravenously infused isoproterenol to determine the intrinsic cardiac function and the &#946;-adrenergic reserve in mice. We use a modified open-chest approach for the pressure-volume loop measurements, in which we include ventilation with positive end-expiratory pressure.

Respuesta cardíaca a la estimulación β-adrenérgica determinada por análisis de asa presión-volumen

Determination of the cardiac function is a robust endpoint analysis in animal models of cardiovascular diseases in order to characterize effects of ...

Cardiac Pressure-Volume Loop Analysis Using Conductance Catheters in Mice

Cardiac pressure-volume loop analysis is the &#8220;gold-standard&#8221; in the assessment of load-dependent and load-independent measures of ventricular systolic and diastolic function. Measures of ventricular contractility and compliance are obtained through examination of cardiac response to changes in afterload and preload. These techniques were originally developed nearly three decades ago to measure cardiac function in large mammals and humans. The application of these analyses to small mammals, such as mice, has been accomplished through the optimization of microsurgical techniques and creation of conductance catheters. Conductance catheters allow for estimation of the blood pool by exploiting the relationship between electrical conductance and volume. When properly performed, these techniques allow for testing of cardiac function in genetic mutant mouse models or in drug treatment studies. The accuracy and precision of these studies are dependent on careful attention to the calibration of instruments, systematic conduct of hemodynamic measurements and data analyses. We will review the methods of conducting pressure-volume loop experiments using a conductance catheter in mice.

Cardiac pressure-volume loop analysis is the most comprehensive way to measure cardiac function in the intact heart. We describe a technique to perform and analyze cardiac pressure volume loops, using conductance catheters.

Cardiaca Presión-Volumen Análisis Loop Utilizando conductancia catéteres en ratones

Cardiac pressure-volume loop analysis is the &#8220;gold-standard&#8221; in the assessment of load-dependent and load-independent measures of ventricular ...

Exploración del rendimiento cardíaco dependiente de la FC mediante un protocolo de estimulación auricular

A Pacing-Controlled Procedure for the Assessment of Heart Rate-Dependent Diastolic Functions in Murine Heart Failure Models

Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) is a condition characterized by diastolic dysfunction and exercise intolerance. While exercise-stressed hemodynamic tests or MRI can be used to detect diastolic dysfunction and diagnose HFpEF in humans, such modalities are limited in basic research using mouse models. A treadmill exercise test is commonly used for this purpose in mice, but its results can be influenced by body weight, skeletal muscle strength, and mental state. Here, we describe an atrial-pacing protocol to detect heart rate (HR)-dependent changes in diastolic performance and validate its usefulness in a mouse model of HFpEF. The method involves anesthetizing, intubating, and performing pressure-volume (PV) loop analysis concomitant with atrial pacing. In this work, a conductance catheter was inserted via a left ventricular apical approach, and an atrial pacing catheter was placed in the esophagus. Baseline PV loops were collected before the HR was slowed with ivabradine. PV loops were collected and analyzed at HR increments ranging from 400 bpm to 700 bpm via atrial pacing. Using this protocol, we clearly demonstrated HR-dependent diastolic impairment in a metabolically induced HFpEF model. Both the relaxation time constant (Tau) and the end-diastolic pressure-volume relationship (EDPVR) worsened as the HR increased compared to control mice. In conclusion, this atrial pacing-controlled protocol is useful for detecting HR-dependent cardiac dysfunctions. It provides a new way to study the underlying mechanisms of diastolic dysfunction in HFpEF mouse models and may help develop new treatments for this condition.

Autor destacado: Investigación de la función cardíaca dependiente de la FC en modelos de ratón a través de un nuevo enfoque de estimulación auricular 

The present protocol describes obtaining the pressure-volume relationship through transesophageal pacing, which serves as a valuable tool in evaluating diastolic function&#160;in mouse models of heart failure.

Un procedimiento controlado por estimulación para la evaluación de las funciones diastólicas dependientes de la frecuencia cardíaca en modelos murinos de insuficiencia cardíaca