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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L&#39;auteur aimerait remercier le financement du NHLBI (K08 HL102066 et R01 HL114832).

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Il y a trois étapes critiques dans cette procédure: 1) la mise en place du tube d&#39;intubation et une ventilation appropriée, 2) mise en place du cathéter IV jugulaire, et 3) la mise en place correcte du cathéter de PV dans le ventricule gauche. Détermination de la fréquence respiratoire appropriée est une partie importante de fournir une assistance ventilatoire. souris conscientes maintiennent généralement la ventilation alvéolaire avec peu profondes respirations rapides. En général, les souris ventilées auront beaucoup de plus grands volumes de marée. Ainsi, une fréquence respiratoire plus lent est nécessaire. Ceci est important car trop peu de ventilation entraîne une acidose respiratoire et une ventilation trop conduira à une alcalose respiratoire, les deux conditions qui modifient la fonction cardiaque. Une façon simple d&#39;optimiser la fréquence respiratoire est de prendre des repères de l&#39;effort respiratoire de la souris et utiliser la fréquence respiratoire plus bas qui élimine l&#39;effort respiratoire de la souris anesthésiée. Une caractéristique essentielle de la boucle PVl&#39;analyse consiste à maintenir un niveau suffisant d&#39;anesthésie, sans diminution significative de la fonction cardiaque. Il y a beaucoup de régimes anesthésiques qui peuvent être appliquées avec succès pour effectuer une analyse de la boucle PV. Ceux-ci peuvent être divisés en deux grandes catégories: les anesthésiques inhalés et injectables. Dans ce dernier groupe sont une variété de mélanges qui peuvent être utilisés, cependant, beaucoup de ces mélanges ont des effets cardio-dépressifs potentiels 19. Des cocktails injectables, uréthane à base d&#39; anesthésiques ont le moins d&#39; effets cardio-dépressifs 4,19. Prenez soin de limiter l&#39; exposition du personnel à l&#39; uréthane comme il est un cancérogène suspecté 28. Isoflurane et le sévoflurane sont les agents anesthésiques inhalés actuellement disponibles. Ces deux agents ont des effets cardio-dépressifs à des doses suffisantes pour la manipulation chirurgicale. Fait important, les agents anesthésiques inhalés peuvent être titrés à effet. Cela permet à une dose analgésique plus élevée au cours de la préparation chirurgicale, puis une sedat inférieuredose ive pour la mesure de la fonction cardiaque, minimisant ainsi les effets cardio-dépressif de ces composés. Si les paramètres hémodynamiques sont inférieurs aux niveaux normaux, il existe plusieurs causes communes. Le premier est faible volume sanguin, secondaire à la perte de sang ou de l&#39;évaporation. Cette complication est généralement traitée avec l&#39;administration de fluide décrit dans la section 2.7. Comme il est indiqué dans la section 1.5, maintien de la température centrale du corps est également très important pour l&#39;évaluation de la fonction hémodynamique. Ainsi une surveillance attentive est essentielle, un système de rétroaction numérique peut être utile pour maintenir la température du corps pendant l&#39;enregistrement. Veiller à ce que l&#39;anesthésique a été correctement réduite pendant la phase de mesure est également un aspect important de l&#39;amélioration de la performance cardiaque. Mesurer les paramètres indépendants de la charge de la contractilité est l&#39;un des principaux avantages de l&#39;analyse en boucle PV. La collecte en temps réel simultanée de la pression et de volume données fournit la capacité unique de mesurer les changements hémodynamiques en réponse aux conditions de chargement variant sur le cœur. Cette analyse permet la fonction contractile du cœur à être isolé des actions des navires. La réduction de la précharge par occlusion du retour veineux ont été utilisés pour évaluer les mesures de contractilité indépendants de la charge dans de nombreux modèles et homme 4,7,12-16,18,29-32 animaux. Dans les petits rongeurs, cette procédure conduit à une fin systolique relation pression-volume curviligne 4,31,33. Ce résultats probables de la réduction de la perfusion coronaire qui accélère considérablement le déclin de la fonction systolique 34. Chez la souris, 2 - 3 sec de douces résultats de compression abdominale dans un déplacement vers la droite du PV boucles. Il en résulte à la fois une augmentation de la précharge et la postcharge 12. L&#39; augmentation des résultats de la postcharge prolongée par une augmentation de la fonction contractile, un phénomène appelé l&#39;effet Anrep 35. Cependant, lecourte durée de la compression abdominale utilisée dans ces études indiquent que l&#39;effet Anrep n&#39;a aucune incidence sur la fonction cardiaque avec cette procédure. Dans d&#39; autres études, la constriction aortique aiguë chez les chiens a été démontré pour augmenter la fonction contractile, mais cela a été émis l&#39; hypothèse d&#39;entraîner des effets de la perfusion systémique réduite 36. Là encore, la durée et la gravité de la perturbation de l&#39;écoulement résultant de la compression de l&#39;aorte abdominale, comme décrit ici, ne suffit pas d&#39;augmenter significativement la fonction contractile secondaire à une hypoperfusion des tissus systémiques. Analyse des boucles PV obtenues par compression abdominale aligner bien avec des boucles PV obtenues peu après vena cava caudale occlusion. Ensemble, ces observations démontrent que la compression abdominale transitoire décrite ici ne modifie pas significativement la contractilité du coeur. En outre, cette procédure prévoit une méthode importante pour évaluer les propriétés passives du cœur sur une ran plus largege des volumes de fin de diastole. L&#39;analyse des mesures indépendantes de la charge nécessite la sélection des PV spécifiques des boucles pour être inclus dans l&#39;analyse. Il est très important que cela soit fait de façon uniforme dans un ensemble de données expérimentales. Ventilation sous pression positive crée un artefact hémodynamique par des altérations respiratoires dépendantes de la précontrainte dans le ventricule gauche 37. Pour éviter cet artefact, boucles PV doivent être recueillies pendant de courtes périodes d&#39;apnée (3 - 4 sec). Pauses dans la respiration sont particulièrement utiles car ils fournissent un meilleur contrôle des changements expérimentaux dans le chargement sur le cœur. Il est important de garder ces périodes d&#39;apnée courtes pour éviter hypoventilation. Les procédures décrites dans ce manuscrit recueillent des données indépendants de la charge de deux procédures distinctes, caudale occlusion de la veine cave et de la compression abdominale, recueillies à peu près au même moment. Les boucles isolées à partir de ces deux procédures doivent être combinées et analysées ensemer que les deux mesurent la fonction du même cœur sous, à peu près, les mêmes conditions. Il y a plusieurs principes à prendre en compte lors de la sélection des boucles pour l&#39;analyse. Évitez les battements arythmiques. Le temps suivant un rythme chuté est toujours anormalement élevé et battements prématurés sont anormalement petite; les deux vont perturber l&#39;analyse des données. Évitez beats où la pression est en baisse, mais le volume est constant. Ceux-ci sont fréquentes chez la souris suite à l&#39;occlusion de la veine cave caudale et sont probablement secondaire à une mauvaise perfusion du myocarde. Enfin, inclure uniquement les données de beats directement après le changement de chargement; les battements pendant la période de récupération sont probablement affectés par des altérations de l&#39;activité nerveuse sympathique secondaire aux changements de la pression artérielle systémique résultant de la manipulation des conditions de chargement du cœur. l&#39;analyse de la boucle PV fournit une évaluation très détaillée de la fonction cardiaque. Lorsqu&#39;il est appliqué en conjonction avec le flex génétiquebilité et de faibles coûts de logement de la souris, il peut fournir un moyen pratique d&#39;évaluer la physiologie cardiaque au niveau moléculaire. Il existe plusieurs limites importantes qui doivent être pris en considération au moment de décider d&#39;effectuer ces essais. Tout d&#39;abord, il existe une procédure invasive dans laquelle les souris sont anesthésiées, ce qui peut affecter les aspects importants de la fonction cardiaque. En outre, l&#39;interprétation des données de boucle PV nécessite une compréhension détaillée de la physiologie cardiaque à la fois pour identifier les tendances dans les données et les variables de confusion potentiels. En outre, parce que ces dosages sont terminales ils ne peuvent pas être utilisés pour évaluer de façon répétée la même souris. Les volumes ventriculaires provenant de cathéters PV ont tendance à être moins précis que les volumes ventriculaires anatomiques fournies par l&#39;IRM. Ce n&#39;est pas surprenant que des cathéters PV modélisent le ventricule comme un cylindre, ce qui est clairement une estimation du volume global du ventricule. La vraie force est la capacité de recueillir ces informations de volume à haute frequence, permettant ainsi l&#39;analyse de battement à battement des variations du volume ventriculaire. La collecte et l&#39;analyse des données de PV de la souris peut être difficile, mais la méthode fournit des informations sur la fonction cardiaque qui ne sont pas disponibles par le biais de toute autre méthode. Cette procédure offre l&#39;image la plus complète de la fonction cardiaque disponible et son utilisation dans le modèle murin fournira une plate-forme importante pour la détermination des fondements moléculaires des états pathologiques cardiaques complexes, tels que l&#39;insuffisance cardiaque et cardiomyopathies héritées. Ce manuscrit fournit des informations détaillées sur les aspects les plus critiques de cette procédure. Cependant, comme toutes les procédures compliquées, cela nécessite la pratique de renforcer les compétences de microchirurgie qui sont nécessaires pour réaliser avec succès ces expériences.

Les maladies cardiovasculaires continue d&#39;être une cause importante de mortalité et de morbidité dans le monde entier 1. Les maladies du cœur présentent des défis particulièrement difficiles dans le développement de nouvelles thérapies. Les progrès en génétique prévoient la possibilité d&#39;identifier une multitude de contributeurs potentiels génétiques au développement de maladies cardiaques. Le caractère intégrateur du système cardio-vasculaire exige que ces cibles génétiques validés dans des modèles animaux intacts. La flexibilité et le faible coût du logement génétiques de la souris ont apporté à l&#39;avant-garde pour l&#39;évaluation du rôle physiologique d&#39;un gène donné. La petite taille de la souris présente des défis uniques pour l&#39;évaluation de la fonction cardiaque. Il existe plusieurs modalités qui peuvent fournir des informations sur la fonction cardiaque, mais seule la mesure simultanée de la pression et du volume ventriculaire permet pression-volume (PV) d&#39;analyse de la boucle de la fonction ventriculaire. PV boucles toutoe la fonction cardiaque devant être analysé indépendamment de sa connexion au système vasculaire; un facteur important pour déterminer le rôle fonctionnel d&#39;un élément génétique particulier. L&#39;évaluation des boucles pression-volume a été utilisé expérimentalement et cliniquement depuis de nombreuses années et abondante littérature existe en ce qui concerne l&#39;analyse de ces ensembles de données 2,3. L&#39;adaptation de la technologie de boucle PV à la souris a été un progrès important pour la compréhension de la physiologie cardiaque murin 4-6. Cathéter à base couplent technologies de boucle PV un capteur de pression et l&#39;utilisation de conductance pour estimer le volume ventriculaire. Le volume ventriculaire est déterminée en examinant les variations d&#39;un champ électrique généré par le cathéter. Cette méthode modélise le ventricule d&#39;un cylindre, dont la hauteur est définie par la distance entre les électrodes sur le cathéter et le rayon est calculé à partir de conduction d&#39;un champ électrique à travers le sangle ventricule 7-9. Le signal de conductance mesuré par le cathéter comporte deux volets. Le premier est la conduction à travers le sang; celle-ci varie avec le volume du ventricule et constitue le signal principal utilisé pour déterminer le volume ventriculaire. Le second composant résulte de la conduction à travers et le long de la paroi du ventricule. Ceci est appelé conductance parallèle et doit être retiré afin de déterminer le volume ventriculaire absolue. Il existe deux systèmes disponibles dans le commerce pour la collecte de données pression-volume dans le laboratoire de recherche et la méthode utilisée pour calculer et retirer la conductance parallèle est la principale différence entre les 6,10,11. cathéters de conductance nécessitent l&#39;injection d&#39;une solution saline hypertonique pour le calcul de la conductance parallèle. Cette injection modifie transitoirement la conductivité du sang dans le ventricule, tandis que la conductivité de la paroi reste constante. A partir de ces données, il est possible de déterminer lacomposante du signal de conductance qui provient du sang et provient de ce que la paroi ventriculaire. Cette approche suppose que la conductance parallèle ne varie pas au cours du cycle cardiaque. La méthode d&#39;admission repose sur des changements de phase dans le champ électrique pour évaluer la contribution de la paroi ventriculaire au signal de volume global. Cette méthode repose sur une série de constantes prédéterminées pour la conductivité du sang et du myocarde afin de déterminer le volume final, mais permet des mesures en continu de la conductance parallèle au cours du cycle cardiaque. Ces deux systèmes fournissent de bonnes estimations du volume ventriculaire gauche et les différences entre eux ne sont pas susceptibles d&#39;être physiologiquement significative. Le modèle cylindrique du ventricule et d&#39;autres hypothèses rendent ces approches à base de cathéter pas aussi précis que d&#39;autres modalités, mais ces données sont fournies sur une base battement par battement qui est essentiel pour l&#39;évaluation de la charge des mesures indépendantes de la fonction cardiaque. La procédure décrite ici est utilisée dans mon laboratoire et a fourni des données pour un grand nombre d&#39;études portant sur ​​les mécanismes physiopathologiques de base de dystrophique cardiomyopathie 12-18. La procédure décrite ci-dessous est l&#39;un des deux qui peut être utilisé pour obtenir des données de boucle PV. Bien que bon nombre des principes sont applicables pour les deux approches, ce protocole mettra l&#39;accent sur une approche apical à thorax ouvert; un protocole de poitrine fermée a été détaillée ailleurs 19,20. Alors que la procédure sera décrite en détail, les principes généraux importants pour exposer le cœur avec un minimum de dommages, soit le cœur ou les poumons. Tout au long du protocole, il est important de se rappeler que c&#39;est une procédure non-survie et que d&#39;avoir une bonne exposition du cœur est d&#39;une importance cruciale pour la bonne mise en place du cathéter.

<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

Comprendre les causes et la progression de la maladie cardiaque présente un défi important pour la communauté biomédicale. La flexibilité génétique de la souris offre un grand potentiel pour explorer la fonction cardiaque au niveau moléculaire. La petite taille de la souris présente des défis en ce qui concerne l&#39;exécution phénotypage cardiaque détaillée. Miniaturisation et d&#39;autres progrès technologiques ont fait de nombreuses méthodes d&#39;évaluation cardiaque possible chez la souris. Parmi ceux-ci, la collecte simultanée des données de pression et de volume fournit une image détaillée de la fonction cardiaque qui ne sont pas disponibles par le biais de toute autre modalité. Voici une procédure détaillée pour la collecte de données en boucle pression-volume est décrit. Inclus est une discussion sur les principes qui sous-tendent les mesures et les sources potentielles d&#39;erreur. la gestion Anesthetic et approches chirurgicales sont discutées en détail car ils sont à la fois critique pour obtenir la mesure hémodynamique de haute qualités. Les principes du développement du protocole hémodynamique et les aspects pertinents de l&#39;analyse des données sont également abordées.

Par convention, le volume est tracée sur l&#39;axe X et la pression sur l&#39;axe des Y comme dans la figure 1. Les boucles pression-volume résultant d&#39; une pression de traçage en fonction du volume doit ressembler à un rectangle dont les arêtes verticales représentant la variation isovolumiques de la pression ( à savoir, lorsque les deux valves mitrale et aortique sont fermés). L &#39;horizontale inférieure représente le remplissage du ventricule à travers la valve mitrale et la partie supérieure horizontale représente la vidange du ventricule à travers la valve aortique. Dans une saine type sauvage souris gauche pressions ventriculaires de 90 - 110 mmHg sont attendus avec maximale dP / dt de 8.000 - 12.000 mmHg / sec (voir le tableau 1 pour les gammes de paramètres hémodynamiques normaux). Les plages normales fournies dans le tableau sont basés sur des valeurs obtenues à partir de type sauvage C57BL / 10 et C57BL / 6 souris; cependant, il est important de noter qu&#39;il existe des différences significatives entre les souches 21. La procédure outlined ici se concentre sur l&#39;utilisation d&#39;un couteau incision apicale pour positionner le cathéter dans le ventricule gauche. Une autre approche populaire consiste à insérer le cathéter rétrograde à travers la valve aortique après l&#39;insertion du cathéter dans l&#39;artère carotide droite. L&#39;approche rétrograde comme avantage en ce sens qu&#39;elle peut être réalisée avec un coffre fermé, ce qui entraîne le maintien de la pression intra-thoracique normale; Cependant, les animaux sont souvent ventilés au cours de cette procédure qui limite cet avantage. Les limites de l&#39;approche de la poitrine fermées contrôle sur l&#39;orientation du cathéter dans le ventricule, tandis que l&#39;approche de la poitrine ouverte offre une plus grande capacité à manoeuvrer le cathéter dans le ventricule. Un problème potentiel avec l&#39;insertion rétrograde du cathéter est la possibilité d&#39;obstruction de la voie d&#39;écoulement. Le diamètre de l&#39;aorte de souris varie entre 0,8 et 1,2 mm , 22,23, le diamètre des cathéters disponibles dans le commerce pression-volume est compris entre 0,33 (1,0 français) à 0,47 mm (1,4 French). Les tailles relatives de ces cathéters dans le contexte d&#39;une grande et une petite aorte sont représentées sur la figure 2. La fraction de la voie d&#39;éjection bloqué par le cathéter traversant l&#39;aorte peut devenir un problème important dans les petits coeurs et doivent être pris en compte lors de l&#39; exécution études de boucle PV en petits coeurs. Il y a plusieurs artefacts de mesure qui peut compliquer l&#39;analyse des données PV, l&#39;un des plus commun est un cathéter piégeage. Ceci est évident en tant que pic de pression à la fin de la systole probable résultant de la compression directe du transducteur de pression par un muscle papillaire ou une autre structure dynamique dans le ventricule (Figure 3). Cette situation est problématique, car la plupart des méthodes de détermination de la fonction systolique utilisent la pression maximale. La pression systolique et dérivée maximum de pression (dP / dt) à partir d&#39;ensembles de données avec cathéter piégeage doivent être examinés de près et l&#39;analyse peut être nécessaire de modifier pour obtenir des données significatives. boucles pression-volume peuvent être utilisés dans une grande variété de protocoles pour évaluer la fonction cardiaque. Ceux - ci comprennent des évaluations de la réserve cardiaque via β-adrénergiques stimulation 12,14,16,17. Une grande variété de médicaments peut être perfusé pour évaluer les effets aigus sur la physiologie cardiaque. Le contrôle des voies aériennes permet également l&#39;administration de mélanges gazeux modifiés permettant aux effets de l&#39; hypoxie et / ou une acidose sur la fonction cardiaque devant être adressée directement 24-27. En outre, l&#39; analyse de ces données PV peut également fournir une évaluation détaillée des propriétés passives du ventricule gauche, qui peuvent être modifiés de manière significative dans divers états pathologiques 12. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Paramètre </td><td> Plage normale </td></tr><tr><td> Pression systolique </td><td> 90-110 mmHg </td></tr><tr><td> Pression diastolique </td><td> 4 - 10 mm de Hg </td></tr><tr><td> dP maximum / dt </td><td> 8000 - 12 000 mm Hg / s </td></tr><tr><td> Minimum dP / dt </td><td> -8,500 - -12.000 MmHg / sec </td></tr><tr><td> Tau </td><td> 5-6 sec </td></tr><tr><td> Rythme cardiaque </td><td> 550-600 bpm </td></tr><tr><td> Débit cardiaque </td><td> 10 - 13 ml / min </td></tr><tr><td> La fraction d&#39;éjection </td><td> 40 - 60% </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Valeurs normales pour hémodynamique sélectionné Paramètres. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig1.jpg" /> Figure 1: Representative Loops pression-volume d&#39;un type sauvage C57BL / 10 Souris données représentant qui ont été recueillies en utilisant les procédures décrites dans thi.manuscrit s. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig2.jpg" /> Figure 2: Représentation schématique de l&#39;importance du diamètre aortique et potentiel Outflow piste Obstruction dessin schématique de la taille relative de l&#39;aorte de la souris et les cathéters de pression de volume disponibles dans le commerce pour les souris.. Ces données soulignent l&#39;importance de considérer l&#39; obstruction de la voie de sortie lors de l&#39; évaluation des souris plus petites en utilisant une approche d&#39;insertion du cathéter rétrograde. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig3.jpg" /> <strong&gt; Figure 3: Pression volume Loops avec Catheter Entrapment Ces données représentent un exemple d&#39;un pic de pression à la fin de la systole, probablement résultant de la compression directe du cathéter par une structure cardiaque interne.. Les baisses de fin de diastole volume (A) suite à une augmentation du pic de pression que le ventricule devient plus petit, mais la pression systolique avant les baisses de pointe comme prévu, représenté par une ligne en pointillés B. (C et D) représentent la boucles pression-volume (C) et pression-temps (D) courbes suivantes compression abdominale. Comme le ventricule gauche volume augmente, le pic de pression devient plus petit et les augmentations sous-jacentes de la fonction systolique devient apparente; ligne en pointillés D. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig3large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

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Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse

Ce manuscrit décrit un protocole détaillé pour la collecte de données de pression-volume de la souris.

Mesure de boucles de volume de pression chez la souris

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 vues.  University of Minnesota.  Ce manuscrit décrit un protocole détaillé pour la collecte de données de pression-volume de la souris. 

Vidéo: 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.

Mesure de la pression ventriculaire gauche à la fin de souris embryonnaires et néonatale

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

Recherche

Bio-ingénierie

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.

Mesures systolique ventriculaire droite pression en combinaison avec la récolte du poumon et des échantillons de tissus immunitaires chez des souris

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

Immunologie et infection

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.

Mesurer la pression sanguine chez des souris en utilisant enregistrement de la pression du volume, une méthode Queue-coiffe

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 ...

Biologie

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.

Cathétérisme des anses intestinales chez les 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 ...

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.

La mesure de la courbe pression-volume dans les poumons de souris

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 ...

Médecine

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.

Cathétérisme cardiaque chez la souris pour mesurer le volume de pression Relation: Étudier les effets 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.

Évaluation biventriculaire de la fonction cardiaque et des boucles pression-volume par cathétérisme thoracique fermé chez la souris

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.

Réponse cardiaque à la stimulation β-adrénergique déterminée par l’analyse de la boucle pression-volume

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.

Cardiac pression-volume Analyse boucle aide de la conductance cathéters chez la souris

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

Explorer les performances cardiaques dépendantes de la FC à l’aide d’un protocole de stimulation auriculaire

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.

Pleins feux sur l’auteur : Étude de la fonction cardiaque dépendante de la FC dans des modèles murins grâce à une nouvelle approche de stimulation auriculaire 

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.

Procédure contrôlée par la stimulation pour l’évaluation des fonctions diastoliques dépendantes de la fréquence cardiaque dans des modèles murins d’insuffisance cardiaque