L&#39;autore desidera ringraziare il finanziamento da NHLBI (K08 HL102066 e R01 HL114832).

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The author has nothing to disclose.

Ci sono tre passaggi critici di questa procedura: 1) il posizionamento del tubo endotracheale e ventilazione appropriata, 2) posizionamento del catetere IV giugulare, e 3) il corretto posizionamento del catetere PV nel ventricolo sinistro. Determinare la frequenza respiratoria appropriata è una parte importante di fornire un supporto ventilatorio. topi coscienti generalmente mantengono ventilazione alveolare con rapidi respiri. In generale, i topi ventilati avranno volumi correnti molto più grandi. Pertanto è richiesto un tasso più lento respiratoria. Questo è importante in quanto troppo poco la ventilazione si tradurrà in acidosi respiratoria e troppa ventilazione porterà ad alcalosi respiratoria, entrambe le condizioni che alterano la funzione cardiaca. Un modo semplice di ottimizzare la frequenza respiratoria è quello di prendere spunti da sforzo respiratorio del mouse e utilizzare la frequenza respiratoria più basso che elimina lo sforzo respiratorio dal mouse anestetizzato. Una caratteristica fondamentale del ciclo PVanalisi è di mantenere un livello sufficiente di anestesia senza significative depressione della funzione cardiaca. Ci sono molti regimi anestetici che possono essere applicati con successo per eseguire PV analisi di circuiti. Questi possono essere suddivisi in due grandi categorie: anestetici inalatori e iniettabili. All&#39;interno di quest&#39;ultimo gruppo sono una varietà di miscele che possono essere utilizzati, tuttavia, molte di queste miscele hanno potenziali effetti cardio-depressiva 19. Dei cocktail iniettabili, anestetici uretano basato il minore impatto cardio-depressivi 4,19. Fare attenzione a limitare l&#39;esposizione del personale di uretano in quanto è un sospetto cancerogeno 28. Isoflurano e sevoflurano sono gli agenti anestetici inalatori attualmente disponibili. Entrambi questi agenti hanno effetti cardio-depressivi a dosi sufficienti per la manipolazione chirurgica. È importante sottolineare che, anestetici per via inalatoria possono essere titolati per effetto. Questo permette una dose analgesica maggiore durante la preparazione chirurgica e quindi un minore sedatDose ive per la misurazione della funzione cardiaca, minimizzando così gli effetti cardio-depressivo di questi composti. Se i parametri emodinamici sono inferiori ai livelli normali, ci sono diverse cause comuni. In primo luogo è basso volume di sangue, secondaria alla perdita di sangue o evaporazione. Questa complicanza è generalmente affrontato con la somministrazione di liquidi descritto nella sezione 2.7. Come indicato al punto 1.5, il mantenimento della temperatura corporea è molto importante anche per la valutazione della funzione emodinamica. Così attento monitoraggio è essenziale, un sistema di feedback digitale può essere utile per il mantenimento della temperatura corporea durante la registrazione. Assicurare che l&#39;anestetico è stato correttamente ridotta durante la fase di misura è anche un aspetto importante del miglioramento delle prestazioni cardiaca. Misurare parametri indipendenti dal carico della contrattilità è uno dei vantaggi principali di analisi di circuiti PV. Il tempo reale raccolta simultanea di pressione e volume dati fornisce la capacità unica di misurare i cambiamenti emodinamici in risposta alle diverse condizioni di carico sul cuore. Questa analisi permette la funzione contrattile del cuore per essere isolato dalle azioni dei vasi. Riduzioni di precarico attraverso l&#39;occlusione del ritorno venoso sono stati utilizzati per valutare le misure indipendenti dal carico di contrattilità in molti modelli animali e l&#39;uomo 4,7,12-16,18,29-32. In piccoli roditori, questa procedura si traduce in un curvilineo telesistolico relazione pressione-volume 4,31,33. Questo probabilmente deriva dalla riduzione della perfusione coronarica che accelera notevolmente il declino della funzione sistolica 34. Nel topo, 2 - 3 sec di dolci risultati compressione addominale uno spostamento verso destra della PV loop. Ciò è dovuto sia un aumento della post-carico e precarico 12. Aumenti risultato postcarico prolungato in un aumento della funzione contrattile, un fenomeno chiamato effetto Anrep 35. Comunque, ilbreve durata della compressione addominale utilizzato in questi studi indicano che l&#39;effetto Anrep non influenza la funzione cardiaca con questa procedura. In altri studi, costrizione aortica acuta nei cani è stato dimostrato per aumentare la funzione contrattile, ma questo è stato ipotizzato il risultato di effetti della ridotta perfusione sistemica 36. Anche la durata e la gravità della interruzione del flusso aortico risultante dalla compressione addominale, come qui descritto, non è sufficiente ad aumentare significativamente la funzione contrattile secondaria a ipo-perfusione dei tessuti sistemici. L&#39;analisi dei cicli fotovoltaici ottenuti per compressione addominale allineare bene con loop PV ottenuti subito dopo la vena cava caudale occlusione. Insieme, queste osservazioni dimostrano che la compressione addominale transitorio qui descritto non altera significativamente la contrattilità del cuore. Inoltre, questa procedura fornisce un importante metodo per valutare le proprietà passive del cuore su un ampio range di volumi telediastolico. L&#39;analisi delle misure indipendenti dal carico richiede la selezione di specifiche PV loop da includere nell&#39;analisi. E &#39;estremamente importante che ciò avvenga in modo coerente in tutta una serie di dati sperimentali. Ventilazione a pressione positiva crea un artefatto emodinamica attraverso respiratorie alterazioni a carico del precarico al ventricolo sinistro 37. Per evitare questo artefatto, loop fotovoltaici devono essere raccolti durante brevi periodi di apnea (3 - 4 sec). Le pause nella respirazione sono particolarmente utili in quanto forniscono un migliore controllo dei cambiamenti sperimentali in carico sul cuore. E &#39;importante mantenere questi periodi di apnea brevi per evitare ipoventilazione. Le procedure descritte in questo manoscritto raccolgono dati indipendenti dal carico di due procedimenti distinti, vena cava caudale occlusione e la compressione addominale, raccolti approssimativamente allo stesso tempo. I loop isolati da queste due procedure dovrebbero essere combinati e analizzati together quanto entrambi misurano la funzione dello stesso cuore sotto, all&#39;incirca, le stesse condizioni. Ci sono alcuni principi da considerare nel selezionare i loop per l&#39;analisi. Evitare battiti aritmici. Il battito dopo un battito caduto è sempre anormalmente grande e battiti prematuri sono anormalmente piccola; entrambi saranno perturbare l&#39;analisi dei dati. Evitare battiti dove la pressione è in declino ma il volume è costante. Questi sono comuni nel topo dopo l&#39;occlusione della vena cava caudale e sono probabilmente secondario alla scarsa perfusione del miocardio. Infine, includere solo i dati di battute subito dopo il cambiamento di carico; i battiti durante il periodo di recupero sono probabilmente influenzati da alterazioni nell&#39;attività nervoso simpatico secondarie a variazioni della pressione arteriosa sistemica derivanti dalla manipolazione delle condizioni di carico del cuore. analisi del ciclo PV fornisce una valutazione estremamente dettagliata della funzione cardiaca. Quando viene applicato in combinazione con il flex geneticabilità e le spese di alloggio bassi del mouse è in grado di fornire un mezzo pratico per valutare la fisiologia cardiaca a livello molecolare. Ci sono diverse limitazioni importanti che devono essere considerati quando si decide di eseguire questi test. In primo luogo, si tratta di una procedura invasiva in cui sono anestetizzati topi, che può incidere aspetti importanti della funzione cardiaca. Inoltre, l&#39;interpretazione dei dati di ciclo fotovoltaico richiede una comprensione dettagliata della fisiologia cardiaca sia per identificare i modelli all&#39;interno dei dati e le potenziali variabili confondenti. Inoltre, poiché questi test sono terminali non possono essere utilizzati per valutare lo stesso del mouse ripetutamente. I volumi ventricolari derivati ​​da cateteri FV tendono ad essere meno accurati rispetto ai volumi ventricolari anatomici forniti da RMN. Ciò non è sorprendente come cateteri fotovoltaici modellare il ventricolo come un cilindro, che è chiaramente una stima del volume complessivo del ventricolo. Il vero punto di forza è la capacità di raccogliere queste informazioni volume a un alto frefrequenza, permettendo così l&#39;analisi battito-per-battito delle variazioni di volume ventricolare. La raccolta e l&#39;analisi dei dati FV dal mouse può essere impegnativo, ma il metodo fornisce informazioni sulla funzione cardiaca che non è disponibile tramite qualsiasi altro metodo. Questa procedura fornisce il quadro più completo della funzione cardiaca a disposizione e il suo utilizzo nel modello murino fornirà una piattaforma importante per la determinazione delle basi molecolari di complessi stati di malattia cardiaci come l&#39;insufficienza cardiaca e cardiomiopatie ereditarie. Questo manoscritto fornisce informazioni dettagliate sugli aspetti più critici di eseguire questa procedura. Tuttavia, come tutte le procedure complicate, questo richiede pratica per costruire le competenze di microchirurgia che sono necessarie per eseguire correttamente questi esperimenti.

Le malattie cardiovascolari continua ad essere una causa importante di mortalità e morbilità in tutto il mondo 1. Malattie del cuore rappresentano sfide particolarmente difficili per lo sviluppo di nuove terapie. I progressi della genetica prevedono la possibilità di identificare una moltitudine di potenziali contributori genetici allo sviluppo di malattie cardiache. La natura integrativa del sistema cardiovascolare richiede che tali obiettivi genetici essere convalidati in modelli animali intatti. I costi genetici flessibilità e bassa abitative del mouse hanno portato alla ribalta per la valutazione del ruolo fisiologico di un dato gene. Le piccole dimensioni del mouse presenta alcune sfide uniche per la valutazione della funzione cardiaca. Ci sono diverse modalità che possono fornire informazioni sulla funzione cardiaca, ma solo la misurazione simultanea della pressione ventricolare e del volume consente pressione-volume (PV) analisi di circuiti della funzione ventricolare. PV loop tuttofunzione cardiaca ow da analizzare indipendente dalla sua connessione al sistema vascolare; un fattore importante nel determinare il ruolo funzionale di un particolare elemento genetico. La valutazione di loop pressione-volume è stato utilizzato sia sperimentalmente e clinicamente per molti anni e vasta letteratura esiste per quanto riguarda l&#39;analisi di questi insiemi di dati 2,3. L&#39;adattamento della tecnologia a circuito FV al mouse è un avanzamento importante per la comprensione della fisiologia cardiaca murino 4-6. Catetere basato tecniche dei circuiti PV coppia un trasduttore di pressione e l&#39;uso di conduttanza di stimare il volume ventricolare. Il volume ventricolare viene determinata esaminando le variazioni di un campo elettrico generato dal catetere. Questo metodo modelli ventricolo come un cilindro, la cui altezza è definita dalla distanza tra gli elettrodi sul catetere e il raggio è calcolato per conduzione di un campo elettrico attraverso il sangueil ventricolo 7-9. Il segnale conduttanza misurata dal catetere presenta due componenti. La prima è la conduzione attraverso il sangue; questo varia con il volume del ventricolo e costituisce il segnale principale utilizzato per determinare il volume ventricolare. Il secondo componente risulta dalla conduzione attraverso e lungo la parete del ventricolo. Questo è chiamato conduttanza parallelo e deve essere rimosso al fine di determinare il volume ventricolare assoluto. Ci sono due sistemi commercialmente disponibili per la raccolta di dati pressione-volume nel laboratorio di ricerca e il metodo utilizzato per calcolare e rimuovere la conduttanza parallelo è la differenza principale tra loro 6,10,11. cateteri conduttanza richiedono l&#39;iniezione di soluzione salina ipertonica per il calcolo della conduttanza parallelo. Questa iniezione cambia transitoriamente la conducibilità del sangue nel ventricolo, mentre la conducibilità della parete rimane costante. Da questi dati è possibile determinare lacomponente del segnale conduttanza che proviene dal sangue e ciò deriva dalla parete ventricolare. Questo approccio presuppone che conduttanza parallelo non varia durante il ciclo cardiaco. Il metodo ammissione si basa su cambiamenti di fase nel campo elettrico di valutare il contributo della parete ventricolare al segnale complessivo volume. Questo metodo si basa su una serie di costanti predeterminate per la conducibilità del sangue e miocardio per determinare il volume finale, ma rende misure continue di conduttanza parallelo durante il ciclo cardiaco. Entrambi questi sistemi forniscono buone stime del volume ventricolare sinistro e le differenze tra loro non sono suscettibili di essere fisiologicamente significativo. Il modello cilindrico del ventricolo e altre ipotesi rendono questi approcci catetere a base non è accurato come altre modalità, ma questa tecnica è fornita su base battito-per-battito che è essenziale per la valutazione del carico misure indipendenti della funzione cardiaca. La procedura descritta qui è usato nel mio laboratorio e ha fornito dati per un gran numero di studi che esaminano i meccanismi fisiopatologici fondamentali di distrofica cardiomiopatia 12-18. La procedura descritta di seguito è uno dei due che può essere utilizzato per ottenere dati di loop PV. Mentre molti dei principi sono applicabili per entrambi gli approcci, questo protocollo si concentrerà su un approccio apicale open-petto; un protocollo torace chiuso è stato dettagliato altrove 19,20. Mentre la procedura verrà descritta in dettaglio, gli importanti principi generali sono per esporre il cuore con danneggiamento minimo sia il cuore o polmoni. Durante il protocollo è importante ricordare che questa è una procedura non-sopravvivenza e che avere una buona esposizione del cuore è criticamente importante per il corretto posizionamento del catetere.

<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

Comprendere le cause e la progressione della malattia di cuore rappresenta una sfida significativa per la comunità biomedica. La flessibilità genetica del mouse fornisce un grande potenziale per esplorare funzione cardiaca a livello molecolare. Le ridotte dimensioni del mouse non presentare alcune sfide per quanto riguarda l&#39;esecuzione di fenotipizzazione cardiaca dettagliata. La miniaturizzazione e altri avanzamenti nella tecnologia hanno fatto molti metodi di valutazione cardiaca possibile nel topo. Di questi, la raccolta simultanea di dati di pressione e di volume fornisce un quadro dettagliato della funzione cardiaca che non è disponibile attraverso qualsiasi altra modalità. Qui una procedura dettagliata per la raccolta di pressione-volume di dati loop è descritto. Incluso è una discussione dei principi alla base delle misure e le potenziali fonti di errore. anestesiologico e approcci chirurgici sono discusse in dettaglio in quanto sono entrambi fondamentali per ottenere la misura emodinamica di alta qualitàS. I principi dello sviluppo protocollo emodinamica e gli aspetti rilevanti di analisi dei dati sono anche indirizzati.

Per convenzione, volume viene tracciata sull&#39;asse X e la pressione sul l&#39;asse Y come in Figura 1. I cicli di pressione-volume risultanti dalla pressione tramato contro di volume deve essere simile a un rettangolo, i bordi verticali rappresentano variazioni isovolumic di pressione (vale a dire, quando entrambi valvole mitrale e aortica sono chiusi). Il orizzontale inferiore rappresenta riempimento ventricolare attraverso la valvola mitrale e la porzione orizzontale superiore rappresenta ventricolare svuotamento attraverso la valvola aortica. In pressioni ventricolari sano wild type sinistro del mouse di 90 - 110 mmHg sono attesi con la massima dP / dt di 8.000 - 12.000 mmHg / sec (vedi Tabella 1 per gamme di normali parametri emodinamici). I valori normali previsti nella tabella si basano sui valori ottenuti dalla wild type C57BL / 10 e C57BL / 6 topi; Tuttavia, è importante notare che ci sono differenze significative tra i ceppi 21. La procedura outlined qui concentra sull&#39;uso di un&#39;incisione stab apicale per posizionare il catetere all&#39;interno del ventricolo sinistro. Un altro approccio popolare è quello di inserire il catetere retrograda attraverso la valvola aortica seguente inserimento del catetere in arteria carotide destra. L&#39;approccio retrograda come il vantaggio che può essere eseguita con una cassa chiusa, con conseguente mantenimento delle normali pressioni intra-toracica; Tuttavia, gli animali vengono frequentemente aerati durante questa procedura che limita questo vantaggio. I limiti approccio petto chiusi controllano più l&#39;orientamento del catetere all&#39;interno del ventricolo, mentre l&#39;approccio torace aperto fornisce una maggiore capacità di manovrare il catetere all&#39;interno del ventricolo. Un potenziale problema con l&#39;inserimento retrograda del catetere è il potenziale per la traccia ostruzione. Il diametro dell&#39;aorta del mouse varia da 0,8 a 1,2 mm 22,23, il diametro dei cateteri pressione-volume commercialmente disponibili varia da 0.33 (1.0 French) a 0,47 mm (1,4 FreNCH). Le dimensioni relative di questi cateteri nel contesto di un grande e piccolo dell&#39;aorta sono descritte nella Figura 2. La frazione di efflusso bloccato dal catetere attraversa l&#39;aorta può diventare un problema significativo in piccoli cuori e dovrebbero essere presi in considerazione quando si esegue studi di loop PV in piccoli cuori. Ci sono diversi manufatti di misurazione che può complicare l&#39;analisi dei dati fotovoltaici, uno dei più comuni è catetere intrappolamento. Ciò è evidente come un picco di pressione alla fine della sistole probabilmente risultante dalla compressione diretta del trasduttore di pressione da un muscolo papillare o un&#39;altra struttura dinamica all&#39;interno ventricolo (Figura 3). Questo è un problema, perché la maggior parte metodi per la funzione sistolica determinare utilizzano la pressione massima. La pressione sistolica e massima derivata della pressione (dP / dt) dal set di dati con catetere intrappolamento devono essere esaminati attentamente e l&#39;analisi possono avere bisogno di essere modificati per ottenere dati significativi. loop pressione-volume possono essere utilizzati in un&#39;ampia varietà di protocolli per valutare la funzione cardiaca. Questi includono le valutazioni di riserva cardiaca tramite 12,14,16,17 stimolazione β-adrenergico. Un&#39;ampia varietà di farmaci può essere infuso per valutare eventuali effetti acuti sulla fisiologia cardiaca. Controllo delle vie aeree permette anche per la somministrazione di miscele di gas alterati che permettono gli effetti dell&#39;ipossia e / o acidosi sulla funzione cardiaca da affrontare direttamente 24-27. Inoltre, l&#39;analisi di questi dati fotovoltaici può anche fornire una valutazione dettagliata delle proprietà passive del ventricolo sinistro, che possono essere modificate in modo significativo in vari stati di malattia 12. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Parametro </td><td> Intervallo normale </td></tr><tr><td> Pressione sistolica </td><td> 90-110 mmHg </td></tr><tr><td> pressione diastolica </td><td> 4 - 10 mmHg </td></tr><tr><td> Massima dP / dt </td><td> 8.000 - 12.000 mmHg / sec </td></tr><tr><td> Minimo dP / dt </td><td> -8,500 - -12.000 MmHg / sec </td></tr><tr><td> Tau </td><td> 5 - 6 sec </td></tr><tr><td> Frequenza cardiaca </td><td> 550-600 bpm </td></tr><tr><td> gittata cardiaca </td><td> 10 - 13 ml / min </td></tr><tr><td> Frazione di eiezione </td><td> 40 - 60% </td></tr></tbody></table> Tabella 1. I valori normali per Selected Parametri emodinamici. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig1.jpg" /> Figura 1: Rappresentante Loops pressione-volume da un selvaggio dati Tipo C57BL / 10 mouse rappresentante che è stato raccolto utilizzando le procedure descritte in thi.s manoscritto. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig2.jpg" /> Figura 2: Rappresentazione schematica della importanza del diametro dell&#39;aorta e potenziale ostruzione del flusso traccia Schema delle dimensioni relative dell&#39;aorta mouse e il cateteri pressione-volume disponibili in commercio per i topi.. Questi dati sottolineano l&#39;importanza di considerare deflusso pista ostruzione al momento di valutare i topi più piccoli che utilizzano un approccio di inserimento del catetere retrogrado. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53810/53810fig3.jpg" /> <strong&gt; Figura 3: Pressione volumi Loops con catetere Entrapment Questi dati rappresentano un esempio di un picco di pressione a fine sistole, probabilmente risultante dalla compressione diretta del catetere da una struttura cardiaca interna.. Le riduzioni di volume (A) risultato telediastolica in un aumento del picco di pressione come il ventricolo diventa più piccolo, mentre la pressione sistolica prima i cali di picco come previsto, raffigurato come una linea tratteggiata in B. (C e D) rappresentano la loop pressione-volume (C) e le curve di pressione-tempo (D) a seguito di compressione addominale. Come la sinistra volume aumenta ventricolari, il picco di pressione diventa più piccolo e gli aumenti di fondo in funzione sistolica diventa evidente; linea tratteggiata in D. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53810/53810fig3large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse

Questo manoscritto descrive un protocollo dettagliato per la raccolta di dati pressione-volume dal mouse.

Misurazione Loops Volume Pressione nel mouse

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 Views.  University of Minnesota.  Questo manoscritto descrive un protocollo dettagliato per la raccolta di dati pressione-volume dal mouse. 

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.

Misurazione della pressione ventricolare sinistra nel tardo Mice embrionali e neonatale

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

Ricerca

Bioingegneria

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.

Ventricolo destro di pressione sistolica Misure in combinazione con raccolta di campioni di tessuto polmonare e immunitaria nei topi

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

Immunologia e infezioni

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.

Misurazione della pressione sanguigna nei topi mediante pressione del volume di registrazione, una coda-bracciale Metodo

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 ...

Biologia

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.

Cateterismo delle anse intestinali nei ruminanti

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.

Misura della curva di pressione-volume in mouse polmoni

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.

Cateterizzazione cardiaca nei topi per misurare il rapporto pressione del volume: Indagare l&#39;effetto 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.

Valutazione biventricolare della funzione cardiaca e delle anse pressione-volume mediante cateterismo a torace chiuso nei topi

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.

Risposta cardiaca alla stimolazione β-adrenergica determinata dall'analisi del ciclo pressione-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 pressione Volume Analysis Loop Utilizzando conduttanza Cateteri nei topi

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

Esplorazione delle prestazioni cardiache HR-dipendenti utilizzando un protocollo di stimolazione atriale

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.

Autore in primo piano: Studio della funzione cardiaca HR-dipendente in modelli murini attraverso un nuovo approccio di stimolazione atriale 

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.

Una procedura controllata dalla stimolazione per la valutazione delle funzioni diastoliche dipendenti dalla frequenza cardiaca in modelli murini di insufficienza cardiaca