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压力容积技巧与窍门:测量小鼠压力-容积环的专家建议

压力容积(PV)测量的变异性会发生在实验的任何阶段,从插管到分析软件。了解这些问题的产生原因和地方对于解决问题或及早防止它发生至关重要!

 来自明尼苏达大学医学院的心血管生理学家 DeWayne Townsend(DVM,Ph.D.)提供了有关信号变异性常见来源,实验设计中的重要考虑因素,以及采集高质量的PV环数据方面的便捷技巧与窍门的专家建议。
 

概览

  • 体液管理-失血和不易察觉的体液流失
  • 手术伪影-乳头肌嵌压
  • 呼吸伪影-正压通气的影响
  • 调节心脏负荷-下腔静脉阻塞和腹腔压迫
  • 分析问题-压力感受器反射和摒弃环

注意:以下提供的信息主要集中于小鼠模型中左心室PV环数据的采集和分析。

相关阅读:PV环介绍-PV环的理解要点和心脏功能的测量»

小动物的体液流失

使用小鼠模型时,需要特别注意的一件事是它们的体型。纤细的组织和使用显微器械让手术变得困难,而且还会遇到体液流失的问题。

 
 

PV环实验中有两种主要的体液流失原因-失血和不易察觉的体液流失,后者是指呼吸和组织暴露期间水分的蒸发。以下是一些在PV手术中管理体液流失的技巧。

避免对小于20克的动物进行实验

通常,我们不会对小于20克的动物进行PV环实验。这是由于以下两个原因:a)他们的心脏太小(使手术变得困难),以及b)他们的血液量太少,以至于即使采用标准的手术步骤,您最终也可能流失不少的血液。当您测量PV环时,循环系统失血会影响血液动力学测量。

使用烧灼和棉签防止体液流失

通常,通过小心的手术操作并结合诸如烧灼(热或电)等技术可以防止失血,最大程度地实现体液平衡。在您不想烧灼的地方,可以使用单头或双头棉签。它们不仅可以直接压迫止血,而且还可以大致估计损失了多少血液-有助于补液和实验的可重复性。 一个双头棉签能吸大约100微升的血液

静脉补液

在任何PV实验中,我们都使用10%白蛋白和0.9%盐水的溶液进行静脉补液。作为胶体溶液(具有高渗透压),它将把液体带入循环系统。在基线时,我们通常按5ml/kg输。 但是,如果发生大量失血,即超过几个双头棉签,我们将增加量。

小鼠内循环体液量将决定心脏内的前负荷。因此,您越能使小鼠之间的前负荷保持一致,则数据将越一致,以及用越少的动物来识别任何有意义的影响。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

手术伪影

 
 

心脏内部结构可能会干扰您的压力信号

将导管插入心室时,有时会发生一些心脏组织,例如乳头肌或腱索,在压力传感器上拉伸的情况。在这种情况下,这些内部结构会随着心脏收缩而干扰压力曲线。

通常情况下,您得到的压力记录信号在心脏收缩末期出现异常尖峰,此时的组织向下压迫张力传感器。

调整导管位置

如果您有幸在实验开始时注意到这种异常,则可以选择调整导管的位置。 注意,与心尖入路相比,因为进入心室的角度差异,经主动脉(非开胸)入路使导管位置的调整挑战性更大。

专业提示:如果可能,在实验期间避免移动导管。容积感应电极的移动将导致很难比较移动前后之间的容积测量值。

了解更多:小型和大型动物的Millar PV导管

呼吸伪影

 

 
 

通气改变左心室前负荷

我们要谈的下一件事是呼吸伪影的概念。我们通常使用开胸模型,如上所述,需要对小鼠进行通气。重要的是要了解正压通气会在左心室(LV)压力中引起呼吸相关的波动。

如果您看上面的视频中的图,您会看到通气如何轻微改变了左心室的前负荷。LV压力的这些微小波动可能使您难以测量稳态参数。

 

短暂关闭呼吸机采集没有呼吸伪影的数据

解决此问题的一种方法是短暂关闭呼吸机以引起短暂的呼吸暂停。通过在阻塞之前和阻塞期间关闭通气几秒钟,您可以获得没有肺运动伪影的收缩数据。这为您提供了一系列PV环,从中可以准确地分析和得出与负荷无关的测量。

专业提示:呼吸暂停的时间要短,避免通气不足。

 

调节小鼠的心脏负荷

测量与负荷无关的收缩参数是PV环分析的主要优势之一。通过同时实时采集压力-容积数据,您将具有独特的优势,即能够测量对心脏负荷条件变化的血液动力学变化。下面我们将讨论两种调节小鼠心脏负荷的方法。

 
 

下腔静脉阻塞(IVCO)

在小型和大型动物模型中,通过下腔静脉阻塞减少前负荷是评估与负荷无关的收缩力测量的金标准。但是,在较小的心脏(即啮齿动物)中改变心脏负荷时,需要考虑一些因素。

在大型动物中,有相当多量的所谓“收缩储备”。这意味着,当您阻塞下腔静脉或减少前负荷时,会有一段较长的时间,舒张末期容积会下降,压力会相对维持不变。

但是,在啮齿动物中,这种“收缩储备”并不明显。通过查看右图,您可以看到随着下腔静脉回流的减少,舒张末期容积开始下降,直到最终整个PV环开始缩小。

当您降至约50-75mmHg时,您开始限制对心脏的灌注,从而产生这个曲线反应。当您尝试从这一系列的环中评估收缩力时,这可能会出现问题,因为很难确定您是在测量真正的舒张末期/收​​缩期关系还是伪影。

 

通过下腔静脉阻塞和腹腔压迫调节小鼠心脏负荷的仿图

腹腔压迫

我们小组中要做的一件事是,当我们想要改变前负荷时,我们会双向进行。使用下腔静脉阻塞减少前负荷后,我们执行所谓的腹腔压迫。顾名思义,腹腔压迫涉及短暂地向下压小鼠的腹部。这将做两件事; 通过将少量血液挤回心脏来增加前负荷,并在按下主动脉时增加左心室的后负荷-如上图中的红色PV环所示。

通过将下腔静脉阻塞与腹腔压迫结合使用,您可以在更广泛的舒张末期容积范围内评估心脏的被动动力学特性。

 

分析问题

 
 

解释压力感受器反射

采集PV环数据时的一个重要考虑因素是一次下腔静脉阻塞后要暂停10-15秒。原因是,进行一次下腔静脉阻塞时会导致全身血压下降,激活压力感受器反射。压力感受器反射是调节血压急性变化的身体机制。

为了对应血压的这种突然下降,身体将通过增加传到心脏的交感神经系统的反应。因此,由于这种内源性交感神经激活,一次阻塞后立即进行的任何测量都会增加收缩力。

另一方面,在腹腔压迫的情况下-当您向下按压心脏时,高压冲动会被发送到压力感受器,压力感受器会通过周期性地收回交感神经紧张来做出反应。因此,无论何时调节前负荷,务必要先等待信号稳定,然后再进行稳态测量。

 

摒弃环

分析期间要考虑的另一个因素是摒弃环。没有科学家喜欢丢弃数据,但是有时在测量期间会发生诸如心律不齐之类的自然事件并使数据偏斜。这些环中的数据将是异常值,应将其删除。

虽说如此,仍应记录删除的环,并保有原始数据以保持数据工作流程的完整性。如果您要处理临床数据,这尤其重要。

 

希望这些信息对您有所帮助! 有关PV环数据采集和分析的更多信息,请查看DeWayne Townsend博士和Adam Goodwill博士的完整网络研讨会,介绍有关心脏PV环分析的技巧和窍门。

 

其他资源:

 

Millar 导管故障排除:三个最常见的问题及解决方法
左心室放置压力容积导管–颈动脉vs心尖入路

在LabChart中优化您的压力容积记录

 


 

DeWayne Townsend,DVM,博士

整合生物学与生理学系副教授

明尼苏达大学医学院

我的实验室采用综合方法研究心力衰竭的病理生理机制,特别关注营养不良性心肌病。

 


 

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22 10月 2020