Experimenty smyčky tlak-objem - Pressure–volume loop experiments

Smyčky tlak-objem jsou široce používány v základní a předklinický výzkum. FV smyčky levé komory jsou považovány za zlatý standard pro hemodynamický a jsou široce používány ve výzkumu k hodnocení srdečního výkonu. I když je již dlouho možné měřit tlak v reálném čase zleva komora, měření objemu bylo technicky obtížnější.

Použití ultrazvuku sonomikrometrie a vývoj vodivostního katétru spustil obnovený zájem o studie PV smyček. V sonomikrometrii si malé ultrazvukové měniče (obvykle označované jako „krystaly“) navzájem přenášejí signály a vzdálenost mezi nimi je přesně určena na základě doby přenosu signálů. Znalostí délky dlouhé a krátké osy komory je snadno a přesně určen objem komory. Vodivostní katétry měří okamžitou vodivost v levé komoře, která se poté převádí na objem krve pomocí složitých vzorců a obvykle po stanovení a použití různých korekčních faktorů. Typicky se k provádění studií PV v nastavení výzkumu používá pouze jedna metoda.

Díky miniaturizaci krystalů sonomikrometru a tlakových katétrů byly studie PV smyček u myší proveditelné a častější.

Sonomikrometrická metoda

A sonomikrometr Systém se skládá z jednotky elektronického zpracování signálu, která je připojena k malým ultrazvukovým měničům (krystalům). Počítač fungující jako zařízení pro získávání a zobrazování dat získává data v reálném čase z jednotky signálního procesoru, zatímco krystaly jsou implantovány do nebo na levé komoře. K měření 1osé, 2osé nebo 3osé délky osových rovin srdce lze použít jen 2 nebo až 6 krystalů, obvykle rychlostí 200 až 2 000krát za sekundu. Typický sonomikrometrický systém má rozlišení 12 mikrometrů, což umožňuje měření axiálních délek s vysokým rozlišením.

Sortiment krystalů sonomikrometru

Komorový objem se vypočítává přímo (buď v mikrolitrech nebo mililitrech) kombinací měření axiální délky ve standardních rovnicích sférického nebo elipsoidního objemu:

${displaystyle Volume = {frac {4} {3}} imes pi imes r ^ {3}}$ (pro měření v jedné ose)

${displaystyle Volume = {frac {pi} {6}} je L_ {1} je L_ {2} ^ {2}}$ (pro dvouosé měření, kde L1 je délka dlouhé osy)

${displaystyle Volume = {frac {pi} {6}} je L_ {1} je L_ {2} je L_ {3}}$ (pro tříosé měření)

Když jsou axiální měření získána v milimetrech, pak objemové jednotky v těchto rovnicích budou v mililitrech.

Vodivostní katétrová technika

Vodivostní katétr obsahuje po své délce dvě nebo více prstencovitých elektrod. Když vysokofrekvenční konstantní proud s nízkou amplitudou prochází vnějšími elektrodami za účelem generování elektrického pole, je potenciální rozdíl mezi jakoukoli dvojicí vnitřních elektrod nepřímo úměrný množství vodivého materiálu v daném místě.

Vodivost je definován jako aplikovaný proud dělený napětím měřeným mezi dvěma sousedními elektrodami.

Technika vodivostního katétru nemá žádné zásadní nevýhody, ale vyžaduje opatrnost kalibrace signálů vodivosti. Existují i jiné techniky, ale tento článek se zaměřuje na zavedenou techniku vodivostního katétru.

(POZNÁMKA: U typických konfigurací katetru je lineární vztah rozdílu inverzního potenciálu k množství materiálu pouze přibližný. Platí pouze pro objemy, kde je průměr tohoto objemu menší než vzdálenost mezi měřicími elektrodami.)

Teorie

Vzorec Baan et al. (1984) pro získání komorového objemu je následující: ${displaystyle V = {frac {1} {alpha}} imes ho imes L ^ {2} imes (G-G ^ {P})}$

kde

PROTI je objem
α je alfa faktor. Hodnota je mezi 0 a 1, ale blíže k 1. Jak lze odvodit z výše uvedeného vzorce, pokud není zohledněn faktor alfa, vypočítaný objem je podhodnocen.
ρ specifická odolnost krve
L vzdálenost mezi dvojicí elektrod
G měřená vodivost
G^P paralelní vodivost

Vodivost měřená katétrem je ve skutečnosti vodivost krve a okolní tkáně myokardu. Tato druhá vodivost se nazývá paralelní vodivost (G^P).

Kalibrace a korekce

Z výše uvedené rovnice je patrné, že měření objemu vyžaduje znalost α, ρ, L, a G^P.

Rovnici lze považovat za přímku ve tvaru y = mx + b, kde m (zisk) je kombinací tří termínů 1 /α, ρ, a L² a b (offset) je G^P.

L je k dispozici v katalogových listech katetru, zatímco ρ lze měřit přímo pomocí vhodného zařízení.

V ideálním případě by měl být zisk určen v každém experimentu. Zatímco L je známo a ρ lze měřit, α faktor představuje další potíže. Jediným způsobem, jak získat spolehlivý zisk (zahrnující α) zahrnuje přímé měření srdečního výdeje. Proto se pro většinu účelů používá poučený odhad na základě hodnot nalezených v literatuře.

Pro zohlednění paralelní vodivosti G^P, nejběžnější metoda zahrnuje injekci hypertonického solného roztoku do subjektu - dost na dočasné snížení krevního odporu, a proto zvýšení předpětí, ale ne natolik, aby se změnila hemodynamika. Minimální a maximální objem (V_max a V_min) z každé smyčky v sérii smyček jsou vyneseny do grafu. PROTI_max a V_min čáry jsou extrapolovány a v jejich průsečíku, kde V_max se rovná V_min, musí být nula - vodivost je pouze paralelní vodivost. Objem v tomto bodě je opravný objem.

Výpočet opravného objemu v emka TECHNOLOGIES iox2 Software

Vstup techniky nabízejí alternativu k fyziologickému bolusu jako prostředek stanovení G^P.

Parametry

Pro každou smyčku lze vypočítat několik parametrů (např. End-diastolický tlak, end-systolický tlak, intervaly ejekce a plnění, index kontraktility, zdvihový objem a ejekční frakce).

Ještě důležitější je další zajímavé parametry jsou odvozeny od řady smyček získané za měnících se podmínek. Například vztah mezi end-diastolickým tlakem a objemem (EDPVR) a vztah mezi end-systolickým tlakem a objemem (ESPVR) jsou odvozeny od řady smyček získaných pomalým nafukováním balónku, který uzavírá dolní dutou žílu, postup, který snižuje srdeční preload.

Výpočet EDPVR a ESPVR

EDPVR a ESPVR jsou cenné, protože jsou indexy funkce levé komory nezávislé na zátěži. Měří také dodržování / tuhost levé komory (EDPVR) a kontraktilitu (ESPVR).

Další parametry odvozené od řady smyček jsou:

Časově proměnlivá pružnost
End-systolická pružnost se také nazývá maximální pružnost
Předběžné načítání práce s mrtvicí
Předpětí upraveno ${displaystyle {operatorname {d} P nad operatorname {d} t_ {max}}}$
${displaystyle {operatorname {d} P nad operatorname {d} t_ {max}}}$ vs end-diastolický objem

Viz také

Zpracování signálu

Reference

Esposito, G; Santana, LF; Dilly, K; Cruz, JD; Mao, L; Lederer, WJ; Rockman, HA (2000). "Buněčné a funkční vady myšího modelu srdečního selhání". American Journal of Physiology. Fyziologie srdce a oběhu. 279 (6): H3101–12. doi:10.1152 / ajpheart.2000.279.6.H3101. PMID 11087268.
Sodums, MT; Badke, FR; Špaček, MR; Malý, WC; O'Rourke, RA (1984). „Vyhodnocení výkonnosti kontrakce levé komory s využitím vztahů end-systolický tlak-objem u psů při vědomí“. Výzkum oběhu. 54 (6): 731–9. doi:10.1161 / 01.RES.54.6.731. PMID 6329545.
Sodums, Marcis T .; Badke, Frederick R .; Špaček, Mark R .; Malý, William C .; O'Rourke, Robert A. (1984). „Hodnocení výkonnosti kontraktilu levé komory s využitím vztahů end-systolický tlak-objem u vědomých psů“. Výzkum oběhu. 54 (6): 731–9. doi:10.1161 / 01.RES.54.6.731. PMID 6329545.
Pacher, Pál; Nagayama, Takahiro; Mukhopadhyay, Partha; Bátkai, Sándor; Kass, David A (2008). „Měření srdeční funkce pomocí techniky katetru tlak-objemový vodivost u myší a potkanů“. Přírodní protokoly. 3 (9): 1422–34. doi:10.1038 / nprot.2008.138. PMC 2597499. PMID 18772869.

externí odkazy

Sonometrics Corporation (Přístrojové vybavení, převodníky a software pro výzkumné laboratoře pro biologické vědy)
emka TECHNOLOGIES (Hardware a software pro studium FV smyček)
ADInstruments, Inc. (Vědecké vybavení a softwarový modul PV Loop pro výzkumné laboratoře v oblasti biologie)
Video na Vimeu Video ze získávání a analýzy PV smyček