O barorreflexo é um mecanismo de regulação da frequência cardíaca pelo sistema nervoso autônomo em resposta a alterações da pressão arterial. Descrevemos uma técnica cirúrgica para implantar transmissores de telemetria para medição contínua e simultânea de eletrocardiograma e pressão arterial em camundongos. Isso pode determinar a sensibilidade barorreflexa espontânea, um importante marcador prognóstico para doença cardiovascular.
A pressão arterial (PA) e a frequência cardíaca (FC) são controladas pelo sistema nervoso autônomo (SNA) e estão intimamente interligadas devido a mecanismos reflexos. O barorreflexo é um mecanismo homeostático chave para neutralizar alterações agudas e de curto prazo na PA arterial e manter a PA em uma faixa fisiológica relativamente estreita. A PA é detectada por barorreceptores localizados no arco aórtico e seio carotídeo. Quando a PA se altera, os sinais são transmitidos ao sistema nervoso central e são então comunicados aos ramos parassimpático e simpático do sistema nervoso autônomo para ajustar a FC. Um aumento na PA causa uma diminuição reflexa na FC, uma queda na PA causa um aumento reflexo na FC.
A sensibilidade barorreflexa (SBR) é a relação quantitativa entre alterações na PA arterial e alterações correspondentes na FC. Em vários estudos, foi relatada redução da SBR em, por exemplo, insuficiência cardíaca, infarto do miocárdio ou doença arterial coronariana.
A determinação da SBR requer informações tanto da PA quanto da FC, que podem ser registradas simultaneamente por meio de aparelhos telemétricos. O procedimento cirúrgico é descrito iniciando-se com a inserção do sensor de pressão na artéria carótida esquerda e posicionamento de sua ponta no arco aórtico para monitorização da pressão arterial, seguido da colocação subcutânea dos eletrodos transmissor e ECG. Descrevemos também os cuidados intensivos pós-operatórios e o manejo analgésico. Após um período de duas semanas de recuperação pós-cirurgia, os registros de ECG e PA de longo prazo são realizados em camundongos conscientes e irrestritos. Finalmente, incluímos exemplos de gravações de alta qualidade e a análise da sensibilidade espontânea dos barorreceptores usando o método de sequência.
O reflexo barorreceptor arterial é o principal sistema de controle de feedback em humanos que proporciona um controle da pressão arterial (PA) em curto prazo e, possivelmente, também em longoprazo1,2. Esse reflexo tampona perturbações na PA que ocorrem em resposta a gatilhos fisiológicos ou ambientais. Proporciona mudanças reflexas imediatas na frequência cardíaca, volume sistólico e resistência arterial periférica total. O reflexo origina-se nas terminações nervosas sensitivas do arco aórtico e seios carotídeos. Esses terminais nervosos compõem os barorreceptores arteriais. Os somatas dos terminais nervosos no arco aórtico estão localizados no gânglio nodoso, enquanto os dos terminais nervosos no seio carotídeo estão localizados no gânglio petroso. O reflexo é desencadeado pelo aumento da pressão arterial, que estica e ativa os terminais nervosos barorreceptores (Figura 1A). A ativação resulta em voleios de potencial de ação que são transmitidos centralmente através dos nervos aferentes depressores da aorta e do seio carotídeo para núcleos cardiovasculares do tronco cerebral, como o núcleo do trato solitário e o núcleo dorsal do nervo vago. Alterações na atividade nervosa aferente, por sua vez, modulam a atividade eferente autonômica. O aumento da atividade dos nervos barorreceptores diminui a atividade simpática e aumenta a atividade nervosa parassimpática. Assim, as consequências da ativação dos barorreceptores são a redução da frequência cardíaca, do débito cardíaco e da resistência vascular que, em conjunto, neutralizam e tamponam o aumento da pressão arterial3. Por outro lado, a diminuição da atividade dos nervos barorreceptores aumenta a atividade simpática e diminui a atividade nervosa parassimpática, o que aumenta a frequência cardíaca, o débito cardíaco e a resistência vascular e, assim, neutraliza a diminuição da pressão arterial.
Numerosos estudos em humanos e animais têm demonstrado que o reflexo barorreceptor pode ser ajustado em condições fisiológicas como exercício4, sono5, estresse térmico6 ou gravidez7. Além disso, há evidências de que o barorreflexo é cronicamente prejudicado em doenças cardiovasculares, como hipertensão, insuficiência cardíaca, infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral. De fato, a disfunção barorreflexa também é utilizada como marcador prognóstico em diversas doenças cardiovasculares8,9,10. Além disso, a disfunção do barorreflexo também está presente nas desordens do SNA. Dada a importância do reflexo barorreceptor para estados de saúde e doença, a estimativa in vivo desse reflexo é um componente importante da pesquisa autonômica e cardiovascular com certas implicações clínicas sérias.
Linhagens genéticas de camundongos são ferramentas essenciais na pesquisa cardiovascular. Estudos in vivo de tais linhagens de camundongos fornecem informações valiosas sobre fisiologia e fisiopatologia cardiovascular e, em muitos casos, servem como sistemas modelo pré-clínicos para doenças cardiovasculares. Aqui fornecemos um protocolo para registro telemétrico in vivo de ECG e PA em camundongos conscientes, irrestritos e em movimento livre e descrevemos como a sensibilidade barorreflexa pode ser determinada a partir desses registros usando o método de sequência (Figura 1B). O método aplicado é chamado de método sequencial, pois as séries batimento a batimento da PA sistólica (PAS) e dos intervalos RR são triadas para sequências curtas de três ou mais batimentos durante aumento ou diminuição espontânea da PAS com adaptação reflexa da FC. Este método é o padrão-ouro para a determinação da sensibilidade barorreflexa, uma vez que apenas os mecanismos reflexos espontâneos são investigados. A técnica é superior às técnicas mais antigas, que envolviam procedimentos invasivos, como a injeção de drogas vasoativas para induzir alterações da PA.
Figura 1: Representação esquemática da avaliação da sensibilidade barorreflexa e barorreflexa pelo método sequencial. (A) Curso do barorreflexo durante um aumento agudo da pressão arterial. Um aumento em curto prazo da PA é detectado por barorreceptores localizados no arco aórtico e seio carotídeo. Essa informação é transmitida ao sistema nervoso central e induz uma diminuição da atividade nervosa simpática em paralelo com um aumento da atividade parassimpática. A liberação de acetilcolina das terminações nervosas localizadas na região do nó sinoatrial induz uma diminuição do segundo AMPc mensageiro nas células do marcapasso do nó sinoatrial e, consequentemente, uma redução da frequência cardíaca. Uma diminuição a curto prazo da pressão arterial tem o efeito oposto. (B) Traçados esquemáticos da PA durante uma sequência ascendente (painel superior esquerdo) e sequência descendente (painel superior direito) de três batimentos consecutivos. Uma sequência ascendente está associada a um aumento paralelo nos intervalos RR (painel inferior esquerdo) que é equivalente a uma diminuição na FC. Uma sequência descendente está associada a uma diminuição paralela nos intervalos RR (painel inferior direito) que equivale a um aumento na FC.
Importância do método em relação a métodos alternativos
No presente trabalho, apresentamos um protocolo detalhado para quantificar a SBR espontânea usando o método de sequências. Essa abordagem utiliza alterações espontâneas da PA e da FC reflexa, medidas pelo ECG e telemetria da PA. A vantagem desse método é que ambos os parâmetros podem ser registrados em animais conscientes, em movimento livre, sem perturbar os animais, caminhando até a sala onde as medições são realizadas ou mesmo pela interação física necessária para a injeção de drogas. Esse ponto é muito importante, pois foi claramente demonstrado que tais distúrbios interferem severamente nos registros da FC e da PA. Por exemplo, a injeção de drogas requer fixação dos camundongos, o que causa uma resposta máxima ao estresse que aumenta a FC até 650-700 bpm. Para contornar essas respostas ao estresse, a SBR foi previamente determinada em camundongos anestesiados. Entretanto, os anestésicos padrão utilizados em medicina veterinária, como cetamina/xilazina ou isoflurano, induzem bradicardia e influenciam as respostas reflexas autonômicas, limitando a validade dessas abordagens e a interpretação dos resultados. Para superar parcialmente essas limitações, foram utilizados dispositivos de liberação de fármacos implantáveis, ou seja, bombas osmóticas, capazes de liberar fármacos para a cavidade peritoneal. No entanto, com bombas osmóticas não é possível aplicar um bolus de uma dose definida de fármaco limitando a aplicação de tais dispositivos. Alternativamente, cateteres de infusão complexos17 pode ser implantado em camundongos para administração de medicamentos. No entanto, esses cateteres são de difícil manuseio e requerem habilidades cirúrgicas comparáveis àquelas necessárias para o implante de dispositivos telemétricos, ao mesmo tempo em que produzem menos resultados científicos quando comparados às medidas da SB espontânea. Além das questões técnicas associadas à mensuração da SBR por injeção de fármacos, existem algumas limitações relacionadas à ação da droga per se. As abordagens tradicionais para a determinação da SBR incluem injeções em bolus de drogas vasoativas. No entanto, a injeção em bolus de vasoconstritores (por exemplo, fenilefrina) ou vasodilatadores (por exemplo, nitroprussiato de sódio) tem sido considerada um estímulo excessivo e não fisiológico para a adaptação da FC reflexa às alterações da PA18. A atividade espontânea do reflexo barorreceptor também pode ser quantificada usando métodos espectrais. Um desses métodos avalia a SBR no domínio da frequência por meio do cálculo da razão entre as alterações da FC e as alterações da pressão arterial em uma banda de frequência específica18,19. Outros métodos espectrais envolvem a determinação da função de transferência da PA e FC ou a quantificação da coerência entre PA e FC20,21. Esses métodos também requerem aquisição telemétrica de parâmetros espontâneos de PA e FC e, embora sejam apropriados para a determinação da SBR espontânea, requerem ferramentas computacionais intensivas e são difíceis de aplicar. Além disso, todos os métodos espectrais sofrem a limitação de que sinais não estacionários impedem a aplicação de métodos espectrais. Em particular, os picos espectrais induzidos por ritmos respiratórios podem ser reduzidos em pacientes humanos pedindo ao paciente para parar de respirar, enquanto isso obviamente não é possível em camundongos. Portanto, a relação sinal-ruído é frequentemente bastante baixa em camundongos. Dadas as limitações dos métodos discutidos acima, favorecemos o método de sequência para determinação da SBR em camundongos. Uma vantagem considerável desse método é o fato de ser uma técnica não invasiva que fornece dados sobre a SBR espontânea em condições reais22. Outro ponto importante é que a duração das sequências analisadas pelo método de sequências é bastante curta, envolvendo 3-5 batimentos. A regulação reflexa da FC pelo nervo vago é muito rápida e bem dentro do tempo dessas sequências. Portanto, o método de sequência é bem adequado para avaliar a contribuição do nervo vago para a SBR. Em contraste, a regulação pelo sistema nervoso simpático é muito mais lenta. De fato, durante essas sequências curtas, a atividade do sistema nervoso simpático pode ser assumida como quase constante. Portanto, o método é personalizado para detectar seletivamente alterações reflexas da FC impulsionadas pela atividade do nervo vago.
Interpretação dos dados da SBR
Para a interpretação da disfunção da SBR ou dos dados da SB per se, é importante considerar os níveis funcionais individuais que estão envolvidos no reflexo barorreceptor. No nível neuronal, componentes aferentes, centrais ou eferentes do reflexo podem estar afetados23. No nível cardiovascular, pode estar presente responsividade reduzida ou exagerada do nó sinoatrial à entrada do SNA11,24. Uma mudança em cada nível poderia levar a mudanças no BRS. A fim de dissecar se mecanismos neuronais e/ou cardíacos são responsáveis pelas alterações observadas na SBR, abordagens de deleção gênica cardíaca ou específica de neurônio, knock down ou edição gênica podem ser usadas.
Etapas críticas do protocolo
A etapa mais sofisticada e crítica desse protocolo é o preparo e a canulação da artéria carótida esquerda (Passo 2.3). A tensão da sutura de oclusão caudal deve ser suficientemente alta para interromper completamente o fluxo sanguíneo antes da canulação. Caso contrário, mesmo um pequeno vazamento de sangue durante a canulação pode restringir severamente a visibilidade ou até mesmo fazer com que o camundongo sangre até a morte. A canulação deve ser bem sucedida na primeira tentativa. No entanto, após o fracasso da primeira tentativa, ainda é possível repetir cuidadosamente a canulação.
A incisão mediana e o túnel subcutâneo do pescoço para o flanco esquerdo (Passo 2.3) devem ser grandes o suficiente para introduzir facilmente o transmissor sem força, mas também devem ser tão pequenos quanto possível para manter o transmissor no lugar. Caso contrário, será necessário travá-lo na posição com material de sutura ou adesivo tecidual. Como os ratos têm uma pele muito delicada, a necrose da pele pode ocorrer se o túnel para o transmissor for muito pequeno.
Se os eletrodos de ECG forem muito longos para caber no túnel subcutâneo (Passo 2.4), é necessário formar uma nova ponta, encurtando o eletrodo para um comprimento adequado. O eléctrodo deve estar encostado ao corpo durante todo o comprimento do cabo. Eletrodos muito longos perturbarão os animais e eles tentarão abrir a ferida para remover o transmissor, resultando em risco de irritação do tecido e deiscência da ferida. Os eletrodos muito curtos não podem, naturalmente, ser estendidos e pode ser que, neste caso, os eletrodos não possam ser posicionados de tal forma que correspondam à configuração de Einthoven II. Portanto, recomendamos determinar o comprimento ideal dos eletrodos de ECG em um camundongo morto do mesmo sexo, peso e origem genética.
Os ratinhos devem receber um tempo de recuperação mais longo após a implantação do transmissor se não tiverem um ritmo circadiano normal e este não for o fenótipo da linhagem de ratinhos em estudo (passo 2.7). Outra razão para os ritmos circadianos perturbados pode ser o isolamento acústico inadequado do biotério ou a entrada de pessoal na sala durante a medição.
A análise dos dados de ECG, PA e SBR é direta (Passo 2.8). O passo mais crítico é excluir da análise dos dados batimentos ectópicos, pausas sinusais, episódios arrítmicos ou cortes com sinais de baixa qualidade.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Alemã de Pesquisa [FE 1929/1-1 e WA 2597/3-1]. Agradecemos a Sandra Dirschl pela excelente assistência técnica e a Julia Rilling pela assessoria veterinária.
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