Experimentos de bucle de presión-volumen

Los bucles de presión-volumen se utilizan ampliamente en la investigación básica y preclínica . Los bucles de VP del ventrículo izquierdo se consideran el estándar de oro para la evaluación hemodinámica y se utilizan ampliamente en la investigación para evaluar el rendimiento cardíaco. Si bien ha sido posible medir la presión en tiempo real desde el ventrículo izquierdo durante mucho tiempo , medir el volumen era técnicamente más difícil.

El uso de la sonomicrometría ultrasónica y el desarrollo del catéter de conductancia despertaron un renovado interés en los estudios de bucles de ventrículos venosos. En la sonomicrometría, pequeños transductores ultrasónicos (generalmente denominados "cristales") transmiten señales entre sí, y la distancia entre ellos se determina con precisión en función del tiempo de tránsito de las señales. Al conocer las longitudes de los ejes largo y corto del ventrículo, el volumen ventricular se determina de manera fácil y precisa. Los catéteres de conductancia miden la conductancia instantánea en el ventrículo izquierdo, que luego se convierte en volumen sanguíneo utilizando fórmulas complejas y, por lo general, después de determinar y aplicar varios factores de corrección. Por lo general, solo se utiliza un método para realizar estudios de ventrículos venosos en entornos de investigación.

La miniaturización de los cristales del sonomicrometro y de los catéteres de presión han hecho que los estudios del bucle PV en ratones sean factibles y más comunes.

Un sistema de sonomicrometría se compone de una unidad de procesamiento de señales electrónicas que está conectada a pequeños transductores ultrasónicos (cristales). Una computadora que actúa como un dispositivo de adquisición y visualización de datos obtiene datos en tiempo real de la unidad de procesamiento de señales, mientras que los cristales están implantados en el ventrículo izquierdo o sobre él. Se pueden utilizar tan solo 2 o hasta 6 cristales para realizar mediciones de longitud de 1 eje, 2 ejes o 3 ejes de los planos axiales del corazón, generalmente a una velocidad de 200 a 2000 veces por segundo. Un sistema de sonomicrometría típico tiene una resolución de 12 micrómetros, lo que permite mediciones de alta resolución de las longitudes axiales.

El volumen ventricular se calcula directamente (ya sea en microlitros o mililitros) combinando las mediciones de longitud axial en ecuaciones de volumen esférico o elipsoidal estándar:

${\displaystyle Volume={\frac {4}{3}}\times \pi \times r^{3}}$(para una medición de un solo eje)

${\displaystyle Volume={\frac {\pi }{6}}\times L_{1}\times L_{2}^{2}}$(para una medición de dos ejes, donde L1 es la longitud del eje largo)

${\displaystyle Volume={\frac {\pi }{6}}\times L_{1}\times L_{2}\times L_{3}}$(para una medición de tres ejes)

Cuando las medidas axiales se adquieren en términos de milímetros, entonces las unidades de volumen en estas ecuaciones estarán en términos de mililitros.

Un catéter de conductancia contiene dos o más electrodos en forma de anillo a lo largo de su longitud. Cuando se hace pasar una corriente constante de baja amplitud y alta frecuencia a través de los electrodos externos para generar un campo eléctrico, la diferencia de potencial entre cualquier par de electrodos internos es inversamente proporcional a la cantidad de material conductor en ese sitio.

La conductancia se define como la corriente aplicada dividida por el voltaje medido entre dos electrodos adyacentes.

La técnica del catéter de conductancia no presenta grandes inconvenientes, pero requiere una calibración cuidadosa de las señales de conductancia. Existen otras técnicas, pero este artículo se centra en la técnica del catéter de conductancia, que está bien establecida.

(NOTA: Para configuraciones típicas de catéter, la relación lineal de la diferencia de potencial inversa con la cantidad de material es solo una aproximación. Solo es válida para volúmenes donde el diámetro de ese volumen es menor que la distancia entre los electrodos de medición).

La fórmula de Baan et al. (1984) para obtener el volumen ventricular es la siguiente:${\displaystyle V={\frac {1}{\alpha }}\times \rho \times L^{2}\times (G-G^{P})}$

dónde

• V es volumen
• α es el factor alfa. El valor está entre 0 y 1, pero más próximo a 1. Como se puede inferir de la fórmula anterior, si no se tiene en cuenta el factor alfa, el volumen calculado es una subestimación.
• ρ resistencia específica de la sangre
• L distancia entre pares de electrodos
• G conductancia medida
• G ^P conductancia paralela

La conductancia medida por el catéter es en realidad la conductancia de la sangre y del tejido miocárdico circundante. Esta última conductancia se denomina conductancia paralela (G ^P ).

De la ecuación anterior, se puede ver que la medición del volumen requiere el conocimiento de α , ρ , L y G ^P.

La ecuación puede considerarse una línea recta de la forma y = mx + b, donde m (la ganancia) es una combinación de los tres términos 1/ α , ρ y L ² y b (el desplazamiento) es G ^P .

L está disponible en las hojas de datos del catéter, mientras que ρ se puede medir directamente utilizando el equipo apropiado.

Lo ideal sería que la ganancia se determinara en cada experimento. Si bien se conoce L y se puede medir ρ , el factor α plantea más dificultades. De hecho, la única forma de obtener una ganancia confiable (que abarque α ) implica medir directamente el gasto cardíaco. Por lo tanto, para la mayoría de los propósitos, se utiliza una estimación fundamentada basada en valores encontrados en la literatura.

Para tener en cuenta la conductancia paralela, G ^P , el método más común implica la inyección de solución salina hipertónica en el sujeto, suficiente para reducir temporalmente la resistencia sanguínea y, por lo tanto, aumentar la precarga, pero no tanto como para alterar la hemodinámica. Los volúmenes mínimo y máximo (V _max y V _min ) de cada bucle en la serie de bucles se trazan en un gráfico. Las líneas V _max y V _min se extrapolan y en su punto de intersección, donde V _max es igual a V _min , debe ser cero: la conductancia es solo conductancia paralela. El volumen en este punto es el volumen de corrección.

Las técnicas de admitancia ofrecen una alternativa al bolo salino como medio para determinar G ^P .

Se pueden calcular varios parámetros para cada bucle (por ejemplo, presión telediastólica, presión telesistólica, intervalos de eyección y llenado, índice de contractilidad, volumen sistólico y fracción de eyección).

Más importante aún, otros parámetros interesantes se derivan de una serie de bucles obtenidos en condiciones cambiantes. Por ejemplo, la relación presión-volumen telediastólico (EDPVR) y la relación presión-volumen telesistólico (ESPVR) se derivan de una serie de bucles obtenidos al inflar lentamente un balón para ocluir la vena cava inferior, un procedimiento que reduce la precarga cardíaca .

La EDPVR y la ESPVR son valiosas porque son índices independientes de la carga de la función ventricular izquierda. También miden la rigidez y la distensibilidad del ventrículo izquierdo (EDPVR) y la contractilidad (ESPVR), respectivamente.

Otros parámetros derivados de series de bucles son:

• Elasticidad variable en el tiempo
• Elastancia sistólica final también llamada elastancia máxima
• Trabajo de carrera reclutable de precarga
• Precarga ajustada${\displaystyle {\operatorname {d} P \over \operatorname {d} t_{max}}}$
• ${\displaystyle {\operatorname {d} P \over \operatorname {d} t_{max}}}$vs volumen telediastólico

• Procesamiento de señales
• Diagrama de presión y volumen
• Análisis del circuito de presión-volumen en cardiología
• Bucle de trabajo

• Esposito, G; Santana, LF; Dilly, K; Cruz, JD; Mao, L; Lederer, WJ; Rockman, HA (2000). "Defectos celulares y funcionales en un modelo murino de insuficiencia cardíaca". American Journal of Physiology. Fisiología cardíaca y circulatoria . 279 (6): H3101–12. doi :10.1152/ajpheart.2000.279.6.H3101. PMID  11087268. S2CID  2090600.
• Sodums, MT; Badke, FR; Starling, MR; Little, WC; O'Rourke, RA (1984). "Evaluación del rendimiento contráctil del ventrículo izquierdo utilizando relaciones presión-volumen sistólicos finales en perros conscientes". Circulation Research . 54 (6): 731–9. doi : 10.1161/01.RES.54.6.731 . PMID  6329545.
• Sodums, Marcis T.; Badke, Frederick R.; Starling, Mark R.; Little, William C.; O'Rourke, Robert A. (1984). "Evaluación del rendimiento contráctil del ventrículo izquierdo utilizando relaciones presión-volumen sistólicos finales en perros conscientes". Circulation Research . 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). "Medición de la función cardíaca mediante la técnica de catéter de conductancia de presión-volumen en ratones y ratas". Nature Protocols . 3 (9): 1422–34. doi :10.1038/nprot.2008.138. PMC  2597499 . PMID  18772869.

• Sonometrics Corporation (Instrumentación, transductores y software para laboratorios de investigación en ciencias biológicas)
• emka TECHNOLOGIES (Hardware y software para estudios de bucles fotovoltaicos)
• ADInstruments, Inc. (Módulo de software de bucle fotovoltaico e instrumentación científica para laboratorios de investigación en ciencias biológicas)