multiparametric-optical-mapping-langendorff-perfused-rabbit

Multiparametric Optical Mapping of the Langendorff-perfused Rabbit Heart

Optical imaging and fluorescent probes have significantly advanced research methodology in the field of cardiac electrophysiology in ways that could not ...

optical-mapping-action-potentials-calcium-transients-mouse

Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

Cardiac hypertrophy is a major risk factor for arrhythmias and sudden cardiac death. However, the underlying signaling mechanisms involved in the induction of arrhythmia and electrophysiological remodeling in cardiac hypertrophy are unclear.

Gi alpha 1-mediated cardiac electrophysiological remodeling and arrhythmia in hypertrophic cardiomyopathy.

Herzhypertrophie ist ein wichtiger Risikofaktor f&uuml;r Herzrhythmusst&ouml;rungen und pl&ouml;tzlichen Herztod. Allerdings sind die zugrunde liegenden Signalisierungsmechanismen beteiligt die Induktion der Arrhythmie und elektrophysiologische Umbau in Herzhypertrophie unklar.

GI alpha 1-vermittelte kardiale elektrophysiologische Umbau und Arrhythmie in hypertrophe Kardiomyopathie.

Fluorescent imaging with voltage- and/or calcium-sensitive dyes has revolutionized cardiac physiology research. Here we present improved panoramic imaging for optically mapping electrical activity from the entire epicardium of the Langendorff-perfused rabbit heart. Combined with reconstruction of the 3D heart surface, the functional data can be conveniently visualized on the realistic heart geometry. Methods to quantify the panoramic data set are introduced by first describing a simple approach to mesh the heart in regular grid form. The regular grid mesh provides substrate for easy translation of previously available non-linear dynamics methods for 2D array data. It also simplifies the unwrapping of curved three-dimensional surface to 2D surface for global epicardial visualization of the functional data. The translated quantification methods include activation maps (isochrones), phase maps, phase singularity, and electric stimulus-induced virtual electrode polarization (VEP) maps. We also adapt a method to calculate the conduction velocities on the global epicardial surface by taking the curvature of the heart surface into account.

Quantitative panoramic imaging of epicardial electrical activity.

Fluoreszenz-Bildgebung mit Spannungs- und/oder Kalzium-empfindlichen Farbstoffen hat kardiale Physiologie-Forschung revolutioniert. Hier pr&auml;sentieren wir verbesserte Panorama Bildgebung f&uuml;r die Zuordnung von optisch elektrischen Aktivit&auml;t aus der gesamten Epikard des Herzens Langendorff-perfused Kaninchen. Zusammen mit der Rekonstruktion der 3D Herz-Oberfl&auml;che, k&ouml;nnen die Funktionsdaten bequem auf die realistische Herz-Geometrie visualisiert werden. Panorama DataSet zu quantifizieren sind erste beschreibt einen einfachen Ansatz Herzen in Form von regelm&auml;&szlig;igen Raster Mesh eingef&uuml;hrt. Das regelm&auml;&szlig;ige Gitter-Netz bietet Substrat f&uuml;r einfache &Uuml;bersetzung der bisher verf&uuml;gbaren nichtlinearer Dynamik Methoden f&uuml;r 2D Arraydaten. Es vereinfacht auch das Auspacken der dreidimensionalen Kurvenfl&auml;che 2D Oberfl&auml;che f&uuml;r globale epikardialem Visualisierung der funktionellen Daten. Die &uuml;bersetzten Quantifizierung-Methoden umfassen Aktivierung Maps (isochronen), Phase Karten, Phase Singularit&auml;t und elektrische Impulse induziert virtuelle Elektroden Polarisation (VEP) zugeordnet. Wir passen auch eine Methode um die W&auml;rmeleitung-Geschwindigkeiten auf der globalen epikardialem Oberfl&auml;che zu berechnen, indem man die Kr&uuml;mmung der Fl&auml;che Herz zu ber&uuml;cksichtigen.

Quantitative Panorama Bildgebung epikardialem elektrischen Aktivit&auml;t.

Sudden cardiac death due to arrhythmia in the settings of chronic myocardial infarction (MI) is an important clinical problem. Arrhythmic risk post-MI continues indefinitely even if heart failure and acute ischemia are not present due to the anatomic substrate of the scar and border zone (BZ) tissue.

Panoramic imaging reveals basic mechanisms of induction and termination of ventricular tachycardia in rabbit heart with chronic infarction: implications for low-voltage cardioversion.

Pl&ouml;tzlicher Herztod durch Arrhythmie in den Einstellungen von chronischer Myokardinfarkt (MI) ist ein wichtiges Klinisches Problem. Arrhythmic Risiko Post-MI wird auf unbestimmte Zeit fortgesetzt, auch bei Herzinsuffizienz und akute Isch&auml;mie nicht durch das anatomische Substrat von der Narbe und Border Zone (BZ)-Gewebe.

Panorama Bildgebung zeigt grundlegende Mechanismen der Induktion und Beendigung von ventrikul&auml;ren Tachykardien bei Kaninchen Herz mit chronischen Infarkt: Implikationen f&uuml;r Niedervolt-Kardioversion.

We previously showed that the cardioversion threshold (CVT) for ventricular tachycardia (VT) is phase dependent when a single monophasic shock (1MP) is used.

Multiple monophasic shocks improve electrotherapy of ventricular tachycardia in a rabbit model of chronic infarction.

Wir zeigten bereits, dass die Kardioversion Schwelle (CVT) Ventrikul&auml;re Tachykardie (VT) Phase abh&auml;ngig wenn ein einzelnes Monophasic Schock (1MP) verwendet wird.

Mehrere Monophasic Schocks verbessern Elektrotherapie der ventrikul&auml;ren Tachykardien bei einem Kaninchen-Modell der chronischen Infarkt.

The aim of this study is to examine how structural discontinuity and functional remodeling changes the susceptibility to alternans of action potential duration (APD) in a rabbit model of chronic myocardial infarction (MI). Optical mapping experiments using voltage-sensitive dyes were performed in 14 rabbit hearts. We found that (1) APD alternans starts at a significantly slower pacing rate in hearts with MI (n = 7) than in normal hearts (n = 7), with the original sites of alternans of APD located in the infarct region and infarct adjacent regions. (2) Alternans of activation cycle length (CL) precedes the occurrence of spatially discordant alternans of APD, with the regions of activation CL alternans located in the infarct adjacent regions. Based on these results, we conclude that susceptibility to alternans are significantly enhanced in this rabbit model of chronic MI, and the enhancement is strongly correlated to structural and functional heterogeneity imposed by the infarction.

Enhanced susceptibility to alternans in a rabbit model of chronic myocardial infarction.

Dieser Studie soll untersuchen, wie strukturelle Diskontinuit&auml;t und funktionale Umbau &auml;ndert die Anf&auml;lligkeit f&uuml;r Alternans Aktionspotential Dauer (APD) in einem Kaninchen-Modell der chronische myokardiale Infarktbildung (MI). Optische Zuordnung Experimente mit Spannung-empfindlichen Farbstoffe wurden in 14 Kaninchen Herzen durchgef&uuml;hrt. Wir fanden, dass (1) APD-Alternans beginnt mit einer deutlich langsameren Tempo Rate in Herzen mit MI (n = 7) als in normalen Herzen (n = 7), mit der urspr&uuml;nglichen Websites von Alternans von AVWS liegt im Infarkt-Gebiet und angrenzenden Regionen Infarkt. (2) Alternans der Aktivierung Zyklusl&auml;nge (CL) vorangestellt ist das Vorkommen des r&auml;umlich uneinigen Alternans von AVWS, mit den Regionen der Aktivierung CL Alternans in angrenzenden Regionen Infarkt zu finden. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse schlie&szlig;en wir, dass die Anf&auml;lligkeit f&uuml;r Alternans sind in diesem Kaninchen-Modell der chronischen MI erheblich verbessert und die Verbesserung besteht Korrelation zu strukturellen und funktionellen Heterogenit&auml;t der Infarkt verh&auml;ngt.

Erh&ouml;hte Anf&auml;lligkeit f&uuml;r Alternans in einem Kaninchen-Modell der chronische myokardiale Infarktbildung.

Transmural dispersion of repolarization has been shown to play a role in the genesis of ventricular tachycardia and fibrillation in different animal models of heart failure (HF). Heterogeneous changes of repolarization within the midmyocardial population of ventricular cells have been considered an important contributor to the HF phenotype. However, there is limited electrophysiological data from the human heart.

Transmural dispersion of repolarization in failing and nonfailing human ventricle.

Transmural Streuung der Repolarisation hat sich gezeigt, eine Rolle bei der Entstehung der ventrikul&auml;ren Tachykardien und Kammerflimmern in verschiedenen Tiermodellen der Herzinsuffizienz (HF). Heterogene &Auml;nderungen der Repolarisation innerhalb der Midmyocardial Bev&ouml;lkerung von ventrikul&auml;ren Zellen sind einen wichtigen Wirtschaftsfaktor der HF-Ph&auml;notyp betrachtet worden. Allerdings gibt es begrenzte elektrophysiologische Daten aus dem menschlichen Herzen.

Transmural Streuung der Repolarisation versagt und Nonfailing menschlichen Ventrikel.

The development of human cardiovascular systems physiology is inhibited by the lack of multiscale functional physiological data, which represents human heart physiology at the molecular, cellular, tissue, organ, and system levels. We have developed an experimental approach to study explanted human hearts in vitro at multiple physiological scales with a wide array of imaging modalities. This approach has already yielded data indicating significant differences between animal models of diseases and actual human heart disease. Our data provides a quantitative foundation for multiscale physiological models of the cardiovascular system and will allow improvement in translation of medical technology and pharmacology from animal models to therapy.

Multiscale imaging of the human heart: Building the foundation for human systems physiology and translational medicine.

Die Entwicklung der Physiologie des menschlichen Herz-Kreislauf-Systeme wird durch den Mangel an Multiskalen funktionelle physiologische Daten, gehemmt, das menschliche Herz Physiologie auf die molekularen, zellul&auml;re, Gewebe, Organ und System-Ebenen darstellt. Wir entwickelten einen experimentellen Ansatz explantierten Herzen der Menschen in-vitro an mehreren physiologischen Skalen mit einer Vielzahl von bildgebenden Modalit&auml;ten zu studieren. Dieser Ansatz hat bereits Daten, signifikante Unterschiede zwischen Tiermodellen f&uuml;r Krankheiten und tats&auml;chlichen menschlichen Herzkrankheit ergeben. Unsere Daten stellt eine quantitative Grundlage f&uuml;r Multiskalen physiologische Modelle des kardiovaskul&auml;ren Systems und Verbesserung in der &Uuml;bersetzung von Medizintechnik und Pharmakologie aus Tiermodellen Therapie erm&ouml;glichen.

Multiskalen Bildgebung des menschlichen Herzens: die Grundlage f&uuml;r menschliche Systemphysiologie und Translationale Medizin.

Excitation-contraction (EC) coupling is altered in end-stage heart failure. However, spatial heterogeneity of this remodeling has not been established at the tissue level in failing human heart. The objective of this article was to study functional remodeling of excitation-contraction coupling and calcium handling in failing and nonfailing human hearts.

Transmural heterogeneity and remodeling of ventricular excitation-contraction coupling in human heart failure.

Erregung-Kontraktion (EG)-Kupplung ist in terminaler Herzinsuffizienz ge&auml;ndert. Jedoch r&auml;umliche Heterogenit&auml;t dieser Umbau nicht auf der Gewebe-Ebene entstand in Ermangelung menschlichen Herzen. Ziel dieses Artikels war es, studieren, funktionale Umbau der Erregung-Kontraktion Koppelung und Kalzium handling in fehlerhaften und Nonfailing menschlichen Herzen.

Transmural Heterogenit&auml;t und Umbau des linksventrikul&auml;ren Erregung-Kontraktion Kopplung in menschlichen Herzinsuffizienz.

Sinoatrial node is responsible for the origin of the wave of excitation, which spreads throughout the heart and orchestrates cardiac contraction via calcium-mediated excitation-contraction coupling. P wave represents the spread of excitation in the atria. It is well known that the autonomic nervous system controls the heart rate by dynamically altering both cellular ionic fluxes and the anatomical location of the leading pacemaker. In this study, we used isolated rabbit right atria and mathematical model of the pacemaker region of the rabbit heart. Application of isoproterenol resulted in dose-dependent acceleration of the heart rate and superior shift of the leading pacemaker. In the mathematical model, such behavior could be reproduced by a gradient of expression in Î²1-adrenergic receptors along the superior-inferior axis. Application of acetylcholine resulted in preferentially inferior shift of pacemaker and slowing of the heart rate. The mathematical model reproduced this behavior with imposing a gradient of expression of acetylcholine-sensitive potassium channel. We conclude that anatomical shift of the leading pacemaker in the rabbit heart could be achieved through gradient of expression of Î²1-adrenergic receptors and I(K,ACh).

Spatiotemporal control of heart rate in a rabbit heart.

Sinoatrial Knoten ist verantwortlich f&uuml;r die Entstehung der Welle der Erregung, die breitet sich im ganzen Herzen und orchestriert kardiale Kontraktion &uuml;ber Kalzium-vermittelte Erregung-Kontraktion-Kupplung. P-Welle stellt die Ausbreitung der Erregung in den Atrien. Es ist bekannt, dass das autonome Nervensystem die Herzfrequenz steuert, indem dynamisch ver&auml;ndern zellul&auml;re Ionische Flussmittel und der anatomischen Lage der f&uuml;hrenden Schrittmacher. In dieser Studie haben wir isoliert Kaninchen richtig Vorh&ouml;fe und mathematisches Modell des Gebietes Schrittmacher des Herzens Kaninchen verwendet. Anwendung von Isoproterenol f&uuml;hrte dosisabh&auml;ngig Beschleunigung der Herzfrequenz und &uuml;berlegene Verschiebung der f&uuml;hrenden Herzschrittmachers. Im mathematischen Modell kann ein solches Verhalten durch einen Verlauf des Ausdrucks &beta;1-adrenerge Rezeptoren entlang der Achse Superior-minderwertigen nachgeahmt werden. Anwendung von Acetylcholin f&uuml;hrte bevorzugt minderwertig Verlagerung des Herzschrittmachers und Verlangsamung der Herzfrequenz. Das mathematische Modell reproduziert dieses Verhalten mit eine Steigung von Ausdruck der Acetylcholin-Sensitive Kaliumkanal imposanten. Wir schlie&szlig;en diese anatomische Verlagerung von der f&uuml;hrenden Schrittmacher in der Hase Herz durch Farbverlauf des Ausdrucks von &beta;1-adrenerge Rezeptoren und I(K,ACh) erreicht werden k&ouml;nnte.

Raumzeitliche Kontrolle der Herzfrequenz in ein Kaninchen-Herz.

Unlike other excitation-contraction uncouplers, blebbistatin has few electrophysiological side effects and has gained increasing acceptance as an excitation-contraction uncoupler in optical mapping experiments. However, the possible role of blebbistatin in ventricular arrhythmia has hitherto been unknown. Furthermore, experiments with blebbistatin and 2,3-butanedione monoxime (BDM) offer an opportunity to assess the contribution of dynamic instability and wavelength of impulse propagation to the induction and maintenance of ventricular arrhythmia. Recordings of monophasic action potentials were used to assess effects of blebbistatin in Langendorff-perfused rabbit hearts (n = 5). Additionally, panoramic optical mapping experiments were conducted in rabbit hearts (n = 7) that were sequentially perfused with BDM, then washed out, and subsequently perfused with blebbistatin. The susceptibility to arrhythmia was investigated using a shock-on-T protocol. We found that 1) application of blebbistatin did not change action potential duration (APD) restitution; 2) in contrast to blebbistatin, BDM flattened APD restitution curve and reduced the wavelength; and 3) incidence of sustained arrhythmia was much lower under blebbistatin than under BDM (2/123 vs. 23/99). While arrhythmias under BDM were able to stabilize, the arrhythmias under blebbistatin were unstable and terminated spontaneously. In conclusion, the lower susceptibility to arrhythmia under blebbistatin than under BDM indicates that blebbistatin has less effects on arrhythmia dynamics. A steep restitution slope under blebbistatin is associated with higher dynamic instability, manifested by the higher incidence of not only wave breaks but also wave extinctions. This relatively high dynamic instability leads to the self-termination of arrhythmia because of the sufficiently long wavelength under blebbistatin.

The role of dynamic instability and wavelength in arrhythmia maintenance as revealed by panoramic imaging with blebbistatin vs. 2,3-butanedione monoxime.

Im Gegensatz zu anderen Uncouplers Erregung-Kontraktion Blebbistatin hat einige elektrophysiologische Nebenwirkungen und hat zunehmende Akzeptanz als eine Anregung-Kontraktion-Entkuppler in optische Zuordnung Experimente gewonnen. Die m&ouml;gliche Rolle der Blebbistatin in ventrikul&auml;re Arrhythmie ist jedoch bisher unbekannt gewesen. Experimente mit Blebbistatin und 2, 3-Butanedione Monoxime (BDM) bieten dar&uuml;ber hinaus Gelegenheit zur Bewertung des Beitrags der dynamische Instabilit&auml;t und Wellenl&auml;nge von Impuls-Weitergabe an die Induktion und Aufrechterhaltung der ventrikul&auml;re Arrhythmie. Aufnahmen von Monophasic Aktionspotentiale wurden verwendet, um die Auswirkungen der Blebbistatin in Langendorff-perfused Kanincheninneren (n = 5). Dar&uuml;ber hinaus wurden Panorama optische Zuordnung Experimente durchgef&uuml;hrt, in Kanincheninneren (n = 7), wurden nacheinander perfused mit BDM, dann ausgewaschen und anschlie&szlig;end perfused mit Blebbistatin. Die Anf&auml;lligkeit f&uuml;r Herzrhythmusst&ouml;rungen wurde mit einem Schock-auf-T-Protokoll untersucht. Wir fanden, dass 1) Anwendung der Blebbistatin &auml;nderten nicht Aktionspotential Dauer (APD) R&uuml;ckgabe; 2) im Gegensatz zu Blebbistatin BDM APD R&uuml;ckgabe Kurve abgeflacht und reduziert die Wellenl&auml;nge; und 3) nachhaltig Arrhythmie-Inzidenz war viel niedriger unter Blebbistatin als unter BDM (2/123 vs. 23/99). W&auml;hrend Arrhythmien unter BDM stabilisieren konnten, waren die Arrhythmien unter Blebbistatin instabil und beendeten spontan. Abschlie&szlig;end hat die geringere Anf&auml;lligkeit f&uuml;r Herzrhythmusst&ouml;rungen unter Blebbistatin als unter BDM gibt an, dass Blebbistatin weniger Auswirkungen auf die Dynamik der Arrhythmie. Hang steil R&uuml;ckgabe unter Blebbistatin ist h&ouml;here dynamische Instabilit&auml;t, manifestiert durch die h&ouml;here Inzidenz von nicht nur die Welle bricht, sondern auch die Welle ausgestorbenen Arten zugeordnet. Diese relativ hohe dynamische Instabilit&auml;t f&uuml;hrt zu den Besch&auml;ftigungsverh&auml;ltnisses von Arrhythmie aufgrund der ausreichend lange Wellenl&auml;nge unter Blebbistatin.

Die Rolle der dynamische Instabilit&auml;t und Wellenl&auml;nge in Arrhythmie-Pflege wie durch Panorama-Bildgebung mit Blebbistatin vs. 2, 3-Butanedione Monoxime aufgedeckt.

ArticleTotal : 2	Year
Publication title Cited by 30	2011
Publication title Cited by 69	2011

Article	Year
Gi alpha 1-mediated cardiac electrophysiological remodeling and arrhythmia in hypertrophic cardiomyopathy. Circulation\| PubMed ID: 17646583	2007
Quantitative panoramic imaging of epicardial electrical activity. Annals of biomedical engineering\| PubMed ID: 18654852	2008
Panoramic imaging reveals basic mechanisms of induction and termination of ventricular tachycardia in rabbit heart with chronic infarction: implications for low-voltage cardioversion. Heart rhythm : the official journal of the Heart Rhythm Society\| PubMed ID: 18996057	2009
Multiple monophasic shocks improve electrotherapy of ventricular tachycardia in a rabbit model of chronic infarction. Heart rhythm : the official journal of the Heart Rhythm Society\| PubMed ID: 19560090	2009
Enhanced susceptibility to alternans in a rabbit model of chronic myocardial infarction. Conference proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference\| PubMed ID: 19964643	2009
Transmural dispersion of repolarization in failing and nonfailing human ventricle. Circulation research\| PubMed ID: 20093630	2010
Multiscale imaging of the human heart: Building the foundation for human systems physiology and translational medicine. Conference proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference\| PubMed ID: 21095821	2010
Transmural heterogeneity and remodeling of ventricular excitation-contraction coupling in human heart failure. Circulation\| PubMed ID: 21502574	2011
Spatiotemporal control of heart rate in a rabbit heart. Journal of electrocardiology\| PubMed ID: 21937057	2011
The role of dynamic instability and wavelength in arrhythmia maintenance as revealed by panoramic imaging with blebbistatin vs. 2,3-butanedione monoxime. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology\| PubMed ID: 22037192	2012
Shock-induced focal arrhythmias: not driven by calcium? Heart rhythm : the official journal of the Heart Rhythm Society\| PubMed ID: 22079556	2012

Qing Lou

Biography

JoVE Journal Publications

Other Publications