Summary
Här beskrivs och jämförs två positioner för att få den apikala fyra kammare syn på möss. Dessa positioner möjliggör kvantifiering av högerkammar funktionen, ger jämförbara resultat och kan användas omväxlande.
Abstract
Diastolisk dysfunktion är ett framträdande inslag i höger kammare (RV) remodeling i samband med villkor för överbelastning. Emellertid, den RV diastoliskt funktionen kvantifieras sällan i experimentella studier. Detta kan bero på tekniska svårigheter i visualisering av RV i apikala fyra kammare syn på gnagare. Här beskriver vi två positioner som underlättar visualiseringen av den apikala fyr kammar vyn i möss för att bedöma RV-diastolisk funktion.
Den apikala fyra kammare uppfattning är aktiverad genom att luta musen fixering plattform till vänster och caudally (LeCa) eller till höger och kraniellt (RiCr). Båda positionerna ger bilder av jämförbar kvalitet. Resultaten av RV diastoliskt funktion erhålls från två positioner är inte signifikant annorlunda. Båda positionerna är comparably lätt att utföra. Detta protokoll kan införlivas i publicerade protokoll och möjliggör detaljerade utredningar av RV-funktionen.
Introduction
Diastolisk dysfunktion är ett framträdande inslag i höger kammare (RV) remodeling1 och är associerad med tryck-överbelastning villkor2. Ekokardiografi (echocg) kan användas för karakterisering av RV diastolisk dysfunktion3,4. Trots den senaste tidens utveckling i smådjurs ekokardiografi rapporteras sällan mätningar av diastoliska parametrar. I motsats, mätningar av den systoliska funktionen används ofta för karakterisering av transgena möss5, samt för utvärderingen av ett behandlingssvar6.
Detta kan delvis förklaras av svårigheterna i mätningen av diastoliska parametrar från den apikala fyra kammare syn. Visualisering av hjärtat i denna position kan underlättas genom att luta fixeringsplattformen LeCa eller RiCr. Även om dessa manipulationer används, rapporterar ekokardiografer inte dem i sina manuskript4,7. Därför är det fortfarande oklart om dessa manipulationer ger jämförbara resultat. Dessutom utesluter detta också en utveckling av standardiserad nomenklatur för denna position för möss.
Syftet med denna studie var att beskriva två positioner för apikala fyra kammare Visa visualisering och jämföra deras resultat. För att bestämma skillnaderna mellan de två positionerna, vi har utnyttjat musen Pulmonell artär banding (PAB) modell, där en tantal klipp leder till en partiell ocklusion av lungartären. Denna ocklusion resulterar i höger ventrikeln remodeling och dysfunktion. Fullständig information om PAB-operationen finns i tidigare publicerat arbete3. Sham-operated möss, där klippet placerades bredvid lungartären, användes för jämförelse. EchoCG undersökningar utfördes tre veckor efter operationen med hjälp av avbildnings systemet med en 30 MHz Scan head (se tabell över material för båda). Nomenklatur för beskrivning av positionerna och riktningar mellan musen och ultraljud strålen används som beskrivs av Zhou et al.7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien utfördes enligt nationella bestämmelser för djurförsök och EU-direktiv 2010/63. Förbered utrustning som tidigare beskrivits av Brittain et al.8.
1. mus förberedelse
- Få 12 till 13 veckor gamla manliga C57Bl6/J möss och hus dem med en 12 h ljus/mörker cykel, vid en konstant rumstemperatur, och med AD libitum tillgång till standard laboratorium Chow och vatten, fram till början av experimentet.
- Anesthetize musen med hjälp av narkos godkänts av Institutet och kontrollera om bristen på svar på tå nypa. Under mild anestesi med isofluran 0,8% – 1,2%, fäst musen på en uppvärmd plattform. Applicera elektrodgel till dess extremiteter för kontinuerlig övervakning av dess hjärtfrekvens och temperatur.
- Depilera musens bröst hår med hjälp av depilationskräm. För att minska trycket på dess bröstkorg, inte tillämpa ultraljud kopplingen gel direkt på bröstkorgen; snarare, applicera ett lager av gelen till spetsen av givaren.
2. bild förvärv
- Apikal fyra kammare vy med en vänster och caudal lutning av plattformen
- Efter mus beredningen, angulera plattformen till vänster vid 10 °-15 ° och sedan caudally vid 10 °-15 °.
- Placera givaren ovanför spetsen med bildplanet ~ 45 ° till det koronala planet och den centrala axeln av ultraljud strålen riktad kraniellt, posteriort, och till vänster för att få den apikala fyra kammare syn. Tryck på b-mode- knappen för att aktivera b-mode/2-D-bilden.
Anmärkning: Givaren kan hållas manuellt eller fixeras genom en etapp. Termen "B-mode" kommer från avbildnings systemet som användes i stället för den mer välbekanta termen "tvådimensionell" (2-D) och används i hela protokollet. - Leta efter utseendet på följande strukturer i det akustiska fönstret: vänster kammare (LV), vänster Atrium (LA), RV, höger förmak (RA), mitralklaffen (MV), och trikuspilventilen (TV).
- Manipulera bildplanet i det koronala planet och rotera klockan-och moturs runt den centrala axeln tills båda ventriklarna visualiseras i sin längsta dimension och båda Atria är synliga. Detta är den fyra-kammare beskådar (bild 1).
- Tryck på Cine Store -knappen för att spara inspelningen.
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att pausa systemet.
- Mätning av transtricuspid blod flödeshastigheter
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att aktivera systemet.
- Tryck flera gånger på knappen överlägg för att aktivera samplings volymen för PW-läge (pulsad våg).
- Samtidigt som den erhållna fyra kammare Visa, använda trackball att placera provvolymen vid öppnandet av tricuspid ventiler för mätning av inflöde hastigheter (E och en topp hastigheter).
- Tryck på PW mode-knappen för mätning av inflödes hastigheter (E och en topp hastighet).
Anmärkning: Eftersom tricuspid ventiler är svåra att visualisera i denna position, utföra flera mätningar hjälper till att korrekt justera provvolymen med blodflödet. Utför dopplerprovtagning med minsta förekomst vinkel mellan dopplerbalken och blod flödesriktningen. Den erhållna blod flödes profilen bör motsvara följande kriterier: 1) en inflödes profil som liknar en M-form med den första toppen som är lägre än den andra. 2) en respiratorisk modulering med en ökad amplitud vid inspiration; 3) en maximal amplitud av hastigheter i flera mätningar (figur 2). - Tryck på Cine Store -knappen för att spara den optimerade inspelningen.
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att pausa systemet.
- Mätning av tricuspid ringformig plan systolisk utflykt (TAPSE)
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att aktivera systemet.
- Växla till B-läge genom att trycka på b-mode -knappen. Vissa manipulationer på bilden kan vara nödvändiga för att återfå rätt fyra kammare syn.
- Tryck flera gånger på knappen overlay för att aktivera M-läget. Med hjälp av Trackball, justera provvolymen med den laterala delen av tricuspid annulus. Genom att dra i kanterna på provvolymen med hjälp av Trackball, justera längden på provvolymen för att täcka hela amplituden av hjärt rörelsen under hjärt cykeln.
- Tryck på m-mode -knappen för att aktivera m-läget. Tricuspid annulus rörelser bör visas som en våg (figur 2).
- Tryck på Cine Store -knappen för att spara inspelningen.
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att pausa systemet.
- Mätning av parametrar för vävnads Doppler
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att aktivera systemet.
- Tryck på b-mode -knappen för att aktivera b-läget.
Anmärkning: Vissa manipulationer genom ankling i det koronala planet och rotation klocka-och motsols runt den centrala axeln av bilden kan vara nödvändigt att återfå rätt fyra kammare syn. - Tryck flera gånger på knappen overlay för att aktivera provvolymen för TDI (Tissue Doppler Imaging). Med hjälp av Trackball, justera provvolymen med den laterala delen av tricuspid annulus, där RV fri vägg skapar en vinkel med tricuspid ventilen. Genom att dra i kanterna på provvolymen med hjälp av styrkulan justerar du provvolymen så att den innehåller både systoliskt och det diastoliska extrem positionerna för annulus.
-
Tryck på vävnads knappen för att aktivera TDI-läget.
Anmärkning: gul spårning av TDI-inspelningen förefaller motsvara följande kriterier: 1) en inspelning som liknar en inverterad M-form. 2) klart distinguishable E ' och A ' toppar under diastole och S ' topp under Systole; 3) en maximal amplitud av hastigheter i flera mätningar (figur 2). - Tryck på Cine Store -knappen för att spela in en optimerad bild.
- Tryck på knappen Scan/Freeze för att pausa systemet.
- Apikal fyra kammare vy med höger och kranial lutning av plattformen
- Angulera plattformen till höger vid 10 °-15 ° och sedan kranial vid 10 °-15 °. Utför mätningarna enligt beskrivningen i föregående avsnitt för LeCa-stegen (steg 2,1, 2,2, 2,3 och 2,4).
Anmärkning: Under utredningen ska isofluran titreras mellan 0. – 1,2 för att hålla mus pulsen på 400 – 440 BPM. I detta intervall, separata toppar transtricuspid blodflöde och vävnad Doppler (DTI) hastigheter är mätbara. För att undvika effekterna av värmeförlusten på hemodynamik registreras uppgifterna och analysen utförs off-line. Endast signaler som erhålls vid slutet av förfallodatum används för analys. Mätningar av 3-5 pulsslag är i genomsnitt.
- Angulera plattformen till höger vid 10 °-15 ° och sedan kranial vid 10 °-15 °. Utför mätningarna enligt beskrivningen i föregående avsnitt för LeCa-stegen (steg 2,1, 2,2, 2,3 och 2,4).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den apikala fyra kammare syn är svårt att få i möss. Därför kan manipulationer av plattformens position hjälpa till att visualisera hjärtat genom att ändra dess position i bröstkorgen. Tippningen av plattformen till vänster och till höger förbättrade det akustiska fönstret och gav bilder av jämförbar kvalitet i B-läge (figur 1). Efter att ha erhållit rätt position gav mätningarna i PW-, M-och TDI-lägena bilder av jämförbar kvalitet (figur 2). Mätningen av diastoliska parametrar utfördes på simulerad mus och PAB-styrda möss (tabell 1). Båda positionerna (RiCr och LeCa) gav liknande resultat i de diastoliska parametrarna (tabell 2). Dessutom avslöjade EchoCG-undersökningarna i båda positionerna liknande skillnader mellan simulerad och PAB-grupp (tabell 2, dunnets test). Korrelationsanalys avslöjade ett bra avtal mellan värden som erhållits från dessa två underlättas positioner (figur 3). Som små grupper av djur användes för denna studie, icke-parametriska tester har tillämpats9,10. Variabilitet inom observatören för vissa analyserade parametrar har publicerats tidigare3.
Figur 1 : Representativa bilder av den apikala fyrkammarvyn. Den apikala fyra kammare uppfattning är aktiverad genom att luta musen fixering plattform till vänster och caudally (LeCa) eller till höger och kraniellt (RiCr). LA = vänster förmak; LV = vänster kammare; RA = höger förmak; RV = höger kammare. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Representativa bilder av mätningarna av TAPSE-, TDI-och transtrikuspid-flödet som erhållits från två förenklade apikala fyra kammar visningslägen. TAPSE = tricuspid annulus plan systolisk utflykt; E ' = tidig topp av höger ventrikulär avslappning hastighet; A ' = sen topp av höger ventrikulär avslappning hastighet; S ' = hastighet av högerkammarkontraktion; E = tidig topp av diastoliskt tricuspid inflöde; A = sen topp av diastoliskt tricuspid inflöde. Notera förändringen i transtricuspid blodflödet profil på inspiration (Insp). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : Korrelationsanalys av data som erhållits från två förenklade apikala positioner. Korrelationsanalys utfördes med icke-parametriska Spearman ' s test. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Tabell 1: karaktärisering av de styrda grupperna tre veckor efter operationen. RVFW = höger kammar fri väggtjocklek; VTI = hastighet-tidsintervall.
Tabell 2: jämförelse av de resultat som erhålls från den apikala fyra kammar bilden underlättas av vänster kaudal eller höger kranialplattformslutning. EchoCG-härledda RV funktionella parametrar visas. Som varje mus undersöktes i båda positionerna, den undertecknade Rank Wilcoxon testet användes för intra-grupp jämförelser. § p > 0,05 mellan ricr och Leca. Kruskal-Wallis-testet, följt av Dunnets post hoc -test, användes för flera grupp jämförelser. Resultatet av två utvalda jämförelser mellan grupper presenteras i tabellen. * p < 0,05, * * p < 0,01. PAB = Pulmonell artär banding; LeCa = vänster caudal lutning; RiCR = höger kraniell lutning; E = tidig topp av diastoliskt tricuspid inflöde; A = sen topp av diastoliskt tricuspid inflöde; TAPSE = tricuspid annulus plan systolisk utflykt; e ' = tidig topp av höger ventrikulär avslappning hastighet; a ' = sen topp av höger ventrikulär avslappning hastighet; S ' = hastighet av högerkammarkontraktion; HR = hjärtfrekvens; BPM = slag per minut.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den ekokardiografiska RV funktion och dimensions bedömning från parasternal positioner har väl beskrivits. Däremot har den apikala positionen i mus ekokardiografi försummats delvis på grund av tekniska svårigheter. Med hjälp av en horisontell plattforms position är det svårt att få ett tillräckligt akustiskt fönster för bildtagning med fyra kammar bilder. För att underlätta avbildning av denna position, kan plattformen lutas åt vänster, en manipulation som liknar vänstersidig positionering av patienter. Detta bör resultera i en åt vänster och mer överlägsen positionering av hjärtat, vilket förbättrar det akustiska fönstret. Därför är LeCa vår standardiserade position för apikal visualisering. Men i cirka 30% – 35% av möss, bildkvaliteten i denna position kan vara otillräcklig. Här kan Imaging i RiCr-positionen vara till hjälp.
Från dessa positioner, transtricuspid blodflödet hastigheter (e och a) och vävnads Doppler hastigheter (e ' och a ') kan mätas, ger information om RV diastoliskt funktion. Vi observerade ett bra samband mellan TDI-parametrar som erhållits från de två positionerna. Mindre tillfredsställande var sambandet mellan E. I allmänhet var visualiseringen av transtricuspidals blod flödes profil den mest utmanande delen av protokollet som presenterades här och uppvisade den högsta variationen. Mätningen av TAPSE och S ' genom vävnaddoppler gav en uppskattning av RV systolisk funktion. Men i ljuset av de senaste rönen, är den fysiologiska innebörden av TAPSE inte klart11. Vi inte rutinmässigt mäta RV fraktionerad område av kontraktion från apikala position eftersom, i villkoren för överbelastning, den laterala delen av den utvidgade RV är delvis täckt av bröstbenet och inte helt synlig från denna position3. Således möjliggör visualiseringen av den apikala positionen i möss mätningen av de parametrar som rutinmässigt används i kliniken och därmed levererar mer information, vilket möjliggör en mer komplett funktionell karakterisering.
Stam, stam hastighet analys, och speckle tracking ekokardiografi är nya modaliteter av hjärt ultraljud12. Dess höga känslighet kan detektera hjärtdysfunktion i inledningsskedet13 och har befogenhet att förutsäga dödlighet14; Därför är dess tillämpning också motiverad i experimentella studier. Tyvärr, i möss, är RV fri vägg delvis gömd bakom bröstbenet skugga, vilket kan hindra analysen av stammen. Dessutom kräver fläck analys god bildkvalitet och visualisering av hela den fria väggen.
Hjärt-kärlsystemet reagerar snabbt på förändringar i hållningen genom att aktivera baroreceptor mekanismer15. Därför kan det förväntas att den kraniala lutningen av plattformen skulle orsaka reflectory förändringar i de uppmätta hjärt parametrarna. I själva verket orsakade både Head-up och head-down Tilt position en övergående förändring i hjärtfrekvens och hjärt elektrisk axel i möss16. Medan en 90 ° Head-up Tilt orsakar en ökad hjärtfrekvens, en 90 ° head-down Tilt orsakade övergående och statistiskt obetydlig bradykardi. Däremot rekommenderar vi att du lutar musen endast med 10 ° – 15 ° i endera riktningen. Dessa milda förändringar i hållning inte orsaka någon mätbar hemodynamiska perturbances.
LV diastoliska funktion i möss är ett annat understuderat område. Även om det inte testats i denna studie, bör det protokoll som presenteras här kunna användas för kvantifiering av LV diastoliska funktion.
De teoretiska och praktiska begränsningarna hos smådjur EchoCG har beskrivits i detalj på andra håll8. I detta protokoll utförs mätningar med puls frekvenser på 400 – 440 BPM. Vid detta intervall av hjärtfrekvens, mätningar av E och en hastighet toppar, liksom av TDI-index, är genomförbara. Vid högre hjärtfrekvens, toppar slås samman, vilket gör kvantifieringen omöjlig. Eftersom den fysiologiska hjärtfrekvensen för möss är 500 – 600 BPM, är den hjärtfrekvens som används i detta protokoll ganska låg. Ändå, mätningarna på detta hjärtfrekvens intervall verkar tillförlitlig och möjliggöra åtskillnad mellan fysiologisk och dysfunktionella fenotyper3.
Vi beskrev ett protokoll för två positioner som underlättar bedömningen av RV funktionella parametrar från fyra kammare åsikter i möss. Positionerna ger jämförbara resultat och kan användas omväxlande.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Studien finansierades av Ludwig Boltzmann Institute for lung vaskulär forskning.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| RMV-707B scan head 30 MHz | Visual Sonics | P/N 11459 | mouse scan head |
| VisualSonics Vevo 770® High-Resolution Imaging System | Visual Sonics | 770-230 | ultrasound machine |
| Veet depilation creme for sensitive skin | Veet | 07768307 | |
| Surgical tape Durapore 3M | 3M Deutschland GmbH | 1538-1 | for fixation |
| Askina Brauncel cellulose swabs | B.Braun | 9051015 | |
| Aquasonic ultrasound gel | Parker Laboratories Inc. | BT025-0037L | |
| Electrode Gel | GE medical systems information technologies Inc. | 2034731-002 | apply to extremities for countinous ECG and heart rate monitoring |
| Thermasonic gel warmer | Parker Laboratories Inc. | 82-04-20 | to reduce heat loss warm up the ultrasound gel before use |
References
- Egemnazarov, B., Crnkovic, S., Nagy, B. M., Olschewski, H., Kwapiszewska, G. Right ventricular fibrosis and dysfunction: Actual concepts and common misconceptions. Matrix Biology: Journal of the International Society for Matrix Biology. 68-69, 507-521 (2018).
- Rain, S., et al. Right ventricular diastolic impairment in patients with pulmonary arterial hypertension. Circulation. 128, 1-10 (2013).
- Egemnazarov, B., et al. Pressure overload creates right ventricular diastolic dysfunction in a mouse model: assessment by echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 28, 828-843 (2015).
- Crnkovic, S., et al. Functional and molecular factors associated with TAPSE in hypoxic pulmonary hypertension. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 311, 59-73 (2016).
- Shi, L., et al. miR-223-IGF-IR signalling in hypoxia- and load-induced right-ventricular failure: a novel therapeutic approach. Cardiovascular Research. 111, 184-193 (2016).
- de Raaf, M. A., et al. Tyrosine kinase inhibitor BIBF1000 does not hamper right ventricular pressure adaptation in rats. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 311, 604-612 (2016).
- Zhou, Y. Q., et al. Comprehensive transthoracic cardiac imaging in mice using ultrasound biomicroscopy with anatomical confirmation by magnetic resonance imaging. Physiological Genomics. 18, 232-244 (2004).
- Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. Echocardiographic assessment of the right heart in mice. Journal of Visualized Experiments. (81), e50912 (2013).
- Kitchen, C. M. Nonparametric vs parametric tests of location in biomedical research. American Journal of Ophthalmology. 147, 571-572 (2009).
- Yan, F., Robert, M., Li, Y. Statistical methods and common problems in medical or biomedical science research. International Journal of Physiology, Pathophysiology and Pharmacology. 9, 157-163 (2017).
- Guihaire, J., et al. Non-invasive indices of right ventricular function are markers of ventricular-arterial coupling rather than ventricular contractility: insights from a porcine model of chronic pressure overload. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14, 1140-1149 (2013).
- Sareen, N., Ananthasubramaniam, K. Strain Imaging: From Physiology to Practical Applications in Daily Practice. Cardiology in Review. 24, 56-69 (2016).
- Thavendiranathan, P., et al. Use of myocardial strain imaging by echocardiography for the early detection of cardiotoxicity in patients during and after cancer chemotherapy: a systematic review. Journal of the American College of Cardiology. 63, 2751-2768 (2014).
- Sengelov, M., et al. Global Longitudinal Strain Is a Superior Predictor of All-Cause Mortality in Heart Failure With Reduced Ejection Fraction. JACC: Cardiovascular Imaging. 8, 1351-1359 (2015).
- Silvani, A., et al. Physiological Mechanisms Mediating the Coupling between Heart Period and Arterial Pressure in Response to Postural Changes in Humans. Frontiers in Physiology. 8, 163 (2017).
- Mohan, M., Anandh, B., Thombre, D. P., Surange, S. G., Chakrabarty, A. S. Effect of posture on heart rate and cardiac axis of mice. Indian Journal of Physiology and Pharmacology. 31, 211-217 (1987).
