Summary
本プロトコルは、肺動脈性肺高血圧症のラットモデルにおける右心室の形態および機能の心エコー検査の特徴付けを記載する。
Abstract
肺動脈性肺高血圧症(PAH)は、肺の小動脈の血管収縮とリモデリングによって引き起こされる進行性疾患です。このリモデリングは、肺血管抵抗の増加、右心室機能の悪化、および早死につながります。現在承認されているPAHの治療法は、主に肺血管拡張経路を標的としています。しかし、最近の新たな治療法は、右心室(RV)リモデリングを含む、疾患の病因に関与する他の新しい経路に焦点を当てています。新規治療薬の縦断的評価を可能にするイメージング技術は、前臨床試験における新薬の有効性を決定するのに非常に有用である。非侵襲的経胸部心エコー検査は、依然として心機能を評価するための標準的なアプローチであり、げっ歯類モデルで広く使用されています。ただし、RVの心エコー検査の評価は、その解剖学的位置と構造のために困難な場合があります。さらに、前臨床げっ歯類モデルにおける心エコー検査の標準化されたガイドラインが不足しているため、異なる検査室での研究間でRV機能の統一された評価を実施することは困難です。前臨床試験では、ラットのモノクロタリン(MCT)傷害モデルは、PAHを治療するための薬効を評価するために広く使用されています。このプロトコルは、ナイーブおよびMCT誘発PAHラットにおけるRVの心エコー検査評価について説明しています。
Introduction
PAHは、20mmHg1を超える安静時の平均肺動脈圧として定義される進行性疾患です。PAHの病理学的変化には、肺動脈(PA)リモデリング、血管収縮、炎症、および線維芽細胞の活性化と増殖が含まれます。これらの病理学的変化は、肺血管抵抗の増加につながり、その結果、右心室リモデリング、肥大、および機能不全につながります2。PAHは、いくつかのシグナル伝達経路間のクロストークを伴う複雑な疾患です。PAHを治療するために現在承認されている薬は、主に一酸化窒素-環状グアノシン一リン酸経路、プロスタサイクリン経路、およびエンドセリン経路を含む血管拡張経路を標的としています。これらの経路を標的とする治療薬は、単剤療法および併用療法の両方として使用されてきた3,4。過去10年間のPAHの治療の進歩にもかかわらず、米国を拠点とするREVEALレジストリからの調査結果は、新たに診断された患者の5年生存率が低いことを示しています5。最近では、新たな治療法は、疾患を破壊することを期待して、PAHで起こる血管リモデリングの多因子病態生理学に影響を与える可能性のある疾患修飾剤に焦点を合わせています6。
PAHの動物モデルは、新薬治療の有効性を評価する上で非常に貴重なツールです。MCT誘発PAHラットモデルは、肺動脈血管のリモデリングを特徴とする広く使用されている動物モデルであり、これは次に肺血管抵抗の増加と右心室肥大および機能障害につながります7,8。新しい治療法の有効性を評価するために、研究者は通常、PA圧、RV形態、およびRV機能の縦断的評価を考慮せずに、RV圧の最終評価に焦点を合わせます。非侵襲的および非終末イメージング技術の使用は、動物モデルにおける疾患の進行を包括的に検査するために重要です。経胸壁心エコー検査は、磁気共鳴画像法などの他の画像診断法と比較して低コストで使いやすいため、動物モデルで心臓の形態と機能を評価するための標準的なアプローチであり続けています。ただし、RVの心エコー検査評価は、胸骨影の下のRVの位置、その十分に発達した小柱、およびその解剖学的形状のために困難な場合があり、これらすべてが心内膜境界の描写を困難にします9,10,11。
この記事は、RVの寸法、面積と体積、および収縮期および拡張期機能を評価するための包括的なプロトコルを説明することを目的としています スプレイグドーリー(SD)ラットのナイーブおよびMCT誘発PAH。さらに、このプロトコルは、正常および拡張した右心房の心エコー検査寸法を評価する方法を詳述しています。
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Protocol
このプロトコルのすべての実験は、イリノイ大学シカゴ校の動物管理ガイドライン、シカゴ施設動物管理および使用委員会に従って実施されました。オスのスプレイグドーリー(SD)ラットの体重は、MCT注射時の体重が0.200〜0.240 kgでした。ただし、この記事で説明されているプロトコルは、より広い体重範囲で使用できます。動物は商業的な供給源から入手した( 材料表を参照)。
1.研究デザイン
- 動物
- オスのSDラットを入手し、4〜7日間順応させます。実験グループによってラットを清潔なケージにグループ収容し、20〜26°C(68〜79°F)に維持された部屋に保管し、14時間の光、10時間の暗サイクルを与えるタイミングで蛍光灯で照らします。
- 実験期間中、ラットに標準的な食事と水道水への 自由 アクセスを与えます。
- MCT 管理
- 研究0日目に、ラットにMCT(HCl / NaOH溶液60 mg / kg、pH 7.4)の皮下用量(3.0 mL / kg)を投与します。MCTグループ)またはビヒクル(脱イオン水、pH 7.4;対照群)。
注:MCT投与に関連する取り扱い上の注意により、すべてのラットは研究0日目に化学的危険物収容室で投与され、研究7日目までそこに収容されるべきです。 - 研究7日目に、研究期間中、ラットを一般の住宅室に戻します。
- 研究0日目に、ラットにMCT(HCl / NaOH溶液60 mg / kg、pH 7.4)の皮下用量(3.0 mL / kg)を投与します。MCTグループ)またはビヒクル(脱イオン水、pH 7.4;対照群)。
- 臨床観察
- ケージ側の観察を1日1回、一般的な健康状態と外観について実行します。動物の死亡率と痛みや苦痛の兆候を観察します。
- 研究期間中に記録された異常な観察結果を生データノートブックに記録します。
- 体重
- 研究0日目(投与前)、研究全体を通して毎週、および心エコー検査の日に体重を記録します。
2.心エコー検査
- 準備
- MCT投与後の研究23日目に、誘導チャンバー内で100%酸素(1 L / min)によって駆動される2%〜3%のイソフルランでラットを麻酔します( 材料の表を参照)。
- 意識が失われたらラットをチャンバーから取り出し、背側褥瘡の位置でイメージングステーションの動物プラットフォーム( 資料表を参照)に移します。100%酸素(1 L / min)で駆動される1%〜2%のイソフルランを供給する気化器に接続されたノーズコーンを使用してイソフルランを投与します。.
- 各足に電極ゲルを塗布し、動物プラットフォームの心電図リードプレートに足を固定します。
- 胸を剃り、脱毛剤を使用して毛皮を取り除きます(材料の表を参照)。直腸温度プローブ( 材料表を参照)を所定の位置に固定します。動物の右側と左側に綿ロールを置き、プラットフォームが傾いたときに動物の位置を維持するためにテープで固定します。
- モニタリング
- 手順全体を通して、超音波画像システム(材料表を参照)を介して体温と心拍数(HR)を監視します。
- 可能であれば、体温を37±0.5°Cに保ち、HRを350bpm以上に維持します。温暖化テーブルとヒートランプを使用して温度を維持します。
- 画像取得
- 固体アレイ超音波トランスデューサを搭載した高周波超音波画像システムを使用して経胸壁心エコー検査を実行します( 資料表を参照)。
注意: 心エコー検査法に記載されているすべての方向は、超音波検査者の右または左を参照しています。 - 左心室(LV)胸骨傍長軸(PLAX)ビュー
- ラットを背側褥瘡の位置にして、プラットフォームを左に傾け、尾側を約10°下げます。
- 探触子をホルダーに置き、ノッチを尾方向に向けてセミロック位置にします。トランスデューサーを動かして、左胸骨傍線を向くようにします。トランスデューサーを反時計回りに約30°〜45°回転させ、y軸(横方向のトランスデューサー軸)に沿って頭蓋上にわずかに傾けます。
- 温かい超音波ゲル( 材料の表を参照)をラットの胸部に塗布し、ゲルと接触するまでトランスデューサーを下げます。
- プラットフォームを右または左に移動すると、画面の中央にLV全体が表示されます。必要に応じて画像の深度を調整し、焦点ゾーンを後壁に移動します。
- プラットフォームの位置を微調整して、大動脈と頂点が同じ水平面にあり、LV流出路が見えるようにします。
- シネストアを押してデータを記録します。LV画像のPLAXビューの例を図1Aに示します。
注意: LVを画像化すると、胸部の心臓の位置に慣れることができます。拡張されたRVはLVを置き換える可能性があります。
- 右心室流出路の修正PLAXビュー
- プラットフォームを右に約10°〜15°傾け、尾側を約5°下げます。
- トランスデューサーを動かして、ラットの右傍胸骨線を指すようにします。探触子を反時計回りに約30°回転させます。
- 超音波ゲルをラットの胸部に塗布し、ゲルと接触するまでトランスデューサーを下げます。
- RVが見えるまでプラットフォームを左または右に移動します。この修正されたPLATXビューでは、 図1Bに示すように、RV壁と心室中隔(IVS)がはっきりと見えます。
- 必要に応じてトランスデューサーを反時計回りに回転させ、大動脈と僧帽弁が見えるようにします。
- 焦点ゾーンをRVフリーウォール領域に移動して、心内膜境界の定義を改善し、必要に応じてゲインを調整します。
- シネストアを押してデータを記録します。
- RVが最も広い領域にMモードサンプルボリュームラインを配置し、RVとLVを含むようにゲートを調整します。サンプル体積線は、一般に、ラットの2つの隣接する椎骨の影の間に配置されます。
- [ 更新 ]を押してから、[ Cine Store ]を押してデータを記録します。修正PLATAビュー画像でのMモードの例を 図1Cに示し、これらの画像を使用して、拡張期中のRV内径(RVIDd)、収縮期中のRV内径(RVID)、およびRV自由壁厚(RVFWT)を分析します。
- トランスデューサーを持ち上げて、ラットの右傍胸骨線に向かってわずかに傾けるように再配置します。プラットフォームをわずかに右に傾いた位置に移動します。
- ゲルと接触するまでトランスデューサーを下げます。
- RV流出トラックが見え、肺動脈弁(PV)に焦点が合ってはっきりと見えるまで、プラットフォームを尾側および右または左に動かします。
- シネストアを押してデータを記録します。右心室流出路画像のレベルでの修正PLATXビューでのBモードの例を図2Aに示します。これらの画像は、PV直径を分析するために使用されます。
- 同じBモード画像の位置を維持しながら、 カラー を押してPVを通る流れの識別を支援します。速度を調整してエイリアシングを最適化し、最も高い速度ポイントが表示されるようにします。必要に応じて、カラードップラー画像ボックスのサイズを小さくして、フレームレートを上げます。
- PW(パルス波)を押して、血流スペクトルを定量化します。サンプルボリュームのゲートサイズを最大に増やします。
- 必要に応じて、ベースライン速度とドップラーゲインを調整して、流れが見えるようにします。
- PW角度をPVを通る流れの方向に平行に合わせます。サンプルボリュームを最高速度(エイリアシングポイント)またはPVリーフレットの先端に配置します。
- [更新]を押して view 肺速度。
- シネストアを押してデータを記録します。PV PWドップラー画像の例を図2Bに示します。これらの画像は、肺駆出時間(PET)、肺加速時間(PAT)、肺ピーク収縮期速度(PV PSV)、心拍出量(PV CO)、一回拍出量(PV SV)、HR、および心周期長(CL)を分析するために使用されます。
- RVフォーカスアピカル4チャンバービュー
- プラットフォームを左隅に傾け、可能な限り頭蓋骨に下に傾けます。
- トランスデューサーを反時計回りに30°〜45°回転させ、動物の右肩/耳を指すようにトランスデューサーを動かします。
- ゲルと接触するまでトランスデューサーを下げます。この位置では、LVと左心房(LA)が見える典型的な4室のビューが可能になりますが、胸骨の影はRVの自由壁の上にあります。
- 先端の4チャンバービューを調整して、トランスデューサーを真の頂点に対してわずかに横に配置して、RVに焦点を合わせたビューを取得します。最大平面が得られるまで微調整します。必要に応じて、プラットフォームを少し尾方向に動かします。このビューでは、胸骨の影がセプタムに配置され、RVフリーウォールがはっきりと見えます。
- RV、右心房(RA)、および三尖弁(TV)が音響ウィンドウに表示されていることを確認します。
注意: RVチャンバーが非常に拡張している場合、LVチャンバーが完全に見えない場合があります。トランスデューサを手動で保持することで、トランスデューサの角度を微調整してRVの視覚化を向上させることができます。 - RVが短縮されていないこと、およびLV流出トラクトが開いていないことを確認します。
- シネストアを押してデータを記録します。RVに焦点を当てた頂端4室ビュー画像でのBモードの例を図3A、Bに示します。これらの画像は、右心房領域(RAA)、RV拡張末期領域(RVEDA)、およびRV収縮末期領域(RVESA)を分析するために使用されます。
- MモードカーソルをRVフリーウォールの三尖弁輪に通します。速度の過小評価を避けるために、最適な画像の向きがあることを確認してください。[ 更新 ]と [シネストア ]を押して、データを記録します。
注:三尖輪の動きの画像の例を 図4A、Bに示します。これらの画像は、三尖弁環状面収縮期エクスカーション(TAPSE)を分析するために使用されます。 - Bモードを押してからカラーを押して、テレビを通る流れの識別を支援します。速度を調整してエイリアシングを最適化し、最も高い速度ポイントが表示されるようにします。カラードップラー画像ボックスのサイズを小さくして、フレームレートを上げます。
- PWを押して血流スペクトルを定量化します。サンプルボリュームのゲートサイズを最大に増やします。
- 必要に応じて、ベースライン速度とドップラーゲインを調整します。
- PW角度をRV流入の方向に平行に合わせます。サンプルボリュームを最高速度(エイリアシングのポイント)または三尖弁の先端に配置します。
注:三尖弁の流入速度のイメージングは困難な場合があります。探触子の位置の微調整が必要な場合があります。 - [更新]を押して、三尖弁の流入速度を表示します。
- シネストアを押してデータを記録します。三尖PWドップラー画像の例を図5A、Bに示します。これらの画像は、早期拡張期充填中のテレビを横切る血流速度(E)、後期拡張期充填中のテレビを横切る血流速度(A)、三尖弁閉鎖開放時間(TCO)、および駆出時間(ET)を分析するために使用されます。
- Bモードに戻り、 ティッシュを押します。プラットフォームをわずかに調整して三尖弁輪がはっきりと見えるようにし、組織ドップラーサンプルボリュームゲートをRVフリーウォールの三尖輪に配置します。サンプルボリュームゲートを最大幅まで増やします。
- 必要に応じて、ベースライン速度とドップラーゲインを調整します。
- [更新]を押して、組織ドップラー画像を表示します。
- シネストアを押してデータを記録します。組織ドップラー画像の例を図6A、Bに示す。これらの画像は、拡張期初期における三尖弁環状速度(E')、後期拡張期における三尖弁環状速度(A')、および収縮期における三尖弁環状速度(S')を分析するために使用されます。
注:TAPSEと組織ドップラーは、心室中隔ではなく、常にRVの自由壁で測定されます。
- 固体アレイ超音波トランスデューサを搭載した高周波超音波画像システムを使用して経胸壁心エコー検査を実行します( 資料表を参照)。
- 画像解析
- 機器互換ソフトウェアを使用してオフラインで画像解析を実行します( 材料表を参照)。
- すべての測定でインスピレーションが発生する領域を避け、分析するパラメータごとに常に少なくとも3つの測定値を取得します。
- 右心室Mモードの修正された胸骨傍長軸図
- 右心室Mモードの修正胸骨傍長軸図から得られた画像を選択し、RVIDd(mm)、RVIDs(mm)、およびRVFWT(mm)を解析します。
- 一般的な測定ツールから [深さ ]を選択します。
- 拡張期と収縮期のRVチャンバーの内径を追跡し(図1C)、測定値にそれぞれRVIDdとRVIDというラベルを付けます。
- 深さツールを選択して、RVフリーウォールの厚さを測定します。カーソルをECGのR波のピークに合わせ、拡張期末の壁をトレースします(図1C)。RV心内膜境界からRV線維柱帯と乳頭筋を除外し、存在する場合は、RV壁の厚さを正確に測定します。また、誤って測定値が増加しないように、心外膜脂肪が存在する場合は除外します。
注:RVの小柱と乳頭筋は、RVの壁の動きに続く廃止された線として表示されます。RVIDd、RVID、およびRVFWTの測定値は、レポートの一般的なパッケージセクションの下に表示されます。心膜の著しい肥厚がある場合、RV壁の測定は困難であり得る。したがって、分析領域を慎重に選択してください。
- 太陽光発電 B モード
- PV Bモードから取得した画像を選択し、PV直径(mm)を解析します。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから RV および PV機能 を選択します。
- PVダイアムを選択し、バルブが開いているフレームを選択します。バルブのレベルで、バルブの輪を避けて、壁から壁までの距離をトレースします(図2A)。
注意: 測定値は、RVおよびPV機能セクションの下のレポートに表示されます。
- PV PW ドップラー
- PV PWドップラーから取得した画像を選択して、PET(ミリ秒)、PAT(ミリ秒)、PV PSV(mm/s)、HR(拍数/分)、CL(ミリ秒)、パット/PET比、心拍出量(PV CO、mL/min)、一回拍出量(PV SV、μL)、およびパット/CL比を分析します。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから RV およびPV機能を選択し、少なくとも3つの代表的な PA 速度を選択します。
- PATを選択し、加速点から速度のピークまでPA流速をトレースします。
- PETを選択し、加速点から測定を開始し、信号がベースラインに達したら終了します。
- PVピークベルを選択し、カーソルを最高速度ポイントに置き、左クリックします。
- PV速度時間積分(PV VTI)測定値を取得するには、ピークVevoツールの下にある負のオプションを選択します。
注:検出感度は変更できますが、研究全体を通して一定の値を維持する必要があります。 - ドロップダウン メニューから [PV VTI ] を選択します。ピークの開始を左クリックして測定を開始し、ピークの終了を右クリックして測定を完了します。必要に応じて線を移動して、ピークの輪郭を調整します。
- PV VTI測定にカーソルを置き、右クリックして [プロパティ]を選択し、パラメータオプションでHR測定を有効にします。3つのPV VTI測定すべてについて、この手順を繰り返します。
- 一般的な測定ツールから 時間 を選択し、あるサイクルの加速点から次のサイクルの加速点までの時間をトレースしてCLを計算します(図2B)。
注意: 測定値は、RVおよびPV機能セクションの下のレポートに表示されます。PAT/PET比、PV CO、およびPV SVは、機器ソフトウェアによって計算されます。
- RVフォーカスアピカル4チャンバービューBモード
- RVフォーカス頂端4チャンバービューBモードから得られた画像を選択して、RAA(mm2)、RVEDA(mm2)、RVESA(mm2)、およびRVフラクショナルエリア変化を分析します[RVFAC=(RVEDA-RVESA)/RVEDA、%]。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから SAX (胸骨傍短軸)を選択します。
- RVに焦点を当てた頂端4室ビューから拡張末期のBモード画像を選択します。頂点と側壁を含む RV 全体がビュー内にあることを確認します。
- ENDOarea;dを選択し、RV心内膜を輪から自由壁に沿って頂点まで追跡し、次に心室中隔に沿って輪に戻ります(線維柱帯が存在する場合は除外します)。
- 収縮末期のBモード画像を選択し、SAX Bモードドロップダウンウィンドウから ENDOarea;s を選択して、RVのトレースを繰り返します。 同じ画像を使用して、一般的な測定ツールから 2D領域 を選択し、心内膜を追跡し、大静脈とRA付属器を除外してRAを追跡します。三尖弁尖と輪の間の領域も除外されています(図3)。
- 拡張期および収縮期のENDO面積測定とRA面積測定を2つの追加画像で繰り返します。
注意: 拡張期と収縮期のRV領域の測定値は、SAX-Bモードセクションの下のレポートに表示されます。RA領域は、一般的なパッケージ測定値の下に表示されます。RVFACは、式RVFAC =(RVEDA-RVESA)/RVEDA 10を使用して計算されます。
- 三尖弁輪の外側部分のMモード
- 三尖弁環状体の外側部分から得られたMモード画像を選択し、TAPSEを解析する(mm)。
- 一般的な測定ツールから 深さ を選択し、吸気干渉のない少なくとも3つの連続した心臓部位の領域を選択します。
- 3つの連続した心周期におけるRV環状セグメントの拡張末期からピーク収縮期までの距離を追跡します(図4)。
注:測定値は、レポートの汎用パッケージセクションの下に表示されます。
- テレビPWドップラー
- TV PWドップラーから取得した画像を選択して、E(mm / s)、A(mm / s)、TCO(ミリ秒)、ET(ミリ秒)、およびRV心筋パフォーマンスインデックス[RVMPI =(TCO-ET)/ET]11を分析します。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから TVフロー を選択し、少なくとも3つの代表的なTV速度を選択します。
- TV E(三尖弁早期充填)を選択し、E波の最高速度点にカーソルを置き、左クリックします。最高速度からベースラインまで線が引かれます。同様に、TV A(三尖弁の後期充填)を選択し、カーソルをA波の最高速度に置き、左クリックします。最高速度からベースラインまで別の線が引かれます(図5)。
- 排出時間(ET)を測定するには、一般的な測定ツールから 時間 ツールを選択し、三尖弁流入(流れが排出される領域)の開始(リーディングエッジ)から停止(後縁)までの時間を測定します。測定値にETというラベルを付けます(図5)。
- TCO 時間を測定するには、[ 時間 ] ツールを選択し、1 サイクルの三尖 A 波の終わりから次のサイクルの三尖 E 波の開始までの時間をトレースします。測定値にTCOというラベルを付けます(図5)。
注意: TV EとTV Aの測定値は、レポートの[TVフロー]セクションに表示されます。ETおよびTCOの測定値は、一般的なパッケージ測定値の下に表示されます。RVMPI は (TCO-ET)/ET11 として計算されます。E、ET、およびTCOは、誤差を最小限に抑えるために一定のR-R間隔で測定されます。ET測定は、ミドルエッジからトレーリングエッジまで実行することもできます。分析全体で測定値を取得する方法の一貫性が最も重要です。
- RV外側三尖弁環状組織ドップラー
- RV外側三尖弁環状組織ドップラーから取得した画像を選択して、E'(mm / s)、A'(mm / s)、S'(mm / s)、およびE / E'比を分析します。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから TVフロー を選択し、少なくとも3つの代表的な自由壁組織速度を選択します。
- TV LW Eを選択し、E'波の最高速度ポイントにカーソルを置き、左クリックします。最高速度からベースラインまで線が引かれます。同様に、TV LW Aを選択し、カーソルをA'波の最高速度ポイントに置き、左クリックします。最高速度からベースラインまで別の線が引かれます(図6)。
- 心臓パッケージのドロップダウンメニューから MVフロー を選択し、 S WAVEを選択します。
- 駆出段階でカーソルを最高の収縮期速度に置き、ドップラーエンベロープを取得しすぎないようにし、左クリックします。最高速度からベースラインまで線が引かれます(図6)。
注意: 測定値は、レポートの[TVフロー]セクションと[MVフロー]セクションに表示されます。E/E' 比は手動で計算されます。
- 剖検
- 施設で承認されたプロトコルに従って、研究24日目のMCT投与後のイソフルラン過剰摂取下での放血によってラットを安楽死させます。.
- 心肺ブロックを取り除き、灌流液が透明になるまで血管系 を介して 氷冷生理食塩水を静かに注入します。心臓と肺を分離し、余分な生理食塩水を取り除きます。
- 各臓器の重さを別々に量ります。
- 心房を取り外して破棄します。
- LVとセプタム(LV + S)をRVから分離し、心室の重量を個別に測定します。
- 左脛骨を取り除き、軟部組織から分離します。
- デジタルノギスを使用して脛骨の縦方向の測定値を取得します( 材料の表を参照)。
- 解剖した心臓、肺、脛骨を残りの死骸と一緒に処分します。
注意: 心臓重量(HW)、肺重量(LW)、LV + S重量、およびRV重量は、脛骨の長さ(TL)で正規化されます。RV肥大はフルトン指数によって評価され、RV重量はLV + S重量[フルトン指数= RV /(LV + S)]12によって正規化されます。
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Representative Results
この研究では、MCTで治療されたラットをPAHのモデルとして使用しました。心エコー検査は、MCT投与後23日目に実施され、すべての測定値と計算は、3つの連続したサイクルからの平均を表しています。対照(ビヒクル:脱イオン水)およびMCT治療(60 mg / kg)ラットから得られた心エコーパラメータを 表1に示します。.
対照およびMCT処置ラットにおけるPLAX図の代表的な画像を 図1Aに示す。これらの画像は、心臓の位置とLV形態の初期評価として使用されます。RVの定量的評価は、RVの視覚化を可能にするため、修正されたPLAXビューで取得されます(図1B)。修正されたPLAXビューでは、MCTで治療されたラットは、対照ラットと比較した場合、右心室の拡大を示し、左心室はその位置から変位しているように見えます(図1B)。Mモードは、RVの最も広い領域で修正されたPLAXビューで取得され、RVIDd、RVID、およびRVFWTの測定に使用されます(図1C)。壁の小柱を除いて、RVIDd、RVID、およびRVFWTが測定され、RVFWTはECGのR波のピークで得られます。予想通り、MCT処理ラットではRVIDd、RVID、およびRVFWTの有意な増加が観察され(図1C および 表1)、RVの拡張とRV自由壁の肥厚を示しています。
ドップラーイメージングは、PAの流れ速度を測定するために使用されます(図2B)。対照ラットでは、肺の流れは対称的なV字型を示し、ピーク速度は収縮期中央で発生します(図2B、上のパネル)。対照的に、MCT治療ラットでは、ピーク速度は遅く、収縮期に早期に起こるため、PATが大幅に短縮され、PAT/PETおよびPAT/CL比が小さくなります(表1)。さらに、MCTで治療されたラットは、収縮期後期にノッチを示します(図2B、下のパネル)。PV PWドップラーは、PV VTIの測定に使用されます(図2B)。PV COおよびPV SVは、それぞれPV VTIおよびPV直径測定値を使用して計算される。PV COおよびPV SVは、MCT投与ラットにおいて有意に低く(表1)、収縮機能障害を示す。HRはPV PWドップラー測定値から得られ、対照ラットとMCT処置ラットとの間で同等である(表1)。
RVに焦点を当てた頂端4チャンバービューは、RVEDA、RVESA、およびRAAの測定に使用され(図3)、RVFACはRVEDAおよびRVESAから計算されます。前述のように、壁にトラベキュレーションが存在する場合は、これらの測定値から除外する必要があります。RVFACはMCT治療ラットで有意に減少し(表1)、RV収縮期機能障害を示唆しています。MCTで治療されたラットは、PA圧の上昇によりRA拡張も示します(図3A、B、右側のパネル、および表1)。通常の状態では、LV腔はRVよりも高い圧力を有し、その結果、心周期を通してLVの中隔湾曲が生じる(図3A、B、左パネル)。PAHでRV圧が病理学的に増加すると、この正常な湾曲は失われ、図3A、B(右パネル)に示すように、心室中隔は「平ら」に見えます13。RVに焦点を当てた頂端4室ビューは、三尖弁輪のMモード尋問からTAPSEを測定するためにも使用されます(図4)。TAPSEはMCT治療ラットで有意に低下しており(図4Bおよび表1)、RV機能の低下を示唆しています。
拡張期機能は、TV側環状組織ドップラーの流れおよび外側TVのPWドップラー評価から評価される。MCTで治療されたラットは、有意に高いE波とRVMPIを示し、E / E'比が増加する傾向を示し(図5 および 表1)、拡張期機能障害を示唆しています。TV環状組織ドップラービューは、E'およびS'の測定にも使用されます(図6B)。MCTで治療されたラットは、有意に遅いS'を示し、RV収縮機能の低下を確認します(PV COおよびPV SVの減少によっても実証されます)。MCTで治療されたラットでは、E'の有意な変化は観察されません。.AおよびA'は、それぞれTVフローPWドップラーおよびラテラルTV側環状組織ドップラーからも得ることができる。これらのパラメーターについては、この記事では説明しません。
最終収穫時の心臓組織質量測定および心エコー検査分析は、対照ラットと比較した場合、MCT治療ラットのRV肥大をサポートします。 表2に示すように、フルトン指数とRV / TL比は、対照ラットと比較してMCT治療ラットで有意に増加しています。.さらに、MCT治療ラットはLV + S / TL比の増加を示し、LV肥大を示しています。MCTで治療されたラットはまた、LW / TL比の増加を示し、肺水腫を示唆しています。
図1:胸骨傍長軸(PLAX)ビュー 。 (A)対照ラット(左パネル)およびモノクロタリン(MCT)治療ラット(右パネル)における左心室(LV)流出、左心房(LA)、右心房(RA)、および大動脈弁(AV)を視覚化するための従来のPLATXの代表的な画像。(B)対照ラット(左パネル)およびMCT治療ラット(右パネル)における右心室(RV)流出路、心室中隔(IVS)、LV、およびAVを視覚化するための修正PLATXビューの代表的な画像。ラットでは、Mモードサンプル体積線は通常、2つの隣接する椎骨の影の間に配置されます(青い矢印で示されています)。(C)対照ラット(上パネル)およびMCT処置ラット(下パネル)におけるMモード測定の例。測定値には、RV自由壁厚(RVFWT)、拡張期中のRV内径(RVIDd)、および収縮期中のRV内径(RVID)が含まれます。見やすくするために、1つの心周期のみの測定値が表示されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:PV直径と肺動脈流速 。 (A)対照ラット(左パネル)およびモノクロタリン(MCT)治療ラット(右パネル)における肺動脈を視覚化し、肺動脈(PV)直径を測定するための修正PLANXビューの代表的な画像。(B)肺駆出時間(PET)は、対照ラット(上パネル)およびMCT処置ラット(下パネル)におけるベースラインに戻る点までの加速点から測定される。肺加速時間(PAT)は、加速点から速度のピークまでの時間間隔です。肺動脈弁ピーク収縮期速度(PV PSV)は、ドップラー流量のピークで測定されます。PV速度時間積分(PV VTI)は、ソフトウェアオプションを使用して青色でトレースされます。心周期長(CL)は、あるサイクルの加速点から次の周期の加速点まで測定される。後期収縮期ノッチングは、MCT治療ラットで観察されます。.矢印は、計算で考慮された3つの連続するサイクルを示します。代表的な測定値は、見やすいように異なるサイクルで示されていますが、すべての測定値は3つのサイクルのそれぞれで行われました。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:RVに焦点を当てた頂端4室図。 (A)対照ラット(左パネル)およびモノクロタリン(MCT)治療ラット(右パネル)における右心室収縮末期領域(RVESA)および右心房領域(RAA)の代表的な画像。上のパネルにはトレースなしの画像が表示され、下のパネルにはトレースされた領域が表示されます。測定は、それぞれRVESAとRAAを計算するために、ENDOarea;sと2Dエリアツールを使用して行われました。(B)コントロールラット(左パネル)とMCT治療ラット(右パネル)のENDOarea;dソフトウェアツールを使用した右心室拡張末期領域(RVEDA)のサンプル画像。上のパネルにはトレースなしの画像が表示され、下のパネルにはトレースされた領域が表示されます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:三尖弁環状面収縮期エクスカーション(TAPSE)。 (A)上パネル:対照ラットにおける右心室焦点頂端4室図。右心室(RV)、右心房(RA)、三尖弁(TV)が可視化されます。下パネル:対照ラットのTAPSEを測定するための三尖弁環状体のMモード尋問。(B)上パネル:モノクロタリン(MCT)で治療されたラットの右心室焦点頂端4室図。下パネル:MCTで治療されたラットのTAPSEを測定するための三尖弁環状体のMモード尋問。矢印は、計算で考慮された3つの連続した測定値を示します。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:三尖弁流入のパルス波ドップラー。(A)対照ラットおよび(B)モノクロタリン(MCT)治療ラットにおける早期拡張期充填(E、青)、後期拡張期充填(A、青)、三尖弁閉鎖開放時間(TCO)、および駆出時間(ET)中の三尖弁を横切る血液流入速度を測定するための三尖弁流入のパルスドップラー記録の例。矢印は、計算で考慮された3つの連続するサイクルを示します。代表的な測定値は、見やすいように1サイクルで示されていますが、すべての測定値は3つのサイクルのそれぞれで行われました。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図6:外側三尖弁輪の組織ドップラー。 (A)対照ラットおよび(B)モノクロタリン(MCT)治療ラットにおける外側三尖弁輪(S'、青)におけるピーク収縮期心筋速度および早期拡張期(E'、青色)および後期拡張期(A'、青色)におけるピーク心筋弛緩速度の組織ドップラーサンプル画像。矢印は、計算で考慮された3つの連続するサイクルを示します。代表的な測定値は、見やすいように1サイクルで示されていますが、すべての測定値は3つのサイクルのそれぞれで行われました。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 心エコー検査パラメータ | 実験グループ | ||||
| 制御(車両) | MCT (60 ミリグラム/キログラム) | ||||
| SD±平均 | n | SD±平均 | n | ||
| ボビー重量範囲(キログラム) | 0.352-0.431 | 8 | 0.231-0.296 | 9 | |
| 形態学 | RVIDd (mm) | 2.72±0.43 | 8 | 5.04 ± 1.68* | 9 |
| RVID (ミリメートル) | 1.77 ± 0.52 | 8 | 4.04 ± 1.58* | 9 | |
| RVFWT (ミリメートル) | 0.59± ±0.13 | 8 | 1.38 ± 0.30* | 9 | |
| 太陽電池直径(ミリメートル) | 3.72± 0.38 | 8 | 3.50±0.24 | 9 | |
| RAA (mm2) | 17.97 ± 3.14 | 5 | 34.46 ± 12.15* | 8 | |
| RVEDA (mm2) | 37.97± 6.57 | 5 | 52.78 ± 7.41* | 8 | |
| RVESA (mm2) | 21.68 ± 8.41 | 5 | 44.40 ± 5.04* | 8 | |
| 収縮機能 | RVFAC (%) | 44.16 ± 16.55 | 5 | 15.49 ± 5.07* | 8 |
| ペット(ミリ秒) | 70.78±5.89 | 8 | 74.52± 7.65 | 9 | |
| パット (ミリ秒) | 32.56 ± 6.01 | 8 | 20.23 ± 4.21* | 9 | |
| パット/ペット比 | ±0.46± ±0.10 | 8 | 0.27 ± 0.05* | 9 | |
| PV PSV (ミリメートル/秒) | 1032.35 ± 100.76 | 8 | 605.85 ± 170.29* | 9 | |
| ポリ塩化ビニル (ミリリットル/分) | 179.03 ± 39.92 | 8 | 73.04 ± 36.57* | 9 | |
| PVSV (μL) | 505.53 ± 114.04 | 8 | 215.97 ± 99.58* | 9 | |
| 本塁打 | 358.52 ± 43.14 | 8 | 324.69± 42.35 | 9 | |
| CL (ミリ秒) | 169.86 ± 22.60 | 8 | 185.84 ± 22.56 | 9 | |
| パット/CL比 | 0.20 ± ±0.05 | 8 | 0.11 ± 0.02* | 9 | |
| タプセ (ミリメートル) | 3.33± 0.63 | 7 | 1.47 ± 0.49* | 8 | |
| ET (ミリ秒) | 77.83±11.16 | 7 | 78.52± 7.82 | 8 | |
| 総顧客総評価 (ミリ秒) | 92.93±9.58 | 7 | 107.96 ± 11.77* | 8 | |
| ティッカー | ±0.20± ±0.09 | 7 | 0.39 ± 0.19* | 8 | |
| S' (ミリメートル/秒) | 62.62 ± 12.78 | 6 | 25.90 ± 8.26* | 7 | |
| 拡張機能 | E (ミリメートル/秒) | 460.33 ± 82.90 | 7 | 684.89 ± 177.53* | 8 |
| E' (ミリメートル/秒) | 53.07 ± 26.35 | 6 | 40.82± 23.34 | 7 | |
| E/E' | 9.79±3.18 | 6 | 23.79 ± 17.34 | 7 | |
表1:Sprague DawleyラットにおけるMCT(MCTグループ)またはビヒクル(コントロールグループ)投与後24日目の右心室心エコー検査パラメータ。 データはSD±平均値として提示され、スチューデントのt検定を使用してデータを分析しました。*p < 0.05.略語:モノクロタリン(MCT)、拡張期中のRV内径(RVIDd)、収縮期中のRV内径(RVID)、RV自由壁厚(RVFWT)、右心房領域(RAA)、右心室拡張末期領域(RVEDA)、右心室末期収縮期領域(RVESA)、RV分数領域変化(RVFAC)、肺駆出時間(PET)、肺加速時間(PAT)、肺ピーク収縮期速度(PV PSV)、心拍出量(PV CO)、 脳卒中量(PV SV)、心拍数(HR)、心周期長(CL)、三尖弁環状面収縮期エクスカーション(TAPSE)、駆出時間(ET)、三尖弁閉鎖開放時間(TCO)、RV心筋パフォーマンス指数(RVMPI)、収縮期の三尖弁環状速度(S')、早期拡張期充填中のテレビを横切る血流速度(E)、および早期拡張期における三尖弁環状速度(E ')。
| 剖検パラメータ | 実験グループ | |
| コントロール (車両、n=6-8) |
ティッカー (60ミリグラム/キログラム, n = 7-9) |
|
| ハードウェア/TL (ミリグラム/ミリメートル) | 29.4±2.40 | 30.8 ± 3.22 |
| LW/TL (ミリグラム/ミリメートル) | 40.3 ± 2.03 | 55.8 ± 6.75※ |
| (LV+S)/TL (ミリグラム/ミリメートル) | 20.6 ± 1.81 | 16.1 ± 1.00* |
| RV/TL (ミリグラム/ミリメートル) | 5.76 ± ±0.53 | 10.6 ± 2.39* |
| RV/(LV+S) | ±0.28± ±0.03 | 0.66 ± 0.16* |
| TL (ミリメートル) | 39.3±1.03 | 38.7 ± 1.74 |
表2:スプレイグドーリーラットにおけるMCT(MCTグループ)またはビヒクル(コントロールグループ)投与後24日目の臓器測定。 データはSD±平均値として提示され、スチューデントのt検定を使用してデータを分析しました。*p < 0.05.略語:モノクロタリン(MCT)、心臓重量(HW)、肺重量(LW)、右心室(RV)、左心室(LV)、および脛骨長(TL)。
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Discussion
RVの心エコー評価は、PAHの動物モデルにおける新規治療の有効性をスクリーニングするための貴重な発見ツールです。RV構造および機能の詳細な特徴付けは、PAHアドレスRVリモデリングを治療する際の新規標的として必要である4,14。この研究では、RVの構造と機能の特性評価を成功させるための詳細なプロトコルについて説明します。
複雑な構造形状と胸骨の後ろの位置は、RVの心エコー検査の特性評価を困難にします。したがって、修正された心エコー図ビューは、RVの視覚化を容易にし、分析中のRV心内膜境界の正確な識別を支援するために使用されます。これに関して、修正されたPLATXは、より良い視覚化のために、そしてRVの肺流速度および形態学的測定値を得るために使用される。他のプロトコルでは、肺の流れとRV壁の厚さを測定するための胸骨傍短軸図の使用が説明されています15。ただし、修正されたPLATXを使用すると、肺流速度の一貫した代表的なビューが得られ、RVフリーウォールの定義も改善されます。さらに、RVに焦点を当てた4室の頂端ビューを使用して、RAおよびRVチャンバー壁の視覚化を改善し、RV収縮期および拡張期パラメーターの測定を一貫して取得します。
RV収縮機能を評価するには、次のパラメータが推奨されます:TAPSE、RVFAC、RIMP、およびS'。TAPSEはRV縦収縮の測定値であり、RV機能障害の程度と相関することが報告されています16;ただし、TAPSEは、拡張したRV11に関連する収縮の半径方向の成分を考慮せずに、縦方向の収縮のみを評価します。その制限にもかかわらず、TAPSEはRVFACやRIMPと比較して取得が容易であるため、日常的に取得されるパラメータのままです。ただし、収縮期機能障害の程度の完全な評価には、S'、RIMP、およびRVFACの評価を含める必要があります。S'は簡単に測定でき、信頼性が高く、再現性がありますが、縦収縮機能のみを評価します。ヒトでは、RVFACはRV駆出率(EF)10 とよく相関し、TAPSEよりもRV機能のより正確な測定値です。[TCO-ET]/ETとして定義されるRIMPは、世界的なRVパフォーマンスの指標であり、RV収縮期機能と拡張期機能の両方を反映しており、PAH17患者の予後マーカーです。RIMPは、より容易に得ることができることからTV PWドップラーから測定されるが、外側三尖弁環状の組織ドップラーからも測定することができる。各測定の制限を克服するために、PAH動物モデルにおける薬物治療の有効性を評価する際には、RV収縮機能のいくつかの指標を使用することが重要です。収縮期の機能の測定としてRVEFを使用することは、RVジオメトリの複雑さのために推奨されず、ボリューム10が大幅に過小評価されます。
ラットにおけるRV拡張期機能は、TV流速およびTV側環状組織ドップラーを得る際の技術的困難のために十分に研究されていない領域である。このプロトコルに記載されているRV焦点の4室頂端ビューを使用することにより、良好な心内膜境界定義を有する一貫した心エコー図ビューを得ることができます。E / E'比とRAAは、初期のRV機能障害におけるRV拡張機能の尺度として使用する必要があります。ひずみ解析は、LV機能障害の初期段階でLV収縮機能障害にアクセスするための強力なツールになっています。ただし、壁全体を視覚化し、ひずみ分析に必要な高品質の心エコー画像を取得することが困難であるため、RV14,18を評価するためにこのタイプの分析を使用する研究はごくわずかです。この研究ではひずみ分析は実行されませんが、このプロトコルに従って得られた画像の品質は、必要に応じてこのタイプの分析を実行するのに十分です。
最後に、このプロトコルは、RVおよびRAの形態を評価し、RVの収縮期および拡張期機能を特徴付けるために必要な心エコー図ビューの詳細な説明を提供します。これらのデータは、げっ歯類動物モデルにおけるPAH発生を妨害する新規化合物の有効性の強化された評価を提供します。
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Disclosures
著者は開示するものは何もありません。
Acknowledgments
この研究は、著者P.C.R.に授与されたNHLBI K01 HL155241およびAHA CDA849387によってサポートされました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.9% sodium cloride injection USP | Baxter | 2B1324 | |
| Braided cotton rolls | 4MD Medical Solutions | RIHD201205 | |
| Depilating agent | Wallgreens | Nair Hair Remover | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | 15-60 | |
| High frequency ultrasound image system and imaging station | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
| Isoflurane | MedVet | RXISO-250 | |
| Male sprague Dawley rats | Charles River Laboratories | CD 001 | CD IGS Rats (Crl:CD(SD)) |
| Monocrotaline (MCT) | Sigma-Aldrich | C2401 | |
| Rectal temperature probe | Physitemp | RET-3 | |
| Sealed induction chambers | Scivena Scientific | RES644 | 3 L size |
| Solid-state array ultrasound transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo MicroScan transducer MS250S | |
| Stainless steel digital calipers | VWR Digital Calipers | 62379-531 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | 11-08 | |
| Vevo Lab software | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Verison 5.5.1 |
References
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