يقدم هذا البروتوكول نهج تخطيط صدى القلب عبر الصدر القائم على دوبلر في الفئران لتقييم وظيفي الانقباضي والمؤشرات الانبساطية التقليدية.
مقالة منهجية
يقدم هذا البروتوكول نهج تخطيط صدى القلب عبر الصدر القائم على دوبلر في الفئران لتقييم وظيفي الانقباضي والمؤشرات الانبساطية التقليدية.
فشل القلب (HF) هو عبء صحي عالمي كبير يتميز بضعف وظيفة القلب. قد ينشأ من انخفاض وظيفة الانقباض أو استرخاء انبساطي غير طبيعي، كما يظهر في فشل القلب مع نسبة القذف المحفوظة (HFpEF). تعد النماذج الموثوقة قبل السريرية والأدوات الكمية ضرورية لدراسة آليات الأمراض والتدخلات العلاجية. تخطيط صدى القلب عبر الصدر هو أسلوب تصوير غير جراحي يستخدم على نطاق واسع لقياس بنية القلب ووظيفتها في نماذج الفأر. يصف هذا البروتوكول طريقة موحدة لإجراء تخطيط صدى القلب عالي الدقة باستخدام دوبلر في الفئران باستخدام محولات عالية التردد (30–40 ميجاهرتز) تحت التخدير الاستنشاقي. توضع الحيوانات على منصة يتم التحكم بها في درجة الحرارة مع مراقبة مستمرة لمعدل ضربات القلب والتنفس ودرجة حرارة الجسم لضمان الاستقرار الفسيولوجي. يشمل سير العمل الحصول على التصوير بنمط B، وM، ودوبلر الموجة النبضية، ودوبلر اللون، وتصوير دوبلر الأنسجة لتقييم بنية البطين الأيسر، والأداء الانقباضي، والمؤشرات الانبساطية التقليدية. يتم إجراء التحليل غير المتصل باستخدام قياسات عمياء تحسب متوسطا على عدة دورات قلبية. تتيح هذه الطريقة تقييما قابلا للتكرار لوظيفة القلب وهي مناسبة للدراسات الطولية في نماذج الفأر لأمراض القلب والأوعية الدموية.
يؤثر فشل القلب (HF) على أكثر من 64 مليون شخص حول العالم ولا يزال سببا رئيسيا للمراضة والوفيات 1,2. يصنف سريريا إلى فشل القلب مع نسبة قذف منخفضة (HFrEF)، ونسبة قذف منخفضة بشكل طفيف (HFmrEF)، ونسبة القذف المحفوظة (HFpEF)3,4. يبرز انتشار HFpEF المتزايد ونقص العلاجات المستهدفة الحاجة إلى نماذج ما قبل سريرية قوية وطرق كمية لتشكيل النمط الظاهري للقلب5. ميزة مركزية ل HFpEF هي ضعف الوظيفة الانبساطية، مما يؤكد أهمية الأدوات الموثوقة لتقييم ديناميكيات الاسترخاء والامتلاء البطيني في الأنظمة التجريبية.
تستخدم نماذج الفأر على نطاق واسع لدراسة أمراض القلب والأوعية الدموية، بما في ذلك الحمل الزائد للضغط، والإصابة الإقفارية، والنماذج الدوائية، وهي قابلة للتعديلات الجينية6،7. التقييم الدقيق والقابل للتكرار لوظيفة القلب أمر حاسم في هذه النماذج 8,9. يوفر تخطيط صدى القلب عبر الصدر طريقة غير جراحية وسريعة وقابلة للتكرار قابلة لتكرار القياسات لتوثيق مسار المرض واستجابته للتدخلات العلاجية المحتملة، مع القدرة على تقييم بنية القلب ووظيفتها في الجسم الحي10. وله ميزة إضافية وهي القضاء على التعرض للإشعاع للباحثين أو الحيوانات المدربة، مما قد يربك نتائج التجارب.
الهدف الأساسي من هذه المخطوطة هو توفير نهج موحد وقابل للتكرار لتقييم وظيفة الانبساط البطيني الأيسر في الفئران باستخدام تخطيط صدى القلب دوبلر. يدمج هذا البروتوكول قياسات تدفق الناقل التقليدية وتصوير دوبلر الأنسجة لقياس معايير مثل نسب E/A وE/e′، والتي تعمل كعلامات على استرخاء البطين وضغوط الحبئة. من خلال تمكين التقييم الطولي في نفس الحيوان، تسهل هذه التقنية دراسة تقدم المرض والاستجابات العلاجية في نماذج فشل القلب قبل السريري.
يكمن السبب في تطوير واستخدام تخطيط صدى القلب دوبلر على نطاق واسع في دراسات الفأر في قدرته على سد الفجوات الانتقالية بين النماذج ما قبل السريرية وأمراض القلب السريرية. بينما تظل القياسات الهيموديناميكية الغازية هي المعيار الذهبي، فإن طبيعتها النهائية تمنع استخدامها في الدراسات المتسلسلة. يسمح تخطيط صدى القلب دوبلر، المكيف من الممارسة السريرية، للباحثين بالحصول على مؤشرات فسيولوجية ذات صلة لوظيفة الانبساط بطريقة طفيفة التوغل. لقد حسنت التطورات في أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية التردد الدقة المكانية والزمانية، مما أتاح التقاط دورات القلب السريعة للفأر بدقة للتحليل الكمي11.
التقنيات البديلة، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي القلبي، مكلفة وتستغرق وقتا طويلا، وتوفر بشكل محدود، مما يجعل إعادة الدراسة غير عملية. تحليل حلقة الضغط والحجم يعتبر المعيار الذهبي لتقييم وظيفة الانبساط، إلا أنه جراحي ويتطلب تقنيا وغالبا إجراء نهائيا. في المقابل، يوفر تخطيط صدى القلب توازنا عمليا بين الدقة والجدوى، مما يجعله الوسيلة الأكثر سهولة للنمذجة الطولية في الحيوانات الصغيرة. مقارنة بالأساليب الناشئة مثل تصوير الإجهاد بتتبع البقع أو التحليل الوظيفي الأيسر للأذين، تتطلب الطرق التقليدية القائمة على دوبلر خبرة أقل تخصصا وأسهل في تطبيقها عبر المختبرات، مما يعزز قابلية التكرار وقابلية المقارنة بين النتائج. لذلك، توفر هذه الطريقة نهجا قويا وسهل الوصول وقابلا للترجمة لتقييم وظيفة الانبساط في نماذج الفئران، لا سيما في HFpEF أو خلل القلب في المراحل المبكرة12،13.
تمت الموافقة على جميع إجراءات الحيوانات من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC: رقم الموافقة A00007272-23-R26) وأجريت وفقا للإرشادات المؤسسية والوطنية. تم استخدام ما مجموعه 8 فئران تحكم C57BL/6NJ في هذه الدراسة. تم إعطاء تخدير الأيزوفلوران باستخدام جهاز تبخير معاير مع تنظيف مناسب لتقليل تعرض الموظفين. تمت مراقبة الحيوانات باستمرار لمعدل ضربات القلب والتنفس للحفاظ على الاستقرار الفسيولوجي ومنع الجرعة الزائدة من التخدير. تم استخدام منصة تدفئة لمنع انخفاض حرارة الجسم. قد يختار الباحثون مراقبة درجة حرارة الجسم العميقة باستخدام مقياس حرارة الشرج. تم تطبيق مزلق للعين لمنع جفاف القرنية. لم تترك الحيوانات دون مراقبة تحت التخدير وتمت مراقبتها حتى تستيقظ تماما، كما يتضح من استعادة الوضعية المستقيمة والحركة الطبيعية في القفص (جدول المواد).
1. تحضير الحيوانات
2. التخدير والمراقبة الفسيولوجية
3. سير عمل التصوير
4. التعافي
5. تحليل الصور
يتيح هذا البروتوكول الحصول على صور تخطيط صدى القلب عالية الجودة لتقييم موثوق لبنية القلب ووظائفها في الفئران. التخدير المناسب، وتحديد الموضع، والمراقبة الفسيولوجية ضرورية للتصوير المتسق (الشكل 1). يوفر التصوير بوضع B تصورا واضحا لتشريح القلب. تسمح رؤية القمة ذات الأربع حجرات بتقييم جميع غرف القلب (الشكل 2A–B)، بينما تحدد رؤية المحور الطويل للعظم العظيمة بنية البطين الأيسر وتعمل كمرجع للقياسات (الشكل 3A–B). يتيح التصوير بوضع M على مستوى عضلة الحليمة قياسا دقيقا لأبعاد البطين الأيسر وسماكة الجدار، بما في ذلك LVID وLVAW وLVPW (الشكل 4A–B)، مما يدعم تقييم حجم القلب ووظيفة الانقباض. يظهر تصوير دوبلر موجات تدفق ميترالية E وA مميزة لحساب نسبة E/A (الشكل 5)، بينما يوفر دوبلر الأنسجة سرعات E′ وA′ قابلة للقياس لتقييم E/e′ (الشكل 6). يعد معدل ضربات القلب المثالي ومحاذاة المجس أمرا حاسما لتجنب اندماج الموجات وضمان القياسات الدقيقة.

الشكل 1: تخدير الفأر ووضعه لتصوير صدى القلب عبر الصدر. (أ) إعداد التصوير الذي يظهر منصة التحكم في درجة الحرارة، ونظام توصيل التخدير، ووصلات أقطاب تخطيط القلب الكهربائي، وجهاز تحديد موقع مجبار الموجات فوق الصوتية. تم ترتيب النظام للسماح بمراقبة فسيولوجية مستقرة ومعالجة دقيقة للمجسات أثناء التصوير. (ب) لقطة مقربة لمنصة التصوير مع أقطاب تخطيط القلب المدمجة ومخروط الأنف لتوصيل الأيزوفلوران، مصممة لتثبيت الفأر في وضعية استلقاء موحدة مع الحفاظ على التخدير. (ج) فأر مخدر موضوعا على ظهر على منصة التصوير مع تثبيت جميع الكفوف الأربعة بأقطاب تخطيط القلب باستخدام شريط جراحي. يوفر مخروط الأنف الأيزوفلوران المستنشق (1.0–1.5٪ صيانة)، ويتم محاذاة الصدر بشكل مسطح لضمان التقاط الصورة المثلى ومراقبة القلب بشكل مستمر. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: منظر تخطيط صدى القلب ذو الوضع B ذو الأربع حجرات القمية. (أ) صورة تمثيلية بنمط B رمادي تظهر جميع غرف القلب الأربع: الأذين الأيسر، البطين الأيسر، الأذين الأيمن، والبطين الأيمن في مستوى تصوير واحد. (ب) صورة مشروحة تبرز البنى التشريحية الرئيسية. يتم وضع مسبار الموجات فوق الصوتية على الجدار الجانبي الأيسر للصدر ومائل قحمه نحو قمة القلب للحصول على أفضل رؤية بصرية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: تصوير الوضع B طويل المحور للشجي. (أ) صورة ممثلة للمحور الطويل في المحور الشعاعي العظمي توضح تشريح القلب، بما في ذلك الحجرة اليسرى البطينية، الحاجز بين البطين، والجدار الخلفي. (ب) صورة عالية الدقة تصدر للتحليل الكمي لأبعاد القلب. يستخدم هذا المنظور لتقييم البنية القلبية العالمية وتوجيه أنماط التصوير اللاحقة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4: تصوير الوضع M على مستوى عضلة الحليمية. (أ) منظر قصير المحور الخلافي على مستوى البطين الأوسط مع ظهور العضلات الحليمية. (ب) مسار الوضع M المقابل مع المؤشر محاذيا عموديا على الحاجز بين البطينين والجدار الخلفي. (ج) صورة وضع M مع تحليل بمساعدة البرمجيات، حيث يكتشف النظام تلقائيا ويرسم خطوطا على طول جدران القلب. ثم يحسب قيم مثل LVID وLVPW وLVAW عبر دورات القلب. الاختصارات؛ LVID = القطر الداخلي للبطين الأيسر (المسافة بين الحاجز البطيني والجدار الخلفي)؛ LVPW = سمك جدار البطين الخلفي الأيسر; LVAW = سمك جدار البطين الأمامي الأيسر; تخطيط القلب = تخطيط كهربائي القلب. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: الإعداد التجريبي ونظرة عامة على إشارة دوبلر. (أ) تحضير تجريبي يظهر نموذج حيوان صغير موضوعا على منصة مع وضع مسبار بالموجات فوق منطقة الصدر لتصوير القلب. (ب) خريطة دوبلر ملونة تمثيلية توضح شدة واتجاه إشارة تدفق الدم المحلية. (ج) تتبع دوبلر بموجة نابضة يوضح موقع حجم العينة، إلى جانب موجة دوبلر موجية نبضية ممثلة تظهر سرعات التعبئة المبكرة (E) والأذينية (A). ينصح باستخدام IVRT وIVCT، مع تتبع تخطيط القلب في نفس الوقت للكشف عن علاقة الدورة القلبية. الاختصارات؛ IVRT = زمن الاسترخاء المتساوي الحجم; IVCT = زمن الانكماش المتساوي الحجم. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 6: تصوير دوبلر الأنسجة لحركة عضلة القلب. تسجيل دوبلر الأنسجة يوضح أنماط سرعة عضلة القلب مع مكونات مبكرة (E′) وأذينية (A′) يمكن التعرف عليها، مكتسبة من جدار عضلة القلب. يعرض شكل الموجة مع تتبع تخطيط كهربائي متزامن لربط النشاط الكهربائي بالميكانيكي. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
يوفر هذا البروتوكول نهجا موحدا وقابلا للتكرار لتخطيط صدى القلب عبر الصدر المعتمد على دوبلر في الفئران، مما يتيح تقييما شاملا لبنية القلب، ووظيفة الانقباض، والمؤشرات الانبساطية التقليدية. يتيح الاستخدام المشترك لتصوير الوضع B وM وتصوير دوبلر قياسا موثوقا لأبعاد البطين، ووظيفة الانقباض، وديناميكيات الحشو في النماذج ما قبل السريرية لأمراض القلب والأوعية الدموية14.
اعتبار حاسم في تخطيط صدى القلب للفئران هو تأثير التخدير الاستنشاق على فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية. من المعروف أن الإيزوفلوران يقلل من معدل ضربات القلب، ويغير الحمل المسبق واللاحق، ويعدل انقباض عضلة القلب، وكل ذلك يمكن أن يؤثر على مؤشرات الوظيفة الانبساطية المشتقة من دوبلر15. وبناء عليه، فإن الاستخدام الدقيق للتخدير والحفاظ على ظروف فسيولوجية مستقرة أمر ضروري لضمان قياسات قابلة للتكرار وقابلة للتفسير. توحيد معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم ومعدل التنفس يقلل من التباين ويحسن المقارنة بين مجموعات التجارب16.
تستخدم المؤشرات التقليدية المشتقة من دوبلر، بما في ذلك تدفق الدخل الناقل (E/A) وE/e′ المشتق من دوبلر من الأنسجة، على نطاق واسع لتقييم الوظيفة الانبساطية وغالبا ما تكون قابلة للتكرار عند اتباع بروتوكولات الاستحواذ الموحدة17. يمكن تعزيز قابلية التكرار أكثر من خلال متوسط القياسات عبر عدة دورات قلبية وإجراء التحليلات بطريقة عمياء لتقليل التباين بين المراقبين وداخلهم. كما أن تموضع المجسات ومستويات التصوير المتسقة ضرورية لتحسين موثوقية الاختبار وإعادة الاختبار عبر الدراسات الطولية18.
الحفاظ على معدل ضربات قلب مناسب أثناء التصوير أمر مهم بشكل خاص في الفئران بسبب ارتفاع معدل ضربات القلب الداخلي لديها. عند انخفاض معدلات ضربات القلب، والتي غالبا ما ترتبط بالتخدير الأعمق، قد تؤثر ظروف التحميل المتغيرة على أنماط امتلاء البطين. وعلى العكس، قد تؤدي معدلات ضربات القلب المرتفعة جدا إلى اندماج موجتي E و A، مما يحد من التفسير الدقيق لمؤشرات الانبساط. لذلك، فإن الحفاظ على معدل ضربات القلب ضمن نطاق يحافظ على كل من الصلة الفسيولوجية وفصل إشارة دوبلر أمر ضروري للتقييم الدقيق19.
بينما يركز هذا البروتوكول على مؤشرات دوبلر التقليدية للوظيفة الانبساطية، إلا أنه لا يدمج تقنيات تخطيط صدى القلب المتقدمة التي اكتسبت شهرة في الأدبيات الحديثة. تصوير إجهاد عضلة القلب ومعدل الإجهاد في الأذين الأيسر (بما في ذلك مراحل الخزان والقناة ومضخة المعزز)، وتقييم عدم التواء البطين الأيسر يوفر رؤى ميكانيكية إضافية حول استرخاء عضلة القلب والامتثال19. ومع ذلك، تتطلب هذه التقنيات بروتوكولات اكتساب متخصصة، ودقة زمنية أعلى، وأدوات معالجة لاحقة مخصصة، وبالتالي فهي خارج نطاق سير العمل الحالي. يجب اعتبار هذه الأساليب مناهج تكميلية عندما يتطلب الأمر نمطا ظاهريا انبساطيا أكثرتفصيلا 16.
بالإضافة إلى تخطيط صدى القلب، توفر تقنيات بديلة مثل تصوير الرنين المغناطيسي القلبي (MRI) وتحليل حلقة الضغط والحجم الغازي تقييمات تكميلية لوظيفة القلب. يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي دقة مكانية عالية وقياسات حجمية دقيقة، بينما يوفر تحليل الضغط والحجم بيانات ديناميكية دموية بمعايير ذهبية. ومع ذلك، فإن هذه الطرق محدودة بالتكلفة والتوغل وانخفاض الملاءمة للدراسات الطولية. على النقيض من ذلك، يظل تخطيط صدى القلب عبر الصدر تقنية سريعة وغير جراحية ومتاحة على نطاق واسع لتقييم الوظائف القلبية بشكل متسلسل في نماذج الفأر20.
بشكل عام، يتيح هذا البروتوكول الحصول على بيانات تخطيط صدى القلب عالية الجودة وقابلة للتكرار في الفئران عند إيلاء اهتمام دقيق للمراقبة الفسيولوجية وتقنيات التصوير الموحدة. إن دمج القياسات البنيوية، والانقباضية، والتقليدية يجعل هذا النهج مناسبا جدا للدراسات الطولية التي تحقق في فسيولوجيا القلب، وتطور الأمراض، والتدخلات العلاجية في أبحاث القلب قبل السريرية.
يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح مالية متنافسة.
وقد تم دعم هذا العمل من خلال منحة NIH/NHLBI HL153407.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| كريم إزالة الشعر | ناير وريج؛ | لا يوجد | إزالة الشعر قبل التصوير |
| وسادة التدفئة | فيت كويب (أو ما يعادله) | لا يوجد | يحافظ على درجة حرارة الجسم (~37 & درجة؛ C) |
| نظام الموجات فوق الصوتية عالي التردد | فوجي فيلم فيجوالسونيكس | Vevo F2 (أو ما يعادله) | نظام تصوير الحيوانات الصغيرة مع إعدادات قلبية مسبقة |
| منصة التصوير | فيزوالسونيكس | منصة متكاملة | تخطيط القلب و مراقبة التنفس |
| غرفة الحث والجهاز مخروط الأنف | فيت كويب (أو ما يعادله) | لا يوجد | إعطاء التخدير الغازي |
| تبخير الإيزوفلوران | فيت كويب (أو ما يعادله) | نظام التخدير الكلاسيكي (أو ما يعادله) | نظام توصيل التخدير |
| محول المصفوفة الخطية (30-40 ميجاهرتز) | فيزوالسونيكس | MS550D | مسبار عالي التردد لتصوير القلب من الفأر |
| مزلق العيون | العامة (مثل تحديث PM/ما يعادله) | لا يوجد | يمنع جفاف القرنية |
| شريط جراحي | 3M (أو ما يعادله) | شريط الجراحة الميكروبور | تأمين الأطراف لتخطيط القلب |
| جل الموجات فوق الصوتية | مختبرات باركر | أكواسونيك 100 (أو ما يعادل) | الاقتران الصوتي |
| برنامج Vevo LAB | فيزوالسونيكس | يعتمد على الإصدار | اكتساب الصور وتحليلها |
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً