本文提供了一种用于评估小鼠右心室大小和肺动脉高压的超声心动图检查方案。应用范围包括心肌病和肺血管疾病转基因及毒素诱导小鼠模型的表型确定以及系列评估。
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本文内容
摘要
摘要
肺动脉高压（PAH）的转基因模型和毒性模型被广泛用于研究PAH的病理生理机制并探索潜在治疗方法。鉴于构建疾病动物模型所需的成本和时间较高，研究人员必须具备能够准确评估疾病表型表达的工具。右心室功能障碍是肺动脉高压的主要表现。超声心动图是评估啮齿类动物模型右心室功能的主要无创手段，其优势在于可直接转化为临床应用，因为在人类患者中也使用相同的检测工具。目前尚缺乏针对PAH小鼠模型的已发表超声心动图操作方案。
本文介绍了一种用于评估携带显性负性BMPRII突变的肺动脉高压（PAH）小鼠模型中右心室及肺血管功能的实验方案；然而，该方案同样适用于任何影响肺血管系统或右心功能的疾病。我们详细描述了动物准备、图像采集，以及每搏输出量、心输出量和肺动脉压力估算值的血流动力学计算方法。
引言
肺动脉高压（PAH）动物模型及人类患者中，肺动脉压力升高和右心室（RV）功能障碍是肺血管疾病的典型特征。转基因模型以及毒性诱导模型（例如野百合碱或低氧模型）被广泛用于研究PAH的病理生理机制，并探索潜在治疗方法。鉴于构建疾病动物模型所需的成本和时间较高，研究人员必须具备能够准确评估疾病表型表达的工具。
超声心动图是评估啮齿类动物模型心室功能的主要无创方法1,2。超声心动图的优势在于其向人类临床的转化具有高度一致性，因在人类中也使用相同的检测工具。此外，某些基因模型存在不完全外显率3；通过无创手段识别出受影响的动物个体，可节省宝贵的时间和资源。在不处死动物的情况下对疾病严重程度进行无创评估，还使研究人员能够连续追踪研究探索性治疗的效果。鉴于转化治疗手段向人类临床试验推进的速度较快，这一点尤为重要4,5。
在人类中，由于右心室位于胸骨后方且形状不规则，通过超声心动图评估右心室大小和肺动脉高压尤为困难6。啮齿类动物模型还面临体积小和心率极快（300-700 次/分钟）的额外挑战。近年来，随着帧率的提高和探头尺寸的减小，图像质量得到显著改善，部分实验方案甚至实现了清醒状态下的成像，尽管大多数啮齿类动物成像仍在麻醉下进行7,8。已有研究详细描述并验证了肺动脉高压大鼠模型中的优质超声心动图实验方案，其结果与....
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方案
1. 仪器准备
- 检查超声探头是否存在缺陷。根据所用设备的不同，此步骤可能无需执行。
- 若观察到气泡，请拧下位于传感器头部右侧的螺丝，使用26 G针头通过孔洞加入无菌水。传感器头部内部出现气泡较为常见，气泡会妨碍高质量图像的获取。
- 检查探针上的膜是否有泄漏或孔洞，必要时进行更换。
- 打开软件并初始化探头。
- 从下拉菜单中选择心脏检测程序包及相应的探头。单击 "初始化"使用20-60 MHz探头检测体重小于35 g的小鼠，使用15-45 MHz探头检测体重大于35 g的小鼠。
- 选择操作人员、动物 & 在人口统计信息页面输入日期，并选择 "开始".
2. 小鼠准备，包括麻醉、脱毛和体位固定
- 麻醉：将小鼠放入诱导室中，使用便携式台式麻醉机进行麻醉，该麻醉机配备异氟烷蒸发器和废气收集装置。
- 将蒸发器设置为3%，氧气流速为3 L/min。这种相对较高的麻醉浓度可实现快速麻醉效果，从而最大限度地减少可能影响心脏功能的应激反应。 由于本方案持续时间较短，因此可将对动物的潜在风险降至最低。 必须始终维持相同的麻醉浓度，这一点极为重要。....
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结果
本方案的主要目标是定量评估右心室（RV）的大小和功能，并了解肺血管病变的程度。为获得准确且可重复的结果，必须对小鼠和超声心动图设备进行适当准备。应去除小鼠胸部的毛发，并用胶带将其四肢固定在成像平台上。通过鼻罩给予麻醉剂（本实验中为异氟烷）。应检查探头是否存在缺陷，特别是气泡，因为气泡会降低图像质量。在小鼠中获取高质量的心脏四腔观图像较为困难，因此本方案重点采用胸骨旁短轴和长轴切面进行右心室评估。相关解剖结构见图1A和图1B。
右心室（RV）大小的最佳评估切面是胸骨旁长轴切面，通过M型超声测量右心室游离壁至室间隔的距离（图2）。该测量仅在右心室扩张时可行，因为正常右心室体积很小。在小鼠中，无法准确测量人类常用的右心室功能指标，如面积变化分数和三尖瓣环收缩期位移。这些测量需要高质量的右心室游离壁图像，而在小鼠中极难获得。然而，可通过脉冲多普勒（PW Doppler）测量右心室流出道（RVOT）水平的流速时间积分（VTI）以及肺动脉直径，从而估算右心室每搏输出量（图3
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讨论
疾病的小鼠模型（无论是转基因模型还是毒素诱导模型）都需要进行表型验证，以确认该模型确实能够重现其所模拟的人类疾病。这种验证通常可通过某一特定特征的出现或缺失来完成，例如肿瘤的形成。然而，对于导致血流动力学异常的模型，如左心室肥厚的主动脉缩窄模型，或我们建立的肺动脉高压（PAH）转基因模型，则较难进行验证。这些模型需要通过终末性血流动力学检测，或借助非侵入性手段来评估血流动力学及心脏功能异常。超声心动图在这些模型中至关重要，因为它能够在无需处死患病动物的情况下，实时定量评估血流动力学和心脏功能14。此外，还可以对同一只动物进行系列成像，以追踪疾病的自然进程或对治疗的反应。根据本方案，我们估计在完成约20次检查后，即可掌握右心超声心动图的操作技能。
在处死动物时，通过超声心动图估算心输出量的能力对于计算肺血管阻力（PVR）也至关重要。由于右心室（RV）体积较小，在本模型中使用导管法测量心输出量往往不可靠。在处死动物时，我们采用导管测量肺动脉收缩压，并将其与超声心动图获得的心输出量结合，用于确定PVR（假设肺毛细血管楔压较低，可忽略不计）。这使得我们能够进一步量化本.......
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材料
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| 用于 Vevo770 的计算机鼠标 | 通用供应商 | ||
| Vevo770 心脏分析软件包 | Visualsonics Inc. | 在 www.visualsonics.com/products 获取更多信息 | |
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参考文献
- Urboniene, D., Haber, I., Fang, Y. H., Thenappan, T., Archer, S. L. Validation of high-resolution echocardiography and magnetic resonance imaging vs. high-fidelity catheterization in experimental pulmonary hypertension. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 299, 401-412 (2010).
- Rottman, J. N., Ni, G., Brown, M.
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