通过超声心动图成像评估横主动脉缩窄小鼠模型中的心脏形态与功能变化

摘要

本实验方案的目的是利用B型和M型超声心动图以及彩色/脉冲波多普勒成像，无创性地评估经主动脉横缩手术建立的小鼠心脏病模型中心脏结构和功能的变化。

摘要

小鼠横断性主动脉缩窄（TAC）已被用作研究心肌肥厚和心力衰竭机制的重要模型¹。在心脏病动物模型中，评估心脏形态和功能实时变化的可靠无创方法至关重要。经胸超声心动图是无创评估心脏结构和功能的重要工具²。本文中，我们采用高分辨率超声成像系统，在TAC小鼠模型中随时间监测心肌重构及心力衰竭的进展。通过B型、M型和多普勒成像，精确评估TAC术后小鼠的心肌肥厚、心室扩张及功能恶化情况。利用彩色多普勒和脉冲波（PW）多普勒成像，无创测量TAC所造成主动脉缩窄处的压力梯度，并评估小鼠的二尖瓣血流。因此，经胸超声心动图成像可为心脏病小鼠模型提供全面的心脏尺寸和功能无创测量手段。

引言

诸如主动脉缩窄（TAC）和心肌梗死（MI）的小鼠心脏病模型已被证实对研究疾病机制以及开发新的治疗策略具有重要价值³。TAC最初会引发代偿性心肌肥厚，但长期的压力超负荷将导致心脏扩张和心力衰竭⁴。主动脉狭窄的紧密程度直接决定了心肌肥厚的程度及其向心力衰竭的转变。在这些研究中，对主动脉狭窄处压力梯度进行无创且可靠的测量至关重要。多普勒成像已被用于评估TAC引起的压力梯度⁵，这是一种基于导管测压的无创替代方法。

超声心动图已广泛用于非侵入性地测量小鼠的心脏形态以及收缩和舒张功能^6-8。二维B型成像用于检测心脏的异常运动或结构改变。一维M型成像用于心脏尺寸和收缩力的定量分析。近年来，彩色多普勒和脉冲波多普勒成像已应用于啮齿类动物超声检查，在超声心动图中具有广泛的应用，包括血流方向和速度的测量，以及收缩和舒张功能的评估⁹。

采用B型、M型、彩色多普勒及脉冲波多普勒模式的超声心动图对心脏功能进行纵向实时监测，可全面评估生理和病理条件下小鼠的心脏结构与功能。本文详细描述了利用超声心动图成像技术监测小鼠在经胸主动脉缩窄术（TAC）或假手术后动态心脏形态学及功能变化的方法。

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方案

该方案遵循华盛顿大学机构动物护理和使用委员会的指导原则。

1. 成像前的手术操作与准备

1. 对C57BL/6小鼠进行TAC或假手术处理，方法如前所述¹⁰.
2. TAC 或假手术一周后，在诱导室中使用混有 1 L/min 氧气的 2% 异氟烷麻醉小鼠₂通过捏压脚趾或尾巴确认动物无反应，以确保麻醉效果。麻醉期间使用兽医用眼膏涂抹眼睛，防止角膜干燥。 去除胸部毛发，使用脱毛膏。用70%乙醇对小鼠皮肤进行消毒。
3. 将小鼠仰卧位固定于动物操作平台。为维持稳定的麻醉水平，使用鼻罩输送0.5 - 1%异氟烷与1 L/min氧气的混合气体。₂.
4. 将电极凝胶涂抹于小鼠足部，并用胶带将其固定在电极板上。
5. 插入直肠探头以监测体温。通过加热垫或加热灯将体温维持在37 °C。
6. 在小鼠胸部涂抹一层预热的超声耦合剂，主要覆盖心脏区域。注意：成像结束后，用无菌纱布擦除超声耦合剂并擦干小鼠。

2. 在主动脉弓切面中，使用B型和多普勒成像评估横位主动脉缩窄

1. 使用B模式设置获取主动脉弓切面，以观察主动脉、主要动脉分支及缩窄部位。
   1. 尽可能将平台左侧向上倾斜，使小鼠转为左侧卧位。用手持支架将超声探头保持垂直位置，并....

结果

图1显示了假手术（图1A）或TAC手术（图1B）小鼠心脏主动脉弓切面的B型超声图像。图中可见主动脉弓、无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉。请注意，主动脉缩窄在TAC组心脏中清晰可见，而在假手术组中则不可见。主动脉切面的彩色多普勒图像如图2A所示。通过脉冲波多普勒成像（PW Doppler）记录了缩窄部位跨壁血流的波形（图2B）。成功的TAC手术将导致缩窄部位下游血流速度显著升高（通常在TAC小鼠中约为~4 m/sec）。根据改良伯努利方程，基于峰值流速计算出缩窄处的压力阶差（图2C）。

图3显示了假手术组（图3A）和TAC心脏（图3B）的胸骨旁长轴切面.......

讨论

超声心动图已广泛用于评估心脏疾病啮齿类动物模型的心脏功能^2,6与压力-容积环测量等侵入性或终点性方法相比¹¹ 和 离体 工作心脏¹²，超声心动图提供了一种强大且无创的工具，用于评估活体动物持续发生的心脏结构和功能变化。为获得可靠的数据，保持体温和心率在生理范围内至关重要¹³ 通过仔细调节加热装置和麻醉水平。所有图像均应按照标准化成像流程进行一致地采集和分析，以便于不同品系或基因型小鼠之间的比较。

TAC 常用于在小鼠中诱导心肌肥厚和心力衰竭¹。通过多普勒成像无创测量缩窄部位的压力梯度，可可靠地评估小鼠压力超负荷的程度。成功的 TAC 通常会产生 ≥40 mmHg 的压力梯度。只有经历相似程度压力超负荷的小鼠才应纳入后续分析，而压力梯度过低或过高的小鼠应被排除。TAC 术后，小鼠通常在 1–2 周内出现心肌肥厚，4 周后出现心脏扩张，具体表现取决于压力超负荷的程度以及所用小鼠的遗传背景。如上所述，可通过超声心动图成像可靠地评估 TAC 术后心脏动态重塑及功能.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
麻醉设备	Harvard Apparatus, 84 October Hill Road Holliston, MA	723015
Vevo 2100 成像系统	VisualSonics Inc., 3080 Yonge Street Suite 6100, Box 66, Toronto, Ontario, Canada	Vevo 2100
Aquasonic 超声耦合剂	Parker Laboratories, 286 Eldridge Rd, Fairfield, NJ	03-50
异氟烷	Piramal Healthcare, Inc, 3950 Schelden Circle Bethlehem, PA	NDC 66794-017-25
F/air 麻醉气体过滤装置	A.M. Bickford, Inc, 12318 Big Tree Rd, Wales Center, NY	80120