本方案详细描述了用于小鼠心脏及心脏瓣膜功能全面表型分析的超声心动图方法。
方法文章
本方案详细描述了用于小鼠心脏及心脏瓣膜功能全面表型分析的超声心动图方法。
本文及配套视频旨在概述在啮齿类动物中成像心脏瓣膜功能所采用的方法与策略,详细描述了合适的麻醉方法、超声心动图成像切面、图像采集时的成像平面与探头方向、数据分析方法,以及新兴技术在评估心脏和瓣膜功能方面的局限性。尤为重要的是,我们还指出了心脏及心脏瓣膜成像领域中若干值得未来深入研究的方向,这些方向有望被用于揭示临床前动物模型中瓣膜疾病发病机制的深层信息。我们提出,采用系统化的方法评估小鼠的心脏和心脏瓣膜功能,可获得更可靠且可重复的数据,并有助于发现基因修饰和/或生理应激小鼠中以往被低估的表型特征。
衰老与心血管系统钙化程度的进行性增加相关1。血流动力学显著的主动脉瓣狭窄影响超过65岁人群的3%2,即使为中度主动脉瓣狭窄(峰值流速为3-4 m/s)的患者,其5年无事件生存率也低于40%3。目前尚无有效治疗手段可延缓主动脉瓣钙化的进展,外科主动脉瓣置换术仍是晚期主动脉瓣狭窄唯一可用的治疗方法4。
旨在深入理解主动脉瓣钙化发生与进展机制的研究,是推动主动脉瓣狭窄药物治疗及非手术干预方法发展的关键第一步。5,6基因改造小鼠在揭示多种疾病发生机制方面发挥了重要作用,如今正成为深入研究主动脉瓣狭窄生物学机制的前沿工具。6,7,8与其他心血管疾病(如动脉粥样硬化和心力衰竭)不同,后者在评估血管和心室功能方面已有大体上成熟的标准操作流程,而本病则存在一些独特的挑战 体内 小鼠心脏瓣膜功能的表型分析。尽管近期的综述已对用于评估啮齿类动物瓣膜功能的多种成像和侵入性方法的优缺点进行了详尽讨论9,10,11迄今为止,我们尚未发现有出版物提供针对小鼠心脏瓣膜功能表型分析的全面、逐步的实验方案。
本文旨在描述小鼠心脏瓣膜功能表型分析的方法与实验方案。所有方法和操作程序均已获得梅奥诊所机构动物护理和使用委员会的批准。本实验方案的关键要素包括麻醉深度的控制、心脏功能的评估以及心脏瓣膜功能的评估。我们希望本报告不仅能够为致力于心脏瓣膜疾病领域研究的研究人员提供指导,还能推动围绕实验方案标准化的全国性和国际性对话,以确保这一快速发展领域的数据可重复性和有效性。重要的是,利用高分辨率超声系统进行成功成像需要掌握超声成像的基本原理(以及超声领域常用的术语),理解心脏生理学的基本原理,并具备丰富的超声操作经验,以便对啮齿类动物的心脏功能进行准确且高效的评估。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 准备材料和设备(表1和图1)
2. 准备小鼠以进行成像及麻醉诱导
3. 获取心脏超声图像时遵循基本原理和指南
注意:获取图像时使用了三种超声模式:B模式/二维(B-mode/2-D)、M模式以及多普勒模式(频谱脉冲波多普勒和彩色血流多普勒成像)。获取心脏及心脏瓣膜图像时采用两种基本探头位置:胸骨旁和心尖声窗(图2)。
4. 主动脉瓣(AV)功能的评估
注意:主动脉瓣功能的评估包括对瓣膜的定性评价(例如, 瓣膜厚度的感知、由于瓣膜钙化导致的回声增强,以及通过彩色多普勒检测反流束的存在与否)和瓣膜功能的定量指标(例如, 峰值跨瓣流速和瓣叶分离距离。
5. 二尖瓣(MV)功能的评估
注意:二尖瓣功能的评估包括对瓣膜的定性评价(例如,瓣叶厚度的主观判断、由于瓣膜钙化导致的回声增强、通过彩色多普勒检测是否存在反流射流)以及瓣膜功能的定量测量。
6. 右心瓣膜功能评估
注意:三尖瓣和肺动脉瓣构成右侧心脏瓣膜。在心尖长轴切面中可清晰观察三尖瓣,而在胸骨旁长轴和短轴切面中均可观察肺动脉瓣。
7. 心脏功能评估
注意:心脏功能的评估包括对左心室收缩功能的定性评价(例如,射血分数的视觉估计、节段性室壁运动异常以及心室壁厚度的主观判断)和左心室功能的定量测量(例如,射血分数、左心室质量、左心室舒张功能以及心肌功能指数)。
8. 最后步骤
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文包含了动物心脏超声成像中常规获取的图像示例。文中提供了超声探头在动物胸部放置位置的示意图,以帮助读者清楚理解为获得所述图像时探头的具体位置。同时还附有超声实验室配置的照片,以强调正确设备的重要性,特别是所用超声探头以及麻醉方法。正常与异常瓣膜、左右心室及主动脉根部的二维/B模式、M模式、彩色多普勒和频谱多普勒图像均已正确标注。尽管应变率成像并不常规开展,本文也提供了一个示例。
二尖瓣反流的特征是在收缩期通过瓣膜出现高速、通常为非层流的血流速度(呈马赛克样着色)(图5)。当多普勒血流图像显示血流从左心室经二尖瓣至左心房呈现此类马赛克样信号,并且该信号出现在心电图QRS波群之后时,即可明确诊断为二尖瓣反流。若此类情况在不存在主动脉瓣反流和/或左心室功能障碍的前提下发生,则可诊断为孤立性二尖瓣脱垂。如果存在明显的左心室扩张(由实验性诱导的心力衰竭或麻醉过深所致),则应归类为缺血性二尖瓣反流(或继发于心脏功能障碍的反流)。...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
麻醉诱导
正确诱导和维持麻醉对于准确评估小鼠心脏瓣膜和心脏功能的变化至关重要。由于异氟烷诱导麻醉的速度较快,且在深度麻醉后该麻醉剂的清除时间相对较长,因此我们不使用独立的麻醉舱进行诱导。相反,如上文详细所述,动物被直接引导至麻醉罩,从而可在相对较低的麻醉剂浓度下实现快速且可控的麻醉诱导。
大多数小鼠品系在异氟烷浓度低于1.5%时仍能保持充分的镇静状态。然而,应密切监测异氟烷对心脏功能的累积效应,且可能需要随时间推移略微降低麻醉剂浓度。反之,也可能需要略微增加麻醉剂浓度。需仔细观察动物是否出现任何活动(提示麻醉深度不足)以及心率(HR)是否升高或降低;这有助于及时主动地调节麻醉深度。
与人类不同,异氟烷会导致小鼠心率(HR)下降。尽管在麻醉剂过量使用初期左心室功能可能得以维持,但心率降低几乎普遍继发左心室扩张,这是由于心肌收缩力受到抑制所致。因此,射血分数下降,瓣膜跨瓣(主动脉瓣和二尖瓣)峰值血流速度降低,主动脉瓣提前关闭,组织多普勒速度也下降。...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由美国国立卫生研究院(NIH)资助,项目编号为 HL111121(JDM)和 TR000954(JDM)。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 高分辨率超声成像系统 | VisualSonics, Fujifilm | Vevo 2100 | |
| 异氟烷扩散器(可输送1%至1.5%异氟烷,混合1 L/min的100% O2 | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| 适用于小型或大型小鼠的换能器(550D 或 400) | MicroScan, VisualSonics, Fujifilm | MS 550D, MS 400 | |
| 动物承载平台 | VisualSonics, Fujifilm | 11503 | |
| 高级生理监测单元 | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| 异氟烷 | Terrell | NDC 66794-019-10 | |
| 连接至异氟烷扩散器和100% O2的鼻罩及管路 | 本单位自行定制加工 | -- | |
| 脱毛剃刀 | Andis Super AGR+ vet pack clipper | AD65340 | |
| 超声耦合凝胶 | Parker Laboratories | REF 01-08 | |
| 电极导电凝胶 | Parker Laboratories | REF 15-25 | |
| 粘性胶带 | Fisher Laboratories | 1590120B | |
| 纸巾 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可