通过肺动脉束带小鼠模型的心脏磁共振成像对双心室功能与形态的定量分析

摘要

为了理解右心室（RV）对异常负荷的病理生理学适应机制，实验模型至关重要。然而，评估右心室的尺寸和功能具有复杂性和挑战性。本方案提供了一种对承受右心室压力负荷的小鼠进行心脏磁共振成像（CMR）的方法，作为一种非侵入性的基准检测手段。

摘要

右心室（RV）功能与衰竭是获得性和先天性心脏病（包括肺动脉高压）预后的重要决定因素。由于右心室结构复杂，对其功能和形态的评估较为复杂。目前，心脏磁共振（CMR）成像是无创评估右心室功能和形态的金标准。本方案描述了在通过肺动脉缩窄术（PAB）诱导右心室压力负荷的小鼠模型中进行CMR成像的方法。PAB手术通过在23 G针头周围肺动脉上放置6-0缝线完成。使用超声心动图在术后2周和6周测定PAB压差。在术后6周，使用配备1,500 mT/m梯度的9.4 T磁共振成像仪，通过10至11个厚度为1 mm的电影序列切片，测量收缩末期和舒张末期容积及质量，以评估左右心室的形态和功能。代表性结果表明，PAB可显著增加右心室压力负荷，并对双心室形态和右心室功能产生显著影响。同时显示，在持续6周的右心室压力负荷下，心输出量仍得以维持。本文提供了一种可重复的定量评估右心室压力负荷小鼠模型中双心室形态和功能的实验方案，可用于探索右心室重构与功能障碍决定因素的相关研究。

引言

患有获得性和先天性心血管疾病的患者，包括肺动脉高压（PH），存在右心室（RV）功能障碍和衰竭的风险¹。由于压力负荷增加，右心室适应性改变在早期表现为向心性肥厚，而在疾病晚期则表现为进行性扩张。此外，右心室改变还与代谢异常、细胞外基质紊乱、炎症过程以及最终的右心室衰竭相关^2,3,4,5,6。为研究右心室衰竭进展的潜在机制，已建立了多种动物模型。然而，模型的优化以及对右心室功能和结构参数的准确评估仍具挑战性。在无创评估右心室功能和结构方面，心脏磁共振（CMR）成像是金标准。该技术利用强磁场和射频波对跳动的心脏进行成像。CMR已广泛应用于人类，也适用于实验啮齿类动物等动物模型。由于后者心脏体积较小，需要更高的空间分辨率，因此相较于人类，动物成像所需的磁场强度更高。

目前已有多种模拟右心室（RV）压力超负荷的动物模型，包括肺动脉高压（PH）模型^7,8,

方案

所有实验和动物护理均按照荷兰《动物实验法》进行，并符合美国国立卫生研究院发布的《实验动物护理和使用指南》。荷兰格罗宁根大学动物实验委员会已批准本实验方案（许可证编号：2014-041/3005）。

1. 动物饲养与适应性驯化

1. 使用20–30 g野生型C57黑6（C57BL/6）小鼠（先前已描述的机构繁育品系⁴⁷），雌雄不限，所有小鼠均超过8周龄。将小鼠以每笼最多五只的方式群养。为使其适应人为操作，需让小鼠至少适应环境7天。在此期间不得进行任何实验操作。

2. 肺动脉束带手术

1. 准备
   1. 将小鼠放入充满5%异氟烷/100%氧气的诱导室中。通过施加疼痛刺激（例如脚趾夹捏）检查反射是否消失。
   2. 使用电动剃须刀剃除小鼠左侧半胸壁的毛发。
   3. 轻轻拉出舌头并施加轻微张力固定。
   4. 将光源置于声门水平的外部咽喉处，以照亮咽喉内部。
   5. 使用20 G柔性套管对小鼠进行经气管插管。
   6. 将动物右侧卧位放置于加热垫上（设定温度为37 °C）。
   7. 将套管连接至微型呼吸机，开始通气，使用1.5%–2.5%异氟烷/氧气混合气体（呼吸频率180次/分钟，潮气量250 μL）。
   8. 皮下注射0.....

结果

PAB 手术的死亡率约为 10%。所展示的结果显示了假手术组（n = 5）和 PAB 组（n = 8）小鼠的特征。如图 3所示，与假手术组动物相比，PAB 组在术后 2 周和 6 周的 PAB 压力梯度值显著升高。这种负荷增加导致右心室扩张，表现为右心室舒张末容积（RV EDV）和收缩末容积（RV ESV）增加（图 4A、B）。右心室功能障碍表现为右心室射血分数（RV EF）下降（图 4C），而右心室每搏输出量（RV SV）保持不变（图 4D）。右心室舒张末质量和收缩末质量均增加，提示出现右心室肥厚（图 4E、F）。左心室舒张末容积（LV EDV）和收缩末容积（LV ESV）减少（图 4G、H

讨论

本方案提供了一种在小鼠中进行PAB的可重复方法，以及随后利用CMR评估心脏重构和功能适应的方法。

PAB 与其他增加右心室压力负荷的模型不同，因为它涉及后负荷的绝对且静态的增加，而不伴随其他触发因素。在低氧、野百合碱、分流或这些诱导因素组合的模型中，右心室压力负荷基于肺血管系统的重构。这种重构由内皮损伤、炎症、细胞因子迁移和血管收缩所驱动。这些过程的程度因模型而异，因此压力负荷的程度也随之不同。与这些模型相比，PAB 引起固定的右心室后负荷，因而具有可重复性，并且不受治疗干预的影响。这使得研究人员能够在不影响右心室后负荷的情况下，研究针对压力负荷下右心室的干预措施。小鼠 PAB 模型显示出明显的跨 PAB 压力梯度，从而能够评估这种显著的压力负荷。

由于右心室（RV）呈围绕左心室（LV）的三角形结构，且紧邻胸骨后方，因此通过超声心动图进行容积评估具有挑战性^41,42。无论是二维还是三维超声心动图，在准确性方面均.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
14.0 MHz i13L-超声心动图探头	GE Healthcare, Waukesha, WI, USA
20G 套管针
23G 针头
配备 1,500 mT/m 梯度系统的 9.4T 磁共振扫描仪	Bruker BioSpin, Ellingen, Germany
麻醉诱导室
钝头 25G 针头
布托啡诺
氯己定
心脏磁共振后处理软件	Medis Medical Imaging Systems, Leiden, The Netherlands		Qmass 版本 7.6
数据可视化与统计分析软件	GraphPad Prism Inc, La Jolla, CA, USA		软件版本 7.02
超声心动图设备	GE Healthcare, Waukesha, WI, USA		Vivid Dimension 7
眼药膏
加热垫
孵育箱（37°C）
异氟烷
异氟烷蒸发器
啮齿类动物微型呼吸机	Hugo Sachs	型号 687
单丝聚丙烯 5-0 缝线
单丝聚丙烯 6-0 缝线
皮下注射用针头和注射器
儿科心电图电极贴片
纯聚乙醇酸 5-0 缝线
无菌外科器械
通气面罩