本方案描述了对出生7天的新生小鼠进行左心室形态、功能及冠状动脉血流的超声心动图评估方法。
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摘要
摘要
超声心动图是一种非侵入性技术，可用于评估心血管疾病动物模型中的结构和功能参数，并用于临床前研究中评估潜在治疗手段的影响。超声心动图研究通常在年轻成年小鼠（即4至6周龄）中进行。由于新生小鼠体型微小及相关技术困难，早期新生儿心血管功能的评估通常难以实施。其中最重要的挑战之一是幼鼠四肢过短，无法接触到超声心动图平台上的电极。另一个挑战是体温控制，因为幼鼠对温度变化极为敏感。因此，建立一套在小型幼鼠中实施超声心动图检查的实用操作指南至关重要，以帮助研究人员及早发现病理变化，并随时间推移研究心血管疾病的进展。本研究介绍了一种针对出生仅7天的幼鼠进行超声心动图检查的操作方案，同时描述了对新生小鼠心脏形态、功能及冠状动脉血流的超声心动图表征方法。
引言
本实验方案的总体目标是利用超声心动图检测7日龄新生小鼠幼崽的心脏形态、功能及冠状动脉血流。开发该技术的依据在于，确定心脏疾病小鼠模型中冠状动脉血流和心脏功能的早期变化1。超声心动图具有非侵入性优势，可使研究人员在生理条件下评估心血管功能，并为研究靶向治疗心血管疾病的疗法提供筛选工具2,3。传统上，超声心动图研究通常在年轻成年小鼠（4–6周龄）中进行；然而，某些小鼠模型（如基因修饰模型）在此年龄段已表现出病理改变和心脏功能障碍。因此，基于动物模型的心脏研究主要集中在改善或治疗心脏功能障碍的治疗药物上。相比之下，近年来研究重点已转向心脏疾病的预防措施和早期干预4。
既往研究已描述了在新生小鼠心肌梗死模型中利用超声心动图评估心脏功能的方法5,6；然而，这些研究未能测量冠状动脉血流，且最重要的是，未能在操作过程中同步记录心电图（ECG）和心率（HR）数据，这极有可能是由于幼鼠肢体过小，无法接触到电极片所致。本方案通过将铝箔贴附于幼鼠肢体，使其能够接触电极片并形成心电图回路，从而克服了这一问题。此外，本方案还对新生小鼠的冠状动脉血流进行了描述和表征。
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方案
所有实验均经芝加哥伊利诺伊大学动物护理与使用委员会批准。实验采用出生7天的FVB/N小鼠。该方案分为小鼠准备、超声心动图图像采集以及成像后的动物护理三个步骤。
1. 小鼠准备
- 从繁殖笼中获取7日龄小鼠。
注意：在此早期阶段，通过体格检查难以确定动物的性别。 - 将心电图导电凝胶（参见材料表）涂抹在已预热的平台电极垫上。在电极垫上方放置铝箔条（约1.5英寸×0.25英寸），以扩展电极接触范围，并用胶带固定（图1A）。随后，在铝箔条上方再涂抹一层心电图导电凝胶。
注意：确保铝箔条下方的凝胶在操作过程中不会干燥。若发生干燥，需添加更多凝胶以维持导电性。 - 剪下丁腈手套的一个手指部分，并将其一端套在异氟烷/氧气鼻罩上，另一端覆盖在小鼠鼻部（图1B）。
- 将幼鼠放入异氟烷诱导室，并以100%氧气为载气，开始输送2.5%浓度的异氟烷（图1C）。
- 将麻醉后的幼鼠仰卧置于成像平台上，使其四肢接触铝箔垫，并用胶带固定。确保电路连接完整，心电图信号正在记录。
- 将异氟烷输送浓度降低至1.5% ，仍以10....
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结果
本研究采用出生7天的小鼠幼崽来表征心脏形态、功能及冠状动脉血流。小鼠操作需谨慎进行，并且小鼠固定平台必须根据幼崽的体型进行相应调整，如图1所示。PLAX切面的代表性图像见图2A以及补充视频1。在此切面中，采用M型超声测量左心房（LA）直径（图2B）。PSAX切面（补充视频2）用于测量左心室腔尺寸（图3A）、肺动脉血流（图3B）和主动脉血流（图3C）。心尖四腔心切面（补充视频3和图4A）用于评估二尖瓣跨瓣血流速度（图4B），以及二尖瓣环处心肌舒张和收缩速度（
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讨论
在预防医学时代，需要早期评估心血管功能的改变，以确定疾病的起始并设计适当的干预疗法。小鼠正越来越多地被用作心脏研究的临床前模型，而超声心动图研究通常在年轻成年小鼠中进行。然而，为了研究基因改变或药物干预在心脏疾病早期阶段的作用，需要在生命更早期就开始进行超声心动图成像。但对新生小鼠进行超声心动图研究在技术上具有挑战性。在本研究中，我们建立了一种可在低至7日龄小鼠中进行超声心动图测量的操作方案。这对于转基因小鼠模型尤为重要，因为在这些模型中，某个基因的缺失或过表达被认为会导致心血管功能障碍。在这些动物模型中及早识别出心血管异常，可使研究人员设计出防止疾病进展的药物治疗方案。
由于7日龄小鼠体型较小，本实验方案中需考虑一些技术细节，包括维持其正常体温并尽量缩短超声心动图检查时间。使用加热平台、加热灯和预热的超声耦合剂以防止低体温。理想情况下，应使用直肠探头监测动物体温；然而，鉴于本研究中幼鼠体型过小，我们无法在操作过程中使用直肠探头。此外，还需注意高体温问题，应避免幼鼠过于靠近加热灯。超声检查过程应控制在1小时以内，以尽量减少体温大幅波动，并避免长时间麻醉带来的生理影响
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢伊利诺伊大学芝加哥分校的 Chad M. Warren 硕士对本文稿的编辑。本研究工作获得了美国国立卫生研究院/国家心脏、肺和血液研究所（NIH/NHLBI）K01HL155241 基金以及美国心脏协会（AHA）CDA849387 拨款对 PCR 的资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 脱毛剂 | Nair Hair Remover | ||
| 电极凝胶 | Parker Laboratories | 15-60 | |
| 高频超声成像系统 | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
| 异氟烷 | MedVet | RXISO-250 | |
| 线阵高频换能器 | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS550D | |
| 小鼠繁殖对 | Charles River Laboratories | FVB/N | 品系编号 207 |
| 超声耦合凝胶 | Parker Laboratories | 11-08 | |
| Vevo Lab 软件 | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | 版本 5.5.1 |
参考文献
- Le, V. P., Wagenseil, J. E. Echocardiographic Characterization of Postnatal Development in Mice with Reduced Arterial Elasticity. Cardiovascular Engineering and Technology. 3 (4), 424-438 (2012).
- Nagueh, S. F., et al.
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