小鼠瓣膜性心脏病全面表型特征的超声心动图方法与方案

本超声心动图方案的总体目标是展示用于在啮齿类动物中成像心脏瓣膜功能的方法与技术。我们今天向您展示的方法能够回答心脏病研究领域中的关键问题，特别强调在心脏瓣膜疾病条件下对心脏作为一个整体功能单位进行评估。该方法对心脏瓣膜疾病领域具有深远意义，因为全面的超声心动图评估不仅能够检测多个心脏瓣膜的瓣膜功能障碍，还能帮助研究人员理解心脏功能与各种心脏瓣膜功能指标之间的复杂相互作用。

尽管该方法可用于表征以心脏瓣膜疾病为主要缺陷的动物模型，也可应用于其他系统，在这些系统中，心脏瓣膜功能障碍可能是继发于心力衰竭或胸主动脉瘤等其他损伤。因此，我们建议在大多数研究中应常规进行完整的心脏及心脏瓣膜表型分析。在参加多次学术会议并发现评估心脏瓣膜功能所采用的方法和方案存在显著差异后，我们首次萌生了将我们进行完整心脏及心脏瓣膜表型分析的操作过程拍摄成视频的想法。

我们希望本文及配套视频能够推动领域内关于应遵循的最佳方法学和标准的讨论，这与美国国立卫生研究院（NIH）近期提出的提高研究严谨性和可重复性的倡议相一致。超声心动图的主要优势在于能够无创地实时评估心脏的形态和功能。该技术操作简便，且可进行系列重复检查。

因此，在系列随访研究中，这种方法最为理想。通常情况下，刚接触心脏和心脏瓣膜成像的研究人员会面临诸多困难，这些困难主要源于麻醉给药与剂量调节过程中的操作难题，以及小动物超声心动图检查中可用解剖声窗非常有限所带来的技术挑战；同时，在成像过程中还需精确定位心脏结构和探头方向。我们希望通过对本方法的可视化演示，能够加快研究人员掌握小鼠超声心动图技术的速度，并最终为探讨小动物成像的最佳实践提供一个交流平台。

首先，打开配备高频超声探头的超声设备。输入待测动物的编号，以及日期、时间和其他相关信息。将平台预热至 37 摄氏度，然后轻轻抓住小鼠的尾巴，牢固地握住其颈部背侧以固定动物。

将动物的鼻部引导至鼻罩中，并按照随附的文字实验方案所述开始麻醉。待动物镇静后，迅速而准确地将其仰卧放置于平台上，确保前肢和后肢分别接触平台上的心电图传感器。使用胶带固定动物的四肢，稳定鼻罩装置中的头部，并固定尾巴。

接下来，使用平台上的心电图传感器或外部设备检测心率。确保基础心率在每分钟600至700次之间。持续监测心率，并确保在任何情况下心率均不低于每分钟450次。

此外，使用直肠温度计监测体温，并将体温维持在 36.5 摄氏度至 38 摄氏度之间。在生命体征稳定的情况下，使用专为细毛设计的电动剪毛器剃除小鼠胸部的毛发。然后，用一张湿润的纸巾擦拭胸部，以清除残留的毛发。

将动物牢固地固定在平台上，头部朝外，然后将平台向左侧倾斜15至20度，使心脏更靠近胸壁。接着，在探头表面或直接在动物胸部涂抹足量的超声耦合剂。将探头置于胸骨旁位置，使其与心脏长轴垂直约90度，探头图像索引标记朝向后方。

在双DB模式下，滑动探头的遮蔽部分，直至主动脉瓣沿短轴方向显示。接着，顺时针旋转探头，直至图像索引标记指向头侧。此即为胸骨旁长轴切面。

在图像显示中观察主动脉走行、主动脉瓣、左心室流出道、二尖瓣、左心房以及部分右心室流出道。使用机器内置测量工具的电子卡尺，测量主动脉最大的心房后径。接下来，通过调节控制面板上的图像宽度按钮，减小图像宽度，使图像显示中仅保留主动脉瓣。

将M型超声取样线置于主动脉瓣尖处，以准确评估主动脉瓣瓣叶的分离情况。在主动脉瓣的M型超声图像中，使用电子游标测量瓣叶分离的距离。保持胸骨旁长轴主动脉瓣切面，按压控制面板上的彩色多普勒控制键，对主动脉瓣区域应用彩色多普勒成像。

接下来，按下脉冲波多普勒控制键。使用轨迹球，将脉冲波取样容积置于主动脉瓣上方的近端升主动脉内，通过倾斜平台和/或探头，确保超声束与血流方向之间的夹角小于60度。然后，使用电子游标从频谱显示中测量峰值速度。

首先将换能器置于B模式下的心尖位置，并调整换能器方向，使其朝向小鼠头部。在图像显示器上观察右心室、左心室、右心房和左心房。从心尖四腔切面开始，通过减小图像宽度，使二尖瓣进入焦点范围。

然后，将 M 型超声光标置于二尖瓣上，以评估瓣叶的厚度。采用心尖四腔心切面，应用彩色多普勒成像左心房在舒张期经二尖瓣的血流。观察以红色编码的二尖瓣血流。

从肺尖轴向切面，通过摆动动作倾斜或指向探头尖端，使右心室位于图像显示的中心。减小图像宽度，仅使右心室在图像中可见。然后，在三尖瓣区域应用彩色多普勒。

接下来，将探头移至主动脉瓣水平的改良胸骨旁长轴位置。然后，将探头轻微向上倾斜，以获得肺动脉瓣的短轴切面。在此切面中，应用M型超声成像评估肺动脉瓣的分离距离。

然后，在肺动脉瓣区域应用彩色多普勒，以评估瓣膜反流和狭窄情况。在二维模式下，将探头置于乳头肌水平的胸骨旁短轴切面位置，以获得左心室的短轴观。从此切面，按下控制面板上的M型按钮。

使用轨迹球，将M型超声心动图（M mode）光标置于乳头肌水平左心室腔的中心位置，获取M型图像。然后，在舒张末期测量左心室腔内径，此时室间隔与后壁之间的距离最大；在收缩末期测量，此时室间隔与后壁向内运动幅度达到最大。接下来，将探头移至心尖声窗，对二尖瓣应用彩色多普勒，并将取样容积置于二尖瓣瓣叶的尖端处。

从脉冲波多普勒在二尖瓣处的速度频谱图中测量二尖瓣血流峰值速度。将取样容积置于左心室流入道与流出道之间，但不要包含二尖瓣和主动脉瓣的关闭与开放信号。测量等容舒张时间、等容收缩时间以及左心室射血时间。

然后，在心尖长轴切面进行二尖瓣环的组织多普勒成像。按下TGI控制键，将取样容积置于二尖瓣环的内侧部分。操作完成后，清除小鼠身上多余的超声耦合剂。

轻轻取下固定动物的胶带，并关闭麻醉装置。将动物放置在吸水性纸巾上，观察直至动物恢复胸卧位。图中显示的是正常小鼠的主动脉瓣功能与患有钙化性主动脉瓣疾病小鼠的主动脉瓣功能的评估对比。

在瓣膜钙化的小鼠中，瓣叶增厚且回声增强，导致收缩期开放受限。通过心尖窗显示二尖瓣的长轴切面。可使用M型超声的探测线测量二尖瓣叶的厚度。

由于正常二尖瓣瓣叶较薄、回声较弱且运动迅速，测量其厚度可能极具挑战性。此二尖瓣改良长轴切面显示的彩色多普勒图像中，收缩期二尖瓣处可见马赛克样彩色射流，其中蓝色信号提示存在二尖瓣反流。

从胸骨旁切面可获取肺动脉瓣的短轴和长轴图像。在此图像中，M 型超声的取样线穿过肺动脉瓣，由此视图可测量瓣叶分离的距离。若操作得当，掌握该技术后可在 15 至 20 分钟内完成检查。

在进行该操作时，必须具备心脏解剖学和生理学的基础知识，掌握超声成像的基本原理和术语，并具有心脏超声检查经验，以便对啮齿类动物的心脏功能进行准确且高效的评估。观看本视频后，您应能够充分理解如何通过获取不同成像切面的图像，以及测量能够充分描述心脏和心脏瓣膜功能的超声多普勒参数，来完成啮齿类动物的心脏超声检查。