Name: 小鼠右心室舒张参数的超声心电图测量 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-27T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: 学习使用超声心动图在小鼠中获取心尖四腔视图并测量右心室舒张参数。该技术结合两种倾斜体位可显著提高成像成功率，为心血管研究提供可靠的非侵入性功能评估方法。

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本研究由肺血管研究路德维希·玻尔曼研究所资助。

本研究根据动物实验的国家规定和欧盟指令2010/63进行。设备准备步骤详见Brittain&#160;等人8的先前描述。
1. 小鼠准备
<ol>
	<li>获取 12&#160;至13周龄雄性C57Bl6/J小鼠，并在恒定室温下以12小时光照/12小时黑暗循环饲养 随意摄取 可自由获取标准实验室饲料和水，直至实验开始。</li>
	<li>使用机构批准的全身麻醉剂对小鼠进行麻醉，并通过脚趾夹捏测试确认其无反应。在0.8%–1.2%异氟烷轻度麻醉下，将小鼠固定于加热平台上，在其四肢涂抹电极凝胶，以持续监测心率和体温。</li>
	<li>使用脱毛膏去除小鼠胸部的毛发。为减轻对胸腔的压力，不要将超声耦合凝胶直接涂抹于胸腔部位，而应将凝胶涂在探头尖端。</li>
</ol>
2. 图像采集
<ol>
	<li>心尖四腔切面，平台向左及尾侧倾斜
	<ol>
		<li>完成小鼠准备后，将平台向左倾斜10°–15°，然后向尾侧倾斜10°–15°。</li>
		<li>将探头置于心尖上方，使成像平面与冠状面成约45°角，超声束的中心轴指向头侧、后方及左侧，以获得心尖四腔切面。按下B-Mode按钮以激活B模式/二维图像。 
		注意：探头可手动持握，也可通过支架固定。“&#34;B-mode&#34;”一词来源于所使用的成像系统，替代了更为常见的“&#34;two-dimensional&#34;”（二维）这一术语，并在本方案中统一使用。</li>
		<li>在声学窗口中寻找以下结构的显示：左心室（LV）、左心房（LA）、右心室（RV）、右心房（RA）、二尖瓣（MV）和三尖瓣（TV）。</li>
		<li>在冠状面内调整成像平面，并围绕中心轴顺时针和逆时针旋转，直至两个心室均显示为最长径，且两个心房均可见。此即为四腔切面（图1）。</li>
		<li>按下Cine store按钮以保存记录。</li>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>三尖瓣血流速度的测量
	<ol>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以激活系统。</li>
		<li>多次按下Overlay按钮以激活脉冲波（PW）模式的取样容积。</li>
		<li>保持已获得的四腔切面，使用轨迹球将取样容积置于三尖瓣开口处，以测量流入速度（E波和A波峰值速度）。</li>
		<li>按下PW模式按钮以测量流入速度（E波和A波峰值速度）。 
		注意：由于在此位置三尖瓣难以清晰显示，进行多次测量有助于将取样容积正确对准血流方向。多普勒取样时，应使多普勒声束与血流方向之间的夹角尽可能小。所获得的血流频谱应符合以下标准：1）流入频谱呈类似M形，第一峰低于第二峰；2）存在呼吸调制，吸气时振幅增大；3）在多次测量中速度振幅达到最大（图2）。</li>
		<li>按下Cine store按钮以保存优化后的记录。</li>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>三尖瓣环收缩期位移（TAPSE）的测量
	<ol>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以激活系统。</li>
		<li>按下B-Mode按钮切换至B模式。可能需要对图像进行若干调整，以重新获得正确的四腔切面。</li>
		<li>多次按下Overlay按钮以激活M模式的取样容积。使用轨迹球将取样容积对准三尖瓣环的侧部。通过轨迹球拖动取样容积的边缘，调整其长度，使其覆盖心动周期中心脏运动的全部振幅。</li>
		<li>按下M-Mode按钮以激活M模式。三尖瓣环的运动应呈现为波动波形（图2）。</li>
		<li>按下Cine store按钮以保存记录。</li>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>组织多普勒参数的测量
	<ol>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以激活系统。</li>
		<li>按下B-Mode按钮以激活B模式。 
		注意：可能需要在冠状面内进行角度调整，并围绕图像中心轴顺时针和逆时针旋转，以重新获得正确的四腔切面。</li>
		<li>多次按下Overlay按钮以激活组织多普勒成像（TDI）的取样容积。使用轨迹球将取样容积对准三尖瓣环的侧部，即右心室游离壁与三尖瓣形成夹角的位置。通过轨迹球拖动取样容积的边缘，调整其范围，使其包含瓣环在收缩期和舒张期的极端位置。</li>
		<li>按下Tissue按钮以激活TDI模式。 
		注意：TDI记录中出现黄色轨迹，应符合以下标准：1）记录呈倒置M形；2）舒张期E'波和A'波峰值清晰可辨，收缩期S'波峰值明显；3）在多次测量中速度振幅达到最大（图2）。</li>
		<li>按下Cine store按钮以记录优化后的图像。</li>
		<li>按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>心尖四腔切面，平台向右及头侧倾斜
	<ol>
		<li>将平台向右倾斜10°–15°，然后向头侧倾斜10°–15°。按照前述部分所述方法进行LeCa步骤（步骤2.1、2.2、2.3和2.4）的测量。 
		注意：实验过程中，异氟烷浓度应滴定至0.8%–1.2%，以维持小鼠心率在400–440 bpm范围内。在此范围内，可测得清晰分离的三尖瓣跨瓣血流及组织多普勒（DTI）速度峰值。为避免热量散失对血流动力学的影响，数据采集后进行离线分析。仅使用呼气末获得的信号进行分析。测量3–5个心动周期并取平均值。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Egemnazarov, B., Crnkovic, S., Nagy, B. M., Olschewski, H., Kwapiszewska, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Right+ventricular+fibrosis+and+dysfunction%3A+Actual+concepts+and+common+misconceptions%5BTitle%5D)+AND+%22Matrix+Biology%3A+Journal+of+the+International+Society+for+Matrix+Biology%22%5BJournal%5D)">Right ventricular fibrosis and dysfunction: Actual concepts and common misconceptions.</a> Matrix Biology: Journal of the International Society for Matrix Biology. 68-69, 507-521 (2018).</li>
<li>Rain, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Right+ventricular+diastolic+impairment+in+patients+with+pulmonary+arterial+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Right ventricular diastolic impairment in patients with pulmonary arterial hypertension.</a> Circulation. 128, 1-10 (2013).</li>
<li>Egemnazarov, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+overload+creates+right+ventricular+diastolic+dysfunction+in+a+mouse+model%3A+assessment+by+echocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Echocardiography%22%5BJournal%5D)">Pressure overload creates right ventricular diastolic dysfunction in a mouse model: assessment by echocardiography.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 28, 828-843 (2015).</li>
<li>Crnkovic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+molecular+factors+associated+with+TAPSE+in+hypoxic+pulmonary+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology.+Lung+Cellular+and+Molecular+Physiology%22%5BJournal%5D)">Functional and molecular factors associated with TAPSE in hypoxic pulmonary hypertension.</a> American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 311, 59-73 (2016).</li>
<li>Shi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((miR-223-IGF-IR+signalling+in+hypoxia-+and+load-induced+right-ventricular+failure%3A+a+novel+therapeutic+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Research%22%5BJournal%5D)">miR-223-IGF-IR signalling in hypoxia- and load-induced right-ventricular failure: a novel therapeutic approach.</a> Cardiovascular Research. 111, 184-193 (2016).</li>
<li>de Raaf, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tyrosine+kinase+inhibitor+BIBF1000+does+not+hamper+right+ventricular+pressure+adaptation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology+-+Heart+and+Circulatory+Physiology%22%5BJournal%5D)">Tyrosine kinase inhibitor BIBF1000 does not hamper right ventricular pressure adaptation in rats.</a> American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 311, 604-612 (2016).</li>
<li>Zhou, Y. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+transthoracic+cardiac+imaging+in+mice+using+ultrasound+biomicroscopy+with+anatomical+confirmation+by+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+Genomics%22%5BJournal%5D)">Comprehensive transthoracic cardiac imaging in mice using ultrasound biomicroscopy with anatomical confirmation by magnetic resonance imaging.</a> Physiological Genomics. 18, 232-244 (2004).</li>
<li>Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Echocardiographic+assessment+of+the+right+heart+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Echocardiographic assessment of the right heart in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (81), e50912(2013).</li>
<li>Kitchen, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonparametric+vs+parametric+tests+of+location+in+biomedical+research%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">Nonparametric vs parametric tests of location in biomedical research.</a> American Journal of Ophthalmology. 147, 571-572 (2009).</li>
<li>Yan, F., Robert, M., Li, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29209453">Statistical methods and common problems in medical or biomedical science research.</a> International Journal of Physiology, Pathophysiology and Pharmacology. 9, 157-163 (2017).</li>
<li>Guihaire, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+indices+of+right+ventricular+function+are+markers+of+ventricular-arterial+coupling+rather+than+ventricular+contractility%3A+insights+from+a+porcine+model+of+chronic+pressure+overload%5BTitle%5D)+AND+%22European+Heart+Journal+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Non-invasive indices of right ventricular function are markers of ventricular-arterial coupling rather than ventricular contractility: insights from a porcine model of chronic pressure overload.</a> European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14, 1140-1149 (2013).</li>
<li>Sareen, N., Ananthasubramaniam, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+Imaging%3A+From+Physiology+to+Practical+Applications+in+Daily+Practice%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiology+in+Review%22%5BJournal%5D)">Strain Imaging: From Physiology to Practical Applications in Daily Practice.</a> Cardiology in Review. 24, 56-69 (2016).</li>
<li>Thavendiranathan, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+myocardial+strain+imaging+by+echocardiography+for+the+early+detection+of+cardiotoxicity+in+patients+during+and+after+cancer+chemotherapy%3A+a+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+College+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Use of myocardial strain imaging by echocardiography for the early detection of cardiotoxicity in patients during and after cancer chemotherapy: a systematic review.</a> Journal of the American College of Cardiology. 63, 2751-2768 (2014).</li>
<li>Sengelov, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+Longitudinal+Strain+Is+a+Superior+Predictor+of+All-Cause+Mortality+in+Heart+Failure+With+Reduced+Ejection+Fraction%5BTitle%5D)+AND+%22JACC%3A+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Global Longitudinal Strain Is a Superior Predictor of All-Cause Mortality in Heart Failure With Reduced Ejection Fraction.</a> JACC: Cardiovascular Imaging. 8, 1351-1359 (2015).</li>
<li>Silvani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+Mechanisms+Mediating+the+Coupling+between+Heart+Period+and+Arterial+Pressure+in+Response+to+Postural+Changes+in+Humans%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Physiological Mechanisms Mediating the Coupling between Heart Period and Arterial Pressure in Response to Postural Changes in Humans.</a> Frontiers in Physiology. 8, 163(2017).</li>
<li>Mohan, M., Anandh, B., Thombre, D. P., Surange, S. G., Chakrabarty, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+posture+on+heart+rate+and+cardiac+axis+of+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Indian+Journal+of+Physiology+and+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Effect of posture on heart rate and cardiac axis of mice.</a> Indian Journal of Physiology and Pharmacology. 31, 211-217 (1987).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

从胸骨旁切面评估小鼠超声心动图的右心室功能和容积已有充分描述。相比之下，由于技术上的困难，小鼠超声心动图中的心尖切面长期以来被忽视。使用水平平台体位时，难以获得足够的声窗以实现四腔心视图成像。为了便于获取该切面图像，可将平台向左侧倾斜，这一操作类似于临床检查中患者取左侧卧位。该体位可使心脏位置更偏左且更靠上，从而改善声窗条件。因此，LeCa 是我们用于心尖部可视化成像的标准体位。然而，在约 30%–35% 的小鼠中，该体位下的图像质量仍可能不足。此时，采用 RiCr 体位成像可能有所帮助。
从这两个位置可以测量三尖瓣跨瓣血流速度（E 和 A）以及组织多普勒速度（E' 和 A'），从而提供有关右心室舒张功能的信息。我们观察到，从这两个位置获得的组织多普勒参数之间具有良好的相关性，而 E 峰的相关性则不够理想。总体而言，三尖瓣血流频谱的可视化是本方案中最具挑战性的部分，且表现出最高的变异性。通过组织多普勒测量三尖瓣环收缩期位移（TAPSE）和 S' 速度可评估右心室收缩功能。然而，根据最近的研究发现，TAPSE 的生理意义尚不明确11。我...

舒张功能障碍是右心室（RV）重构的一个显著特征1，并与压力超负荷状态相关2。超声心动图（EchoCG）可用于表征右心室舒张功能障碍3,4。尽管小动物超声心动图技术近年来有所进展，但舒张参数的测量结果却很少被报道。相比之下，收缩功能的测量则被广泛用于转基因小鼠的表型特征分析5，以及治疗反应的评估6。
这在一定程度上可归因于从心尖四腔切面测量舒张期参数存在困难。通过倾斜固定平台（LeCa 或 RiCr 方向）可改善此体位下心脏的可视化效果。即使采用了这些操作，超声心动图操作者通常也不会在论文中报告这些细节4,7。因此，目前尚不清楚这些操作是否能够提供可比的结果。此外，这也阻碍了小鼠该体位标准化命名体系的建立。
本研究旨在描述两种用于获取心尖四腔心切面图像的探头位置，并比较两者的结果。为了确定这两种位置之间的差异，我们采用了小鼠肺动脉束带（PAB）模型，该模型通过放置钽夹造成肺动脉部分阻塞。这种阻塞可导致右心室重构及功能障碍。有关PAB手术的详细步骤可参见先前发表的研究3。假手术组小鼠的钽夹被放置于肺动脉旁但不造成阻塞，作为对照组进行比较。术后三周，使用配备30 MHz扫描探头的成像系统进行超声心动图（EchoCG）检查（详见材料表）。关于小鼠体位及超声束方向的命名遵循Zhou等7所描述的规范。

<table><tbody><tr><td>RMV-707B 扫描头 30 MHz</td><td>Visual Sonics</td><td>P/N 11459</td><td>小鼠扫描头</td></tr><tr><td>VisualSonics Vevo 770&amp;reg; 高分辨率成像系统</td><td>Visual Sonics</td><td>770-230</td><td>超声成像设备</td></tr><tr><td>Veet 敏感肌肤脱毛膏</td><td>Veet</td><td>07768307&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>3M 外科胶带 Durapore</td><td>3M Deutschland GmbH</td><td>1538-1</td><td>用于固定</td></tr><tr><td>Askina Brauncel 纤维素棉签</td><td>B.Braun</td><td>9051015</td><td></td></tr><tr><td>Aquasonic 超声耦合剂</td><td>Parker Laboratories Inc.</td><td>BT025-0037L</td><td></td></tr><tr><td>电极凝胶</td><td>GE medical systems information technologies Inc.</td><td>2034731-002</td><td>涂抹于四肢，用于持续心电图和心率监测</td></tr><tr><td>Thermasonic 凝胶加热器</td><td>Parker Laboratories Inc.</td><td>82-04-20</td><td>用于使用前加热超声耦合剂，减少热量散失</td></tr></tbody></table>

小鼠右心室舒张期参数的超声心动图测量

Echocardiographic Measurement of Right Ventricular Diastolic Parameters in Mouse

舒张功能障碍是右心室（RV）重构的显著特征，常见于压力超负荷状态。然而，在实验研究中，右心室舒张功能很少被定量评估。这可能是由于在啮齿类动物中，从心尖四腔观观察右心室存在技术上的困难。本文介绍了两种有助于在小鼠中清晰显示心尖四腔观的位置，以评估右心室舒张功能。
通过将小鼠固定平台向左下方（LeCa）或向右上方（RiCr）倾斜，可获得心尖四腔切面。两种体位均可获取质量相当的图像，且由此测得的右心室舒张功能参数无显著差异。两种体位的操作难度相似，本方案可整合至已发表的实验流程中，从而实现对右心室功能的详细研究。

在小鼠中获取心尖四腔观较为困难。因此，通过调整平台位置可改变心脏在胸腔内的位置，从而有助于心脏的可视化。将平台向左和向右倾斜可改善声窗，并在B模式下获得质量相当的图像（图1）。在获得正确体位后，脉冲多普勒（PW）、M型及组织多普勒成像（TDI）模式下的测量亦可获得质量相当的图像（图2）。舒张功能参数的测量在假手术组和肺动脉缩窄术（PAB）组小鼠中进行（表1）。两种体位（RiCr和LeCa）在舒张功能参数上的测量结果相似（表2）。此外，在两种体位下进行的超声心动图检查均显示出假手术组与PAB组之间相似的差异（表2，Dunnett检验）。相关性分析显示，这两种优化体位所获得的数据之间具有良好的一致性（图3）。由于本研究使用的小动物样本量较小，故采用非参数检验方法9...

本文描述并比较了在小鼠中获取心尖四腔切面的两种体位。这两种体位均可用于量化右心室功能，结果具有可比性，且可互换使用。

舒张功能障碍是右心室（RV）重构的显著特征，常与压力超负荷状态相关。然而，右心室……

通常只有在约65%至70%的受检小鼠中能够成功获取心尖四腔观图像。该技术的主要优势在于，通过结合使用两种倾斜体位，几乎可在所有受检小鼠中实现该切面的采集。在小鼠达到适当程度的轻度镇静后，将其固定于加热平台上，并在四肢涂抹电极凝胶，以持续监测心率和体温。使用脱毛膏去除胸部毛发，并在探头尖端涂抹一层超声耦合凝胶。为获得心尖四腔切面，需将平台向左及尾侧分别倾斜10至15度。将探头置于成像平面内心尖上方，与冠状面成45度角，超声束中心轴朝向头侧后方及左侧。按下B模式按钮以启动B模式成像，在声窗中定位左心室、左心房、右心室、右心房、二尖瓣和三尖瓣。为确保探头位置正确，可沿冠状面方向上下移动探头。在冠状面内调整成像平面，并围绕中心轴顺时针和逆时针旋转，直至两个心室均显示其最长径，且两个心房均可见，从而获得四腔心切面。按下 cine store 以保存录影。然后按下 scan freeze 以暂停系统。要测量三尖瓣跨瓣血流速度，请先按下 scan freeze 以激活系统，再多次按下 overlay 以激活用于后向波模式的取样容积。采用四腔心成像切面，使用轨迹球将取样容积置于三尖瓣开口处，点击脉冲多普勒模式以测量流入速度。点击动态图像存储以保存优化后的图像记录，随后点击扫描冻结以暂停系统。为测量三尖瓣环平面收缩期位移，点击扫描冻结以激活系统，并切换至B模式。可能需要对图像进行一些调整，以恢复正确的四腔心视图。多次点击叠加按钮以激活M型超声的取样容积，并使用轨迹球将取样容积与三尖瓣环的侧壁部分对齐。使用轨迹球拖动取样容积的边缘，直至覆盖心动周期中心脏运动的全部幅度。然后启动 M 模式。三尖瓣环的运动应显示为波形，接着点击 cine store 保存图像，再点击 scan freeze 以暂停系统。测量组织多普勒参数时，需启动系统并激活 B 模式。多次点击叠加以激活组织多普勒成像的取样容积，并使用轨迹球将取样容积对准三尖瓣环的侧部，使右心室游离壁与三尖瓣形成一定角度。拖动取样容积的边缘，调整其范围以包含瓣环的收缩期和舒张期的极限位置，然后点击“tissue”以启动组织多普勒成像模式。随后点击“cine store”保存图像记录，并点击“scan freeze”暂停系统。将平台向左和向右倾斜可改善声窗，从而在B模式下获得健康和患病小鼠心脏的图像，且图像质量相当。在获得正确位置后，利用M模式、组织多普勒成像模式和脉冲波模式进行测量，无论是在右侧头侧还是左侧尾侧的平台位置，均可获得质量相似的图像，并得到相似的舒张期参数结果，适用于健康和患病心脏。此外，相关性分析显示，从这两种优化位置获得的数值之间具有良好的一致性。在进行该操作时，重要的是要牢记，超声心动图是一种用于评估心脏功能的非侵入性技术。在完成生理学测量后，可进一步采集组织样本，以探讨心脏功能障碍的形态学基础或分子机制等其他问题。该技术为肺动脉高压领域的研究人员探索右心室在压力超负荷条件下适应机制提供了途径，所采用的正是肺动脉高压的小鼠模型。为了在不同实验之间获得可重复的结果，需严格控制动物的生理参数，如心率和体温，并将麻醉深度维持在尽可能浅的水平，以最大程度减少对心脏功能的影响。

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