左心疾病所致肺动脉高压ZSF-1大鼠模型中舒张功能障碍的脉冲波多普勒评估
2026年5月22日
本文介绍了一种利用多普勒超声心动图在左心疾病所致肺动脉高压的临床前模型中评估舒张功能的实验方案。
我们的研究聚焦于射血分数保留的心力衰竭及其表现出的显著性别差异。舒张功能障碍是射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）的典型特征，其相关指标可通过多普勒超声进行评估，而无需使用二维超声心动图，后者成本较高且需要复杂的设备。首先，打开连接心电图描记垫的平板电脑。
从可用应用程序中选择 RS Monitor。然后按前面的圆形按钮打开心电图贴片。轻触用户界面右下角的设置。
从实验设置菜单中选择预设。点击已保存预设下方的下拉菜单，然后选择 Rat CV，再点击右下角的“确定”。接下来，使用70%乙醇清洁心电图电极片，以去除任何心电图导电凝胶残留物。
获取高导电性的电极凝胶用于心电图，以及水溶性低致敏超声凝胶用于多普勒。将麻醉后的动物仰卧置于非侵入性心电图垫上，鼻部放入合适尺寸的鼻罩，麻醉蒸发器输出浓度设定为1.5%至2%。使用棉签，在四肢掌背侧以及后肢足底侧涂抹少量电极凝胶。用胶带将动物四肢固定在心电图垫的电极接触面上，确保凝胶与垫片之间有充分接触。
然后使用温和的脱毛膏去除胸部和腹部的毛发。擦拭掉任何残留的脱毛膏，以避免皮肤刺激。确保等电位基线以及P波、QRS波和T波形态在计算机显示器上清晰显示。
创建一个新文件夹，用于标识动物及感兴趣的数据。打开大型蓝色盒子前面和后面的电源开关，启动脉冲多普勒收发器设备。然后打开多普勒信号处理器。
接下来，打开多普勒信号处理工作站软件。点击“设置”，然后选择“系统设置”。为实验选择 20 兆赫的探头频率。
检查幼年大鼠或小鼠时，请使用20兆赫探头。对于年老、体型较大或肥胖的大鼠，请使用10兆赫探头。如果两个探头均已连接，可根据需要使用发射接收模块前方的切换开关在不同频率之间切换。
确保手持探头换能器已连接至收发模块的 A 或 B 通道接口。选择相应的通道以操作手持探头。将方向开关设置为 TWD，以在零流速基线以上显示朝向探头的血流方向。
然后将小鼠的范围调整为2.5至3.5毫米，大鼠的范围调整为4至6毫米。将滤波器设置为15，以使相位速度输出平滑为阻尼信号。按下用户界面左上角的“go”按钮。
在弹出窗口中输入相关的采集信息，包括动物种类、性别、出生日期、采集日期时的年龄和体重。从目录下拉菜单中选择所需的预先创建的文件夹，然后点击“确定”。通过上下拖动坐标轴刻度条来调整心电图基线，直到R波清晰可见。进行多普勒测量前，首先在麻醉动物的胸腹部剑突下和上腹部区域涂抹少量超声耦合剂。
将多普勒探头置于剑突下方膈肌正中线处，探头方向朝向动物头部，指向其左耳。通过以逐渐增大的半径进行小范围环形移动，缓慢扫描血流信号。始终对膈肌下方皮肤保持探头的轻柔压力。
如果未检测到二尖瓣血流，以0.5毫米为增量调整范围旋钮，直至识别出经二尖瓣的血流波形。确保多普勒波形与心电图同时显示在屏幕上。当识别出正确的血流后，使用脚踏开关创建快照，并重复操作，直至记录到最佳数据质量。
当对数据质量满意时，点击“停止”以结束数据采集。点击“文件”，然后从下拉菜单中选择“打开”。从预先创建的文件夹中选择质量最高的数据文件进行分析。
点击分析，然后选择分析模式。选择第二步，常规设置，将数据类型设为多普勒。然后将信号设为二尖瓣血流。
选择合适的动物模型，并在默认测量名称下选择所有测量项目。从分析控制下拉菜单中选择第五步：R波峰值编辑器。启用显示心动周期和R波峰值标记，然后点击自动计算。
然后从分析控制下拉菜单中选择第六步“节拍编辑器”。启用显示节拍和R波峰值标记，并点击“全选节拍”。接下来，选择第七步“标记编辑器”。
单击显示分析标记，然后在当前选定的标记下选择所需的参数。确保所提供的参数完整可用，以保证数据的完整性。选择第八步，测量结果。
单击“复制结果到剪贴板”以将数据复制到 Excel 文件并保存。关闭蒸发器后，从动物的脚掌上移除胶带，然后将动物从电极板上取下。
清除动物身上残留的脱毛膏和电极凝胶。然后将动物放回笼中，自由饮水和进食以恢复。为了最准确地评估舒张功能，需要在多个心动周期内观察同一心动周期中与二尖瓣和主动脉瓣开闭相关的前向和逆向血流模式。
从双相二尖瓣血流模式中确定了多个指标，包括早期充盈峰值、心房收缩峰值、这两个峰值的比值，以及早期充盈峰值的减速时间。等容舒张时间（IVRT）是评估啮齿类动物舒张功能障碍的良好指标。在肺动脉高压伴左心疾病ZS F1大鼠模型中，IVRT随年龄增长而延长。
这种变化最早可在16周龄时被检测到。24周龄的肥胖雄性大鼠与瘦型对照组早期时间点相比，其等容舒张时间（IVRT）更高。本方案可使研究者检测心力衰竭伴射血分数保留（HFpEF）的既定超声心动图指标，包括E/A比值、IVRT或E波减速时间。
该技术缺乏心脏的二维可视化，且一些舒张功能的指标受负荷影响，而这种条件难以控制。这是一种低成本技术，可可靠地检测以舒张功能障碍为表现的心肺疾病在病程中的进展。
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概述
本文介绍了一种经济且易于实施的方案，用于评估由左心疾病引起的肺动脉高压（PH）啮齿类动物模型中的舒张功能障碍。该方法采用脉冲波多普勒超声，无需二维（2D）超声心动图，即可评估二尖瓣血流模式及舒张功能指标，为临床前心血管研究提供了一种实用的替代方案。
关键研究组成部分
科学领域
- 心血管生理学
- 临床前成像
- 啮齿类动物疾病模型
背景
- 舒张功能障碍和射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）是左心疾病所致肺动脉高压的主要原因。
- 体内标准评估通常需要复杂且昂贵的二维超声心动图结合多普勒技术。
- 亟需更简单、更易获取的方法来评估动物模型中的舒张功能。
- 脉冲波多普勒超声提供了一种潜在的替代方法。
研究目的
- 展示一种低成本、可重复的方法，用于评估因左心疾病导致肺动脉高压（PH）的啮齿类动物模型中的舒张功能障碍。
- 提供一种无需二维超声心动图的实验方案。
- 实现对舒张功能进展的纵向监测。
使用方法
- 采用脉冲波多普勒超声从心尖窗评估二尖瓣跨瓣血流。
- 同步记录心电图，以将血流模式与心动周期相关联。
- 采集并识别舒张功能指标。
- 优化探头对位，以减少角度依赖性和体型因素的影响。
主要结果
- 该方案可稳定识别啮齿类动物的二尖瓣血流模式及舒张功能标志物。
- 能够检测舒张功能障碍及其随时间的进展。
- 该方法操作便捷，无需高级超声心动图设备。
- 局限性包括无法显示心脏结构，以及多普勒角度依赖性可能导致的测量误差。
结论
- 脉冲波多普勒超声是评估临床前肺动脉高压模型舒张功能的可靠替代方法。
- 当二维超声心动图不可用或不切实际时，该技术尤为适用。
- 正确的探头位置和对齐对于优化数据质量至关重要。
常见问题
行业重要性概述
在临床前模型中对舒张功能障碍进行可靠评估，对于心血管药物研发中的靶点验证和机制性风险排除至关重要。脉冲多普勒超声技术能够以较低成本、可重复地测量由左心疾病引起的肺动脉高压啮齿类动物模型的舒张功能指标，有助于早期研发阶段的项目决策。该方法可在缺乏高级影像设备的情况下，提供可扩展且定量的终点指标，满足实际研究需求。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在与疾病相关的啮齿类动物模型中探究舒张功能障碍的机制。
- 通过量化二尖瓣血流和舒张指数，支持功能靶点的验证。
- 无需依赖二维超声心动图，即可在心血管假设检验中提供可靠的预测依据。
筛选与检测方法开发
- 为化合物筛选研究提供标准化、定量的舒张功能读数。
- 通过降低设备和操作人员的复杂性，提高检测的可重复性和可扩展性。
- 实现在体对疾病进展和治疗反应的纵向监测。
转化与临床前研究
- 将临床前终点与HFpEF和PH相关的临床舒张功能障碍标志物相匹配。
- 支持心血管研究管线中从早期发现到临床前验证的连续性。
- 通过在同一队列中进行重复、非终末性评估，降低转化风险。
流程与工作流整合
这种基于多普勒的方法适用于从早期发现到临床前研究的连续过程，为心血管研究中的机制性研究与转化生物标志物开发之间提供了桥梁。
- Discovery Biology：通过量化体内舒张功能，支持假设验证和机制性风险降低。
- Screening：提供可重复的定量输出，适用于化合物评价和剂量-反应研究。
- Analytics：支持在不同实验组和时间点之间对舒张功能指标进行统计学比较。
- Translational Research：促进与HFpEF和PH模型中临床终点的对接。
- Enterprise Reuse：为多项研究中的心血管表型分析提供可扩展、低成本的能力。
运营与企业影响
- 科学价值：提高心血管靶点验证的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：标准化舒张功能评估，增强不同研究之间的可重复性。
- 战略价值：优化早期心血管项目中的立项/终止决策，提升资本使用效率。
- 组合影响：实现基于风险调整的心血管资产优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备小动物多普勒超声操作及与心电图相关联的专业知识。
- 需要具备脉冲波多普勒仪器及基本分析软件的使用条件。
- 要求跨团队统一探头放置位置和数据解读流程的标准化。
- 可能需要根据不同啮齿类动物模型或体型特征进行调整，以优化信号质量。
- 局限性包括无法显示心脏结构以及测量结果受角度影响而产生的变异性。
