Beurteilung der rechtsventrikulären Struktur und Funktion in Maus-Modell der Lungenarterie Verengung durch transthorakale Echokardiographie

Summary

Rechte Herzkammer (RV) Dysfunktion ist für die Pathogenese von Herz-Kreislauferkrankungen, noch begrenzt Methoden sind für die Auswertung zur Verfügung. Jüngste Fortschritte in der Ultraschall-Bildgebung eine nicht-invasive und präzise Möglichkeit zur Längs RV Studie. Hier haben wir ausführlich eine Schritt-für-Schritt-Verfahren, das eine Echokardiographie Mausmodell der RV Drucküberlastung.

Abstract

Schwellen klinischen Daten unterstützen die Vorstellung, dass RV Dysfunktion ist für die Pathogenese von Herz-Kreislauferkrankung und Herzversagen ^1-3. Darüber hinaus wird die RV deutlich Lungenerkrankungen wie pulmonaler Hypertonie (PAH) beeinflusst. Darüber hinaus ist die RV bemerkenswert empfindlich zu Herzerkrankungen, einschließlich des linken Ventrikels (LV) Dysfunktion, Herzklappenerkrankung oder RV Infarkt ^4. Um die Rolle von RV in der Pathogenese von Herzerkrankungen zu verstehen, ist eine sichere und nicht-invasive Methode, um die RV strukturell und funktionell Zugriff erforderlich.

Eine nicht-invasive transthorakale Echokardiographie (TTE) Methodik etabliert und für die Überwachung der dynamischen Veränderungen in Struktur und Funktion RV in erwachsenen Mäusen validiert. Um RV Stress auferlegen beschäftigten wir eine chirurgische Modell der Lungenschlagader Verengung (PAC) gemessen und die RV Antwort über einen Zeitraum von 7 Tagen mit einem Hochfrequenz-Ultraschall-MikroimagingSystem. Sham-Mäuse wurden als Kontrollen verwendet. Bilder wurden in leicht narkotisierten Mäusen an der Grundlinie erworben (vor der Operation), Tag 0 (unmittelbar nach der Operation), Tag 3 und Tag 7 (nach der Operation). Die Daten wurden mit der Software offline analysiert.

Mehrere Schallfenster (B, M und Farb-Doppler-Modi), die in Mäusen konsequent erhalten werden kann, für die zuverlässige und reproduzierbare Messung der RV-Struktur (einschließlich RV Wandstärke, end-diastolischen und systolischen End-Dimensionen) erlaubt, und Funktion ( Bruchflächenänderung, Verkürzungsfraktion, PA Spitzengeschwindigkeit und Spitzendruck-Gradient) in normalen Mäusen und nach PAC.

Mit dieser Methode wird der Druck-Gradienten von PAC resultierte, wurde genau in Echtzeit mit Farb-Doppler-Modus gemessen und war vergleichbar mit Direktdruckmessungen mit einem Millar High-Fidelity-Mikrokatheter durchgeführt. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass die RV-Messungen aus verschiedenen kompl erhaltenimentary Ansichten mit Echokardiographie sind zuverlässig, reproduzierbar und kann Erkenntnisse über Struktur und Funktion RV bieten. Dieses Verfahren ermöglicht ein besseres Verständnis der Rolle von RV kardiale Dysfunktion.

Introduction

Historisch hat prognostische Einschätzung der Herzinsuffizienz auf der LV, die einfach zu Bild über Echokardiographie ist konzentriert. Zahlreiche Studien auf LV Struktur und Funktion mit der Echokardiographie haben zur Ermittlung des Normalwerte für die LV-Struktur und Funktion führte ^1,5,6. Messungen der LV Größe und systolischen Funktion aus zwei-und Farbdoppler-Bilder erhalten werden, sind von großer Bedeutung, da sie eine visuelle Abgrenzung der Fächer und Geometrie im Detail für die LV ^7. M-Mode wird häufig zur Messung LV Abmessungen und Verkürzungsfraktion (FS) in Mäusen eingesetzt. Inter-und intra Beobachter Beobachter Variabilität niedrig sind für die Durchmessermessungen mit diesen Modus, aber Wanddickenmessungen sind in der Regel sehr variabel ⁷ sein. Pulsed-Doppler mit Farbe (PW oder Farb-Doppler) wurde verwendet, um Klappeninsuffizienz ^8,9 bewerten.

Ähnlich LV, RV spielt die eine wichtige Rolle und ist eine signifikante predictor von Morbidität und Mortalität bei Patienten mit kardiopulmonalen Erkrankungen ^1,7,10 behaftet. Allerdings ist echokardiographische Beurteilung der RV von Natur aus eine Herausforderung aufgrund seiner komplexen Form ^5,11 und seine retrosternale Position, dass die Blöcke die Ultraschallwellen ^8,9. RV ist eine halbmondförmige Struktur Umwickeln der LV und hat eine komplexe Anatomie mit dünnen Wänden, die zu niedrigem Druck und Widerstand gegen Lungengefäßen ⁶ gewohnt sind. Um erhöhten Gefäßwiderstand (PVR) zu überwinden, erhöht der RV zuerst in Größe und erfährt Hypertrophien. Bei chronischen Erkrankungen wie Lungenhochdruck oder Lungengefäßerkrankung, RV erfährt progressive Dilatation, die später in die Verschlechterung der systolischen und diastolischen Funktion ^4,5,10.

Die Echokardiographie spielt eine wichtige Rolle in der Früherkennung und Diagnose von PAH trotz einiger in seiner klinischen Diagnosefähigkeit vorhanden Einschränkungen. Der HauptvorteilTTE liegt darin, dass sie nicht invasiv ist und dass es auf leicht sogar bewußt Tiere sediert ⁹ durchgeführt werden, oder. TTE bietet auch eine vernünftige Schätzung des PA Drücke, sowie eine fortlaufende Beurteilung von Veränderungen in Struktur und Funktion RV ^12,13. Aufgrund technischer Fortschritte in der TTE, die die Entwicklung von Hochfrequenz-mechanische Sonden umfassen, die eine axiale Auflösung von ungefähr 50 um in einer Tiefe von 5-12 mm, hohe Bildraten (mehr als 300 Bilder / s) und hohe Abtastraten , ist die Echokardiographie eine Wahl-Tool für die Abbildung der stark rückläufigen klein Maus Herz ^8,11.

Längs-Überwachung der RV-Funktion mit mehreren Ansichten, einschließlich 2-dimensionale (2D) kurzen und langen Achse, M-Mode-und Doppler-Schallfenster bieten ergänzende Informationen von RV Anatomie und Funktion. Insgesamt ermöglicht diese Methodik komplette Längs Beurteilung der RV Hämodynamik in der Physiologie und pathologischen Einstellung ^4,7.

Hier bieten wir eine ausführliche Schritt-für-Schritt-Methode der Verwendung von nicht-invasiven TTE RV anatomischen und funktionellen Veränderungen sekundär zu PAC in Mäusen zu charakterisieren.

Protocol

Chirurgisches Verfahren

1. Erhalten 8 Wochen alte männliche C57BL / 6 Mäuse und akklimatisieren, für eine Woche, bevor irgendwelche experimentellen Verfahren durchgeführt werden.
2. Vor der Bilderzeugung wird Lungenarterie durchgeführt, wie zuvor ¹⁴ gemäß AVMA Richtlinien beschrieben und IACUC genehmigt Protokolle.
   Echokardiographische Images Acquisition und-messungen
   Alle verwendeten Abkürzungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

1. Parasternalen langen Achse (PLAX) M-Modus anzeigen zu Kammer RV Dimension, Verkürzungsfraktion (FS) und RV Wandstärke erhalten

1. Verwenden Einstellung Modus B, um eine vollständige LV parasternalen langen Achse erhalten. Mit das Tier in Rückenlage auf der Plattform liegen (siehe Anmerkung 6.1. Und 6.2.), Positionieren Sie den 40-MHz-Ultraschall-Sonde (MS550D) auf das Tier mit etwa 30 ° gegen den Uhrzeigersinn nach links Parasternallinie mit der Kerbe zeigt kaudal ( (1D), um eine vollständige LV Kammerblick in der Mitte des Bildschirms zu erhalten.
2. Sobald die richtige Sehenswürdigkeiten (RV, LV, MV, Ao, LA), wie in den 2A und 2B dargestellt sind deutlich sichtbar, wechseln Sie in M-Modus. Ein Indikator Linie erscheint auf dem Bildschirm in der M-Modus-Einstellung. Die Zeile sollte positioniert, um durch den breitesten Teil der RV Kammer mit Ao als Wahrzeichen (2A und B) zu gehen.
3. In dieser Ansicht sollte der RV Wand und IVS deutlich sichtbar sein. Bitte stellen Sie sicher, dass die Fokustiefe liegt in der Mitte der Kammer RV. Notieren Sie die Daten mit Cine-Speicher für Messkammer RV Dimension, FS-und RV-Wanddicke off line. Beispiele von M-Modus-Bilder sind in den Fig. 2C und 2D gezeigt. (Siehe Anmerkung 6.3.)

2. Parasternalen Kurzachsenansicht in MidPapilläre Stufe auf Teilfläche Änderungen (FAC) erhalten

1. Aus der obigen (Abbildung 1A) beschriebenen Position, um B-Modus zu wechseln, und schalten Sie die Sonde um 90 ° im Uhrzeigersinn, um die parasternalen Kurzachsenansicht (Abbildung 1B) zu erhalten. Spitze der Sonde leicht entlang der x-Achse der Sonde, um die obstruktive Ansicht des Brustbeins zu verhindern.
2. Bewegen Sie etwas nach oben und unten entlang der y-Achse der Sonde, um die Mitte der papillären Niveau zu erhalten (siehe Anmerkung 6.4.)
3. In dieser Ansicht sind die Papillarmuskeln typischerweise an der 2 und 5-Uhr-Position (Fig. 3) befindet.

3. Parasternalen Kurzachsenblick auf Aortenklappe Stufe (RV PSAX Aorten-Level) zu RV Wandstärke und PA Spitzengeschwindigkeit zu erhalten

1. Aus der obigen (Abbildung 1B) beschriebenen Position, bewegen Sie die Sonde an der y-Achse in Richtung Schädel, bis die Aortenklappe Querschnitt zeigt in der Mitte des Fensters.
2. Rechts Ausfluss tract (RVOT) auf der Oberseite eine halbmondförmige Struktur mit Trikuspidalklappe Trennen des RV von RA, wie in Fig. 4A und B 2 dargestellt angezeigt. Notieren Sie die Daten mit Cine-Speicher für die Messung der Wanddicke RV off line. (Siehe Anmerkung 6.5.)
3. Bleiben an der gleichen Position. (Siehe Anmerkung 6.6.)
4. Schalter zur Farbdopplermodus und die Position der gelben PW-gestrichelten Linie parallel zur Strömungsrichtung in dem Gefäß. Beachten Sie, dass blauen und roten Farben zeigen Strom von und zu der Sonde bzw. (4C und 4D).
5. Platzieren Sie den Cursor PW an der Spitze der Pulmonalklappe Blättchen. (Siehe Anmerkung 6.7.) Rekord Daten mit Cine-Speicher. Messen PA Spitzengeschwindigkeit off line.

4. Geändert Parasternale lange Achse Blick auf RV-und PA-PA Spitzengeschwindigkeit zu erhalten

1. Weiter auf der B-Modus-Einstellung, positionieren Sie die Sonde (MS550D oder MS250) Nach rechts Parasternallinie (Fig. 1C) und die Sonde langsam Titel etwa 30-45 °-Winkel auf der Y-Achse der Sonde (Fig. 1D) in Richtung auf die Brust der Mäuse, die PA Übergang über Aorta deutlich sichtbar, wie in den dargestellten 5A und 5B.
2. Schalter zur Farbdopplermodus und die Position der gelben PW-gestrichelten Linie parallel zur Strömungsrichtung in dem Gefäß (Figuren 5C und 5D). Platzieren Sie den Cursor PW an der Spitze der Pulmonalklappe Blättchen. (Siehe Anmerkung 6.6.) Rekord Daten mit Cine-Speicher und messen PA Spitzengeschwindigkeit off line.

5. Daten Berechnung und Analyse

1. RV Wandstärke aus den B-Modus-Daten vom RV PSAX Aorten-Ebene erhalten wie oben (Protokoll 3) zu errechnen. Wählen Sie den 2D-Bereich Tracing-Tool, um den Bereich des RV Wand an der Diastole zu verfolgen (wie in rosa Bereich in Abbildung 6 dargestellt). Dann verwenden Sie den Abstand Tracing-Tool, um die inneren und äußeren Umfang der Wand des RVOT zu verfolgen (wie in blauen Linien in Abbildung 6 dargestellt). Den Durchschnitt der inneren und äußeren Umfang. Verwendung der Gleichung Wir berechnen RV Wand (RVW) Dicke. (Siehe Anmerkung 6.8.)
2. Für andere Standard-Parameter entnehmen Sie bitte den Handbüchern von der jeweiligen Hersteller, um die Datenanalyse durchzuführen.

6. Aufzeichnungen

1. Alle Bilder sind mit dem System Vevo 2100 gesammelt. Ähnliche Bilder können unter Verwendung von Ultraschall-Bildgebungssysteme von anderen Herstellern bezogen werden, und die relativen Vor-und Nachteile der verschiedenen Ultraschallgeräte wurden zuvor gegen ^8,12,15. Es wird empfohlen, dass alle Bilder sollten erhalten und in verblindet, wann immer möglich analysiert werden.
2. Die richtige Wahl der Anästhesie, wie ein Kurz dration von inhalativen Isofluran (2-3% bis zu induzieren, und 1,0% zu halten) ist von entscheidender Bedeutung bei der Aufrechterhaltung der Herzschlag bei normalen physiologischen Raten (über 500 Schläge / min), so dass wir reproduzierbare und konsistente basalen und erhöhten pulmonalen arteriellen erkennen systolischen Druck in der Studie.
3. Achten Sie darauf, um die Daten mit der höchstmöglichen Bildrate möglich zu sammeln (> 200 Bilder / s).
4. Suchen Sie die Ansicht mit der größten Kammer Dimension.
5. Obstruktion durch Rippen und das Brustbein vor allem auf der Position des RV retrosternale ist das größte Hindernis für den Erhalt hervorragende Bilder in dieser Methode der Bildgebung des RV. Durch Verschieben des Tieres oder die Sonde kann ein Bediener die Brustbeinblock zu überwinden und zu erhalten notwendig Ansichten des RV. Diese können von 5-15 Minuten dauern, je nach Physiologie des Tieres.
6. Sie müssen möglicherweise Sonde MS250 schalten seit MS550D Sonde kann in Schein-und Mäuse vor PAC verwendet werden und die 40-MHz-Sonde in der Lage ist auf RekordSpitzengeschwindigkeit von 300-1500 m / sec, während MS250 ist in der Lage, den Park Geschwindigkeit bis 4.000 mm / s bis zu erfassen.
7. Es ist akzeptabel, eine Sonde Winkel von weniger als 20 ° zur genauen Messung von PA Spitzengeschwindigkeit haben.
8. Konsequente Messungen der RV Wandstärke und Fläche / Abmessungen wurden mit mehreren akustischen Fenster, sowohl in der Lang-und Kurz-Achse. Die Wahl der einige dieser Fenster werden auf der Erfahrung des Bedieners ab, und konnte für Variabilität, die beitrags zu unterschiedlichen statistischen Ergebnisse könnten erklären.

Results

In dieser Studie wurde die Basislinie Echokardiographie 48 h vor der Operation durchgeführt. Mäuse wurden in zwei Gruppen randomisiert. Die Mäuse erhielten Lungenarterienverschlüsse (PAC) und Scheinoperationen (Sham). Echokardiographie wurde an Tag 0, 3 und 7 nach der chirurgischen Prozedur durchgeführt. Die Tiere wurden unmittelbar nach dem letzten Echokardiographie getötet und Herzen wurden für die histologische Beurteilung geerntet. Katheterisierung wurde in der Untergruppe (n = 3 und 2 für Tag 0 bzw. 7) der PAC Mäus...

Discussion

Wir zeigen, dass TTE stellt eine empfindliche und reproduzierbare Methode zur Beurteilung der Routine RV Struktur und Funktion bei Mäusen. Vor dem Aufkommen der TTE, Studien des RV weitgehend auf RVSP Messung über Rechtsherzkatheter, einem Terminal und invasive Verfahren ^6,9,11,17 konzentriert.

Stand Berichte haben eine Vielzahl von Techniken zur Durchführung rechten Herzmessungen ^3,4,11,17-19 beschrieben. Doch die Mehrheit der früheren Studien RV Größe und Strukturdate...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Hochfrequenz-Ultraschall	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	Vevo 2100
Mechanischer Hochfrequenz-Wandler	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	MS250, MS550D, MS400
Millar Mikro Druckkatheter	Millar	SPR-1000