Echokardiographische Beurteilung der Herzfunktion und der pulmonalen Hypertonie bei Lämmern

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die echokardiologische Beurteilung der kardialen Struktur, Funktion und pulmonaler Hypertonie in einem Lamb-Modell der sich entwickelnden bronchopulmonalen Dysplasie. Die Methode ermöglicht eine serielle Bewertung kardiopulmonaler Erkrankungen und kann auf andere Großtiermodelle von neonatalen und adulten Herz-Kreislauf-Erkrankungen angewendet werden.

Zusammenfassung

Frühgeburt ist stark mit Herzstörungen verbunden, einschließlich einer beeinträchtigten ventrikulären Funktion und veränderter Herzstruktur, die zu fortschreitender Herzinsuffizienz und anderen kurz- und langfristigen Morbiditäten führen kann. Der natürliche Verlauf der Herzfunktionsstörung bei Frühgeborenen ist jedoch nicht gut definiert. Im Lammmodell der bronchopulmonalen Dysplasie mit assoziierter pulmonaler Hypertonie (BPD-PH) werden die Lämmer nach 110–128 Tagen Schwangerschaft entbunden (die volle Schwangerschaft beträgt etwa 145 Tage) und mechanisch beatmet. Die Lämmer entwickeln kardiopulmonale Komplikationen der Frühgeburt, darunter alveoläre Vereinfachung in der Lungenhistologie, das Kennzeichen der BPS, sowie Anzeichen erhöhter pulmonaler Gefäßresistenz auf der Echokardiographie, was mit der Entwicklung von BPD-PH übereinstimmt. Dieser Artikel beschreibt ein Protokoll zur seriellen Beurteilung der kardialen Morphometrie und Funktion mittels Echokardiographie bei Früh- und ehemaligen Frühlämmern (bis etwa zwei Monate nach der Geburt). Das Protokoll wurde unter Anpassung von Richtlinien der American Society of Echocardiography entwickelt. Die Echokardiographie wird bei intubierten und mäßig sedierten Lämmern mit einem Ultraschallsystem am Bett durchgeführt. Vorhof- und Ventrikelabmessungen, Funktion des rechten und linken Ventrikels sowie pH-bezogene Messungen werden bei jeder echokardiographischen Untersuchung durchgeführt. Die Messungen sind reproduzierbar und korrelieren mit dem klinischen Status. Dieses Echokardiographie-Protokoll zur Beurteilung der Herzstruktur und -funktion bei Lämmern ermöglicht die Charakterisierung von BPD-pH und die Bewertung therapeutischer Ansätze.

Einleitung

Das Lamb-Modell der sich entwickelnden bronchopulmonalen Dysplasie und pulmonalen Hypertonie (BPD-PH) repliziert sowohl die Entwicklungsphase der Lunge als auch die klinische Versorgung, die Frühgeborene auf der neonatalen Intensivstation (NICU) erleben. Im Lammmodell der sich entwickelnden BPD-PH werden Lämmer über verschiedene Gestationsalter von 110 Tagen (späte kanalikuläre Phase der Lungenentwicklung, entspricht 22–24 Wochen Schwangerschaft) bis zum Termin (145 d) und mechanisch belüftet. Die Lämmer werden bis zu sechs Monate lang begleitet, um eine kardiopulmonale Erkrankung zu entwickeln. Dieses Modell wiederholt die Pathophysiologie und Histopathologie, die aus mechanischer Belüftung mit sauerstoffreichem Gas bei Frühgeborenen resultieren, einschließlich Alveolarvereinfachung und verdickter Septa¹. Die Stärke des Lammmodells von BPD-PH liegt in seiner Ähnlichkeit mit menschlichen Entwicklungslungenstadien und der relativ großen Größe der Lämmer, was häufige Blutabnahmen und den Einsatz klinischer Werkzeuge ermöglicht, die direkt aus der NICU² importiert werden. Hier berichten wir über ein Protokoll für die serielle Echokardiographie zur Beurteilung der Herzfunktion und der pulmonalen Hypertonie (PH) bei Lämmern.

BPD-PH ist eine häufige und bedeutende kardiopulmonale Komplikation bei Überlebenden von Frühgeburten ^3,4,5. Säuglinge, die in niedrigerem Gestationsalter und niedrigeren Geburtsgewicht geboren werden, haben das höchste Risiko für BPD und BPD-PH³. BPD-PH tritt auf, wenn eine abnormale Lungenentwicklung infolge von Frühgeburt sowie mechanischem und oxidativem Stress über mehrere Monate hinweg zu einer vaskulären Remodellierung führt⁴. Dies trägt zu einer erhöhten Lungenresistenz bei, was zu einer Belastung des rechten Ventrikels und in schweren Fällen zum Versagen führt, was letztlich die Morbidität und Mortalität im späteren Säuglings- und frühen Kindesalter^erhöht.

Die Echokardiographie ermöglicht eine nicht-invasive serielle Beurteilung mehrerer anatomischer und physiologischer Merkmale sowohl des rechten als auch des linken Ventrikels. Die American Society of Echocardiography hat Richtlinien für pädiatrische transthorakale Echokardiogramme^{veröffentlicht 6,7}. Ähnliche Leitlinien existieren nicht für präklinische Modelle wie das neonatale Lammmodell von BPD-PH. Hier präsentieren wir ein Echokardiographie-Protokoll, das für das neonatale Lammmodell modifiziert wurde. Während die Anatomie des Lammbrusts und des Bauchkompartiments die Fähigkeit einschränkt, subkostale Ansichten zu erhalten, sind apikale und parasternale Ansichten leicht zugänglich. Diese Sichtweisen ermöglichen eine umfassende Bewertung der Herzfunktion und des pH-Gehalts unter Verwendung mehrerer Parameter, darunter ventrikuläre Septumposition, Lungenarterienbeschleunigungszeit (PAAT), trikuspidale annulare plane systolische Exkursion (TAPSE), trikuspidale Regurgitation, rechtsventrikuläre (RV) fraktionelle Bereichsänderung (FAC) und linksventrikuläre (LV) Ejektionsfraktion (EF). Darüber hinaus korrelierten wir echokardiographische Messungen mit klinischem Status und Ergebnissen der kardialen Katheterisation und bestätigten so den Nutzen der Echokardiographie als nicht-invasive Methode der kardialen Beurteilung im Lammmodell von BPD-PH.

Protokoll

Alle experimentellen Verfahren wurden gemäß den Standards für Tierhandhabung und Ausbildung des Institutional Animal Care and Use Committee der University of Utah durchgeführt.

1. Ablauf des Verfahrens

1. Positioniere das Lamm in einer Schlinge in der Bauchlage.
2. Positionieren Sie den Echokardiographen auf der linken Seite des Lamms für die meisten in diesem Protokoll beschriebenen echokardiographischen Aufnahmen, sofern nicht anders angegeben.
3. Platziere das Ultraschallgerät am Kopf des Sling-Setups, damit der Echokardiograph mit der linken Hand mit den Steuerungen kommunizieren und den Transducer in der rechten Hand halten kann.
4. Benutze einen Assistenten, um das Lamm zu positionieren, wobei der Assistent auf der gegenüberliegenden Seite des Lamms positioniert ist. Siehe Abbildung 1 für das experimentelle Setup und die Lammpositionierung für die transthorakale echokardiographische Bildaufnahme.
5. Überwachen Sie während des gesamten Eingriffs die Sauerstoffsättigung (SpO₂), den arteriellen Blutdruck und die Herzfrequenz. Beenden Sie den Eingriff, damit sich die Vitalzeichen stabilisieren, oder brechen Sie ab, wenn SpO₂ 2 Minuten lang <90 % bleibt, die Herzfrequenz <60 Schläge pro Minute beträgt oder die Atemfrequenz >100 Atemzüge pro Minute trotz Anpassungen des Beatmungsgeräts und der Sauerstoffanteil, oder wenn der arterielle Blutdruck um >15 % gegenüber dem Ausgangspunkt vor dem Eingriff sinkt.

Abbildung 1. Experimentelle Einrichtung für transthorakale echokardiographische Bildaufnahme beim Lamm. Repräsentative Stellung, die die Positionierung des Lamms innerhalb der Schleuder demonstriert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

2. Aufbau des Ultraschallgeräts

1. Erfassen Sie Subjektinformationen, einschließlich Identifikatoren, Gewicht und Blutdruck (systolisch, diastolisch und Mittelwert).
2. Wählen Sie den gewünschten Wandler. Für Lambs verwenden Sie einen 12S (5–11 MHz) Phased-Array-Herzwandler.
3. Wählen Sie Ultraschall-Presets für die Herzbildgebung, falls verfügbar.
   HINWEIS: Behalten Sie während der echokardiographischen Aufnahme konsistente physiologische Bedingungen (z. B. Herzfrequenz, Atemzustand und Sedierungsgrad) aufrecht, da diese Faktoren Doppler-basierte Messungen beeinflussen können.

3. Lammpositionierung und Wandlerposition

1. Die genaue Position des Lamms und des Transducers, die für Standardaufnahmen der transthorakalen Echokardiographie erforderlich sind, können je nach Gestationsalter bei der Geburt, postnatalem Alter, Lungeninflation und Bauchdehnung variieren.
2. Beginnen Sie in der Bauchlage mit dem linken Bein des Lammes natürlich an den Thorax gefaltet und ruhen Sie in der Schleuder, wobei die linke Achselhöhle und der Thorax von unten sichtbar sind. Manipulieren Sie die Position des Lammes im Schleuder nach Bedarf, um optimale Ansichten zu erhalten. Bei Bedarf wird das Lamm in einer teilweisen bis vollständigen rechten lateralen Dekubitusposition innerhalb der Schleuder positioniert.
3. Tragen Sie Ultraschallgel auf die Spitze des Transducers und die Brustwand des Lamms auf, um eine optimale Leitung der Ultraschallwellen sicherzustellen.
   HINWEIS: Die unten beschriebenen Ansichten werden typischerweise zwischen den 3.–6. Interkostalräumen auf der ventraleren Seite des Thorax (d. h. zum Brustbein) hingewiesen.

4. Standard-apikale Ansichten erhalten

HINWEIS: Apikale Blicke sind bei Früh- und Terminlämmern leichter zu finden. Nach unserer Erfahrung vergrößert sich der Thorax, wenn Lämmer älter als zwei Monate werden, und die Spitze des Herzens entfernt sich weiter von der Brustwand, was es schwierig macht, diese Ansichten vom linken Thorax zu erkennen.

1. Positionieren Sie den Wandler im 5.–6. Zwischenrippenraum.
2. Richte den Transducer auf die rechte Schulter.
3. Beginnen Sie mit dem Anzeiger des Wandlers, der dorsal zum linken Ohr des Lammes zeigt.
4. Um die standardmäßige apikale Vierkammeransicht (A4C) zu erhalten, fächern Sie den Wandlerschwanz kaudal mit Fächern und drehen Sie den Wandler je nach Bedarf im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, bis die maximalen äußeren Ränder der rechten und linken Herzkammer sichtbar sind und die rechten und linken Vorhöfe ohne Verkürzung sichtbar sind. In der optimalen A4C-Ansicht sind Trikuspidal- und Mitralklappe sichtbar, aber der linke ventrikuläre Ausflusstrakt (LVOT) ist nicht (Abbildung 2A)^6,7.
5. Sobald die A4C-Ansicht erhalten ist, erhalten Sie folgende Parameter:
   1. Zeichnen Sie eine Cine-Schleife von mindestens 3 Herzzyklen auf (5–7 Zyklen sind bevorzugt) zur Messung von RA- und LA-Dimensionen, RV-Abmessungen, RV-FAC, subjektiver Bewertung der Septumposition und der LV-Auswurffraktion (die ebenfalls die unten beschriebene LV-fokussierte apikale Zweikammeransicht erfordert)^6,7.
   2. Messen Sie TAPSE, indem Sie den Cursor mit dem lateralen Trikuspidal-Ring ausrichten und eine M-Mode-Verfolgung ^6,7,8 aufnehmen.
   3. Messen Sie die Mitral Annular Plane Systolic Excursion (MAPE), indem Sie den Cursor mit dem lateralen Mitralannulus ausrichten und eine M-Mode-Verfolgung⁹ aufzeichnen.
6. Während Sie die A4C-Ansicht beibehalten, fügen Sie Farb-Doppler hinzu und erhalten Sie die folgenden Parameter, indem Sie den Cursor so parallel wie möglich zum Dopplerfluss positionieren (idealerweise mit einem Insonationswinkel von <20°):
   1. Bewerten Sie die Präsenz der Trikuspidal-Regurgitation und die Spitzengeschwindigkeit, indem Sie die Interessensregion über der Trikuspidalklappe platzieren, den Cursor parallel zum Farbsignal durch die Trikuspidalventil ausrichten und eine kontinuierliche Doppler-Verfolgung^{von 6,7} aufnehmen.
   2. Bewerten Sie die Präsenz der Mitralinsuffitation und die Spitzengeschwindigkeit, indem Sie die Interessensregion über die Mitralklappe legen, den Cursor parallel zum Farbsignal durch die Mitralklappe ausrichten und eine kontinuierliche Doppler-Verfolgung ^6,7,10 aufnehmen.
   3. Messen Sie den Einfluss der Mitralklappe E und A (E/A-Verhältnis), indem Sie die Interessensregion über die Mitralklappe legen, den Cursor parallel zum Farbsignal durch den Mitralklappenzufluss ausrichten, das Probengatter an den Spitzen der offenen Mitralklappenblättchen während der Diastole positionieren und eine gepulste Doppler-Verfolgung ^6,7 aufnehmen^{, 10}.
7. Erhalten Sie die LV-fokussierte A2C-Ansicht:
   1. Während die A4C-Ansicht und die apikale Position des Wandlers beibehalten bleiben, drehen Sie den Wandler gegen den Uhrzeigersinn um die LV-Achse (etwa 45°–90°), bis RA und RV herausfallen und die LV A2C-Ansicht mit LV und LA sichtbar wird (Abbildung 2B).
   2. Zeichnen Sie eine Cine-Schleife von mindestens 3 Herzzyklen auf (5–7 Zyklen sind bevorzugt) in der LV-fokussierten A2C-Ansicht, die für die LV-Auswurffraktion nach Simpsons Methode ^6,7,11 erforderlich ist.
      HINWEIS: Weitere Bewertungen der Mitralinsuffitation und des Zuflusses können in der LV-fokussierten A2C-Ansicht mit den in den Schritten 4.6.2 und 4.6.3 beschriebenen Methoden erlangt werden.
8. Erhalten Sie die LVOT-fokussierte apikale Fünfkammeransicht (A5C):
   1. Kehren Sie zur Standardansicht A4C zurück und neigen Sie den Wandler nach vorne mit leichten Rotationsanpassungen, bis der LVOT sichtbar wird (Abbildung 2C).
   2. Messen Sie das Integral der LVOT-Geschwindigkeitszeit, indem Sie den Cursor parallel zum LV-Ausfluss ausrichten, das Gatter knapp näher zum Aortenklappenannulus platzieren und eine pulsierte Doppler-Verfolgung erhalten, um LVOT VTI zu bestimmen. Verwenden Sie VTI und den Aortenklappen-Annulusdurchmesser (ermittelt mit PLAX und unten in Schritt 6.2.2 beschrieben), um den linkventrikulären Herzvolumen (CO) zu schätzen, wie bei Erwachsenen beschrieben, mit folgender Formel 6,7,12,13:
      

Abbildung 2. Repräsentative apikale und parasternale Langachsen-Echokardiographie beim Lamm. (A) Standard-Vierkammer-Ansicht mit der apikalen Kammer (A4C) an der Endsystole. (B) LV-fokussierte apikale Zweikammeransicht (A2C), die LV und LA an der Endsystole hervorhebt. (C) LVOT-fokussierte apikale Fünfkammeransicht (A5C), die den linken ventrikulären Ausflusstrakt demonstriert. (D) Parasternale Langachsenansicht (PLAX) einschließlich Aortenklappe und aufsteigender Aorta. Ao, Aorta; LA, linkes Atrium; LV, linker Ventrikel; LVOT, linker ventrikulärer Ausflusstrakt; RA, rechter Vorhof; Wohnmobil, rechter Ventrikel. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

5. Parasternale Kurzachsen-Ansichten (PSAX) erhalten

1. Platzieren Sie den Wandler zwischen den 4. und 5. Zwischenrippenräumen nahe dem Brustbein, wobei der Indikator dorsal und leicht kaudal ausgerichtet ist.
2. Feinjustieren Sie die PSAX-Ansicht, indem Sie den Wandler vom Brustbein wegschieben, eine leichte Drehung in beide Richtungen vornehmen und/oder den Schwanz des Wandlers kranial oder kaudal fächern, bis eine PSAX-Ansicht der Aortenklappe auf der Vorderseite sichtbar ist (Abbildung 3A).
3. Mit der Aortenklappe zentriert in der Sicht, fächern Sie den Transducer-Schwanz auf, bis der rechte ventrikuläre Ausflusstrakt (RVOT) und die Lungenarterie (PA) sichtbar werden (Abbildung 3B). Fügen Sie Farb-Doppler hinzu und erhalten Sie Folgendes:
   1. PAAT messen, indem Sie Farb-Doppler verwenden, um die Richtung des Flusses und die Bildqualität zu bewerten, den Cursor parallel zur Strömung auszurichten, das Gate knapp proximal zur Lungenklappe zu platzieren und eine Pulswellen-Doppler-Verfolgung zu erhalten (Abbildung 3D)^13,14.
   2. Untersuchen Sie den Ductus arteriosus Ductus Arteriosus, indem Sie sein Vorhandensein und die Richtung des Flusses mit Farb-Doppler und Puls-Doppler¹⁵ bewerten.
4. Zurück zur PSAX-Ansicht der Aortenklappe auf der Vorderseite und fächern Sie den Transducer-Schwanz zum Kopf zu, um die PSAX-Ansicht auf Höhe der Mitralklappe zu erhalten. Fächern Sie weiter, bis Sie das Niveau der mittleren papillaren Muskeln erreichen (Abbildung 3C).
   1. Zeichnen Sie eine Cine-Schleife von mindestens 3 Herzzyklen auf (5–7 Zyklen sind bevorzugt), um die Position und Dicke des intraventrikulären Septums zu beurteilen und den linkventrikulären endsystolischen Exzentrizitätsindex (LVesEI) sowie das RV:LV-Endsystolische Durchmesserverhältnis ^6,7 zu messen.

Abbildung 3. Repräsentative parasternale Kurzachsen-Echokardiographie beim Lamm. (A) Parasternale Kurzachsenansicht auf Höhe der Aortenklappe. (B) Parasternale Kurzachsenansicht, die den rechten ventrikulären Ausflusstrakt (RVOT) und die Lungenarterie nach Transducer-Fanning zeigt. (C) Parasternale Kurzachsenansicht auf Höhe der mittleren papillaren Muskeln. (D) Repräsentative pulswellen-Dopplerverfolgung der Lungenarterie zur Messung der Beschleunigungszeit der Lungenarterie (PAAT). Ao, Aorta; AV, Aortenklappe; LA, linkes Atrium; PA, Lungenarterie; PAAT, Beschleunigungszeit der Pulmonalarterie; RV, rechter Ventrikel; RVOT, Rechtsventrikulärer Ausflusstrakt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

6. Erhalten Sie parasternale Langachsen-Ansichten (PLAX)

1. Fächern Sie den Wandler zurück zur PSAX-Ansicht des Aortenventils und drehen Sie den Wandler um etwa 90°, sodass der Indikator kranial positioniert ist, um eine PLAX-Ansicht zu erhalten (Abbildung 2D).
   HINWEIS: Das Schaukeln des Transducer-Schwanzes kranial legt mehr von der LV-Spitze frei, während das Schaukeln des Transducer-Schwanzes caudal mehr von LVOT und aufsteigender Aorta freilegt.
   HINWEIS: In beiden Positionen gibt das Auffächern des Transducer-Tails nach oben (in Richtung der Wirbel) den LV-Zustrom frei, während das Fächern des Transducer-Tails nach unten (zu den Beinen) mehr von LVOT, Aortenklappe und aufsteigender Aorta freilegt.
2. In der PLAX-Ansicht erhalten Sie folgende Parameter:
   1. Messen Sie den LV-Verkürzungsanteil, indem Sie den Cursor senkrecht zur langen Achse des LV ausrichten, sodass er die Nebenachse des LV im mittleren Ventrikel kreuzt, und eine M-Modi-Verfolgung^{von 6,7} aufzeichnen.
   2. Messen Sie den Durchmesser des Aortenklappen-Annulus, indem Sie die PLAX-Ansicht optimieren, um den LVOT und die Aortenklappe zu visualisieren. Zeichnen Sie eine Cine-Schleife von mindestens einem Herzzyklus auf, um den Durchmesser des Aortenklappenannulus am Ventilscharnierpunkt an der Endsystole zu messen. Verwenden Sie diesen Wert zusammen mit VTI, um das Herzvolumen zu schätzen, wie zuvor beschrieben 6,7,12,13.

7. Zusätzliche Ansichten vom rechten Thorax erhalten

1. Erhalten Sie bei Bedarf zusätzliche PSAX- und PLAX-Ansichten vom rechten Thorax mit ähnlichen Methoden wie oben beschrieben.

Ergebnisse

Die Mehrheit der Standardansichten, die in den Richtlinien der American Society of Echocardiography (ASE) empfohlen werden, können bei Lämmern eingeholt werden. Die Standard-A4C-Ansicht, A2C-Ansicht und A5C-Ansicht einschließlich LVOT können visualisiert werden (Abbildung 2A–2C). Die parasternale Langachsenansicht einschließlich des LVOT ist ebenfalls machbar (Abbildung 2D). Ein vollständiges Spektrum an paraste...

Diskussion

Die Echokardiographie bietet eine nicht-invasive Methode zur Beurteilung der Herzstruktur, -funktion und des pH-Werts bei Lämmern, einschließlich Früh- und ehemaliger Frühgeborenenlämmer (bis zu etwa zwei Monate korrigiert für das Gestationsalter) mit sich entwickelnder BPD-PH. Ein entscheidender Aspekt der Echokardiographie bei neonatalen Lämmern ist die Verwendung eines standardisierten Protokolls, das auf etablierten Richtlinien basiert, sowie die Anwendung derselben Strenge und bewäh...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Phased-array Herzwandler	GE	H44901AB	12S-RS Sonde; 4,5–12,0 MHz
Schlinge für die Positionierung von Tieren	Vor Ort aus schwerem Stoff hergestellt	N/A	Zur Unterstützung des Lamms in Bauchlage während der Bildgebung
Ultraschallgel	Parker Laboratories, Inc.	PLI 01-08	Aquasonic 100 Ultraschalltransmissionsgel
Ultraschall-Bildgebungssystem	GE	H48232DM	Vivid iq Vet v208