Hochfrequenz-High-Resolution Echokardiographie: First Evidence on Non-invasive Wiederholte Messung der myokardialen Strain, Kontraktilität und Mitralinsuffizienz in der Ischämie-Reperfusion Murine Herz

Dieses Video demonstriert ein Verfahren zur Durchführung einer hochfrequenten, hochauflösenden Echokardiographie bei Ischämie. Die reperfundierte Spiegelung der Herzen wird durch chirurgische Okklusion der linken absteigenden Arteria coronaria eines anästhesierten Mäuschen induziert. Nach der Erholungsphase wird die Maus auf einer EKG-Anästhesie, luftgekoppelten warmen Plattform positioniert.

Es werden Aufnahmen im B-Modus zur Analyse der longitudinalen Dehnung und zur Beurteilung der Herzfunktion mittels Dehnungsbildgebung und Synchronizität sowie im Farbdoppler-Modus zur Erfassung des Geschwindigkeitsprofils angefertigt. Anschließend werden die Aufnahmen verarbeitet, um Dehnungskurven, auf Dehnung basierende Synchronizität und die Änderungsrate des linksventrikulären Drucks zu erhalten. Hallo, ich bin Dr. Chandon Sen vom Davis Heart and Lung Research Institute und der Abteilung für Chirurgie am Ohio State University Medical Center.

Echokardiographie mit hoher Frequenz und hoher Auflösung ist ein neuartiges und leistungsfähiges Werkzeug, um klinisch relevante Daten durch wiederholte Messungen am selben Tier zu gewinnen. Heute zeigen wir Ihnen, wie man diese Technik zur Bestimmung der myokardialen Dehnungsverkürzung sowie der Mitralklappeninsuffizienz im ischämisch perfundierten murinen Herzen einsetzt. Zunächst wird Jason Driggs aus meinem Labor die chirurgischen Verfahren zur Induktion der Ischämie und zur Perfusion des murinen Herzens demonstrieren.

Danach wird Dr. Surya Al, ein Postdoktorand im Bereich biomedizinischer Technik in meinem Labor, die Bildgebungsverfahren demonstrieren. Abschließend wird Dr. Thomas Ryan, Direktor des Herz-Zentrums am Ohio State University Medical Center und klinischer Experte für Echokardiographie, die Schlussbemerkungen vornehmen.

Beginnen wir nun. Starten Sie dieses Verfahren, indem Sie eine anästhesierte acht Wochen alte männliche C57BL/6-Maus auf einen beheizten Operationsplatz legen. Die Körpertemperatur des Tieres sollte mit einer rektalen Temperatursonde überwacht und während der gesamten Operation bei 36,7 ± 0,5 °C gehalten werden.

Desinfizieren Sie die Haut mit einem Desinfektionsmittel, gefolgt von Alkohol, jeweils dreimal wiederholt; intubieren Sie, indem Sie einen 0,7 cm langen medianen Schnitt über der Luftröhre durchführen. Visualisieren Sie die Luftröhre durch stumpfe Dissektion der benachbarten Drüsen. Führen Sie dann einen Katheter mit 20 Gauge durch den Mund als ET-Schlauch ein und beatmen Sie die Mäuse mit 0,5 % Isofluran unter Verwendung der Katheterspitze.

Um die Anästhesie aufrechtzuerhalten, verschließen Sie die Haut im Nackenbereich mit einer 5-0-Naht. Richten Sie ein Dreikanal-EKG ein, indem Sie subkutane Nadeln einführen, um die kardiale Elektrophysiologie während der gesamten Operation zu überwachen. Änderungen in der kardialen Elektrophysiologie sollten aufgezeichnet werden.

Unter Verwendung der PC-Power-Lab-Software. Drehen Sie das Tier, um die linke Seite freizulegen. Führen Sie einen Schnitt entlang der transversalen Ebene durch.

Durchtrennen Sie dann stumpf den vierten und fünften Interkostalraum. Halten Sie den Brustkorb mit Kupfer-Rippenhaltern offen, während Sie das Perikard durchschneiden. Ziehen Sie anschließend die linke Lunge zurück, um Zugang zum Perikard zwischen der Lungenarterie und dem linken Vorhof zu erhalten.

An der Septalwand verläuft die Arteria descendens anterior links hinter Punkt 7,0. Führen Sie Prolin-Nähte unterhalb davon ein. Bringen Sie dann PE 10/2 groß darüber an und binden Sie die Schlauchleitung an ihrer Position fest.

Lassen Sie die Kanüle 60 Minuten lang zur Induktion einer Ischämie. Schneiden Sie nach 60 Minuten die Enden der Naht im Schlaufenbereich durch, um das Herz erneut zu perfundieren. Verschließen Sie den Thorax mit einer 7-0-Proline-Naht.

Schließen Sie die Haut im Brustbereich mit fünf 0-0-Proline-Nähten. Entfernen Sie die Gaszufuhr vom Beatmungsgerät und lassen Sie das Nagetier Raumluft atmen. Sobald eine spontane Atmung einsetzt und das Tier auf das Kneifen der Zehen reagiert, stellen Sie es in einen frischen Käfig auf einen 37-Grad-Celsius-Inkubator zurück.

Entfernen Sie die Trachealtube, wenn das Tier fast bei Bewusstsein ist und keine Probleme am Tier erkennbar sind. Sobald sich das Tier erholt hat, kann es bis zur Bildgebung in das Vivarium zurückgebracht werden. Die hier beschriebenen Bildgebungsprotokolle sollten sowohl vor als auch drei Tage und sieben Tage nach der Induktion der Ischämie-Reperfusion durchgeführt werden.

Um Veränderungen der Herzfunktion und Wandbewegungsstörungen zu beurteilen, beginnen Sie den Bildgebungsprozess, indem Sie die mit Isofluran anästhetisierte Maus in Bauchlage unter die Sonde des vivo 2100-Bildgebungssystems positionieren. Bringen Sie eine Nasenkonne an, um eine kontinuierliche Zufuhr von 1,5 % Isofluran-Luft zu gewährleisten, und tragen Sie leitendes Gel auf die Maus auf. Schalten Sie das vivo 2100 ein und initialisieren Sie den Wandler MS 400.

Verwenden Sie die Rollkugel auf dem Bedienfeld des vivo 2100, um die Kardiologie auszuwählen und ein Standard-M-Modus-Bild aufzunehmen. Platzieren Sie den Schallkopf auf der Maus und klicken Sie dann auf ctor, um die Aufnahme des Bewegtbildes zu starten. Um Messungen durchzuführen, klicken Sie auf Messung und verfolgen Sie mindestens drei Herzzyklen sowohl am oberen als auch am unteren Rand des LV-Kammers.

Die folgenden Parameter werden auf dem Bildschirm angezeigt: Wandabmessungen, Volumina in der Systole und Diastole, Schlagvolumen, Ejektionsfraktion oder EF, fraktionale Verkürzung oder FS, Herzzeitvolumen oder CO, interne Durchmesser. In der Systole und Diastole erscheinen die Parameter automatisch auf dem Bildschirm, sobald die Konturierung abgeschlossen ist. Nachdem die M-Modus-Bildgebung abgeschlossen ist, platzieren Sie die Maus in einer parasternalen Position und klicken Sie auf B-Modus.

Um eine Dehnungsbildgebung durchzuführen, klicken Sie auf „sinister“. Erzeugen Sie anschließend mit der Sonde kurze und lange Achsen-B-Modus-Aufnahmen. Um die Aufnahmen zu analysieren, wählen Sie den B-Modus-Film aus und klicken Sie auf das „vivo strain“-Symbol, um den Speckle-Tracking-Algorithmus zu verwenden.

Es erscheint ein neues Fenster mit dem B-Modus-Film auf der linken Seite und der Option „Analyse starten“ auf der rechten Seite. Umranden Sie die epikardialen und endokardialen Grenzen. Klicken Sie auf das Symbol „Analyse starten“, um ein weiteres Fenster zu öffnen.

Danach Geschwindigkeit, Verschiebung, Dehnung und Dehnungsrate auswählen. Einen interessierenden Punkt wählen. Die Verletzungsstelle wird gewählt, und die Software stellt Kurven entsprechend dem Verletzungspunkt für alle ausgewählten Parameter dar.

Klicken Sie nun mit der rechten Maustaste, um die Diagramme zu kopieren oder die Daten zu exportieren. Für die Analyse der myokardialen Synchronizität wechseln Sie auf der rechten Seite des neuen Fensters zum Symbol für die Zeit-zum-Peak-Analyse. Daraufhin erscheint ein Fenster, das die Seite zur segmentalen LV-Synchronizität sowie Auswahlmöglichkeiten für radiale und longitudinale Geschwindigkeit, Dehnung (Strain) und Dehnungsrate (Strain Rate) anzeigt.

Wählen Sie die Dehnungs-Schaltfläche aus und speichern Sie anschließend die Daten. Wiederholen Sie diesen Vorgang für Dehnung und Dehnungsgeschwindigkeit. Halten Sie das Tier in parasternaler Position, um Doppler-Flussmessungen durchzuführen.

Beginnen Sie mit dem Tracking-Ball, um das Probenvolumen in der Mitralklappe, im Aortenabfluss und im Mitralsystemstrahl zu platzieren. Klicken Sie auf PW, um das Flussprofil zu erhalten. Ein neues Fenster erscheint, in dem der Film oben angezeigt wird und die Geschwindigkeitsprofile unten; klicken Sie auf Bildspeicher.

Um ein Standbild zu erhalten, nehmen Sie die Power-Doppler-Regurgitationsflussgeschwindigkeitsprofile der Mitralklappe, des Regurgitationsstrahls und des Aortenstrahls auf die gleiche Weise auf, indem Sie das Messvolumen an der gewünschten Stelle positionieren, auf PW klicken und anschließend das Bild speichern. Um den Farbdoppler-Fluss aufzunehmen, gehen Sie zum Bedienfeld und klicken Sie auf „Farbe“. Anschließend ermitteln Sie anhand des farbcodierten Blutflussbildes den Orificiusradius, indem Sie auf „Messen“ klicken und im Menü das dort bereitgestellte Längensymbol auswählen. Danach wählen Sie im Dropdown-Menü den MV-Fluss aus.

Platzieren Sie dann den Cursor auf den Anfangs- und Endpunkten der steilsten Steigung des Geschwindigkeitsprofils. Klicken Sie die linke Maustaste, um die Geschwindigkeit an den jeweiligen Punkten aus diesen Geschwindigkeiten abzulesen. Verwenden Sie eine modifizierte RNLI-Beziehung, um den Druckabfall DP über DT in Millimeter Quecksilbersäule zu ermitteln.

Als Nächstes wird das aortale Auströmungsvolumen von dem Mitralklappen-Einströmungsvolumen in Bezug auf das Blutvolumen subtrahiert, um das Regurgitationsvolumen zu bestimmen, ein Marker für die Schwere der Regurgitation. Sobald alle Bilder aufgenommen wurden, entfernen Sie die Nasenkappe und stellen die Maus in ihren Käfig, sobald das Tier sich erholt hat. Bringen Sie sie anschließend in den Vivarium hier.

Repräsentative Ergebnisse von myokardialen radialen und zirkumferentiellen Dehnungsanalysen, Synchronizität, Farbdoppler- und Doppler-Flussmessungen werden gezeigt. Dieser Film zeigt Myokarddehnungsmessungen, die drei Tage nach Ischämie durchgeführt wurden. Die Reperfusion zeigt eine eingeschränkte Kontraktion in der Länge der Verletzungsstelle; die beobachteten Vektorpfeile waren an der Verletzungsstelle abnormal und weisen auf ein deformiertes Myokard hin.

Die farbkodierten Diagramme stellen die Dehnungsdaten dar, die den Farbpunkten im Film entsprechen. Diese Aufnahme zeigt die sektorale Gewebesynchronität basierend auf der radialen Dehnung. Beachten Sie, dass eine Synchronisationszeit von mehr als 20 bis 30 Millisekunden als asynchron gilt.

Diese drei Tage nach dem IR aufgenommenen Bilder zeigen die Durchmesserbestimmung einer Mitralklappe und veranschaulichen den Mitralklappenjet bzw. die Fläche. Hier wird die Messtechnik funktioneller Parameter beim Prä-IR-Maus verwendet, wobei die Begrenzung des Myokards mithilfe einer Software nachgezeichnet wird, um eine Beurteilung der Parameteränderungen zwischen Prä-IR und Post-IR zu ermöglichen. Die rote vertikale Linie entspricht der Diastole, die grüne vertikale Linie der Systole.

Dieser Film veranschaulicht die Farbdoppler-Flussdarstellung mit Mitralinsuffizienz. Am dritten Tag nach der Ischämie-Reperfusion zeigt diese Filmdarstellung den Blutfluss im linken Vorhof, an der Mitralklappe, im linken Ventrikel, in der Aorta und im rechten Vorhof und dient nacheinander der Bestimmung der Mitralklappen-Regurgitationsöffnungsfläche. Wie zuvor erwähnt, handelt es sich hier um die erste Publikation, die das Potenzial der Hochfrequenz-Ultraschalluntersuchung zur Erforschung der Ischämie-Reperfusion im Mausmodell aufzeigt.

Es ist das erste Mal, dass in diesem Modell anspruchsvolle quantitative Parameter wie Dehnung, Synchronizität und Mitralklappeninsuffizienz nachgewiesen wurden. Als jemand, der seit fast 30 Jahren im Bereich der Echokardiographie tätig ist und regelmäßig mit Patienten mit koronarer Herzkrankheit arbeitet, kann ich sagen, dass diese Befunde klinisch relevant sind und diese Methodik eine wichtige Bedeutung für die Untersuchung von Ischämie und Reperfusion besitzt. Bei der Durchführung dieser Verfahren ist es wichtig, Folgendes zu beachten: Der Status und die Dosis sind entscheidend, eine minimale Dosis wird empfohlen; die Erfassung der parasternalen langachsigen Ansicht erfordert Erfahrung; die Messung der maximalen Regurgitationsgeschwindigkeit sollte sorgfältig erfolgen, um Fehler zu minimieren, und die Bestimmung von DPDT sollte sorgfältig durchgeführt werden.

Das war's. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.