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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Entwicklung einer nicht-invasiven Methode zur Beurteilung der Struktur und Funktion des rechten Ventrikels in einem Mausmodell der Lungenarterienkonstriktion. Dies wird erreicht, indem zunächst mittels Ultraschall die parasternalen langachsigen B- und M-Modus-Aufnahmen gewonnen werden, um die Kammerdimension des rechten Ventrikels, die Fractional Shortening sowie die Wanddicke des rechten Ventrikels zu bestimmen. Im zweiten Schritt erfolgt die Aufnahme einer parasternalen kurzen Achse auf Höhe der mittleren Papillarmuskeln, um die Fractional Area Change zu berechnen.

Anschließend wird die parasternale kurze Achse auf Höhe der Aortenklappe aufgenommen, um die Wanddicke des rechten Ventrikels und die maximale Geschwindigkeit in der Lungenarterie zu bestimmen. Der letzte Schritt besteht darin, eine modifizierte parasternale lange Achse des rechten Ventrikels und der Lungenarterie aufzunehmen. Die Berechnung der maximalen Geschwindigkeit in der Lungenarterie kann aus den Aufnahmen der kurzen und langen Achse erfolgen. Letztendlich können basierend auf den oben genannten Bildern im fünften Schritt die Datenauswertung und -analyse offline durchgeführt werden.

Der Hauptvorteil dieser Technik im Vergleich zu etablierten Methoden wie der RV-Charakterisierung besteht darin, dass die Echokardiographie eine nichtinvasive Methode ist. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen bei der Beurteilung der RV-Struktur und -Funktion zu beantworten. Um dieses Protokoll zu beginnen, beschaffen Sie zunächst acht Wochen alte männliche C57BL/6-Mäuse und lassen Sie sie eine Woche lang akklimatisieren, bevor experimentelle Eingriffe vorgenommen werden.

Dann vollständig anästhesieren Sie die Tiere und führen Sie eine Lungenarterienokklusion gemäß den A-VMA-Richtlinien und den von Ihrer Institution genehmigten IACUC-Protokollen durch. Beachten Sie, dass während der Bildgebung die richtige Wahl der Anästhesie, beispielsweise eine kurze Dauer der Inhalation von Isofluran, entscheidend für die Aufrechterhaltung einer Herzfrequenz in normalen physiologischen Bereichen ist. Die hier gezeigten Bilder werden mithilfe des Vivo-2100-Systems aufgenommen.

Ähnliche Bilder können mithilfe von Ultraschallbildgebungssystemen anderer Hersteller erhalten werden. Es wird empfohlen, dass alle Bilder nach Möglichkeit verblindet erhoben und ausgewertet werden. Beginnen Sie damit, im B-Modus eine vollständige parasternale lange Achse des linken Ventrikels im supinen Tier zu erfassen.

Auf der Plattform. Positionieren Sie die 40-Megahertz-Ultraschallsonde, auch bekannt als MS 550 D, am Tier in einem Winkel von etwa 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn zur linken parasternalen Linie, wobei die Markierung in kaudaler Richtung zeigt. Anschließend wird der Sondenwinkel durch leichtes Kippen entlang der Y-Achse, wie hier gezeigt, angepasst, um eine vollständige Ansicht der linken Ventrikelkammer in der Bildschirmmitte zu erhalten.

Wenn die korrekten Orientierungspunkte klar visualisiert sind, wechseln Sie in den M-Modus; ein Markierungslinie erscheint auf dem Bildschirm. Im M-Modus sollte die Linie so positioniert werden, dass sie durch den breitesten Abschnitt der rechten Ventrikelkammer verläuft, wobei die Aorta als Orientierungspunkt dient, wie hier sowohl im Modell mit pulmonaler Arterienverschluss als auch bei einer Schein-kontrollierten Maus veranschaulicht. In dieser Ansicht sollten die Wand des rechten Ventrikels und das intraventrikuläre Septum deutlich sichtbar sein; stellen Sie sicher, dass die Fokustiefe im Zentrum der rechten Ventrikelkammer liegt.

Nehmen Sie die Daten mit der höchstmöglichen Bildrate auf, um die fraktionale Verkürzung der rechten Ventrikelkammerdimension und die Wanddicke des rechten Ventrikels später offline zu messen. Um anschließend die fraktionalen Flächenänderungen zu ermitteln, schalten Sie in den B-Modus. Suchen Sie dann wie zuvor die Langachsenansicht und drehen Sie den Schallkopf um 90 Grad im Uhrzeigersinn. Um die Kurzachsenansicht zu erhalten, neigen Sie den Schallkopf leicht entlang der X-Achse des Schallkopfes, um eine verdeckte Sicht durch das Sternum zu vermeiden.

Bewegen Sie den Schallkopf dann leicht entlang der Y-Achse nach oben und unten. Um die mittlere papilläre Ansicht zu erhalten, suchen Sie die Ansicht mit der größten Kammerdimension; dabei befinden sich die Papillarmuskeln typischerweise in den Positionen zwei und fünf Uhr. Ausgehend von der parasternalen kurzen Achse bewegen Sie den Schallkopf entlang der Y-Achse in kraniale Richtung, bis der Querschnitt der Aortenklappe in der Mitte des Bildes sichtbar ist. Der rechte Ventrikelausflusstrakt sollte oben als halbmondförmige Struktur sichtbar sein, wobei die Trikuspidalklappe das rechte Ventrikel von dem rechten Vorhof trennt.

Wie hier dargestellt, erfassen Sie die Daten mithilfe von ctor zur Messung des rechten Ventrikels. Die Wanddicke im Offline-Bereich bleibt an derselben Position. Wechseln Sie in den Farb-Doppler-Modus und positionieren Sie die gelbe gepunktete PW-Linie parallel zur Flussrichtung im Gefäß.

Beachten Sie, dass blaue und rote Farben die Strömung weg von bzw. hin zum Schallkopf anzeigen. Platzieren Sie dann den Pulswellen-Cursor im stenosierten Bereich. Es ist akzeptabel, einen Schallkopfwinkel von weniger als 20° zu verwenden, um genaue Messungen aufzuzeichnen; verwenden Sie ctor zur Offline-Messung der systolischen Spitzen­geschwindigkeit in der PA.

Danach wechseln Sie zur modifizierten parasternalen langen Achse, indem Sie im B-Modus verbleiben und den Schallkopf an der rechten parasternalen Linie positionieren. Kippen Sie den Schallkopf dann langsam um etwa 30 bis 45 Grad entlang der Y-Achse des Schallkopfs in Richtung Brust, um die Lungenarterie deutlich über der Aorta kreuzend darzustellen. Danach wechseln Sie in den Farb-Doppler-Modus und positionieren die gelbe gepunktete PW-Linie parallel zur Flussrichtung im Gefäß. Der Doppler-Winkel sollte dabei so nahe wie möglich an null Grad liegen, wobei die Parallelität zur Flussrichtung in der Lungenarterie erhalten bleiben muss.

Platzieren Sie den PW-Zeiger an der Spitze der Pulmonalklappenblättchen und erfassen Sie die Daten mithilfe von ctor, um die maximale PA-Geschwindigkeit zu messen. Die Wanddicke des rechten Ventrikels kann offline aus den im parasternalen kurzen Achsenblick des rechten Ventrikels auf Aortenebene gewonnenen B-Modus-Daten berechnet werden. Beginnen Sie damit, das 2D-Flächenverfolgungswerkzeug auszuwählen, um die Fläche der Wand des rechten Ventrikels in der Diastole abzutasten, wie hier in Rosa dargestellt.

Verwenden Sie dann das Abstandsmesswerkzeug, um die innere und äußere Umfangslinie der Wand der rechten Ventrikel-Ausflussbahn nachzuzeichnen. Der Mittelwert der inneren und äußeren Umfänge ermöglicht die Berechnung der Wanddicke des rechten Ventrikels mithilfe der hier dargestellten Gleichung. Konsistente Messungen der Wanddicke, der Fläche oder der Abmessungen des rechten Ventrikels können unter Verwendung mehrerer akustischer Fenster sowohl in der langen als auch in der kurzen Achse durchgeführt werden.

Die Wahl einiger dieser Fenster hängt von der Erfahrung des Bedieners ab und kann, wie hier gezeigt, für eine gewisse Variabilität verantwortlich sein. Die systolische Funktion des rechten Ventrikels kann in der Aufnahme der Papillarmuskulatur in der mittleren Ebene als prozentuale Flächenänderung bzw. in der Plaque-Aufnahme als prozentuale Bruchkürzung gemessen werden. Die Dilatation des rechten Ventrikels kann in der langen und kurzen Achse als Kammerdimension und Fläche des rechten Ventrikels gemessen werden.

Die Dicke der freien Wand des rechten Ventrikels in der Diastole als Marker für eine RV-Hypertrophie kann entweder mithilfe der M-Modus- oder der Flächenverlaufs-Methode genau bestimmt werden. Ebenso lässt sich die maximale Geschwindigkeit in der Lungenarterie entweder im parasternalen lang- oder kurzachsigen Schallfenster erfassen. Zuverlässige Messungen der maximalen Geschwindigkeit in der Lungenarterie und damit des maximalen Druckgradienten in der Lungenarterie können mithilfe der Farbdopplersonographie in beiden akustischen Fenstern (kurz- und langachsigen) erhalten werden.

Zuletzt zeigen wir in dieser Studie, dass die nicht-invasive Echokardiographie eine gangbare Alternative zur terminale Rechtsherzkatheterisierung darstellt, die derzeit als Goldstandard zur Messung des RVSP bei fünf Tieren angewandt wird. Die Katheterisierung wurde zum Vergleich mit dem RVSP durchgeführt. Die Messung und Berechnung des Drucks waren stark vergleichbar.

Nach der Messung kann diese Technik, sofern sie ordnungsgemäß durchgeführt wird, in 15 bis 20 Minuten abgeschlossen werden. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, darauf zu achten, dass die Herzfrequenz der Mäuse auf physiologischem Niveau bleibt. Im Anschluss an dieses Verfahren kann eine Katheterisierung des rechten Ventrikels durchgeführt werden, um den systolischen Druck im rechten Ventrikel zu ermitteln.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie strukturelle und funktionelle Veränderungen im rechten Ventrikel bei Mäusen mittels Echokardiographie nach einer pulmonalen Arterienkonstriktion gemessen werden können.