Echokardiographische Ansätze und Protokolle für die umfassende phänotypischen Charakterisierung von Herzklappenerkrankungen bei Mäusen

Das übergeordnete Ziel dieses Echoprotokolls ist es, Methoden und Ansätze zu zeigen, die zur Abbildung der Herzklappenfunktion bei Nagetieren verwendet werden. Die Methoden, die wir Ihnen heute vorstellen, können Schlüsselfragen auf dem Gebiet der Herzerkrankungen beantworten, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Bewertung des Herzens als integrierte Einheit unter den Bedingungen von Herzklappenerkrankungen liegt. Die Auswirkungen dieses Ansatzes auf das Gebiet der Herzklappenerkrankungen sind tiefgreifend, da die umfassende echokardiographische Bewertung des Herzens nicht nur die Erkennung von Herzklappenfunktionsstörungen bei mehreren Herzklappen ermöglicht, sondern es den Forschern auch ermöglicht, das komplexe Zusammenspiel zwischen der Herzfunktion und verschiedenen Messungen der Herzklappenfunktion zu verstehen.

Obwohl diese Methode zur Charakterisierung von Tiermodellen genutzt werden kann, in denen eine Herzklappenerkrankung unser primärer Defekt ist, kann sie auch auf andere Systeme angewendet werden, bei denen eine Herzklappenfunktionsstörung sekundär zu anderen Beleidigungen wie Herzinsuffizienz oder einem thorakalen Aortenaneurysma auftreten kann. Daher ist es unsere Empfehlung, dass in den meisten Forschungsstudien routinemäßig eine umfassende Herz- und Herzklappen-Phänotypisierung durchgeführt werden sollte. Wir hatten die Idee, unseren Ansatz für eine umfassende Herz- und Herzklappen-Phänotypisierung zu filmen, nachdem wir an einer Reihe von Meetings teilgenommen hatten, bei denen es eine tiefgreifende Variabilität in den Methoden und Protokollen gab, die zur Beurteilung der Herzklappenfunktion verwendet wurden.

Wir hoffen, dass dieses Manuskript und das begleitende Video eine Diskussion in der Praxis über die besten Methoden und Standards anregt, die letztendlich mit den jüngsten Initiativen der National Institutes of Health zur Verbesserung der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Forschungsstudien übereinstimmen. Der Hauptvorteil der Echokardiographie besteht darin, dass sie in der Lage ist, die Morphologie und Funktion des Herzens in Echtzeit nichtinvasiv zu beurteilen. Es ist einfach durchzuführen und kann seriell ausgeführt werden.

Daher ist es am besten für serielle Follow-up-Studien geeignet. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in der Bildgebung von Herz- und Herzklappen sind, aufgrund logistischer Herausforderungen im Zusammenhang mit der Verabreichung und Titration der Anästhesie sowie der technischen Herausforderungen im Zusammenhang mit den sehr kleinen anatomischen Fenstern, die für die Echokardiographie verwendet werden können, und der Notwendigkeit, kardiale Strukturen und Sondenausrichtungen während der Bildgebung genau zu identifizieren, zu kämpfen haben. Wir hoffen, dass die visuelle Demonstration unseres Ansatzes die Geschwindigkeit beschleunigt, mit der Forscher lernen können, Echokardiographie bei Mäusen durchzuführen, und letztendlich als Plattform für die Diskussion von Best Practices für die Bildgebung von Kleintieren dienen wird.

Schalten Sie zunächst das Ultraschallgerät ein, das mit einem Hochfrequenz-Ultraschallwandler ausgestattet ist. Geben Sie die ID des zu messenden Tieres sowie Datum, Uhrzeit und alle anderen relevanten Informationen ein. Heizen Sie die Plattform auf 37 Grad Celsius vor, fassen Sie die Maus dann vorsichtig am Schwanz auf und halten Sie das Tier fest im Nacken

Führen Sie die Nase des Tieres in den Nasenkegel und leiten Sie die Anästhesie ein, wie im begleitenden Textprotokoll beschrieben. Legen Sie das Tier nach der Sedierung schnell und präzise in Rückenlage auf die Plattform und achten Sie darauf, dass die Vorder- und Hinterfüße auf den EKG-Sensoren der Plattform liegen. Verwenden Sie Klebeband, um das Tier an allen vier Gliedmaßen zu befestigen, den Kopf im Nasenkonusapparat zu stabilisieren und den Schwanz zu stabilisieren.

Überprüfen Sie als Nächstes die Herzfrequenz mit den EKG-Sensoren in der Plattform oder mit einem externen Gerät. Stellen Sie sicher, dass die Herzfrequenz zu Beginn zwischen 600 und 700 Schlägen pro Minute liegt. Überwachen Sie die Herzfrequenz und stellen Sie sicher, dass sie unter keinen Umständen unter 450 Schläge pro Minute fällt.

Überwachen Sie zusätzlich die Körpertemperatur mit einem rektalen Thermometer und halten Sie die Temperatur zwischen 36,5 Grad Celsius und 38 Grad Celsius. Solange die Vitalwerte stabil sind, verwenden Sie eine elektrische Haarschneidemaschine, die für die Verwendung mit feinem Haar entwickelt wurde, um die Haare von der Brust der Maus abzurasieren. Nehmen Sie dann ein feuchtes Papiertuch und wischen Sie die Brust ab, um alle verbleibenden Haare zu entfernen.

Wenn das Tier sicher auf der Plattform befestigt ist und der Kopf wegzeigt, neigen Sie den Tisch um 15 bis 20 Grad nach links, um das Herz näher an die Brustwand zu bringen. Tragen Sie dann eine großzügige Menge Ultraschallgel auf den Schallkopf oder direkt auf die Brust des Tieres auf. Positionieren Sie den Schallkopf parasternal etwa 90 Grad senkrecht mit der Längsachse des Herzens, so dass der Bildindexmarker des Schallkopfs nach posterior zeigt.

Schieben Sie im Zwei-DB-Modus die Defilade des Schallkopfs, bis die Aortenklappe entlang der kurzen Achse in Sicht kommt. Drehen Sie anschließend den Schallkopf im Uhrzeigersinn, bis die Bildindexmarkierung auf cadad zeigt. Dies ist die parasternale Längsachsenansicht.

Beobachten Sie den Aortenweg, die Aortenklappe, den linksventrikulären Ausflusstrakt, die Mitralklappe, den linken Vorhof und einen Teil des rechtsventrikulären Ausflusstrakts auf der Bildanzeige. Messen Sie die größte atriale posteriore Dimension der Aorta mit dem elektronischen Messschieber, der mit dem in das Gerät integrierten Messwerkzeug verbunden ist. Reduzieren Sie anschließend die Bildbreite, sodass sich nur die Aortenklappe auf der Bildanzeige befindet, indem Sie die Schaltfläche für die Bildbreite im Bedienfeld anpassen.

Positionieren Sie die Untersuchungslinie im M-Modus an der Stelle, an der sie die Spitzen der Aortenklappe schneidet, um den Abstand zwischen den Aortenklappenhöckern genau zu beurteilen. Messen Sie in der M-Modus-Anzeige der Aortenklappe den Höckerabstand mit dem elektronischen Messschieber. Während Sie sich noch in der parasternalen Längsachsenansicht der Aortenklappe befinden, drücken Sie die Farbdoppler-Steuertaste im Bedienfeld, um den Farbdoppler auf den Bereich der Aortenklappe anzuwenden.

Drücken Sie anschließend die Steuertaste für den Post-Wave-Doppler. Platzieren Sie das Probenvolumen nach der Welle mit dem Track Ball in der proximalen aufsteigenden Aorta direkt über der Aortenklappe und stellen Sie sicher, dass der Winkel zwischen dem Ultraschallstrahl und dem Blutfluss weniger als 60 Grad beträgt, indem Sie die Plattform und/oder den Schallkopf neigen. Messen Sie dann die Spitzengeschwindigkeit über die Spektralanzeige mit den elektronischen Messschiebern.

Platzieren Sie zunächst den Schallkopf in der apikalen Position im B-Modus und positionieren Sie den Schallkopf so, dass er zum Kopf der Maus hin abgewinkelt ist. Beobachten Sie den rechten Ventrikel, den linken Ventrikel, den rechten Vorhof und den linken Vorhof auf dem Bilddisplay. Bringen Sie aus der apikalen Vier-Kammer-Ansicht die Mitralklappe in den Fokus, indem Sie die Bildbreite reduzieren.

Platzieren Sie dann den Cursor im M-Modus über der Mitralklappe, um die Dicke der Segel zu beurteilen. Wenden Sie in der apikalen Vier-Kammer-Ansicht einen Farbdoppler an, um die Strömung vom linken Vorhof durch die Mitralklappe während der Diastole abzubilden. Beobachten Sie die Strömung durch die Mitralklappe, die rot codiert ist.

Aus der Sicht der apikalen Lungenachse neigen oder richten Sie die Schallkopfspitze mit einer Wippbewegung aus, so dass sich der rechte Ventrikel in der Mitte der Bildanzeige befindet. Reduzieren Sie die Bildbreite, so dass in der Bilddarstellung nur der rechte Ventrikel zu sehen ist. Tragen Sie dann Farbdoppler im Bereich der Trikuspidalklappe auf.

Bewegen Sie anschließend den Schallkopf in eine modifizierte parasternale Längsachsenposition auf Höhe der Aortenklappe. Kippen Sie dann den Schallkopf leicht nach oben, um eine kurze Achsenansicht des Pulmonalventils zu erhalten. Wenden Sie in dieser Ansicht die Bildgebung im M-Modus an, um den Trennungsabstand der Pulmonalklappe auszuwerten.

Tragen Sie dann Farbdoppler im Bereich der Pulmonalklappe auf, um eine Klappeninsuffizienz und Stenose zu beurteilen. Platzieren Sie den Schallkopf im Zwei-DB-Modus in der parasternalen Kurzachsenposition auf Höhe der Papillarmuskulatur, um eine kurze Achsenansicht des linken Ventrikels zu erhalten. Drücken Sie in dieser Ansicht die Taste M-Modus in der Systemsteuerung.

Positionieren Sie den Cursor im M-Modus mit dem Trainingsball in der Mitte der linken Ventrikelhöhle auf Höhe der Papillenmuskulatur und erhalten Sie Bilder im M-Modus. Messen Sie dann die Dimension der linksventrikulären Höhle an der Enddiastole, bei der der Abstand zwischen der Innenwand und der Hinterwand am größten ist, und an einer Endsystole, bei der die Einwärtsbewegung sowohl der Innen- als auch der Hinterwand maximal ist. Bewegen Sie als Nächstes den Schallkopf zum apikalen Fenster, tragen Sie Farbe auf die Mitralklappe auf und platzieren Sie das Probenvolumen an den Spitzen der Mitralklappensegel.

Messen Sie die maximale Mitraleinströmungsgeschwindigkeit anhand der spektralen Darstellung der pulsgewellten Dopplergeschwindigkeiten über die Mitralklappe. Das Probenvolumen liegt zwischen dem Zu- und Abfluss des linken Ventrikels und nicht den Schließ- und Öffnungssignalen der Mitral- und Aortenklappe. Messen Sie die isovolumische Relaxationszeit, die isovolumische Kontraktionszeit und die linksventrikuläre Ejektionszeit.

Führen Sie dann eine Gewebedoppler-Bildgebung des Mitralringes in der apikalen Längsachsenansicht durch. Drücken Sie die TGI-Steuertaste und platzieren Sie das Probenvolumen an der medialen Seite des Mitralrings. Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie überschüssiges Ultraschallgel von der Maus.

Entfernen Sie vorsichtig das Klebeband, mit dem das Tier befestigt ist, und schalten Sie die Anästhesie aus. Legen Sie das Tier auf ein saugfähiges Papiertuch und beobachten Sie das Tier, bis das Brustbein liegt. Hier ist eine Bewertung der Aortenklappenfunktion bei einer normalen Maus im Vergleich zur Aortenklappenfunktion bei einer Maus mit kalkhaltiger Aortenklappenerkrankung dargestellt.

Bei der Maus mit verkalkten Klappen sind die Höcker verdickt und haben eine erhöhte Echogenität, was zu einer eingeschränkten Öffnung während der Systole führt. Aus dem apikalen Fenster zeigt sich eine Längsachsenansicht der Mitralklappe. Die Dicke des Mitralsegels kann mit der Abfragelinie des M-Modus gemessen werden.

Die Messung der Dicke der Mitralklappe kann angesichts der dünnen, schlecht echogenen und sich schnell bewegenden Segel der normalen Mitralklappe eine große Herausforderung darstellen. Der Farbdoppler, der in dieser modifizierten Längsachsenansicht der Mitralklappe gezeigt wird, zeigt einen Mosaik-Farbstrahl an der Mitralklappe während der Systole. Die blaue Farbe ist ein Hinweis auf eine Mitralklappeninsuffizienz.

Aus dem parasternalen Fenster werden sowohl Kurz- als auch Längsachsenansichten der Pulmonalklappe erhalten. In diesem Bild wird die Abfragelinie des M-Modus über die Pulmonalklappe angewendet, und der Abstand zwischen den Ventilhöckern kann aus dieser Ansicht gemessen werden. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 15 bis 20 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.

Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, über Grundkenntnisse der Anatomie und Physiologie des Herzens, über Kenntnisse der Prinzipien und Terminologie der Sonographie und über Erfahrung im Herzultraschall zu verfügen, um eine genaue und zeiteffiziente Beurteilung der Herzfunktion bei Nagetieren zu ermöglichen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Herzultraschall bei Nagetieren durchführt, indem Sie Bilder aus verschiedenen Bildgebungsebenen erhalten und Echo-Doppler-Parameter messen, die die Herz- und Herzklappenfunktion angemessen beschreiben.