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Article de méthode

Évaluation Basé échographie de l'artère coronaire de débit et de Flow Reserve coronaire Utilisation de la surcharge de pression modèle chez la souris

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DOI :

10.3791/52598

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13 avril 2015

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1Cardiac Muscle Research Laboratory, Cardiovascular Division, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, 2Division of Cardiovascular Medicine, Chi-Mei Medical Center, Tainan

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

La réserve de débit coronaire (CFR) est utile pour l’évaluation de la demande myocardique en oxygène et l’évaluation du risque cardiovasculaire. Cette étude établit une méthode d’échocardiographie Doppler transthoracique (TTDE) étape par étape pour le suivi longitudinal des changements de CFR, tels que mesurés à partir de l’artère coronaire chez la souris, sous la surcharge de pression expérimentale de l’anneau aortique.

Résumé

L’échocardiographie Doppler transthoracique (TTDE) est un outil non invasif cliniquement utile pour étudier la vitesse du flux des artères coronaires et la réserve de débit coronaire (CFR) chez l’homme. La réduction de la létalité s’accompagne d’une fibrose intramyocardique et péricoronarienne marquée et est utilisée comme indication de la gravité du dysfonctionnement. Cette étude explore, étape par étape, les changements en temps réel mesurés dans la vitesse de flux coronaire, le CFR et le rapport de vitesse de crête systolique à diastolique (S/D) dans le cadre d’un modèle de bande aortique chez la souris. En utilisant une technique d’imagerie transthoracique Doppler qui fournit des données reproductibles et fiables, la méthode évalue les changements de flux dans l’artère coronaire septale (ACS), pendant une période de plus de deux semaines chez des souris qui avaient précédemment subi une bande aortique ou une thoracotomie.

Au cours de l’imagerie, l’hyperémie chez toutes les souris a été induite par l’isoflurane, un anesthésique qui augmentait la vitesse du flux coronarien par rapport au flux au repos. Toutes les images ont été acquises par un seul imageur. Deux rapports, (1) le CFR, le rapport entre les vitesses d’écoulement hyperémique et de base, et (2) le débit systolique (S) à diastolique (D) ont été déterminés, à l’aide d’un logiciel propriétaire et par deux observateurs indépendants. Il est important de noter que les changements observés dans le flux coronaire ont précédé le dysfonctionnement du VG, comme en témoigne la masse normale du VG et le raccourcissement fractionnel (FS).

La méthode a été comparée à l’étalon-or actuel de l’évaluation coronarienne, l’histopathologie. Cette dernière technique a montré des changements pathologiques clairs dans l’artère coronaire sous la forme d’une fibrose péri-coronaire qui étaient corrélés aux changements de flux évalués par échocardiographie.

L’étude souligne l’intérêt d’utiliser une technique non invasive pour surveiller la circulation coronaire dans le cœur des souris. La méthode minimise l’utilisation redondante d’animaux de recherche et démontre que les indices avancés basés sur les ultrasons, tels que les rapports CFR et S/D, peuvent servir d’outils de diagnostic viables dans une variété de protocoles expérimentaux, y compris les études de médicaments et l’étude de souches génétiquement modifiées.

Introduction

Clinique sténose aortique (AS) est bien connu pour favoriser une augmentation progressive du ventricule gauche (VG) postcharge. Pour compenser cette augmentation chronique charge hémodynamique, l'hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) se ensuit comme une réponse adaptative de 1,2. Le développement de LVH est souvent associée à des anomalies de la microcirculation coronaire. On pense que la dysfonction microvasculaire contribue à l'ischémie chronique chez ces patients 5. En plus de débit coronaire 3,4, réserve coronaire (CFR) représente changement fonctionnel des artères coronaires 1,3 et est défini comme le rapport entre la vitesse d'écoulement maximale dans hyperémie à la vitesse d'écoulement de base ou de débit reposant 4,6,7 de vitesse. CFR est diminuée pendant le remodelage du VG 1-3,5-9 et est utilisé comme un indice de l'ampleur de la gravité du dysfonctionnement fonctionnel coronaire 1,10,17. Il est connu pour être altérée dans de nombreuses formes de cardiomyopathie dilatée 10 s et aussi coronairestenosis 6. CFR est aussi un marqueur pronostique pour mauvais résultats cliniques 12.

Le remodelage du VG dans le cadre d'un dysfonctionnement cardiaque tel que l'ischémie ou l'hypertrophie ventriculaire gauche est également accompagnée d'une fibrose extensive, les variations de la microcirculation coronaire et l'épaississement des artères coronaires 1,2. En raison de ces changements dans la physiologie coronaire, il est probable remodelage des artères coronaires. Cela contribue à atténuer les effets de la faible diffusion de l'oxygène et LV dysfonction diastolique qui pourrait résulter dans la susceptibilité à l'ischémie myocardique 1,2,13.

Les souris génétiquement modifiées sont désormais un outil expérimental très répandue pour mimer les conditions de maladies humaines telles que l'athérosclérose coronarienne 5,7,10,12,17. En particulier, le modèle de surcharge de pression chez la souris a été largement étudiée 14,17. Le modèle de constriction trans-aortique (TAC) a été montré pour être associée à une fibrose extensive, et coronary sténose résulte, en partie, à partir de l'épaississement médian des artères coronaires et avec accompagnement des changements dans les profils de débit coronaire 1,11,17,19 semblables à ce qui est considéré dans le cadre de l'hypertrophie ventriculaire gauche chez les humains. Bien qu'il soit connu que la surcharge de pression prolongée conduit à une insuffisance cardiaque décompensée dans environ 4-8 semaines, les effets sur la dynamique des flux coronaire et la réserve de débit dans ces modèles, tôt dans le processus de progression de la maladie, et à différents stades après le baguage, sont encore être clairement délimitée.

De nombreuses souches de souris sont actuellement disponibles pour l'utilisation de la recherche, y compris bien caractérisé LDLR - / - ou ApoE - / - souris 10-12, et ceux-ci ont incité le développement de techniques sensibles pour évaluer la fonction cardiovasculaire et la morphologie chez les souris vivant 11-15. Ces techniques comprennent l'IRM, PET, CT contraste, des ultrasons à haute fréquence et la tomographie par faisceau d'électrons 2,9,17,19, qui offrent tous des alternatives prometteuses à invasiveméthodes telles que cathétérismes cardiaques et coronarographie 12. Cependant, chez les souris avec de très petite taille des artères coronaires et le rythme cardiaque élevé (HR), l'imagerie de la circulation coronarienne constitue encore un défi technique pour de nombreuses techniques actuellement disponibles 4,12. Fait intéressant, il ya eu une augmentation exponentielle des progrès techniques dans le domaine de l'échocardiographie Doppler transthoracique (TTDE), y compris le développement de la haute fréquence de balayage de réseau têtes avec des fréquences centrales de 15 à 50 MHz permettant résolutions axiales d'environ 30 à 100 um, à des profondeurs de 8-40 mm, et des cadences de plus de 400 cadres-capturés / sec. À son tour, techniques basées TTDE-ont émergé comme un outil potentiellement puissant pour l'imagerie de grands navires 2 ou même plus petits comme les artères coronaires 5,12.

Une autre avancée critique qui a permis aux enquêteurs de mener des études d'imagerie diagnostique du système vasculaire dans un petitnimals est l'utilisation soigneusement contrôlée des anesthésiques qui maintiennent la rythme cardiaque et respiratoire des animaux lors de l'imagerie 11. L'entretien de l'anesthésie contrôlée est particulièrement important pour les études liées à la vasodilatation chez la souris, et l'effet de l'anesthésie doit également être explorées plus avant dans ce contexte 10,11. Chez l'homme, d'autre part, les mesures de CFR TTDE dérivés sont devenus un outil plus couramment utilisée pour l'évaluation des artères coronaires sténosées épicardiques et non obstrué, principalement dans descendante antérieure gauche (LAD) de l'artère coronaire 5,16. Cependant, le rôle pronostique du CFR et les changements de débit coronaire chez les patients asymptomatiques ou souris avec fonction systolique préservée LV au repos a été beaucoup moins exploré 16. Par conséquent, le but de l'étude était d'abord établir un protocole clair, étape par étape, pour évaluer les changements dans le débit coronarien utilisant TTDE dans un modèle de souris de surcharge de pression; secondes, cette étude a examiné le signe pronostiqueificance du CFR et les changements de débit coronaire en réponse à la pression de surcharge de stress chez ces souris. Nous émettons l'hypothèse que l'évaluation du CFR et de débit coronaire à base TTDE peut être utile dans la détection précoce de la dysfonction coronarienne qui peut précéder une dysfonction ventriculaire gauche.

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Protocole

NOTE: Toutes les procédures ont été réalisées chez des souris en conformité avec American Veterinary Medical Association (AVMA) directives et approuvés institutionnel de protection des animaux et l'utilisation comités (IACUC) protocoles.

1. Conception de l'étude

  1. Utilisez ancienne 8-10 semaines mâle C57BL / 6 (BW ~ 25 g) dans l'étude.
  2. Aléatoire souris (n = 11) en deux groupes, le groupe d'étude sélectionné pour baguage aortique (n = 8), et le groupe de contrôle (n = 3) à subir opération fictive par thoracotomie.
  3. Préparer l'animal pour l'imagerie par enlever les poils de la poitrine à l'aide crème dépilatoire qui est de qualité médicale.
  4. Effectuez une première échographie (section 2) 24 heures avant baguage aortique pour déterminer les paramètres de base au Jour 1, entre une fourchette de 1% et 2,5% d'isoflurane (mélangé avec 100% d'O 2 par ogive) de l'anesthésie induite.
  5. Choisir un agent anesthésique médicalement approuvé (isoflurane) et surveiller le degré d'anesthésie (2-3% à induCE, et 1,0% pour maintenir).
    REMARQUE: l'anesthésie adéquate est crucial dans le maintien de rythme cardiaque à des taux physiologiques normaux (environ 500 battements / min).
  6. Confirmer la profondeur de l'anesthésie par une perte de mouvement de l'animal en réponse à un réflexe pédale retrait. Utilisez paralube vétérinaire onguent sur les yeux pour prévenir la sécheresse sous anesthésie.
  7. Effectuer la chirurgie au jour 0 20,21.
  8. Pour cerclage aortique, ligaturer l'aorte en utilisant une suture 7-0 en soie autour d'une aiguille 26 G conique placé sur l'arc.
    NOTE: Les détails concernant le protocole expérimental, y compris les procédures de baguage aortiques chirurgicales, ont été précédemment décrit 20,21.
  9. Effectuer échographie post-chirurgie (section 2) lors de la Journée (s) 2, 6 et 13.
  10. Euthanasier les souris le jour 14 et récolter les cœurs pour l'évaluation histologique. Euthanasier les animaux en utilisant une surdose de pentobarbital suivie de l'élimination d'un organe vital tel que le cœur. Arrêter les cœurs dans diastole et fixer avec du formol. Utilisez la procédure de la récolte de cœur qui a été décrit précédemment 22.
  11. Fixer tous les tissus cardiaques avec une solution de formaline tamponnée à 10%. Pour trichrome coloration, intégrer tissus dans de la paraffine avant la coupe. Utilisez les détails de coloration trichrome qui ont été bien illustré précédemment 14,23.
  12. Analyser les données en utilisant un logiciel hors ligne (section 3).

2. Protocole Imaging

  1. Images d'axes long et court de l'artère coronaire septale (SCA) (mode B)
    1. Utilisation de la sonde MS550D avec une fréquence de 40 MHz centre de connectés au port actif, définir le préréglage pour "imagerie cardiaque" de l'application.
    2. Avec la position couchée animale sur la plate-forme chauffée, et sous anesthésie contrôlée par cône de nez, positionner la sonde à l'aide du système ferroviaire pour obtenir la vue parasternale long axe (de PSLAX) (figure 1A). Toujours se assurer que l'animal est gardé au chaud sur le platfor préchauffém et la température corporelle est maintenue à des niveaux physiologiques.
    3. Tournez la sonde (avec encoche pointant caudale) vers la droite de telle sorte que l'angle de la sonde est de 15 ° à la ligne gauche parasternal (grand axe vue) (figure 1B).
    4. Ajustez l'angle de la sonde en inclinant légèrement le long de l'axe y de la sonde pour obtenir une vue longitudinale sur toute la longueur de la SCA dans le centre de l'écran (figure 1B).
    5. Une fois les sites appropriés (valve aortique et l'artère pulmonaire) sont considérés, magasin ciné l'image en utilisant le taux de rafraîchissement le plus élevé possible.
    6. En utilisant le "xy" axes micro-manipulateurs (figure 1D), ajuster la position de la sonde pour obtenir l'image la plus claire de la SCA.
    7. Tournez la sonde 90 ° (avec encoche pointant caudale) dans le sens horaire de sorte que fin crantée de la sonde se trouve à gauche de la ligne médiane (axe court) (figure 1C).
  2. Images de l'axe longues et courtes de SCA (Color-Doppler Mode)
    1. Une fois une image de mode B est capturé ou stocké cine, cliquez sur la touche Doppler couleur sur le clavier pour activer la couleur Doppler fenêtre acoustique (figure 2).
      REMARQUE: Cela permet d'isoler l'artère coronaire (flèche blanche indique SCA) soit à la longue (figure 2A) ou à l'axe court (figure 2C). La couleur rouge est vu en temps réel et est indicative de la direction d'écoulement (éloignement de la valve aortique).
    2. Assurez-vous que la profondeur de mise au point (indiqué par une flèche jaune sur la droite de l'écran d'image), se trouve au centre de l'artère coronaire.
    3. Assurez-vous que les données sont enregistrées, en utilisant la clé ciné-magasin, à la fréquence d'image le plus élevé possible (> 100 images / s).
  3. PW imagerie Doppler du SCA (pulsé-Wave ou en mode PW)
    1. En mode Doppler couleur, cliquez sur la clé PW pour faire apparaître une ligne jaune-indicateur sur l'artère coronaire (figure 2, en rouge).
    2. Placer le jaunePW ligne au milieu de l'artère coronaire en vue, à un angle qui est parallèle à la directivité de l'écoulement. Notez que les mesures de vitesse sont fortement dépendantes de l'angle d'acquisition d'image.
    3. Ajustez l'angle de flux (touche d'angle PW) et le volume de l'échantillon (touche SV) tel que la clé d'angle PW est de 60 ° ou moins et le volume de l'échantillon capture circuler dans le centre de la SCA.
    4. Utilisation magasin ciné pour capturer les formes d'onde qui indiquent la vitesse de l'écoulement coronaire au pic de systole (S) et la diastole (D) (figures 3A et 3B), en utilisant 1% et 2,5% d'isoflurane.

3. Calcul et analyse des données

  1. Sélectionnez le temps de vitesse intégrante outil (VTI) pour obtenir le pic systolique et diastolique vitesses des images présentées sur les figures 3A et 3B.
  2. Calculer l'indice de la réserve coronaire (CFR) comme le rapport de hyperémique (2,5% d'isoflurane) crête diastolique ffaible vitesse de ligne de base (1% d'isoflurane) de la vitesse d'écoulement diastolique maximale.
  3. Calculer le rapport S / D que la vitesse de pointe de vitesse de débit coronaire systolique / diastolique pic coronarienne flux. Déterminer le rapport au départ (1% d'isoflurane) et au hyperémie (2,5% d'isoflurane).
  4. Pour les paramètres de la fonction cardiaque standard tels que FS, FAC, LVM, reportez-vous aux manuels du fabricant pour effectuer l'analyse des données en utilisant un logiciel propriétaire ou reportez-vous au document JoVE de Cheng 2.

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Résultats

Parmi les 11 souris qui ont été étudiés (bagués, n = 8 et faux, n = 3), les images adéquates et reproductibles ont été obtenus par un seul observateur à plusieurs points dans le temps: au départ (D-1), D2, D6 et D13 . En outre, la vitesse d'écoulement au niveau du site a été mesurée comme constrictive 2225 ± 110,9 mm / s, par rapport à 277,5 ± 10,51 mm chez les souris sham le jour / s après la chirurgie (p <0,05). L'augmentation de la vitesse est la vérification de la mise en place réussie du modèle de surcha...

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Discussion

Dans cette étude sur la base d'ultrasons, l'évaluation non invasive de l'écoulement coronaire a été réalisée de façon reproductible en temps réel, au fil des jours, chez des souris expérimentales en direct; En outre, le protocole a démontré le potentiel de détecter un dysfonctionnement de l'artère coronaire qui était présent à un stade précoce et a été associée à une carence en perfusion myocardique. Cette méthode pourrait finalement être exploité comme outil clinique pour la stratification du risque car...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs ne rapportent aucune divulgation.

Remerciements

Nous remercions Fred Roberts pour son soutien technique exemplaire et apprécions également l’aide de la carotte d’histologie de l’hôpital Beth Israel. Nous remercions le Brigham Women’s Hospital Cardiovascular Physiology Core de nous avoir fourni l’instrumentation et les fonds nécessaires à ce travail. Ce travail a été soutenu en partie par un fonds divers du ministère de la médecine.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Crème dépilatoireMiltex, Inc.Surgi-PrepAppliquer 24 heures avant l’imagerie
IsofluraneBaxter International Inc.NDC 10019-773-402 à 3 % pour l’induction et 1 à 1,5 % pour l’entretien ; les battements cardiaques seront maintenus à plus de 500 battements par minute
Échographie à haute fréquenceFUJIFILM VisualSonics, Inc.Vevo 2100
FUJIFILM VisualSonics, Inc.MS250, MS550D, MS400
Transducteur mécanique haute fréquence

Références

  1. Yang, F., et al. Coronary artery remodeling in a model of left ventricular pressure overload is influenced by platelets and inflammatory cells. PloS one. 7, e40196(2012).
  2. Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of visualized experiments : JoVE. , e51041(2014).
  3. Meimoun, P., et al. Factors associated with noninvasive coronary flow reserve in severe aortic stenosis. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 25, 835-841 (2012).
  4. Bratkovsky, S., et al. Measurement of coronary flow reserve in isolated hearts from mice. Acta physiologica Scandinavica. 181, 167-172 (2004).
  5. Wu, J., Zhou, Y. Q., Zou, Y., Henkelman, M. Evaluation of bi-ventricular coronary flow patterns using high-frequency ultrasound in mice with transverse aortic constriction. Ultrasound in medicine & biology. 39, 2053-2065 (2013).
  6. Hartley, C. J., et al. Effects of isoflurane on coronary blood flow velocity in young, old and ApoE(-/-) mice measured by Doppler ultrasound. Ultrasound in medicine & biology. 33, 512-521 (2007).
  7. Hartley, C. J., et al. Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy. Ultrasound in medicine & biology. 34, 892-901 (2008).
  8. Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 291, H871-H875 (2006).
  9. Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. B. Echocardiography in translational research: of mice and men. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 21, 1083-1092 (2008).
  10. Caiati, C., Montaldo, C., Zedda, N., Bina, A., Iliceto, S. New noninvasive method for coronary flow reserve assessment: contrast-enhanced transthoracic second harmonic echo Doppler. Circulation. 99, 771-778 (1999).
  11. Barrick, C. J., Rojas, M., Schoonhoven, R., Smyth, S. S., Threadgill, D. W. Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 292, H2119-H2130 (2007).
  12. Wikstrom, J., Gronros, J., Gan, L. M. Adenosine induces dilation of epicardial coronary arteries in mice: relationship between coronary flow velocity reserve and coronary flow reserve in vivo using transthoracic echocardiography. Ultrasound in medicine & biology. 34, 1053-1062 (2008).
  13. Snoer, M., et al. Coronary flow reserve as a link between diastolic and systolic function and exercise capacity in heart failure. European heart journal cardiovascular Imaging. 14, 677-683 (2013).
  14. Gan, L. M., Wikstrom, J., Fritsche-Danielson, R. Coronary flow reserve from mouse to man--from mechanistic understanding to future interventions. Journal of cardiovascular translational research. 6, 715-728 (2013).
  15. Mahfouz, R. A. Relation of coronary flow reserve and diastolic function to fractional pulse pressure in hypertensive patients. Echocardiography (Mount Kisco, N.Y). 30, 1084-1090 (2013).
  16. Kawata, T., et al. Prognostic value of coronary flow reserve assessed by transthoracic Doppler echocardiography on long-term outcome in asymptomatic patients with type 2 diabetes without overt coronary artery disease). Cardiovascular diabetology. 12, 121(2013).
  17. Miller, D. D., Donohue, T. J., Wolford, T. L., Kern, M. J., Bergmann, S. R. Assessment of blood flow distal to coronary artery stenoses. Correlations between myocardial positron emission tomography and poststenotic intracoronary Doppler flow reserve. Circulation. 94, 2447-2454 (1996).
  18. Wada, T., et al. Coronary flow velocity reserve in three major coronary arteries by transthoracic echocardiography for the functional assessment of coronary artery disease: a comparison with fractional flow reserve. European heart journal cardiovascular Imaging. 15, 399-408 (2014).
  19. Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 301, H269-H278 (2011).
  20. Almeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of visualized experiments : JoVE. , 1729(2010).
  21. Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. American Journal of Physiology. , H2468-H2475 (1994).
  22. Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of visualized experiments : JoVE. , 2581(2011).
  23. Niu, X., et al. beta3-adrenoreceptor stimulation protects against myocardial infarction injury via eNOS and nNOS activation. PloS one. 9, e98713(2014).
  24. Ross, J. J., Ren, J. F., Land, W., Chandrasekaran, K., Mintz, G. S. Transthoracic high frequency (7.5 MHz) echocardiographic assessment of coronary vascular reserve and its relation to left ventricular mass. Journal of the American College of Cardiology. 16, 1393-1397 (1990).

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