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Évaluation Doppler par onde pulsée de la dysfonction diastolique dans le modèle ZSF-1 Rat de l’hypertension pulmonaire due à une maladie cardiaque gauche

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DOI :

10.3791/69341

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22 mai 2026

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1Department of Anesthesiology and Critical Care Medicine, Johns Hopkins University, 2Department of Anesthesiology and Critical Care Medicine, Department of Biomedical Engineering, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Johns Hopkins University

Auteurs correspondants : Jochen Steppan <J.Steppan@jhmi.edu>

Dans cet article

Résumé

Un protocole d’évaluation de la fonction diastolique à l’aide d’une échographie Doppler dans un modèle préclinique d’hypertension pulmonaire due à une maladie cardiaque gauche est présenté.

Résumé

La dysfonction diastolique et l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée (HFpEF) sont des facteurs importants contributeurs à l’hypertension pulmonaire (HP) due à une maladie cardiaque gauche. L’évaluation standard in vivo des anomalies de relaxation dans les modèles précliniques inclut l’échocardiographie bidimensionnelle (2D) avec évaluation Doppler du flux transmisseur et de la relaxation tissulaire, qui est complexe, coûteuse et nécessite un équipement échocardiographique sophistiqué. Ici, une méthode de substitution précieuse pour évaluer le dysfonctionnement diastolique de l’HP dû à une maladie cardiaque gauche est démontrée dans un modèle de rongeur bien établi utilisant l’échographie Doppler à onde pulsée sans échocardiographie 2D. Le schéma de flux transmisral diastolique est identifié à partir de la fenêtre apicale et est corrélé à un traçage ECG enregistré simultanément. Les indices de la fonction diastolique sont collectés, et l’identification de ces indices est décrite dans ce protocole. Cette technique peu coûteuse et facile à mettre en œuvre identifie les marqueurs pertinents de dysfonction diastolique associée à l’HP, aux maladies cardiovasculaires et à la FPS. De plus, il détecte de manière reproductible sa progression dans le temps, lorsque l’échocardiographie 2D n’est pas préférée ou disponible. Les principales limites de cette méthode sont liées à l’absence de visualisation des structures cardiaques, au risque d’inexactitudes dues à la dépendance angulaire du signal Doppler, ainsi qu’à l’habitude corporelle de l’animal, qui peut être atténuée en ajustant la position de la sonde et en optimisant son alignement avec le flux sanguin.

Introduction

L’hypertension pulmonaire (HP) est une maladie mortelle sans cure caractérisée par une augmentation de la pression artériellepulmonaire 1. La maladie du cœur gauche (LHD) est de loin la cause la plus fréquente d’HP dans le monde et est associée à un coût élevé et à une morbiditésignificative 2,3. Les responsables cardiaques de la PH-LHD incluent plusieurs entités différentes qui entraînent soit des dysfonctions systoliques, soit diastoliques, telles que l’insuffisance cardiaque, un syndrome clinique multifacette qui reste l’une des principales causes de mortalité dans lemonde 4. Parmi les patients atteints d’insuffisance cardiaque, la FPFS représente plus de la moitié des admissions hospitalières basées surdes incidents 4,5. La dysfonction diastolique a été identifiée comme l’un des précurseurs les plus importants et une caractéristique fondamentale dans l’interaction entre la HFpEF et la PH due à LHD (PH-LHD)6,7. En raison du manque de modèles précliniques adaptés qui récapitulent la plupart des caractéristiques cliniques et subcliniques de l’HP et de la HFpEF, la compréhension des mécanismes sous-jacents à ces maladies estincomplète 7.

La dysfonction diastolique est une caractéristique de la PH-LHD et peut être évaluée par échocardiographie 2D etDoppler 8. Les méthodes bidimensionnelles et Doppler pour l’évaluation de la fonction diastolique du ventricule gauche incluent, entre autres, la vitesse maximale de l’onde E diastolique précoce, l’onde A diastolique tardive maximale, la durée A de la valve mitrale (intervalle de temps entre le début de l’onde A et la fin de l’onde A à la base nulle), le rapport E/A de la valve mitrale, le temps de décélération de l’onde E (DT, intervalle de temps entre le pic de l’onde E extrapolée à la base de vitesse zéro), imagerie Doppler tissulaire (TDI) de l’anneau de la valve mitrale septale (E', paramètre échocardiographique de la relaxation tissulaire de l’annulus de la valve mitrale), et IVRT (temps de relaxation isovolumique, temps entre la fermeture de la valve aortique et l’ouverture de la valve mitrale). Les marqueurs échocardiographiques d’une relaxation altérée incluent une combinaison de rapport E/A réduit ou inversé dans le cadre de l’augmentation et de la réduction des ondes E, une IVT prolongée, un temps de décélération réduit des ondes E, des indices Doppler tissulaires retardés (vitesse e' prolongée, augmentation moyenne de l’E/e' du septum), et une valeur absolue plus faible de la déformation longitudinale globale (GLS)9. Des études comparant les mesures hémodynamiques échocardiographiques et invasives ont démontré que les mesures échocardiographiques et invasives sont comparables et constituent une méthode fiable pour évaluer l’hémodynamiquecardiaque 10. Cependant, l’échocardiographie 2D est complexe, coûteuse et nécessite un équipement et du personnel sophistiqué en échocardiographie. Ces facteurs constituent une limitation majeure pour suivre la progression de la maladie chez les animaux. Par conséquent, les chercheurs s’appuient soit sur deux mesures (début et fin d’étude) pour les études longitudinales, soit sur des mesures uniques dans un plan d’étude transversal.

Parmi ces paramètres de dysfonction diastolique, E, A, E/A, durée A, DT et IVRT peuvent être évalués par échocardiographie Doppler à onde pulsée, évitant ainsi la nécessité d’une échocardiographie 2D. Dans cet article, un protocole pour l’évaluation Doppler de la fonction diastolique est démontré dans le modèle bien établi ZSF-1 de ratsPH-LHD 11. Un total de 25 rats ZSF1 mâles (10 génétiquement obèses et 15 génétiquement maigres) ont été suivis longitudinalement et évalués par échographie pour le développement d’une dysfonction diastolique pendant seize semaines entre 8 et 24 semaines. Les mêmes paramètres d’échocardiographie ont été évalués pour les deux cohortes. Tous les animaux ont été évalués au départ (8 semaines d’âge). Les signes Doppler de dysfonction diastolique se sont manifestés à l’âge de 16 semaines, date à laquelle les mesures intermédiaires ont été prises. Les mesures finales ont été prises à 24 semaines. Alors que l’enquêteur effectuant la collecte de données n’a pas pu être aveuglé en raison de la prise de poids évidente dans la cohorte obèse, l’enquêteur effectuant l’analyse des données était aveuglé par rapport au phénotype des animaux. Bien que cette méthode facilement applicables offre une voie d’évaluation longitudinale de la progression de la maladie chez les rongeurs, ses limites incluent la dépendance angulaire d’un signal Doppler de bonne qualité, qui peut être difficile à obtenir selon l’alignement de la sonde et la taille de l’animal.

Protocole

Toutes les procédures ont été menées conformément à l’approbation du Comité de soins et d’utilisation des animaux de l’Université Johns Hopkins (ACUC) pour le RA21M273 protocolaire. Aucun animal n’a été exposé à l’inconfort pour la collecte de données ou pour les objectifs des mesures. Les réactifs et l’équipement utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.

1. Préparation de l’équipement et de l’animal

  1. Nettoyez la chambre d’anesthésiation avec de l’alcool éthylique à 70 % et essuyez toutes les surfaces.
  2. Rembourrez la chambre avec un tapis à langer jetable et des essuie-tout. Assurez-vous que les orifices d’entrée et de sortie de gaz ne sont pas obstrués.
  3. Prenez les précautions suivantes concernant la sécurité et la manipulation de l’anesthésie :
    1. Assurez-vous que la station d’anesthésiation est installée dans un endroit bien ventilé.
    2. Inspectez l’équipement d’anesthésie pour détecter des fuites et des dysfonctionnements.
    3. Évitez d’allumer le vaporisateur tant que le circuit n’est pas connecté à l’animal.
    4. Maintenir un flux d’oxygène continu tout au long de l’expérience.
    5. Assurez-vous que le système de récupération est continu avec le système du circuit anesthésique.
    6. Obstruez l’espace entre le cône du nez et celui de l’animal avec un morceau de ruban adhésif afin de réduire les déversements d’anesthésie et d’empêcher la fuite de contaminants dans l’air.
    7. Réduire les débits de gaz frais dans le système de circuits anesthésiques pendant la phase de maintien de l’anesthésie. L’utilisation du débit de gaz frais le plus bas possible est recommandée.
    8. À la fin de l’expérience, continuez à administrer de l’oxygène à un débit élevé pour éliminer tout agent anesthésique résiduel et le système respiratoire.
  4. Ouvrez la bouteille d’oxygène (100 %) et laissez circuler librement l’oxygène dans la chambre d’anesthésie.
  5. Ouvrez la cage et placez l’animal dans la chambre d’anesthésie.
  6. Verrouillez la chambre en toute sécurité.
  7. Ouvrez le vaporisateur d’isoflurane et laissez entrer librement 2 % à 3 % d’isoflurane dans la chambre d’anesthésiation, mélangé à de l’oxygène (2 L/min).
  8. Laissez l’animal inhaler le mélange oxygène-isoflurane pendant jusqu’à 3 minutes, ou jusqu’à ce qu’une profondeur d’anesthésie générale soit atteinte.
    REMARQUE : L’anesthésie est considérée comme adéquate lorsque l’animal ne répond pas à des stimuli non nocifs ou nocifs avant le début de l’expérience, tout en continuant à respirer spontanément et sans effort.

2. Réalisation d’un traçage ECG

  1. Allumez la tablette connectée au calquet ECG. Sélectionnez RSMonitor parmi les applications disponibles. Allumez la plaque ECG en appuyant sur le bouton rond à l’avant.
    REMARQUE : Une lumière verte clignotante indique que le pad ECG s’associe à la tablette. Un feu vert fixe indique la fin de l’appariement.
  2. Appuyez sur PARAMÈTRES dans le coin inférieur droit de l’interface utilisateur.
  3. Sélectionnez PRESETS dans le menu déroulant des paramètres expérimentaux.
  4. Tapez dans le menu déroulant sous Préréglages sauvegardés.
  5. Sélectionnez Rat CV et appuyez sur OK en bas à droite.
    REMARQUE : Le coussinet doit être en mode « Rat » pour permettre la détection de l’ECG via les pattes.
  6. Nettoyez le tampon ECG avec de l’alcool éthylique à 70 % pour éliminer tout résidu de gel ECG.
  7. Procurez-vous un gel d’électrodes très conducteur pour l’ECG, et un gel hydrosoluble hypoallergénique pour le Doppler.
  8. Ouvrez le flux de mélange gazeux vers le cône de nez.
  9. Placez l’animal anesthésié sur le dorsal sur le coussinet ECG non invasif, avec le nez dans le cône de nez de taille appropriée. Réglez la puissance du vaporisateur entre 1,5 % et 2 % (débit d’oxygène à 1 L/min). Assurez-vous que l’isoflurane circule librement dans le cône nasal.
  10. Coupez le flux de gaz vers la chambre d’anesthésie.
  11. Appliquez une petite quantité de gel d’électrodes sur la surface dorsale des pattes avant à l’aide d’un applicateur à pointe de coton et sur le côté plantaire des pattes arrière. Fixez les pattes avec du ruban adhésif sur la surface de contact de l’électrode du coussinet ECG, et assurez-vous que le gel électrode a suffisamment de contact avec le coussinet ECG.
    REMARQUE : Les souris ont besoin d’un cône de nez plus petit que les rats.
  12. Retirez les poils de la poitrine et de l’abdomen de l’animal à l’aide d’une crème dépilatrice douce pour faciliter un meilleur contact avec la sonde cutanée. Essuyez toute crème dépilatrice résiduelle pour éviter l’irritation de la peau.
  13. Assurez-vous que la ligne de base isoélectrique et la forme d’onde P-QRS-T sur le traçage ECG sont affichées sur l’écran de l’ordinateur.
    REMARQUE : Selon la fréquence cardiaque, les amplitudes P et T peuvent ne pas être distinguables du complexe QRS, et l’onde R est l’élément le plus important pour déterminer le timing des formes d’onde Doppler.

3. Installation de l’ordinateur

  1. Allume l’ordinateur.
  2. Créez un dossier sur l’ordinateur identifiant l’animal et les données d’intérêt. Les instantanés pris pendant l’expérience seront sauvegardés dans ce dossier.
  3. Allumez le dispositif Doppler émetteur-récepteur pulsé à l’avant et à l’arrière (grande boîte bleue).
  4. Allumez le processeur de signal Doppler (petite boîte noire).
  5. Ouvrez l’icône Doppler Signal Processing Workstation pour exécuter le logiciel.
    REMARQUE : Les réglages initiaux du système sont les suivants : 10 MHz ou 20 MHz dans les paramètres système, Fréquence d’échantillonnage : 125 kHz, Taille de l’échantillon : 512, Filtre passe-bas : 150 kHz, ce qui est suffisant pour la plupart des expériences.
  6. Cliquez sur Configurer en haut à gauche.
  7. Sélectionnez Configuration système.
  8. Sélectionnez la fréquence de sonde appropriée pour l’expérience (20 MHz pour les souris et les petits rats, 10 MHz pour les gros rats).
    REMARQUE : L’interface comporte deux panneaux : un panneau supérieur pour l’affichage des spectrogrammes Doppler de vitesse et un panneau inférieur pour afficher l’ECG.
  9. Branchez la sonde 20 MHz lors de l’examen d’un jeune rat ou d’une souris. Utilisez une sonde 10 MHz pour les rats plus âgés, plus gros ou obèses. À noter, les deux sondes peuvent être branchées simultanément, et le module émetteur-récepteur Doppler permet un passage facile entre les fréquences/sondes (interrupteur à bascule à l’avant).
  10. Réglez les réglages Doppler sur le module émetteur-récepteur :
    1. Assurez-vous que le transducteur de sonde portatif est réglé sur la prise du canal A ou B.
      REMARQUE : La sélection du réceptacle n’aura pas d’impact sur l’acquisition des données, ni n’entraînera de modifications logicielles.
    2. Sélectionnez respectivement le canal 10/20 MHz approprié pour faire fonctionner la sonde portable 10/20 MHz.
    3. Réglez la fréquence de répétition d’impulsions (PRF) à 62 kHz pour une ambiguïté optimale de la portée afin d’augmenter la vitesse maximale détectable avec le Doppler PW à partir du volume d’échantillon le plus proche tout en minimisant l’aliasing.
    4. Réglez le commutateur DIRECTION sur TWD pour afficher tout flux venant vers la sonde sous forme d’onde au-dessus de la ligne de base à débit nul.
      REMARQUE : Tout flux s’éloignant de la sonde sera affiché sous une forme d’onde sous la ligne de base de débit nul.
    5. Ajustez la PLAGE à 2,5 - 3,5 mm pour les souris et 4 à 6 mm pour les rats afin de sélectionner la profondeur à laquelle le volume d’échantillon sera placé.
      REMARQUE : Le cœur d’un rat se trouve dans les premiers 1 cm de la face du transducteur, tandis que celui d’une souris se trouve dans les 0,5 cm primiers. La distance est mesurée entre l’interface cutanée-sonde et le milieu du volume de l’échantillon, et la plage pour détecter le flux transmisseur varie en fonction de la taille, de l’âge et de l’habitude corporelle de l’animal.
    6. Régler FILTER à 15 pour lisser la sortie de vitesse phasique à « amortie », afin d’éviter la surestimation ou la sous-estimation des vitesses et d’assurer une estimation optimale des vitesses.
  11. Appuyez sur GO en haut à gauche de l’écran de l’interface utilisateur. Une fenêtre pop-up apparaît.
    1. Dans la nouvelle fenêtre, saisissez les informations d’acquisition pertinentes (type d’animal, sexe, date de naissance, âge à la date d’acquisition, poids, etc.).
    2. Sélectionnez le dossier pré-créé souhaité dans le menu déroulant de l’annuaire (pour créer le dossier, voir étape 3.2) avec les identifiants animal et expérimental.
    3. Appuie sur OK.
      REMARQUE : Le numéro de fichier initial est fixé à _00.
    4. Ajustez la ligne de base de l’ECG en la déplaçant vers le haut ou vers le bas à l’aide de la barre de balance à gauche (clic gauche sur l’axe et tirez vers le haut ou le bas), afin que les ondes R soient clairement visibles.
      REMARQUE : La ligne de base peut être décalée en gardant le curseur sur le panneau ECG, en cliquant droit sur la souris et en la déplaçant vers l’avant et l’arrière.

4. Réalisation de mesures Doppler

  1. Appliquez une petite quantité de gel à ultrasons sur la région sous-sternale/épigastrique de la poitrine et de l’abdomen de l’animal pour faciliter la transmission par échographie entre la sonde et la peau.
  2. Placez la sonde Doppler sur la ligne médiane sous le diaphragme sous le sternum (juste en dessous et légèrement à gauche du xyphoïde), tête pointée vers le céphalade et vers l’oreille gauche de l’animal, et commencez à scanner le flux en déplaçant lentement la sonde en mouvement circulaire avec un rayon croissant (1 mm à la fois), en utilisant un mouvement fin de la main.
  3. Maintenez une pression douce de la sonde sur la peau sous le diaphragme en permanence.
  4. Si le flux mitral n’est pas détecté, ajustez la DISTANCE selon les besoins en tournant la molette RANGE par incréments de 0,5 mm pour détecter la forme d’onde transmisseure (Figure 1A), en répétant le mouvement de balayage circulaire à chaque tour du cadran.
    REMARQUE : Un schéma d’écoulement diastolique antérine en forme de M apparaîtra au-dessus de la ligne de base zéro (lorsque l’interrupteur de direction est réglé sur « TWD » (vers)), indiquant un schéma d’écoulement diastolique cohérent avec le flux à travers la valve mitrale qui se produit lors de l’ouverture de la valve mitrale. À noter, la majorité de l’écoulement doit être au-dessus de la ligne de base pour un schéma d’écoulement de la valve mitrale, tandis qu’une forme d’onde asymétrique en V, principalement en dessous de la ligne de base, indique un écoulement systolique à travers une valve différente, comme la valve aortique. Si une forme d’onde cohérente avec un schéma d’écoulement aortique est rencontrée, déplacez légèrement la pointe vers la droite de l’animal et inclinez-la vers le haut (nécessite un mouvement minimal d’un ou deux millimètres). Tous les signaux sont affichés en temps réel. Le flux diastolique à travers la valve tricuspide apparaîtra sous forme d’onde similaire en forme de M au-dessus de la ligne de base ; cependant, en raison d’un gradient de pression plus faible entre l’oreillette droite et le ventricule droit, les vitesses de pic seront significativement plus faibles (Figure 1B). Si une forme d’onde correspond à l’écoulement de la valve tricuspide est rencontrée, on fait glisser la sonde légèrement vers la gauche de l’animal sans en modifier l’angle par rapport à la peau.
  5. Assurez-vous d’afficher simultanément la forme d’onde Doppler et l’ECG à l’écran.
    REMARQUE : La vitesse de balayage de l’ECG peut être ajustée à un niveau confortable en cliquant sur les flèches haut/bas dans le coin inférieur droit du panneau. 4 à 5 temps visibles par écran sont optimaux.

5. Obtention des données à partir de l’échographie Doppler

  1. Créez des instantanés à l’aide de la pédale une fois que le bon flux est identifié. Cela peut être répété plusieurs fois selon les besoins pour une qualité optimale des données.
    REMARQUE : Une image idéale affichera une définition claire des frontières spectrales, pas d’élargissement spectral, pas de remplissage spectral, pas d’affichage simultané du flux avant et inverse, et affiche simultanée des flux diastoliques transmisseurs et systoriques de l’aorte. Les instantanés sont automatiquement sauvegardés lors de l’appui sur la pédale.
  2. Arrêtez l’acquisition de données lorsque la qualité des données est satisfait en cliquant sur le bouton STOP en haut à droite de l’interface utilisateur. Un minimum de 3 réplications d’une paire d’ondes ECG et Doppler est nécessaire pour une représentation fiable des vitesses moyennes et des temps de contraction/relaxation.
  3. Cliquez sur le menu Fichier dans la barre de fonction supérieure.
  4. Sélectionnez Ouvrir dans le menu déroulant.
  5. Sélectionnez le fichier de la meilleure qualité de données dans le dossier pré-créé pour analyse.
  6. Cliquez sur Analyse en haut à gauche. Une fenêtre pop-up apparaît.
    1. Étape 2 de sélection : Configuration générale
      1. Type de données : Doppler
      2. Signal : Entrée mitrale
      3. Animal : Sélectionnez le modèle approprié pour l’expérience.
      4. Définissez « Tous les noms de mesure » sous les noms de mesure par défaut.
  7. Allez et cliquez sur l’étape 5 : R éditeur de pics depuis le menu déroulant Contrôle d’analyse. Sélectionnez Afficher les marqueurs de battement et R. Sélectionnez Calcul automatique.
    REMARQUE : Des marqueurs verts du sommet R apparaîtront. Alignez les marqueurs verts avec la pointe des ondes R. Les marqueurs de battement indésirables peuvent être retirés du panneau en plaçant le curseur sur le marqueur et en effectuant un mouvement rapide vers l’avant à droite avec la souris tout en maintenant un clic droit.
  8. Cliquez sur l’étape 6 : Éditeur de rythmes depuis le menu déroulant Contrôle d’analyse. Sélectionnez Afficher les marqueurs de temps et de pic R et cliquez sur Sélectionner tous les temps.
  9. Cliquez sur l’étape 7 : Éditeur de marqueurs depuis le menu déroulant Contrôle d’analyse. Cliquez sur Afficher les marqueurs d’analyse. Sélectionnez le paramètre souhaité pour la mesure sous « Marqueur de courant sélectionné ».
    1. Assurez-vous que les paramètres suivants sont nécessaires pour l’exhaustivité des données (Figure 1) :
      1. ES : début précoce. C’est le début de la montée du flux diastolique précoce, mesuré à la ligne de base.
      2. EPV : vitesse maximale précoce. La première vitesse maximale au-dessus de la ligne de base reflète le gradient de pression de l’auriculaire gauche (LA) - ventriculaire gauche (LV) lors de la diastole précoce (c’est la vitesse maximale du flux passif de LA vers LV due au gradient de pression LA-LV préexistant).
      3. EEAS : fin anticipée, début atrial. Reflète l’égalisation de pression et l’arrêt de l’écoulement entre la LA et la diastase (LV).
      4. APV : vitesse maximale auriculaire. La seconde vitesse maximale au-dessus de la ligne de base reflète le gradient de pression de pression auriculaire-ventriculaire gauche lors de la diastole tardive. C’est la vitesse maximale du flux sanguin lors du « coup de pied auriculaire ».
      5. AE : extrémité auriculaire. Reflète l’arrêt de l’écoulement à la fin de la diastole tardive, et l’égalisation de la pression entre la LA-LV.
      6. IVCTE : fin du temps de contraction isovolumique. Il s’agit de l’intervalle de temps entre la fermeture de la valve mitrale et l’ouverture de la valve aortique au début de la systole.
      7. IVT : le temps de relaxation isovolumique commence. Il s’agit de l’intervalle de temps entre la fermeture de la valve aortique et l’ouverture de la valve mitrale au début de la diastole.
    2. Après avoir pris les mesures ci-dessus, sélectionnez Étape 8 : Résultats de mesure dans le menu déroulant Contrôle d’analyse .
    3. Copiez les données dans un fichier Excel en cliquant sur Copier les résultats dans le presse-papier. Enregistrez les données Excel.
    4. Fermez la fenêtre « Contrôle d’analyse ».
    5. Cliquez sur Fichier en haut à gauche et sélectionnez Enregistrer. Cela permettra d’économiser les mesures effectuées.
    6. Sortez de la station de travail de traitement du signal Doppler.

6. Fin de l’expérience

  1. Éteignez l’isoflurane et retirez le ruban des pattes de l’animal.
  2. Retirez l’animal de la plaque électrode.
  3. Nettoyez toute crème dépilatrice restante et gel d’électrode.
  4. Remettez l’animal dans sa cage avec un accès libre à l’eau et à la nourriture.
  5. Laissez l’animal récupérer de l’anesthésie tout en étant surveillé selon le protocole institutionnel.
  6. Coupez l’oxygène.
  7. Nettoyez la chambre d’anesthésiation.

Résultats

Cette méthode permet une évaluation longitudinale de la fonction diastolique dans le PH-LHD. Pour une évaluation la plus précise de la fonction diastolique, les schémas d’écoulement antéritériens et rétrograde liés à l’ouverture et à la fermeture de la valve mitrale et aortique doivent être visualisés au sein d’un même cycle cardiaque sur plusieurs cycles (Figure 1). La fermeture de la valve aortique marque le début de la diastole, dont la phase la plus précoce est la relaxation isovolumique, précédant l’ouverture de la valve mitrale et le début ultérieur du flux transmisseur biphasique durant la diastole précoce et tardive. La diastole se termine par l’arrêt du flux sanguin et la fermeture de la valve mitrale. Ces changements de schéma d’écoulement sont illustrés à la Figure 1 où l’écoulement transaortique systolique est représenté sous la ligne de base à débit nul, la relaxation isovolumique est représentée par un débit nul entre la fermeture de la valve aortique et l’ouverture de la valve mitrale, l’écoulement transmisseur diastolique biphasique est représenté comme un motif en forme de M au-dessus de la ligne de base, suivi d’un écoulement nul entre la fermeture de la valve mitrale et l’ouverture de la valve aortique. En l’absence de détection simultanée de l’écoulement aortique ou transmisral par Doppler spectral, les temps de contraction et de relaxation isovolumiques ne peuvent pas être déterminés.

De plus, plusieurs indices peuvent être déterminés à partir de ce modèle à partir du schéma d’écoulement biphasique (Figure 2), tels que : E (valeur normale pour les rats : 72,5 cm/s ± 13,9 cm/s), A (valeur normale pour les rats : 46,9 cm/s ±15,4 cm/s), rapport E/A (valeur normale pour les rats : 1,7 ± 0,6), et temps de décélération E (DT) indiquant le temps de décélération de la vitesse de remplissage précoce (valeur normale pour les rats : 48,8 ms ± 13,9 ms)12. Cependant, bien que ces paramètres soient fréquemment utilisés chez l’humain, ils se sont révélés peu fiables dans les modèles derongeurs 13,14. Dans le contexte de cet article, la TRVI (valeur normale chez les rats : 25,5 ±6,3 ms), qui correspond à l’intervalle de temps entre la fin de la systole marquée par l’arrêt du flux aortique et le début de la diastole, marquée par le début du flux transmisral biphasique, présente un intérêt particulier pour le PH-LHD comme indicateur de dysfonction diastolique chez les rongeurs et a été prouvée fiable pour la dysfonction diastolique dans ces modèles13, 14. Cette dysfonction diastolique est indiquée par un rapport E/A initialement inversé, puis normalisé et augmenté, un DT raccourci, et une IVRTprolongée de 15. Ici, la TRVI est un descripteur précieux de la fonction diastolique du ventricule gauche et reflète la vitesse de relaxation durant la phase la plus précoce isovolumique de la diastole. La prolongation de la TRVI suggère un taux de relaxation altéré et plus lent. Il a été constaté que c’est la première manifestation échocardiographique de la PH-LHD dans un modèle16 de la HFpEF (Figure 3). De plus, des mesures finales, à la fois 2D et écho Doppler sur chaque animal à la fin de l’expérience, ont été réalisées, et il a été constaté que les mesures obtenues étaient comparables (écho 2D 22,64 ms ± 0,90 ms contre Doppler 23,61 ms ± 1,29 ms). Ces IVT sont également cohérentes avec les données rapportées dans la littérature, obtenues via l’écho2D 12.

Dans ce modèle (rats ZSF1), il existe une prolongation de la TRVI sur plusieurs semaines, qui peut être détectée dès 16 semaines, et qui continue d’augmenter chez les animaux obèses au fil du temps, comme le démontre l’échocardiographie Doppler uniquement (Figure 3).

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Figure 1 : Image Doppler représentative. (A) Cette figure montre un traçage représentatif du signal Doppler mesurant le flux sanguin à travers la valve mitrale (en haut) et de l’onde R de l’ECG (ci-dessous). (B) Cette figure montre un traçage représentatif du signal Doppler mesurant le flux sanguin à travers la valve tricuspide (en haut) et de l’onde R de l’ECG (ci-dessous). Abréviations : ES : début précoce ; EPV : vitesse maximale précoce ; EEAS : fin anticipée, démarrage atrial ; APV : vitesse maximale auriculaire ; AE : extrémité auriculaire ; IVCTE : contraction isovolumique et fin du temps ; IVR : début du temps de relaxation isovolumique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

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Figure 2 : Indices Doppler pour l’écoulement de la valve mitrale. Sont représentés ici plusieurs indices (moyenne +/- écart-type) qui peuvent être déterminés à partir du schéma d’écoulement biphasique à travers la valve mitrale chez les jeunes rats mâles (8 semaines) en bonne santé (ZSF1 maigre) : E (n = 14, 71,71 cm/s ± 27,14 cm/s), A (n = 14, 51,25 cm/s ± 24,69 cm/s), rapport E/A (n = 13, 1,364 ± 0,33) et temps de décélération E (DT, n = 10, 18,35 ms ± 6,69 ms). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

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Figure 3 : Détermination longitudinale de l’IVRT. Cette figure montre que le temps de relaxation isovolumique (IVRT) augmente dans le modèle ZSF1 du PH-LHD en rat au cours du vieillissement. Les valeurs ont été obtenues aux moments suivants : de base (8 semaines, maigre : 21,30 ms ± 3,12 ms, obésité : 23,61 ms ± 3,33 ms), intérimaire (16 semaines, maigre : 26,59 ms ± 5,78 ms, obésité : 31,77 ms ± 5,99 ms), et finale (24 semaines d’âge, maigre : 23,59 ms ± 3,87 ms, obésité : 35,52 ms ± 5,99 ms). Le bleu représente les rats mâles témoins maigres (n = 10, 9 et 9 au départ, à l’intérim et aux mesures finales), et le rouge représente les rats mâles obèses ZSF1 (n = 15, 15 et 10 aux mesures initiales, intermédiaires et finales) qui développent un PH-LHD à 24 semaines. P<0,0001 par ANOVA à double voie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Discussion

Dans cet article, une méthode de substitution pour évaluer la dysfonction diastolique de la PH-LHD est démontrée dans un modèle de rongeur bien établi utilisant une échographie Doppler à onde pulsée sans échocardiographie 2D. Le schéma de flux transmisral diastolique est identifié à partir de la fenêtre apicale et est corrélé à un traçage ECG enregistré simultanément, ce qui permet de déterminer les indices de la fonction diastolique. Cette technique à faible coût identifie longitudinalement les marqueurs de la fonction et des dysfonctions diastoliques, évitant ainsi la nécessité d’une échocardiographie 2D coûteuse.

La dysfonction diastolique est une caractéristique clé de la PH-LHD et se caractérise par une raideur passive du ventricule accrue et une relaxation active altérée. Une diminution de la compliance diastolique du ventricule gauche conduit à une augmentation de la pression en fin de diastolique du ventricule gauche (LVEDP) et de la pression capillaire pulmonaire en coin (PCWP) au repos (≥15 mmHg) et pendant l’exercice (≥25 mmHg), qui, bien qu’étant diagnostique de la HFpEF et précurseur de la PH-LHD, sont difficiles à déterminer sans techniques invasives ou modalités d’imagerieavancées 17,18. La référence actuelle pour obtenir ces valeurs est le cathétérisme cardiaque ; cependant, cela n’est pas toujours réalisable (par exemple, mesures longitudinales) ni abordable (coût élevé de la chirurgie ou des services principaux) dans les modèles précliniques dePH-LHD 19. Étant donné la difficulté d’obtenir ces valeurs directement, il est important d’utiliser des marqueurs supplémentaires de dysfonction diastolique pouvant être obtenus de manière non invasive, comme le taux maximal de plombage précoce (E), le taux de remplissage pendant la systole auriculaire (A), le rapport E/A, le temps de décélération E et la IVRT11. Cela peut être réalisé à l’aide de modalités d’échocardiographie, notamment l’échocardiographie Doppler par onde pulsée guidée par image, considérée comme la méthode non invasive standard pour évaluer la fonction diastolique, tant en clinique qu’en préclinique ; Cependant, c’est aussi une technique coûteuse, surtout chez lesrongeurs 9. Les caractéristiques du flux transmisral diastolique et leur relation temporelle avec la relaxation tissulaire et les événements cardiaques peuvent être évaluées à partir de la vue apicale à 4 chambres à l’aide d’une échocardiographie 2D, en alignant le faisceau d’échographie avec le flux sanguin et en plaçant le volume de l’échantillon au niveau de coaptationde la foliole 20. Une limitation majeure de cette technique est le fait que l’E, E/A et IVRT sont des indices dépendants de la charge et de la fréquence cardiaque de la fonction diastolique, d’où la difficulté inhérente à contrôler les conditions de charge. En effet, dans ces études, seul le contrôle de la fréquence cardiaque a été tenté en titrant la concentration d’anesthésique inhalé à une fréquence cardiaque de 300 à 350 battements/minute sur les cohortes. Par conséquent, le potentiel de biais ne pouvait pas être totalementéliminé 13.

L’utilisation du Doppler pour évaluer le flux sanguin transmisral présente plusieurs avantages. Premièrement, il s’agit d’une technique non invasive qui peut être appliquée chez des animaux sédateurs à différents moments sans exposer les animaux à la manipulation chirurgicale et aux complications associées. Il convient d’évaluer les vitesses à travers les valves et autres structures cardiovasculaires à un emplacement précis. Le coût de l’installation n’est qu’une fraction du coût de l’équipement et de l’entretien d’une échocardiographie 2D, et elle peut être réalisée sans soutien de l’installation principale ni formation spécialisée en échocardiographie 2D avancée.

Limitations
Les inconvénients de cette technique sont avant tout qu’il s’agit d’une technique non guidée par image, et qu’il peut être difficile d’aligner le faisceau d’échographie avec le flux sanguin à travers la valve mitrale, avec un risque d’évaluer les vitesses de la valve tricuspide au lieu des flux dela valve mitrale à 21. Cependant, l’annulus tricuspide est plus grand que l’annulus de la valve mitrale ; Ainsi, même si la pression est égale entre les deux valves, le schéma d’écoulement à travers la valve tricuspide serait tout de même légèrement inférieur à celui de la valve mitrale. Bien qu’avec une maladie valvulaire supplémentaire, une situation rare où ces vitesses soient similaires puisse survenir, dans la grande majorité des modèles qui se concentrent sur une seule maladie, il est peu probable qu’elle soit identique. De plus, cette technique nécessite un opérateur dédié, qui l’a pratiquée sur de nombreux animaux, pour être habile dans les ajustements moteurs fins nécessaires à obtenir un signal fiable et valide. Enfin, cette technique ne permet pas d’inspecter visuellement d’autres structures ou fonctions cardiaques susceptibles d’être pertinentes pour une pathologie particulière. Il est donc particulièrement utile pour les chercheurs formés en sciences cardiovasculaires et en imagerie par ultrasons, qui devraient suivre longitudinalement la fonction diastolique du cœur chez un grand nombre d’animaux, tout en minimisant les coûts. L’utilisation de cette technique suppose une compréhension de la physiologie cardiaque et de l’anatomie des rongeurs.

Étapes critiques
Pour garantir une bonne qualité du signal et des mesures valides, un positionnement approprié des animaux, la sélection et le positionnement des sondes, ainsi que la sélection de la plage optimale d’échantillonnage du signal sont nécessaires. Parmi les défis les plus courants figurent la difficulté d’obtenir un signal Doppler. Ici, il est recommandé que la fréquence de la sonde soit adaptée à celle du corps de l’animal, et que le faisceau d’échographie soit aligné avec le flux sanguin dans la mesure du possible. Cela se fait mieux en plaçant la pointe de la sonde par échographie sub-costalement, juste à côté du xyphoïde, à gauche de la ligne médiane et pointée vers l’oreille gauche de l’animal (voir étape 4.2). La qualité du signal est considérée comme adéquate lorsque le spectrogramme est net et conforme aux vitesses d’écoulement attendues (Figure 1A). Cela peut être amélioré par un ajustement fin de la plage d’échantillonnage du signal (voir étape 4.4). Un débit diastolique adéquat en dessous de la base justifie le réglage de l’interrupteur « Direction » sur « TWD » (vers). Des vitesses biphasiques atténuées et faibles au-dessus de la ligne de base soulèvent le soupçon de détecter un écoulement trans-tricuspidal (Figure 1B). Ici, un léger mouvement vers la gauche de la pointe de la sonde est recommandé, sans modifier son angle par rapport à la peau (voir étape 4.2).

Une application importante de cette technique en recherche est l’évaluation longitudinale non invasive de la fonction diastolique dans des modèles précliniques de la SP et de la HFpEF chez les rongeurs, afin d’identifier un parcours temporel cohérent de cette maladie, en particulier chez les femmes pré, péri- et post-ménopause.

En résumé, cette technique à faible coût identifie les marqueurs pertinents de dysfonction diastolique associée au PH-LHD, et détecte de manière reproductible sa progression au fil du temps, lorsque l’échocardiographie 2D n’est pas préférée ou disponible. La principale limitation de cette méthode est liée à l’absence de visualisation des structures cardiaques et au risque d’imprécisions dues à la dépendance angulaire du signal Doppler, ainsi qu’au corps de l’animal.

Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucune relation financière avec les fabricants des matériaux utilisés.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par le Career Development Award de l’American Heart Association à MB (24CDA1267633), un prix NHLBI R56 à JS (1R56HL169285), et un prix NHLBI à LS (R01HL14811201).

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Installation d’anesthésieVetEquip Inc.901806
OrdinateurDell7420 Plus
Coton-tigePuritan Medical Products Company806-WC
Crème dépilatrice   ;   ;Church et Dwight300725
Sonde Doppler 10 et 20 MHzINDUS InstrumentsNA
Configuration DopplerINDUS InstrumentsNA
Plaquet ECGINDUS InstrumentsNA
Gel d’électrodesLaboratoires Parker45993
Vaporisateur isoflurane & nbsp ;VetEquip Inc.911103
Gel à ultrasonsLaboratoires Parker45659
Chambre d’induction d’anesthésie ventiléeVetEquip Inc.942102

Références

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Réimpressions et autorisations

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