פרוטוקול זה מציג גישה מבוססת דופלר לאקו לב טרנס-טוראקי בעכברים להערכת תפקוד סיסטולי ומדדים דיאסטוליים קונבנציונליים.
פרוטוקול זה מציג גישה מבוססת דופלר לאקו לב טרנס-טוראקי בעכברים להערכת תפקוד סיסטולי ומדדים דיאסטוליים קונבנציונליים.
אי ספיקת לב (HF) היא נטל בריאותי עולמי משמעותי המאופיין בפגיעה בתפקוד הלב. היא עשויה להיגרם מירידה בתפקוד הסיסטולי או בהרפיה דיאסטולית לא תקינה, כפי שנראה באי ספיקת לב עם שבר פליטה משומר (HFpEF). מודלים פרה-קליניים אמינים וכלים כמותיים חיוניים לחקר מנגנוני מחלה והתערבויות טיפוליות. אקו לב טרנס-חזה הוא שיטת הדמיה לא פולשנית המשמשת באופן נרחב למדידת מבנה ותפקוד הלב במודלים של עכברים. פרוטוקול זה מתאר שיטה סטנדרטית לביצוע אקוקרדיוגרפיה מבוססת דופלר ברזולוציה גבוהה בעכברים המשתמשים בממירי תדר גבוה (30–40 מגה-הרץ) תחת הרדמה בשאיפה. בעלי החיים ממוקמים על פלטפורמה מבוקרת טמפרטורה עם ניטור רציף של קצב הלב, הנשימה וטמפרטורת הגוף כדי להבטיח יציבות פיזיולוגית. תהליך העבודה כולל רכישת מוד B, M-mode, דופלר בגל פולס, דופלר צבעוני ודימות דופלר רקמתי להערכת מבנה החדר השמאלי, ביצועים סיסטוליים ומדדים דיאסטוליים קונבנציונליים. ניתוח לא מקוון מתבצע באמצעות מדידות עיוורות הממוצעות לאורך מספר מחזורי לב. שיטה זו מאפשרת הערכה שחזורית של תפקוד הלב ומתאימה למחקרים לאורך זמן במודלים של עכברים של מחלות לב וכלי דם.
אי ספיקת לב (HF) משפיעה על יותר מ-64 מיליון אנשים ברחבי העולם ונשארת סיבה מובילה לתחלואה ותמותה 1,2. הוא מסווג קלינית ל-אי ספיקת לב עם שבר פליטה מופחת (HFrEF), שבר פליטה מופחת במעט (HFmrEF), ושבר פליטה משומר (HFpEF)3,4. השכיחות הגוברת של HFpEF והיעדר טיפולים ממוקדים מדגישים את הצורך במודלים פרה-קליניים חזקים ובשיטות כמותיות לפנוטיפינג לבבי5. מאפיין מרכזי של HFpEF הוא פגיעה בתפקוד הדיאסטולי, מה שמדגיש את חשיבות הכלים האמינים להערכת דינמיקת הרפיה ומילוי החדרים במערכות ניסוי.
מודלים של עכברים משמשים באופן נרחב לחקר מחלות לב וכלי דם, כולל עומס יתר בלחץ, פגיעה איסכמית ומודלים פרמקולוגיים, ומתאימים לשינויים גנטיים 6,7. הערכה מדויקת וניתנת לשחזור של תפקוד הלב היא קריטית במודלים אלו 8,9. אקו-לב טרנס-טוראקי מספק שיטה לא פולשנית, מהירה וניתנת לשחזור, המאפשרת מדידות חוזרות לתיעוד מהלך המחלה ותגובתה להתערבויות טיפוליות פוטנציאליות, עם היכולת להעריך את מבנה ותפקוד הלב ב-vivo10. יש לה יתרון נוסף של ביטול חשיפה לקרינה עבור חוקרים או בעלי חיים מחקרים, מה שעלול לבלבל את תוצאות הניסוי.
המטרה העיקרית של כתב היד הזה היא לספק גישה סטנדרטית וניתנת לשחזור להערכת תפקוד דיאסטולי של החדר השמאלי בעכברים באמצעות אקו לב דופלר. פרוטוקול זה משלב מדידות זרימה משדרת קונבנציונליות ודימות דופלר רקמתי כדי לכמת פרמטרים כמו יחס E/A ו-E/e′, המשמשים כסמנים להרפיית החדר וללחצים של מילוי. על ידי מתן אפשרות להערכה לאורך זמן באותו בעל חיים, טכניקה זו מקלה על חקר התקדמות המחלה ותגובות טיפוליות במודלים של אי ספיקת לב פרה-קלינית.
ההיגיון בפיתוח והשימוש הנרחב באקולרדיוגרפיית דופלר במחקרי עכברים טמון ביכולתה לגשר על פערים תרגומיים בין מודלים פרה-קליניים לקרדיולוגיה קלינית. בעוד שמדידות המודינמיות פולשניות נשארות התקן הזהב, אופיין הסופי מונע שימוש במחקרים סדרתיים. אקו-קרדיוגרפיית דופלר, שהותאמה מהפרקטיקה הקלינית, מאפשרת לחוקרים לקבל אינדקסים פיזיולוגיים רלוונטיים של תפקוד דיאסטולי באופן מינימלי פולשני. התקדמות במערכות אולטרסאונד בתדר גבוה שיפרה עוד יותר את הרזולוציה המרחבית והזמנית, ואפשרה לכידה מדויקת של מחזורי לב מהירים בעכברים לניתוח כמותי11.
טכניקות חלופיות, כגון הדמיית תהודה מגנטית לבבית, יקרות, גוזלות זמן וזמינות מוגבלת, מה שהופך מחקרים חוזרים לבלתי מעשיים. ניתוח לולאת לחץ-נפח, אף שנחשב לסטנדרט הזהב להערכת תפקוד דיאסטולי, הוא פולשני, תובעני מבחינה טכנית, ובדרך כלל הליך סופי. לעומת זאת, אקוקרדיוגרפיה מציעה איזון מעשי בין דיוק לכדאיות, מה שהופך אותה לשיטה הנגישה ביותר לפנוטיפינג אורך בבעלי חיים קטנים. בהשוואה לגישות מתקדמות כמו הדמיית עיוות במעקב נקודות או ניתוח פונקציונל פרוזדורים שמאלי, שיטות דופלר קונבנציונליות דורשות פחות מומחיות והן מיושמות בקלות רבה יותר במעבדות, מה שמשפר את השחזוריות וההשוואה של הממצאים. לכן, שיטה זו מספקת גישה חזקה, נגישה וניתנת לתרגום להערכת תפקוד דיאסטולי במודלים של עכברים, במיוחד ב-HFpEF או בשלבים מוקדמים של תפקוד לבבי12,13.
כל ההליכים לבעלי חיים אושרו על ידי ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים המוסדית (IACUC: אישור מס' A00007272-23-R26) ובוצעו בהתאם להנחיות מוסדיות ולאומיות. בסך הכל 8 עכברי ביקורת C57BL/6NJ שימשו במחקר זה. הרדמה איזופלורנית ניתנה באמצעות מאדה מכויל עם איסוף נכון כדי למזער חשיפה לצוות. בעלי החיים נעקבו באופן רציף לדופק ולנשימה כדי לשמור על יציבות פיזיולוגית ולמנוע מנת יתר של הרדמה. פלטפורמת חימום שימשה למניעת היפותרמיה. חוקרים עשויים לבחור לנטר את טמפרטורת הגוף העמוקה באמצעות מדחום אנאלי. הוחל חומר סיכה עיני למניעת ייבוש בקרנית. בעלי החיים לא הושארו ללא השגחה תחת הרדמה והיו תחת פיקוח עד להתעוררות מלאה, כפי שמעיד התאוששות היציבה הזקופה והתנועה התקינה בכלוב (טבלת החומרים).
1. הכנת בעלי חיים
2. הרדמה ומעקב פיזיולוגי
3. זרימת עבודה של דימות
4. התאוששות
5. ניתוח תמונה
פרוטוקול זה מאפשר רכישת תמונות אקו לב איכותיות להערכה אמינה של מבנה ותפקוד הלב בעכברים. הרדמה נכונה, מיקום וניטור פיזיולוגי חיוניים להדמיה עקבית (איור 1). הדמיה במצב B מספקת המחשה ברורה של אנטומיית הלב. תצוגת ארבעת התאים האפיקלית מאפשרת הערכה של כל תאי הלב (איור 2A–B), בעוד שתצוגת הציר הארוך הפראסטרנלי מגדירה את מבנה החדר השמאלי ומשמשת כנקודת ייחוס למדידות (איור 3A–B). הדמיה במצב M ברמת השריר הפפילרי מאפשרת מדידה מדויקת של מידות החדר השמאלי ועובי הדופן, כולל LVID, LVAW ו-LVPW (איור 4A–B), התומכת בהערכת גודל הלב ותפקוד הסיסטולי. הדמיית דופלר מדגימה גלי זרימה מיטרלית E ו-A מובחנים לחישוב יחס E/A (איור 5), בעוד שדופלר רקמתי מספק מהירויות E′ ו-A′ מדידות להערכת E/e′ (איור 6). קצב לב אופטימלי ויישור הגשוש הם קריטיים למניעת מיזוג גלים ולהבטחת מדידות מדויקות.

איור 1: הרדמה ומיקום עכבר לאקו לב טרנס-טורקי. (א) הגדרת הדמיה המציגה את הפלטפורמה המבוקרת בטמפרטורה, מערכת העברת ההרדמה, חיבורי אלקטרודות ה-ECG ומערכת מיקום גלאי האולטרסאונד. המערכת מסודרת כך שתאפשר ניטור פיזיולוגי יציב ומניפולציה מדויקת של גלאי במהלך ההדמיה. (ב) תקריב של פלטפורמת ההדמיה עם אלקטרודות ECG משולבות וחרוט אף למתן איזופלורן, שנועדה לקבע את העכבר במצב שכיבה סטנדרטי תוך שמירה על הרדמה. (ג) עכבר מורדם מונח על האחורי על פלטפורמת ההדמיה כאשר כל ארבע כפות רגליו מחוברות לאלקטרודות ה-ECG באמצעות סרט כירורגי. קונוס האף מספק איזופלורן שנשאף (תחזוקה של 1.0–1.5%), והחזה מיושר שטוח כדי להבטיח רכישת תמונה מיטבית ומעקב עקבי אחר הלב. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 2: תצוגת אקו לב במצב B במצב ארבע תאים אפיקלי. (א) תמונה מייצגת בגווני אפור במצב B המציגה את כל ארבעת תאי הלב: אטריום שמאלי, חדר שמאלי, עלייה ימנית וחדר ימין במישור הדמיה אחד. (ב) תמונה עם הערות המדגישה מבנים אנטומיים מרכזיים. גלאי האולטרסאונד ממוקם על דופן החזה הצידית השמאלית ומוטה גולגולת לכיוון קצה הלב כדי לקבל ויזואליזציה מיטבית. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 3: הדמיית מצב B עם ציר ארוך פראסטרנלי. (א) תמונה מייצגת של מצב B עם ציר ארוך פראסטרנלי, המדגימה את אנטומיית הלב, כולל תא החדר השמאלי, המחיצה הבין-חדרית והדופן האחורית. (B) תמונה ברזולוציה גבוהה מיוצאת לניתוח כמותי של ממדים לבביים. תפיסה זו משמשת להערכת מבנה הלב הגלובלי ולהכוונת מצבי הדמיה נוספים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 4: הדמיה במצב M ברמת שריר הפפילרי. (א) תצוגה קצרה של הציר הפראסטרנלי ברמת החדר האמצעי עם שרירים פפילריים גלויים. (B) מסלול במצב M תואם כאשר הסמן מיושר בניצב למחיצה הבין-חדרומית ולדופן האחורית. (ג) תמונת מצב M עם ניתוח בסיוע תוכנה, שבה המערכת מזהה ומציירת קווים אוטומטית לאורך דפנות הלב. לאחר מכן הוא מחשב ערכים כמו LVID, LVPW ו-LVAW לאורך מחזורי לב. קיצורים; LVID = קוטר פנימי של החדר השמאלי (המרחק בין המחיצה הבין-חדרית לדופן האחורית); LVPW = עובי דופן החדר האחורי השמאלי; LVAW = עובי דופן החדר הקדמי השמאלי; א.ק.ג = אלקטרוקרדיוגרפיה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 5: התקנה ניסיונית וסקירה של אות דופלר. (א) הכנה ניסיונית המציגה מודל של חיה קטנה הממוקם על פלטפורמה עם גלאי אולטרסאונד הממוקם מעל אזור החזה להדמיה לבבית. (B) מפת דופלר צבעונית מייצגת הממחישה את עוצמת וכיוון אות זרימת הדם המקומית. (C) מעקב דופלר בגל פולסי המדגים מיקום נפח דגימה, לצד גל דופלר גל פולסי מייצג המדגים מהירויות מילוי מוקדמת (E) ועלייה (A). מומלץ לבצע IVRT ו-IVCT, עם מעקב ECG סימולטני לקורלציה למחזור הלב. קיצורים; IVRT = זמן הרפיה איזווולומטרית; IVCT = זמן התכווצות איזווולומטרי אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של האיור הזה.

איור 6: הדמיית דופלר רקמתי של תנועת שריר הלב. רישום דופלר רקמתי הממחיש דפוסי מהירות שריר הלב עם רכיבים מוקדמים (E′) ופרוזדוריים (A′) מזוהים, שנרכשו מדופן שריר הלב. צורת הגל מוצגת עם מסלול ECG מסונכרן כדי לקשר בין פעילות חשמלית ומכאנית. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
פרוטוקול זה מספק גישה סטנדרטית וניתנת לשחזור לאקו לב טרנס-טוראקי מבוסס דופלר בעכברים, ומאפשר הערכה מקיפה של מבנה הלב, תפקוד סיסטולי ומדדים דיאסטוליים קונבנציונליים. השימוש המשולב בהדמיה במצב B, מצב M ודופלר מאפשר כימות אמין של מידות החדר הפנימי, תפקוד ההתכווצות ודינמיקת המילוי במודלים פרה-קליניים של מחלות לב וכלי דם14.
שיקול קריטי באקו-לב של עכברים הוא השפעת ההרדמה בשאיפה על פיזיולוגיית הלב וכלי הדם. איזופלוראן ידוע כמפחית קצב לב, משנה עומס מקדים ואחרי, ומווסת את כיווצות שריר הלב, כל אלה יכולים להשפיע על מדדיתפקוד דיאסטולי שמקורם בדופלר. בהתאם לכך, שימוש זהיר בהרדמה ושמירה על תנאים פיזיולוגיים יציבים הם חיוניים להבטחת מדידות ניתנות לשחזור ולפרשנות. סטנדרטיזציה של קצב הלב, טמפרטורת הגוף וקצב הנשימה ממזערת שונות ומשפרת את ההשוואה בין קבוצות ניסוי16.
אינדקסים קונבנציונליים שמקורם בדופלר, כולל זרימת העברה (E/A) ו-E/e′ שמקורם בדופלר ברקמה, משמשים באופן נרחב להערכת תפקוד דיאסטולי וניתן לשחזר אותם בדרך כלל כאשר פועלים לפי פרוטוקולי רכישה סטנדרטיים17. ניתן לשפר עוד יותר את השחזור על ידי ממוצע מדידות לאורך מספר מחזורי לב וביצוע ניתוחים בצורה עיוורת להפחתת שונות בין צופים ותוך-צופים. מיקומי בדיקה והדמיה עקביים הם גם חיוניים לשיפור אמינות הבדיקה והבדיקה החוזרת במחקרים לאורך זמן18.
שמירה על קצב לב תקין במהלך הדמיה חשובה במיוחד בעכברים בשל קצב הלב הפנימי הגבוה שלהם. בקצב לב נמוך, שלרוב קשור להרדמה עמוקה יותר, תנאי עומס משתנים עשויים להשפיע על דפוסי מילוי חדרים. לעומת זאת, קצב לב גבוה מדי עלול להוביל לאיחוי גלי E ו-A, מה שמגביל את הפרשנות המדויקת של מדדי הדיאסטולים. לכן, שמירה על קצב לב בטווח ששומר הן על רלוונטיות פיזיולוגית והן הפרדה בין אות דופלר היא חיונית להערכה מדויקת19.
בעוד שפרוטוקול זה מתמקד במדדים קונבנציונליים מבוססי דופלר לתפקוד דיאסטולי, הוא אינו משלב טכניקות אקו-לב מתקדמות יותר שזכו להכרה בספרות העדכנית. הערכת תפקוד תפקודי של מאמץ שריר הלב וקצב המתח של שריר הלב (כולל שלבי מאגר, צינור ומשאבת בוסטר), והערכת שחרור הסיבוב של החדר השמאלי מספקים תובנות מכניות נוספות לגבי הרפיה וציות שריר הלב19. עם זאת, טכניקות אלו דורשות פרוטוקולי רכישה מיוחדים, רזולוציה זמנית גבוהה יותר וכלי עיבוד לאחר ייעוד, ולכן הן מעבר להיקף תהליך העבודה הנוכחי. מודאליות אלו צריכות להיחשב כגישות משלימות כאשר נדרש פנוטיפ דיאסטולי מפורט יותר16.
בנוסף לאקו-לב, טכניקות חלופיות כמו הדמיית תהודה מגנטית לבבית (MRI) וניתוח לולאת לחץ-נפח פולשני מספקות הערכות משלימות של תפקוד הלב. MRI מציע רזולוציה מרחבית גבוהה ומדידות נפחיות מדויקות, בעוד שניתוח לחץ-נפח מספק נתונים המודינמיים ברמה זהב. עם זאת, שיטות אלו מוגבלות בשל עלות, פולשניות והתאמה מופחתת למחקרים לאורך זמן. לעומת זאת, אקו-לב טרנס-טוראקי נותרה טכניקה מהירה, לא פולשנית ונגישה באופן נרחב להערכה סדרתית של תפקוד הלב במודלים של עכברים20.
בסך הכול, פרוטוקול זה מאפשר רכישת נתוני אקו-לב איכותיים וניתנים לשחזור בעכברים כאשר מוקדשים תשומת לב רבה לניטור פיזיולוגי ולשיטות דימות סטנדרטיות. השילוב של מדידות מבניות, סיסטוליות ודיאסטוליות קונבנציונליות הופך גישה זו למתאימה במיוחד למחקרים אורך החוקרים פיזיולוגיה לבבית, התקדמות מחלה והתערבויות טיפוליות במחקר קרדיווסקולרי פרה-קליני.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי HL153407 מענקים של NIH/NHLBI.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קרם הסרת שיער | Nair® | לא זמין | הסרת שיער לפני הדמיה |
| כרית חימום | VetEquip (או שווה ערך) | לא זמין | שומר על טמפרטורת גוף (~37 ° C) |
| מערכת אולטרסאונד בתדר גבוה | FUJIFILM VisualSonics | Vevo F2 (או שווה ערך) | מערכת הדמיה של בעלי חיים קטנים עם פריסטים של הלב |
| פלטפורמת הדמיה | VisualSonics | פלטפורמה משולבת | א.ק.ג ו ניטור נשימה |
| תא האינדוקציה ו- חרוט האף | VetEquip (או שווה ערך) | לא זמין | מתן הרדמה בגז |
| מאייד איזופלוראן | VetEquip (או שווה ערך) | מערכת ההרדמה הקלאסית (או המקבילה) | מערכת מתן הרדמה |
| מתמר מערך ליניארי (30-40 מגה-הרץ) | VisualSonics | MS550D | גלאי בתדר גבוה להדמיית לב עכברוניים |
| חומר סיכה עיניים | Generic (למשל, Refresh PM/שווה ערך) | לא זמין | מונע ייבוש בקרנית |
| סרט כירורגי | 3M (או שווה ערך) | סרט מיקרופור כירורגי | מאבטח גפיים ל-ECG |
| ג'ל אולטרסאונד | מעבדות פארקר | אקוואסוניק 100 (או שווה ערך) | קישור אקוסטי |
| תוכנת Vevo LAB | VisualSonics | תלוי בגרסה | רכישת תמונה וניתוח |
מאמר זה פורסם
הסרטון יגיע בקרוב