Il presente protocollo descrive una vista parasternale modificata dell'asse lungo per una localizzazione rapida e precisa dell'arteria discendente anteriore sinistra. Questo approccio è stato progettato per essere più semplice e facile da usare, facilitando al contempo l'esame dei cambiamenti dinamici nella riserva di flusso coronarico a seguito di ischemia-riperfusione miocardica nei topi.
Articolo metodologico
Valutazioni dinamiche della riserva di flusso coronarico dopo riperfusione di ischemia miocardica nei topi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Dopo l'ischemia cardiaca, la perfusione miocardica è spesso insufficiente, anche se il flusso è stato ripristinato con successo e completamente in un'arteria a monte. Questo fenomeno, noto come "fenomeno del mancato reflusso", è attribuito alla disfunzione microvascolare coronarica ed è stato associato a scarsi risultati clinici. Nella pratica clinica, una riduzione della riserva di flusso coronarico (CFR) è spesso utilizzata come indicatore della malattia coronarica. La CFR è definita come il rapporto tra la velocità di picco del flusso indotta da fattori farmacologici o metabolici e la velocità del flusso a riposo.
Questo protocollo si è concentrato sulla valutazione dei cambiamenti dinamici nella CFR prima e dopo l'ischemia-riperfusione (IR) utilizzando misure Doppler a onde di polso. In questo studio, i topi normali hanno mostrato la capacità di aumentare la velocità di picco del flusso sanguigno coronarico fino a due volte superiore ai valori di riposo sotto stimolazione con isoflurano. Tuttavia, dopo ischemia-riperfusione, la CFR a 1 ora è diminuita significativamente rispetto al basale pre-operatorio. Nel corso del tempo, il CFR ha mostrato una graduale ripresa, ma è rimasto al di sotto del livello normale. Nonostante la conservazione della funzione sistolica, la diagnosi precoce della disfunzione microvascolare è fondamentale e stabilire una guida pratica potrebbe aiutare i medici in questo compito, facilitando anche lo studio della progressione delle malattie cardiovascolari nel tempo.
Introduzione
La malattia coronarica è una delle principali cause di mortalità in tutto il mondo1. Anche quando l'arteria coronarica colpevole viene riaperta attraverso un intervento coronarico percutaneo primario (PCI) dopo l'ischemia cardiaca, la perfusione microvascolare coronarica spesso rimane ridotta. Inoltre, non vi è alcuna garanzia di riperfusione nei capillari a valle che alimentano il miocardio1. Questo fenomeno, noto come "fenomeno del non reflusso", è legato alla progressione clinica e a una prognosi infausta. Di conseguenza, il raggiungimento di un adeguato riflusso microvascolare dopo una terapia di riperfusione di successo diventa fondamentale per il recupero del miocardio. Pertanto, la valutazione precoce della funzione microvascolare dopo la rivascolarizzazione è fondamentale per le pratiche cliniche.
Per valutare la funzione microvascolare 2 possono essere impiegate varie tecniche, come la temperatura/pressione intracoronarica invasiva per l'indice di resistenza microcircolatoria (IMR) e la resistenza microvascolare iperemica (HMR), la risonanza magnetica cardiovascolare non invasiva (CMR), la tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT) e la tomografia a emissione di positroni (PET)2. Tuttavia, questi metodi sono invasivi o semi-invasivi, costosi e spesso non prontamente disponibili, limitandone l'utilità clinica. D'altra parte, la valutazione della riserva di flusso coronarico (CFR) mediante ecocardiografia Doppler transtoracica offre un approccio non invasivo, relativamente semplice ed economico senza esporre i pazienti a radiazioni ionizzanti, come si vede in altri metodi3.
Sebbene studi precedenti abbiano impiegato l'ecocardiografia Doppler transtoracica per misurare la CFR nei topi e nei ratti, permangono sfide per gli operatori nel localizzare gli angoli complessi tra la piattaforma, i topi e la sonda. Questo protocollo supera questo problema fornendo un metodo più semplice per localizzare l'arteria coronaria discendente anteriore sinistra (LAD) e misurare rapidamente la CFR utilizzando la vista dell'asse lungo parasternale modificato (PLAX).
Inoltre, la CFR ottenuta nell'arteria correlata all'infarto (IRA) distale alla lesione colpevole ha mostrato una forte correlazione con lo stato di perfusione valutato mediante ecocardiografia miocardica con mezzo di contrasto (MCE)4. È stato anche identificato come marcatore predittivo della vitalità e del recupero della funzione ventricolare sinistra (LV) dopo un infarto miocardico acuto (AMI)5. Inoltre, la CFR è stata stabilita come un marcatore affidabile per la mortalità per tutte le cause e gli esiti cardiovascolari avversi 6,7. Precedenti rapporti hanno descritto l'uso dell'ecocardiografia per valutare la CFR in modelli di ratto di infarto miocardico8. Tuttavia, la CFR nella fase iniziale dell'ischemia-riperfusione non è stata studiata a fondo. Pertanto, questo studio fornisce un valore di riferimento per la diagnosi di disfunzione microvascolare e la valutazione dell'effetto terapeutico dell'ischemia-riperfusione attraverso test dinamici in topi IR nella fase iniziale della riperfusione.
Protocollo
Tutti gli esperimenti sono stati approvati dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Pechino. Per il presente studio sono stati utilizzati topi maschi C57 di 8-12 settimane. Gli animali sono stati ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali).
1. Preparazione degli animali
- Rimuovere i peli dalla zona precordiale utilizzando una crema depilatoria (vedi Tabella dei materiali). Quindi, procedere con l'acquisizione delle immagini ecografiche seguendo il passaggio 2.
2. Imaging ecografico prima dell'intervento chirurgico IR
- Anestetizzare il topo inserendolo nella camera di induzione dell'isoflurano (vedi Tabella dei materiali) e avviare la somministrazione di isoflurano a una concentrazione dell'1,5% con un flusso di 1,5-2,0 L/min di O2 .
- Posizionare il topo anestetizzato in posizione supina sulla piattaforma di monitoraggio fisiologico (piattaforma di imaging del sistema a ultrasuoni, vedere Tabella dei materiali). Applicare una piccola quantità di gel conduttivo sulla lastra di rame del tavolo di monitoraggio fisiologico e fissare le zampe del mouse con del nastro adesivo basso su di essa per ottenere informazioni fisiologiche sull'ECG e sulla respirazione. Mantenere la temperatura corporea a 37-38 °C utilizzando la piattaforma riscaldante integrata.
NOTA: Spostare l'interruttore di controllo della macchina per anestesia gassosa dalla camera alla maschera e mantenere la dose di anestetico costante all'1,5% durante questo periodo. La frequenza cardiaca dei topi a questo punto dovrebbe essere di circa 350-450 battiti/min. - Applicare un unguento oftalmico veterinario sugli occhi prima dell'imaging per prevenire la secchezza.
- Eseguire l'ecocardiografia transtoracica utilizzando una sonda lineare da 40 MHz9 (ad es. sonda MS550 per topi) (Figura 1A).
NOTA: L'ecografo è dotato della sonda MS550. - Applicare abbondantemente il gel per la trasmissione degli ultrasuoni (vedere la Tabella dei materiali) per garantire una qualità dell'immagine ottimale.
- Regolare la posizione della sonda e della piattaforma per formare una vista dell'asse lungo parasternale modificato (PLAX)9 (Figura 1A) per esaminare l'arteria discendente anteriore sinistra (LAD) in modalità B. In breve, visualizzare il cuore utilizzando una vista parasternale dell'asse lungo con la piattaforma allineata lateralmente e posizionata con un piccolo angolo tra la sonda e la piattaforma.
- Individuare la sezione cardiaca adatta in modalità B e attivare il Color Doppler sul touchscreen (Figura 1B). Il LAD (freccia bianca) può essere identificato all'interno della parete ventricolare sinistra (Figura 1B). Il colore rosso in tempo reale indica la direzione del flusso sanguigno (cioè, il flusso sanguigno è verso la sonda).
NOTA: Regolando l'asse x, il Color Doppler consente la visualizzazione dell'intero LAD (dal seno aortico al sito di branca distale) all'interno di questa finestra immagine. - Muovere leggermente la sonda per trovare la posizione corretta e ridurre l'influenza del flusso sanguigno della vena polmonare.
NOTA: Per ridurre l'influenza del flusso sanguigno della vena polmonare, regolare leggermente la sonda e differenziare il LAD dalla vena polmonare. Il LAD scorre nella parete ventricolare sinistra, mentre la vena polmonare drena nell'atrio sinistro. Individua il LAD utilizzando il Color Doppler e utilizza la modalità B per selezionare la sezione adatta. - Dopo aver visualizzato il LAD in modalità Color Doppler, premere il pulsante Pulse Wave (PW) e passare alla modalità PW. Posizionare la linea gialla dell'indicatore sull'arteria coronaria, assicurandosi che sia parallela alla direzione del flusso. Quindi premere il pulsante Salva clip per registrare i dati della linea di base.
- Aumentare la concentrazione di isoflurano al 3% e attendere 30 s. Assicurarsi che la velocità del flusso aumenti gradualmente con il tempo. Premere frequentemente il pulsante Salva clip per acquisire la massima velocità del flusso sanguigno.
NOTA: Lo stimolo dell'isoflurano fa sì che il cuore lavori di più, portando a un possibile movimento del cuore e della LAD. Una volta che l'immagine in modalità PW è stata catturata o memorizzata in modo cinematografico, fare clic sulla modalità PW per assicurarsi che la linea gialla dell'indicatore sia sul LAD. Se si verifica uno spostamento, regolare leggermente la linea dell'indicatore giallo fino al punto di flusso sanguigno e continuare la registrazione. Questo processo richiede padronanza e passaggio rapidi. - Dopo aver raccolto le immagini del flusso sanguigno coronarico, spegnere l'anestetico e regolare la sonda sulla normale vista PLAX. Attendere che la frequenza cardiaca del mouse aumenti lentamente fino a circa 500 bpm, quindi misurare la funzione cardiaca del mouse spostando la sonda sulla sezione dell'asse corto parasternale (PSAX).
- Al termine dell'imaging ecocardiografico, rimuovere l'animale dalla pedana e lasciarlo riprendersi nella sua gabbia domestica. Rimuovere il gel e lasciare asciugare l'animale per prevenire l'ipotermia.
- Utilizzare gli strumenti delle funzioni Peak Vel e LV per ottenere rispettivamente le velocità diastoliche di picco e la funzione sistolica cardiaca dalle immagini.
- Calcolare il CFR come il rapporto tra la velocità del flusso coronarico di picco diastolico (CFV) al flusso massimo e il picco diastolico di CFV al basale.
3. Procedura di ischemia-riperfusione miocardica
NOTA: La misurazione iniziale era di base, quindi è stato eseguito un intervento chirurgico sullo stesso animale.
- Anestetizzare i topi con pentobarbital sodico (60 mg/kg) e somministrare l'analgesico carprofene (5 mg/kg, iniezione sottocutanea). Utilizzare un termoforo preriscaldato (37 °C) durante tutta la procedura chirurgica. Garantire un'adeguata profondità dell'anestesia grazie all'assenza di un riflesso di ritiro per pizzicare le dita dei piedi e i riflessi di battito delle palpebre. Posiziona il mouse supino sul termoforo e applica un unguento oftalmico sugli occhi per evitare che si secchino. Eseguire l'intubazione endotracheale per la ventilazione meccanica: disinfettare l'area con 3 scrub alternati di betadina o clorexidina e alcool al 70% prima e dopo aver rimosso i peli del collo. Individuare la trachea e inserire delicatamente il catetere. Quindi, collegare i topi al ventilatore (volume corrente inspiratorio di 250 μl a 120 respiri/min) (vedi Tabella dei materiali).
- Disinfettare la pelle della zona precordiale con 3 scrub alternati di betadina o clorexidina e alcol al 70%. Esporre il cuore eseguendo una toracotomia sinistra10 al quarto spazio intercostale.
- Legare l'arteria discendente anteriore sinistra (LAD) con un nodo scorsoio utilizzando una sutura di seta 5-0 (vedi Tabella dei materiali), inserendo 1-2 mm sotto la radice dell'appendice atriale sinistra. Assicurarsi che la direzione di cucitura sia parallela al bordo inferiore dell'appendice atriale sinistra. Confermare visivamente l'ischemia in tutti i topi attraverso l'oscuramento locale del colore del miocardio ischemico.
- Occludere l'arteria LAD per 30 min11. Dopo 30 minuti, rilasciare la legatura e verificare la riperfusione osservando l'arrossamento dell'area precedentemente scolorita del muscolo cardiaco per 1-2 minuti.
- Dopo l'occlusione/riperfusione coronarica, chiudere il torace a strati e lasciare che i topi si riprendano per circa mezz'ora11.
4. Imaging ecografico dopo l'intervento chirurgico IR
- Misurare nuovamente il CFR a 1 ora, 3 ore, 5 ore, 8 ore, 24 ore e 48 ore dopo la riperfusione, rispettivamente, seguendo i passaggi descritti nella sezione 2. Confrontare queste misurazioni con i valori CFR ottenuti prima della procedura di ischemia-riperfusione (IR).
5. Analisi statistica
- Eseguire analisi statistiche utilizzando appositi software di analisi statistica (vedi Tabella dei materiali).
NOTA: Per il confronto di variabili continue tra campioni accoppiati, utilizzare i test t accoppiati se i dati sono distribuiti normalmente. Per dati distribuiti in modo non normale o quando le ipotesi di normalità non sono soddisfatte, utilizzare l'ANOVA di Friedman. Considera p < 0,05 come statisticamente significativo.
Risultati
Questo studio ha utilizzato topi maschi C57 (BW ~18-20 g) per caratterizzare il cambiamento dinamico di CFR. L'immagine PLAX modificata è stata impiegata per valutare le caratteristiche del flusso dell'arteria coronarica della LAD (Figura 1A, B). Il CFR è stato calcolato come il rapporto tra la velocità massima del flusso durante la vasodilatazione massima indotta dall'isoflurano al 3% e la velocità massima del flusso al basale della concentrazione di isoflurano dell'1,5%12,13. Tutte le misurazioni e i calcoli sono stati ripetuti per tre cicli cardiaci consecutivi e ne è stata calcolata la media, con risultati rappresentativi mostrati nella Figura 2.
Prima dell'intervento chirurgico IR, è stato misurato il CFR al basale e i topi avevano un valore di CFR normale vicino a 2,14 ± 0,43. Tuttavia, dopo l'intervento chirurgico IR, la CFR è diminuita significativamente alla riperfusione 1 ora rispetto a prima dell'intervento IR (1,18 ± 0,14 vs. 2,14 ± 0,43) (Figura 3A). Questa riduzione indicava che la microcircolazione non veniva ripristinata immediatamente anche dopo l'apertura del vaso colpevole. Poiché il tempo di riperfusione è stato prolungato, i valori di CFR sono rimasti a un livello costantemente basso, con valori di 1,21 ± 0,20 a 3 ore, 1,39 ± 0,33 a 5 ore, 1,44 ± 0,38 a 8 ore, 1,34 ± 0,36 a 24 ore e 1,48 ± 0,47 a 48 ore dopo la riperfusione, suggerendo che l'ipoperfusione potrebbe persistere per almeno due giorni (Figura 3A). Inoltre, non vi era alcuna significatività statistica tra i valori di CFR a 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h e 48 h.
I topi sono stati anche monitorati per la funzione cardiaca ed è stato osservato che non ci sono stati cambiamenti significativi nella funzione cardiaca del ventricolo sinistro quando il CFR è stato significativamente ridotto nei topi (Figura 3B).
Figura 1: Vista dell'asse lungo parasternale modificata. (A) illustra il posizionamento della sonda e della piattaforma mentre si ottiene la velocità dell'arteria coronaria di LAD. (B) mostra il posizionamento del sensore di velocità dell'onda del polso sull'arteria coronaria LAD. Il colore blu indica il movimento verso la sonda ecografica, mentre il colore arancione indica il movimento verso la sonda ecografica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Visualizzazione e registrazione dell'imaging della velocità dell'onda del polso della LAD. (A) Immagine dell'onda del polso durante la condizione di riposo dell'arteria coronaria LAD. (B) Immagine dell'onda del polso coronarico iperemico massimo dell'arteria coronaria LAD. Il colore blu illustra il movimento di allontanamento dalla sonda ecografica, mentre il colore arancione illustra il movimento verso la sonda ecografica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Misurazione della riserva di flusso coronarico e della frazione di eiezione. (A) Analisi statistica della CFR negli animali prima dell'ischemia e a 1 ora, 3 ore, 5 ore, 8 ore, 24 ore e 48 ore dopo la riperfusione, rispettivamente (n = 9). (B) Valutazione della frazione di eiezione di ciascun gruppo in ogni momento (n = 9). *p < 0,05; dati presentati come media ± SD, analizzati con t-test accoppiati e ANOVA di Friedman. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Discussione
Questo studio presenta un protocollo che utilizza una vista dell'asse lungo parasternale modificata per valutare dinamicamente la CFR dopo ischemia-riperfusione. I principali risultati indicano una significativa diminuzione della CFR nei topi IR, con la riduzione più pronunciata osservata a 1 ora dopo la riperfusione. Tuttavia, la funzione cardiaca non è stata compromessa entro 48 ore.
La CFR funge da indicatore dell'afflusso di sangue al miocardio, offrendo un approccio non invasivo per valutare sia la stenosi dell'arteria coronarica che la circolazione microvascolare coronarica. Studi clinici hanno dimostrato che valori di CFR più bassi sono associati a prognosi peggiori 14,15,16 e un valore di cut-off del CFR di 1,75 è stato stabilito come ottimale per la stratificazione del rischio 14. Una recente meta-analisi ha inoltre dimostrato che il rischio di morte aumenta del 16% per ogni diminuzione di 0,1 unità di CFR, indicando che la CFR rappresenta un continuum di rischio, con livelli più bassi che predispongono i pazienti a esiti clinici peggiori17. In questo studio, la CFR ha mostrato una tendenza all'aumento con l'estensione del tempo di riperfusione, ma è rimasta inferiore rispetto a prima della procedura, sottolineando l'importanza di monitorare i pazienti non solo immediatamente dopo l'apertura del vaso colpevole attraverso PCI, ma anche a 48 ore. Inoltre, la CFR funge da misura della disfunzione microvascolare coronarica, integrando gli effetti emodinamici della malattia focale, diffusa e dei piccoli vasi sulla perfusione del tessuto miocardico18. Pertanto, la CFR è una tecnica non invasiva cruciale per la diagnosi delle malattie microvascolari coronariche. Poiché il CFR sulla LAD è un indicatore forte e indipendente di mortalità 6,7, questo studio mira a fornire valori di riferimento per le decisioni cliniche. Inoltre, l'uso di ecografi può potenzialmente ridurre la necessità di angiografia coronarica in un ambiente di contenimento dei costi sanitari. Grazie a un'adeguata formazione e aggiornamento della tecnologia, la stratificazione del rischio può essere adattata alle esigenze individuali dei pazienti.
La vista PLAX modificata offre maggiore comodità e risparmio di tempo per i ricercatori scientifici. Il continuo miglioramento di questa tecnologia faciliterà la sua più ampia applicazione in altre malattie microvascolari coronariche. I passaggi chiave di questo protocollo includono la visualizzazione dell'arteria coronaria e l'ottenimento di immagini di velocità PW di alta qualità. La velocità del flusso sanguigno aumenta gradualmente con l'aumentare della concentrazione di anestetico, quindi si consiglia una cattura continua per evitare di perdere la velocità massima del flusso sanguigno. Poiché l'aumento della concentrazione di anestetico può alterare la frequenza cardiaca, si consiglia di tornare brevemente alla modalità Color Doppler durante la misurazione per garantire un posizionamento coerente prima e dopo la misurazione.
È essenziale riconoscere i limiti, compresi i limiti inerenti alla misurazione ecografica del CFR. A causa della curvatura dell'arteria coronaria, non è possibile visualizzare completamente l'intera arteria, portando alla misurazione in un solo segmento. Gli operatori devono mirare a misurare l'inizio dell'arteria coronaria per identificare il punto di massima velocità del flusso sanguigno coronarico nel modo più accurato possibile. Inoltre, la CFR dovrebbe idealmente essere determinata in base alle variazioni del volume del flusso sanguigno coronarico, ma questo studio utilizza la velocità del flusso sanguigno invece del volume del flusso sanguigno, trascurando l'effetto del diametro del vaso. Tuttavia, studi precedenti hanno dimostrato una forte correlazione tra CFR e CFVR (riserva di velocità del flusso coronarico)19. Ulteriori ricerche sulla funzione microvascolare coronarica possono aiutare a comprendere le complesse alterazioni dell'ischemia e migliorare la nostra comprensione della disfunzione microvascolare coronarica.
Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere rapporti commerciali o finanziari concorrenti noti che possano aver influenzato il lavoro riportato in questo articolo.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (sovvenzione n. 82270352), dal Beijing Research Ward Construction Clinical Research Research Project (2022-YJXBF-04-03), dal National High Level Hospital Clinical Research Funding (2022-NHLHCRF-YSPY-01), da Capital's Founds for Health Improvement and Research (n. 2022-1-4062), dal National Key Clinical Specialty Discipline Construction Program (sovvenzione n. 2020-QTL-009) e dalla Chinese Society of Cardiology's Foundation (n. 2020-QTL-009) e dalla Chinese Society of Cardiology's Foundation (n. 2022-QTL-009). CSCF2021B02).
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sutura di seta 5-0 | Ningbo MEDICAL Needle Co., Ltd. | ||
| C57 topi | di Pechino Health Science Center Dipartimento di Laboratorio Scienze | ||
| Agente depilante | Nair | NAR-255-1 | |
| Elettrodo gel | Cofoe | ||
| Ultrasuoni ad alta frequenza | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo3100 | |
| Isoflurane | REWARD | R510-22-10 | |
| Trasduttore lineare ad alta frequenza | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS550 | |
| Shanghai Alcott Biotech | ALC-V9 | ||
| Macchina per anestesia per piccoli animali | RICOMPENSA | R530 | |
| SPSS | IBM Corp, Armonk, NY, USA | versione 23.0 | software di analisi statistica |
| Gel per ultrasuoni | Cofoe | ||
| Vevo Lab Software | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Versione 5.7.0 |
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Ristampe e permessi
