Valutazione ecocardiografia della funzione cardiaca e dell'ipertensione polmonare negli agnelli

Sommario

Questo protocollo descrive la valutazione ecocardiografica della struttura, funzione e ipertensione polmonare in un modello di Lamb di displasia broncopolmonare in evoluzione. Il metodo consente la valutazione seriale delle malattie cardiopolmonari e può essere applicato ad altri modelli animali di grandi dimensioni di malattie cardiovascolari neonatali e adulte.

Abstract

La nascita prematura è fortemente associata a disfunzioni cardiache, inclusa una funzione ventricolare compromessa e una struttura cardiaca alterata, che può portare a insufficienza cardiaca progressiva e ad altre morbilità a breve e lungo termine. Tuttavia, la storia naturale della disfunzione cardiaca nei neonati nati prematuramente non è ben definita. Nel modello di agnello della displasia broncopolmonare con ipertensione polmonare associata (BPD-PH), gli agnelli vengono partoriti a 110–128 giorni di gestazione (il termine completo è circa 145 giorni) e ventilati meccanicamente. Gli agnelli sviluppano complicazioni cardiopolmonari dovute alla prematurità, tra cui una semplificazione alveolare nell'istologia polmonare, il segno distintivo del BPD, e segni di aumento della resistenza vascolare polmonare nell'ecocardiografia, coerente con l'evoluzione del BPD-PH. Questo articolo descrive un protocollo per la valutazione seriale della morfometria cardiaca e della funzione tramite ecocardiografia in agnelli pretermine e ex prematuri (fino a circa due mesi di età postnatale). Il protocollo è stato sviluppato adattando le linee guida della American Society of Echocardiography. L'ecocardiografia viene eseguita in serie su agnelli intubati e moderatamente sedati utilizzando un sistema ecografico al capezzale. Le dimensioni atriali e ventricolari, la funzione ventricolare destra e sinistra e le misurazioni relative alla pH vengono ottenute a ogni valutazione ecocardiografica. Le misurazioni sono riproducibili e correlati allo stato clinico. Questo protocollo di ecocardiografia per valutare la struttura e la funzione cardiaca negli agnelli consente la caratterizzazione del BPD-PH e la valutazione di approcci terapeutici.

Introduzione

Il modello di Lamb della displasia broncopolmonare e dell'ipertensione polmonare in evoluzione (BPD-PH) replica sia la fase di sviluppo polmonare sia l'ambiente di assistenza clinica vissuto dai neonati prematuri nell'unità di terapia intensiva neonatale (NICU). Nel modello dell'agnello dell'evoluzione del BPD-PH, gli agnelli vengono consegnati in una gamma di età gestazionali da 110 giorni di gestazione (fase canalicolare avanzata dello sviluppo polmonare, equivalente a 22–24 settimane di gestazione) fino a termo (145 giorni) e ventilati meccanicamente. Gli agnelli vengono seguiti fino a sei mesi per lo sviluppo di malattie cardiopolmonari. Questo modello riproduce la fisiopatologia e l'istopatologia risultanti dalla ventilazione meccanica con gas ricco di ossigeno nei neonati pretermini, inclusa semplificazione alveolare e ispessimento dei^{septi 1}. La forza del modello di agnello della BPD-PH è la sua somiglianza con le fasi dello sviluppo polmonare umano e la dimensione relativamente grande degli agnelli, che consente prelievi di sangue frequenti e l'uso di strumenti clinici importati direttamente dalla^{NICU 2}. Qui, riportiamo un protocollo per l'ecocardiografia seriale per la valutazione della funzione cardiaca e dell'ipertensione polmonare (HP) negli agnelli.

Il BPD-PH è una complicanza cardiopolmonare comune e significativa nei sopravvissuti al parto ^{pretermine 3,4,5}. I neonati nati a età gestazionali inferiori e con pesi alla nascita sono a maggior rischio di BPD e^{BPD-PH 3}. BPD-PH si verifica quando uno sviluppo polmonare anomalo dovuto alla prematurità e allo stress meccanico e ossidativo porta a un rimodellamento vascolare nel corso di diversi^{mesi 4}. Ciò contribuisce a un aumento della resistenza vascolare polmonare, causando stiramento del ventricolo destro e, nei casi gravi, insufficienza, aumentando infine la morbilità e la mortalità nella fase avanzata dell'infanzia e nella prima^{infanzia 5}.

L'ecocardiografia consente una valutazione seriale non invasiva di diverse caratteristiche anatomiche e fisiologiche sia del ventricolo destro che di quello sinistro. L'American Society of Echocardiography ha pubblicato linee guida per gli ecocardiogrammi transtoracici^{pediatrici 6,7}. Linee guida simili non esistono per modelli preclinici come il modello neonatale di agnello BPD-PH. Qui presentiamo un protocollo di ecocardiografia modificato per il modello neonatale dell'agnello. Sebbene l'anatomia del torace e del compartimento addominale dell'agnello limiti la possibilità di ottenere viste sottocostali, le viste apicali e parasternali sono facilmente accessibili. Queste visioni permettono una valutazione completa della funzione cardiaca e del pH utilizzando molteplici parametri, tra cui la posizione del setto ventricolare, il tempo di accelerazione dell'arteria polmonare (PAAT), l'escursione sistolica del piano anulare tricuspide (TAPSE), il rigurgitazione tricuspide, l'area frazionaria di variazione del ventricolo destro (RV) e la frazione di eiezione del ventricolo sinistro (LV). Inoltre, abbiamo correlato le misurazioni ecocardiografiche con lo stato clinico e i risultati della cateterizzazione cardiaca, convalidando l'utilità dell'ecocardiografia come metodo non invasivo di valutazione cardiaca nel modello di Lamb del BPD-PH.

Protocollo

Tutte le procedure sperimentali sono state eseguite in conformità con gli standard di gestione e addestramento degli animali del Comitato per la Cura e l'Uso degli Animali Istituzionali dell'Università dello Utah.

1. Impostazione della procedura

1. Posiziona l'agnello in una fascia in posizione prona.
2. Posizionare l'ecocardiografo sul lato sinistro dell'agnello per la maggior parte delle viste ecocardiografiche descritte in questo protocollo, salvo diversa indicazione.
3. Posiziona l'ecografo verso la testa dell'impianto della fascia in modo che l'ecocardiografo possa interfacciarsi con i comandi con la mano sinistra e tenere il trasduttore con la destra.
4. Usa un assistente per aiutare a posizionare l'agnello, con l'assistente posizionato sul lato opposto dell'agnello. Consulta la Figura 1 per l'allestimento sperimentale e il posizionamento dell'agnello utilizzato per l'acquisizione ecocardiografica transtoracica.
5. Monitorare la saturazione di ossigeno (SpO₂), la pressione arteriosa e la frequenza cardiaca durante tutta la procedura. Interrompere la procedura per permettere ai segni vitali di stabilizzarsi o interrompere la procedura se SpO₂ rimane <90% per 2 minuti, la frequenza cardiaca è di <60 battiti al minuto, o la frequenza respiratoria è >100 respiri/minuto nonostante le modifiche di ventilazione e frazione di ossigeno ispirata, o se la pressione arteriosa diminuisce del >15% rispetto al valore di base pre-procedura.

Figura 1. Configurazione sperimentale per l'acquisizione di immagini ecocardiografiche transtoraciche nell'agnello. Configurazione rappresentativa che dimostra la posizione dell'agnello all'interno della fascia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Installazione della macchina a ultrasuoni

1. Annota le informazioni sui soggetti, inclusi identificatori, peso e pressione sanguigna (sistolice, diastolica e media).
2. Seleziona il trasduttore desiderato. Per gli agnelli, si utilizza un trasduttore cardiaco a matrice a fase 12S (5–11 MHz).
3. Seleziona i preset per l'ecografia per l'imaging cardiaco, se disponibili.
   NOTA: Mantenere condizioni fisiologiche costanti (ad esempio, frequenza cardiaca, stato respiratorio e livello di sedazione) durante l'acquisizione ecocardiografica, poiché questi fattori possono influenzare le misurazioni derivate dal Doppler.

3. Posizione dell'agnello e posizione del trasduttore

1. La posizione precisa dell'agnello e la posizione del trasduttore necessarie per ottenere le viste ecocardiografiche transtoraciche standard possono variare a seconda dell'età gestazionale alla nascita, dell'età postnatale, del gonfiore polmonare e della distensione addominale.
2. Si parte in posizione prona con la zampa sinistra dell'agnello naturalmente piegata contro il torace e appoggiata nella fascia, esponendo ascella sinistra e torace da sotto. Manipola la posizione dell'agnello nella fascia secondo necessità per ottenere una visuale ottimale. Se necessario, posizionare l'agnello in una posizione di decubito laterale destro parziale a totale all'interno della fascia.
3. Applica gel ultrasonico sulla punta del trasduttore e sulla parete toracica dell'agnello per garantire la conduzione ottimale delle onde ultrasoniche.
   NOTA: Le viste descritte di seguito sono tipicamente ottenute tra il terzo e il sesto spazio intercostale sul lato più ventrale del torace (cioè verso lo sterno).

4. Ottenere le viste apicali standard

NOTA: Le vedute apicali si ottengono più facilmente negli agnelli prematuri e a termine. Secondo la nostra esperienza, con l'età degli agnelli oltre i 2 mesi, il torace si ingrandisce e l'apice del cuore si allontana sempre di più dalla parete toracica, rendendo difficile ottenere queste visibilità dal torace sinistro.

1. Posizionare il trasduttore nello spazio intercostale 5°–6°.
2. Punta il trasduttore verso la spalla destra.
3. Inizia con l'indicatore trasduttore puntato dorsalmente verso l'orecchio sinistro dell'agnello.
4. Per ottenere la vista standard a quattro camere apicali (A4C), si ventila la coda del trasduttore in modo caudale e ruota il trasduttore in senso orario o antiorario secondo necessità finché non sono visibili i margini esterni massimi dei ventricoli destro e sinistro e si visualizzano gli atri destro e sinistro senza accorciamento. Nella vista ottimale dell'A4C, le valvole tricuspide e mitrali sono visibili, ma il tratto di uscita ventricolare sinistro (LVOT) non lo è (Figura 2A^)6,7.
5. Una volta ottenuta la vista A4C, si ottengono i seguenti parametri:
   1. Registra un ciclo cinematico di almeno 3 cicli cardiaci (preferibilmente 5–7 cicli) per misurare le dimensioni di AR e LA, le dimensioni RV, il FAC RV, la valutazione soggettiva della posizione settale e la frazione di eiezione del VE (che richiede anche la vista apicale a due camere focalizzata sul VE descritta di seguito^)6,7.
   2. Misura TAPSE allineando il cursore con l'anello tricuspide laterale e registrando un tracciamento in modalità^{M 6,7,8}.
   3. Misurare l'Escursione Sistolica del Piano Anulare Mitral (MAPSE) allineando il cursore con l'anello mitrale laterale e registrando un tracciamento in modalità^{M 9}.
6. Mantenendo la visuale A4C, aggiungere Doppler a colori e ottenere i seguenti parametri posizionando il cursore il più parallelo possibile al flusso Doppler (idealmente con un angolo di insonazione di <20°):
   1. Valutare la presenza di rigurgitazione tricuspide e la velocità di picco posizionando la scatola della regione di interesse sopra la valvola tricuspide, allineando il cursore parallelamente al segnale di colore attraverso la valvola tricuspide e registrando un tracciamento Doppler a onda^{continua 6,7}.
   2. Valutare la presenza di rigurgitazione mitrale e la velocità di picco posizionando la scatola della regione di interesse sopra la valvola mitrale, allineando il cursore parallelamente al segnale colore attraverso la valvola mitrale e registrando un tracciamento Doppler a onde^{continue 6,7,10}.
   3. Misurare le onde di ingresso della valvola mitrale E e A (rapporto E/A) posizionando la scatola della regione di interesse sopra la valvola mitrale, allineando il cursore parallelo al segnale colore attraverso l'ingresso della valvola mitrale, posizionando la porta del campione alle estremità delle foglioline aperte della valvola mitrale durante la diastole, e registrando un tracciamento Doppler a onda^{pulsata 6,7, 10}.
7. Ottieni la vista A2C focalizzata sulla LV:
   1. Mantenendo la visuale A4C e la posizione apicale del trasduttore, ruotare il trasduttore in senso antiorario attorno all'asse LV (circa 45°–90°) finché RA e RV non si disperdono e la vista LV A2C che mostra LV e LA diventa visibile (Figura 2B).
   2. Registra un ciclo cinematico di almeno 3 cicli cardiaci (preferibilmente 5–7 cicli) nella visuale A2C focalizzata sul LV, che è richiesta per la frazione di eiezione del VE secondo il metodo ^6,7,11 di Simpson.
      NOTA: Ulteriori valutazioni della rigurgitazione mitrale e dell'afflusso possono essere ottenute nella vista A2C focalizzata sul LV utilizzando i metodi descritti nei passaggi 4.6.2 e 4.6.3.
8. Ottieni la vista apicale a cinque camere (A5C) focalizzata sulla LVOT:
   1. Ritorno alla visuale standard A4C e inclinare il trasduttore anteriormente con lievi aggiustamenti rotazionali finché la LVOT non diventa visibile (Figura 2C).
   2. Misurare l'integrale temporale di velocità LVOT allineando il cursore parallelo al flusso di LV, posizionando il gate appena prossimale all'anello della valvola aortica e ottenendo un tracciamento Doppler a onda pulsata per determinare LVOT VTI. Utilizzare la VTI e il diametro dell'anello della valvola aortica (ottenuto su PLAX e descritto di seguito nel Passo 6.2.2) per stimare la gittata cardiaca (CO) del ventricolo sinistro, come descritto negli adulti, utilizzando la seguente formula 6,7,12,13:
      

Figura 2. Viste rappresentative dell'ecocardiografia apicale e parasternale ad asse lungo nell'agnello. (A) Vista apicale standard a quattro camere (A4C) all'estremità della sistole. (B) Vista apicale a due camere (A2C) focalizzata sul LV che evidenzia il LV e il LA all'estremità della sistole. (C) Vista apicale a cinque camere (A5C) focalizzata sulla LVOT che mostra il tratto di uscita ventricolare sinistro. (D) Vista del lungo asse parasternale (PLAX) che include la valvola aortica e l'aorta ascendente. Ao, aorta; LA, atrio sinistro; LV, ventricolo sinistro; LVOT, trato di uscita ventricolare sinistro; RA, atrio destro; Camper, ventricolo destro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. Ottenere viste parasternali ad asse corto (PSAX)

1. Posizionare il trasduttore tra il quarto e il quinto spazio intercostale vicino allo sterno con l'indicatore orientato dorsalmente e leggermente caudale.
2. Affina la visuale PSAX facendo scorrere il trasduttore lontano dallo sterno, applicando una leggera rotazione in entrambe le direzioni e/o ventando la coda del trasduttore in modo cranico o caudale fino a vedere la vista PSAX della valvola aortica e della faccia (Figura 3A).
3. Con la valvola aortica rivolta al centro della visuale, sventola la coda del trasduttore finché il tratto di uscita ventricolare destro (RVOT) e l'arteria polmonare (PA) non diventano visibili (Figura 3B). Aggiungi il colore Doppler e ottieni quanto segue:
   1. Misurare il PAAT utilizzando il Doppler a colori per valutare la direzione del flusso e la qualità dell'immagine, allineando il cursore parallelo al flusso, posizionando il gate appena prossimale alla valvola polmonare e ottenendo un tracciamento Doppler a onda pulsata (Figura 3D)^13,14.
   2. Valutare il dotto arterioso patente valutandone la presenza e la direzione del flusso utilizzando Doppler colorato e Doppler a onde^{pulsate 15}.
4. Ritornare alla vista PSAX della valvola aortica in faccia e ventilare la coda del trasduttore verso la testa per ottenere la vista PSAX al livello della valvola mitrale. Continuare a sventolare fino a raggiungere il livello dei muscoli medio-papillari (Figura 3C).
   1. Registrare un ciclo cinematico di almeno 3 cicli cardiaci (preferito 5–7 cicli) per valutare la posizione e lo spessore del setto intraventricolare e per misurare l'indice di eccentricità della sistolica sinistra (LVesEI) e il rapporto RV:LV con diametro^{sistolico 6,7}.

Figura 3. Viste rappresentative dell'ecocardiografia ad asse corto parasternale nell'agnello. (A) Vista parasternale sull'asse corto al livello della valvola aortica. (B) Vista parasternale sull'asse corto che mostra il tratto di uscita ventricolare destro (RVOT) e l'arteria polmonare dopo il ventaglio del trasduttore. (C) Vista parasternale ad asse corto ottenuta al livello dei muscoli medio-papillari. (D) Tracciamento Doppler a onde pulsate rappresentative dell'arteria polmonare utilizzato per la misurazione del tempo di accelerazione dell'arteria polmonare (PAAT). Ao, aorta; AV, valvola aortica; LA, atrio sinistro; PA, arteria polmonare; PAAT, tempo di accelerazione dell'arteria polmonare; RV, ventricolo destro; RVOT, via di uscita ventricolare destra. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

6. Ottenere viste parasternali sull'asse lungo (PLAX)

1. Sventola il trasduttore verso la vista PSAX della valvola aortica in faccia e ruota il trasduttore di circa 90° in modo che l'indicatore sia posizionato cranialmente per ottenere una visuale PLAX (Figura 2D).
   NOTA: Oscillare la coda del trasduttore espone cranialmente maggiore parte dell'apice del LV, mentre oscillare caudalmente la coda del trasduttore espone più LVOT e aorta ascendente.
   NOTA: In entrambe le posizioni, sventolare la coda del trasduttore verso l'alto (verso le vertebre) espone l'afflusso del ventre, mentre sventolare la coda del trasduttore verso il basso (verso le gambe) espone più della LVOT, della valvola aortica e dell'aorta ascendente.
2. Nella vista PLAX, ottieni i seguenti parametri:
   1. Misurare la frazione di accorciamento del LV allineando il cursore perpendicolarmente all'asse lungo del LV in modo che attraversi l'asse minore del LV al ventricolo medio e registrando un tracciamento in modalità^{M 6,7}.
   2. Misurare il diametro dell'anello della valvola aortica ottimizzando la vista PLAX per visualizzare la LVOT e la valvola aortica. Registra un ciclo cinematico di almeno un ciclo cardiaco per misurare il diametro dell'anello della valvola aortica al punto di cerniera della valvola all'estremità della sistole. Usa questo valore insieme a VTI per stimare la gittata cardiaca, come descritto^{in precedenza} 6,7,12,13.

7. Ottenere ulteriori viste dal torace destro

1. Ottenere ulteriori viste PSAX e PLAX dal torace destro secondo necessità, utilizzando metodi simili a quelli descritti sopra.

Risultati

La maggior parte delle opinioni standard raccomandate nelle linee guida per l'ecocardiografia pediatrica della American Society of Echocardiography (ASE) può essere ottenuta negli agnelli. La vista standard A4C, la vista A2C e la vista A5C, inclusa la LVOT, possono essere visualizzate (Figura 2A–2C). Anche la vista parasternale lungo asse, inclusa la LVOT, è fattibile (Figura 2D). Si può ottenere un completo ins...

Discussione

L'ecocardiografia offre un metodo non invasivo per valutare la struttura, la funzione e il PH cardiaco negli agnelli, inclusi quelli prematuri ed ex prematuri (fino a circa due mesi corretti per l'età gestazionale) con BPD-PH in evoluzione. Un aspetto fondamentale dell'ecocardiografia negli agnelli neonatali è l'uso di un protocollo standardizzato basato su linee guida consolidate e l'applicazione dello stesso rigore e delle migliori pratiche per l'acquisizione e la misurazione delle imm...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Phased-array cardiac transducer	GE	H44901AB	12S-RS probe; 4.5–12.0 MHz
Sling per posizionamento animali	Realizzata in loco con tessuto resistente	N/A	Utilizzata per sostenere l'agnello in posizione prona durante l'imaging
Gel per ultrasuoni	Parker Laboratories, Inc.	PLI 01-08	Gel di trasmissione ad ultrasuoni Aquasonic 100
Sistema di imaging ad ultrasuoni	GE	H48232DM	Vivid iq Vet v208