経胸壁心エコー検査による肺動脈狭窄のマウスモデルにおける右室の構造と機能の評価

Summary

右心室（RV）機能障害は心血管疾患の病因に重要であり、まだ限られた方法論は、その評価のために用意されています。超音波画像診断の最近の進歩により、縦方向のRV研究のための非侵襲的かつ正確なオプションを提供しています。ここで、我々に詳細のRV圧負荷のマウスモデルを使用してステップバイステップの心エコー法。

Abstract

新興の臨床データは、右室機能不全は心血管疾患および心不全^1-3の病因に重要であるという考えを支持している。また、RVが大幅な肺動脈高血圧症（PAH）などの肺疾患に影響を受けます。また、RVが左心室（LV）機能障害、弁膜症や右室梗塞⁴を含む心臓の病変、と非常に敏感である。心疾患の病因におけるRVの役割を理解するために、構造的および機能的にRVにアクセスするための信頼性の高い非侵襲的な方法が不可欠である。

非侵襲的な経胸腔心エコー（TTE）に基づく方法論が確立され、成体マウスでのRVの構造と機能の動的変化を監視するための検証されました。 RV応力を課すために、我々は、肺動脈狭窄（PAC）の外科的モデルを採用し、高周波数超音波マイクロイメージングを用いて7日間にわたってRV応答を測定システム。偽手術マウスを、対照として用いた。画像は（手術前）ベースライン時に軽く麻酔したマウスで取得し、0日目（手術直後）、3日目、7日目（術後）。データは、ソフトウェアを用いてオフラインで分析した。

一貫して、マウスで得られた（RV壁厚、拡張末期および収縮末期寸法を含む）RV構造の信頼性と再現性のある測定のために許可され、機能することができるいくつかの音響窓（B、M、およびカラードプラモード）、（部分的な区域の変更、短縮率、PAのピーク速度、ピーク圧力勾配）正常マウスとPAC以下。

この方法を使用して、PACから生じる圧力勾配を正確にカラードプラモードを使用してリアルタイムで測定し、ミラー高忠実度のマイクロチップカテーテルを用いて行わ直接圧力測定値と同等であった。まとめると、これらのデータは、様々なcomplをから得られた測定値RV心エコー検査を使用してimentaryビューは、信頼性の高い再現性とRVの構造と機能に関する洞察を提供することができます。この方法では、RVの心機能不全の役割をよりよく理解できるようになります。

Introduction

歴史的には、心不全の予後の評価は、心エコー検査を介してイメージしやすいLV、に焦点を当てている。心エコー検査を使用して左室の構造と機能に関する多くの研究は、LV構造のための正常値の設立につながったと^1,5,6機能している。彼らはLV ⁷のための非常に詳細の区分およびジオメトリの視覚的な描写を可能にするように2次元およびカラードプラ画像から得たLVサイズと収縮機能の測定は非常に重要である。 Mモードは、しばしば、マウスにおいてLV寸法および短縮率（FS）を測定するために使用される。観察者間および観察者内の変動は、このモードを使用して、直径の測定のために低いが、壁厚の測定は^、7非常に可変である傾向がある。色（PWまたはカラードプラ）でパルスドップラー弁逆流^8,9を評価するために使用されています。

LVと同様に、RVが重要な役割を果たしており、有意なpである心肺疾患^1,7,10に罹患した患者における罹患率および死亡率のredictor。しかし、RVの心エコー評価は、その複雑な形状^5,11とその胸骨の位置^8,9ブロック超音波と本質的に困難である。 RVは、LVの周りに三日月状の構造のラッピングされ、低圧および肺血管系⁶への耐性に慣れている薄い壁を持つ複雑な解剖学的構造を持っています。高架血管抵抗（PVR）を克服するために、RVがまず、サイズが大きくなり、肥大を受ける。肺高血圧症または肺血管疾患のような慢性疾患において、RVは最終的に収縮期および拡張期機能^4,5,10の低下をもたらす、進行性の拡張を受ける。

心エコー検査は、その臨床診断能力に存在するいくつかの制限にもかかわらず、PAHのスクリーニングおよび診断に重要な役割を果たしている。の主な利点TTEは、それが非侵襲的であり、それは⁹で軽く鎮静させ、あるいは意識のある動物を上に行うことができる点である。 TTEはまた、PA圧力の合理的な見積りだけでなく、RVの構造と機能^12,13の変化を継続的に評価しています。原因5〜12ミリメートル、高フレームレート（300フレーム/秒を超える）、および高サンプリングレートの深さ約50μmの距離分解能を可能に高周波機械的プローブの開発を含むTTEでの技術的な進歩が、これらに心エコー検査は急速に縮小し、小型マウス心臓^8,11を画像化するための選択ツールです。

2次元（2D）短く、長軸、Mモードおよびドップラー音響ウィンドウを含む複数のビューを使用して、右室機能の長手方向の監視は、RVの解剖と機能の補完的な情報を提供します。総称して、この方法論は、生理学的および病理学的設定でのRV血行動態の完全な縦評価を可能にする ^4,7。

ここで、我々は、RVの解剖学的およびマウスでは、PACに対する二次的機能変化​​を特徴づけるために非侵襲TTEを使用しての詳細なステップバイステップの方法論を提供する。

Protocol

外科手術

1. 8週齢の雄のC57BL / 6マウスを入手し、任意の実験手順が実行される前に1週間順化。
2. 画像化の前に、肺動脈閉塞はAVMAガイドラインに従って、以前に^14を説明したように行い、動物実験委員会のプロトコルを承認されています。
   心エコー画像の取得と測定
   使用される全ての略号を表1にまとめる。

1。傍胸骨長軸（PLAX）、Mモードの表示は、RV商工寸法、短縮率（FS）、およびRVの壁厚さを得るため

1. フルLV胸骨傍の長軸像を得るために、Bモードの設定を使用してください。動物は（6.1をご参照ください。および6.2。）プラットフォーム上で仰臥位に横たわって、反時計回りにノッチが尾側方向を向いて左胸骨傍の行に約30°の角度で動物に40 MHzの超音波プローブ（MS550D）の位置に（ 図1D）のy軸に沿ってわずかに傾けることによって、プローブの角度を調整します。
2. 適切なランドマーク（RV、LV、MV、AO、LA）後は、 図2Aおよび2Bに示されているように、明らかに、Mモードに切り替えて、可視化される。インジケーターラインは、Mモード設定で画面に表示されます。線は、（ 図2AおよびB）ランドマークとして青を使用して、RVチャンバの最も広い部分を通過するように配置されるべきである。
3. このビューでは、RVの壁とIVSがはっきり見えるはずです。焦点深度がRV室の中心に位置していることを確認してください。測定のRVチャンバ寸法、FSおよびオフラインのRV壁の厚さのためにシネストアでデータを記録します。 Mモード画像の例を図2Cおよび2Dに示されている。 （6.3をご参照ください。）

2。ミッドの傍胸骨短軸部分的な区域の変更（FAC）を得た乳頭レベル

1. （ 図1A）は、上記の位置から、Bモードに切り替えて、90°の胸骨傍短軸（ 図1B）を取得するために時計回りにプローブをオンにします。胸骨の閉塞を防止するために、図僅かにプローブのx軸に沿ってプローブを傾ける。
2. ミッド乳頭レベルを得るために、プローブのy軸に沿ってわずかに上下に移動する（6.4をご参照ください。）
3. この図では、乳頭筋は、典型的には2と5時の位置（ 図3）に配置されている。

3。大動脈弁レベル（RV PSAX大動脈レベル）の傍胸骨短軸がRV壁の厚さとPAピーク速度を取得する

1. 大動脈弁断面がウィンドウの中央に表示されるまで（ 図1B）は、上記の位置から、頭蓋骨に向かってY軸にプローブを移動します。
2. 右室流出TRACT（RVOT）は、 図4A及び2のBに示すように、三尖弁は、RAからRVを分離した三日月形の構造として一番上に表示されるはずです。オフラインのRV壁の厚さを測定するためにシネストアを使用してデータを記録します。 （6.5をご参照ください。）
3. 同じ位置に留まる。 （6.6をご参照ください。）
4. カラードプラモードに切り替えて、容器内の流れの方向に黄色PW-破線に平行に配置します。青と赤の色が（ 図4Cおよび4のD）はそれぞれ、離れてから、プローブに向かって流れを示していることに注意してください。
5. 肺動脈弁尖の先端に、PWのカーソルを置きます。 （6.7をご参照ください。）シネストアを使用して記録データを。オフラインのPAピーク速度を測定します。

4。ペンシルバニア州のピーク速度を取得するためにRVおよびPAの傍胸骨長軸の表示を変更した

1. （MS550DまたはMS250プローブを配置し、Bモードの設定に継続）右胸骨傍のライン（ 図1C）、ゆっくりとタイトル図に示すように、明らかに大動脈上でのPA交差点を視覚化するマウスの胸に向けてプローブ（ 図1D）のy軸上のプローブ約30〜45°の角度に図5（a）および 5b。
2. カラードプラモードに切り替えて、容器内の流れの方向（ 図5Cおよび5 D）への黄PW-破線に平行に配置します。肺動脈弁尖の先端に、PWのカーソルを置きます。シネストアを使用して記録データを（。6.6をご参照ください）​​とラインオフPAのピーク速度を測定。

5。データ計算および分析

1. RVの壁の厚さは（プロトコル3）上記のようにRV PSAX大動脈レベルから得られたBモードデータから計算することができる。 図6に、ピンクの領域に示すように（拡張期でRV壁の面積をトレースするツールをトレースする2次元エリアを選択）。すると、（ 図6の青線のように）RVOTの壁の内外周をトレースする距離のトレースツールを使用します。内外周の平均を取る。式を使用して我々は、RVの壁（RVW）の厚さを計算します。 （6.8をご参照ください。）
2. 他の標準的なパラメータの場合は、それぞれのマニュアルを参照してくださいは、データ分析を実行するために製造しています。

6。注釈

1. すべての画像はVevoの2100システムを使用して収集されます。類似画像は、他のメーカーからの超音波イメージングシステムを用いて得ることができる、様々な超音波器具の相対的な長所と短所は、以前は^8,12,15を比較した。それは、すべての画像が、可能な限り盲検様式で得られたし、分析することをお勧めします。
2. このような短いdと麻酔の適切な選択、吸入イソフルラン（2-3％が誘導するために、1.0％を維持するために）のurationは、私たちが再現可能で一貫性の基礎と上昇し、肺動脈を検出することができるように、（500拍/分以上）、正常な生理レートで心拍の維持に不可欠である研究では収縮期血圧。
3. （> 200フレーム/秒）が可能、可能な限り高いフレームレートでデータを収集することを確認します。
4. 最大のチャンバ寸法を持つビューを探します。
5. 原因主にRVの胸骨の位置に肋骨と胸骨に障害物がRVを画像化するこの方法では良好な画像を得るための唯一最大の障害となっている。動物またはプローブを再配置することによって、オペレータは、胸骨のブロックを克服し、RVの必要なビューを取得することができます。これは、動物の生理機能に応じて、5〜15分かかる場合があり。
6. MS550Dプローブは、PACの前に偽とマウスでは使用することができるためには、MS250にプローブを切り替える必要があり、40 MHzのプローブは、レコードにすることが可能です。300〜1,500メートル/秒のピーク速度、MS250が4000ミリメートル/秒の公園速度を捕捉することができるのに対し。
7. それは、PAピーク速度を正確に測定するための20°未満プローブの角度を持つことが許容される。
8. RV壁の厚さと面積/寸法の一貫性のある測定は、両方の長短軸に、複数の音響窓を用いて行った。これらのウィンドウのいくつかの選択は、作業者の経験に依存し、異なる統計結果に寄与する可能性の変動を説明できる。

Results

本研究では、ベースライン心エコー検査は、手術前に48時間実施した。マウスを二つのグループに無作為化した。マウスは、肺動脈閉塞（PAC）および偽操作（偽手術）を受けた。心エコー検査は、外科的処置の翌日、0,3、および7で実施した。動物は、最後のエコー検査の直後に安楽死させ、心臓を組織学的評価のために回収した。カテーテル法は、サブグループ圧力カテーテルを介してRVSPを測定するPACマウス（それぞれn = 3の2 0日および7）で行った。

得られた全ての撮像データをオフラインで分析した。重要なのは、音波検査は、動物が受けた手続きを知らされた。この研究で提示される画像は、2つの独立した撮像装置により撮影した。間および観察者内の変動性を試験し、それぞれ、6％未満及び11％であった。測定は、すべての利用可能な音響のWindowsを使用して得られた- 一緒になって、Bモード、Mモードおよびカラードップラー画像は、RVの構造と機能の評価に使用された。すべての測定は、5心周期にわたって平均した。各測定について、平均値と標準偏差（SD）を得た。多くの場合、同様の測定は、精度と信頼性の比較のために補足...

Discussion

我々は、TTEは、マウスにおいてRVの構造および機能のルーチン評価のための高感度で再現性のある方法を提供することを実証する。 TTEの到来前に、RVの研究は、主に右心カテーテル検査、端末と侵襲的手技^6,9,11,17を通じてRVSP測定に焦点を当てた。

従来の報告は、右心^3,4,11,17-19測定^を行うための様々な技術を記載している。しかし、これまでの研究の大半は、主に定性的ではなく定量的⁵にRVのサイズと構造データを報告した。 RV評価の標準化は、PAHや病気^9,19の他のモデルとの関連で右室機能の最近の関心にもかかわらず、最初の段階ではまだこのようになります。

まとめると、これらのデータは、イメージングの非侵襲的方法は、右室機能障害の早期評価のための信頼性の高い、貴重なツールとなりうることを示す証拠を提供している。我々はestabli非侵襲的に補完的なイメージング·ウィンドウの数を使用して、リアルタイムでのRVの...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
高周波超音波装置	富士フイルムビジュアルソニックス	Vevo 2100
高周波メカニカルトランスデューサ	富士フイルムビジュアルソニックス	MS250、MS550D、MS400
ミラーマイクロ圧力カテーテル		ミラーSPR-1000