羊の心機能および肺高血圧症の心エコー評価

サマリー

このプロトコルは、進行中の気管支肺異常形成のラムモデルにおける心エコーによる心筋検査、機能および肺高血圧の評価を記述します。この手法は心肺疾患の連続評価を可能にし、新生児および成人心血管疾患の他の大型動物モデルにも応用可能です。

要約

早産は心機能障害、特に心室機能障害や心臓構造の変異と強く関連しており、進行性心不全やその他の短期・長期の罹患症につながることがあります。しかし、早産児の心機能障害の自然な経歴は明確に定義されていません。伴随肺高血圧症を伴う気管支肺形成不全(BPD-PH)のラムモデルでは、ラム羊は妊娠110〜128日(満期約145日)に分娩され、機械的に換気されます。子羊は早産の心肺合併症を発症し、肺組織学上の肺胞の単純化(BPDの特徴)や、心エコー検査でBPD-PHの進行と一致する肺血管抵抗の増加の兆候を発症します。本記事では、早産および過去の早産子羊(出生後約2か月齢までの)における心エコーによる心エコーによる心型計測と機能の連続評価プロトコルについて説明します。このプロトコルは、アメリカ心エコー学会のガイドラインを適用して開発されました。心エコー検査は、挿管中程度の鎮静を受けた羊に対して、ベッドサイド超音波システムを用いて連続的に実施されます。心房および心室の寸法、右心室および左心室機能、PH関連の測定は、各心エコー検査で得られます。測定値は再現可能であり、臨床状態と相関します。この子羊の心臓構造と機能を評価する心エコープロトコルにより、BPD-PHの特徴付けや治療アプローチの評価が可能になります。

概要

進行性気管支肺形成異常および肺高血圧症(BPD-PH)のラムモデルは、新生児集中治療室(NICU)における早産児が経験する発達期の肺および臨床ケア環境の両方を再現しています。BPD-PH進化モデルでは、子羊は110日(後期の管状期、22〜24週に相当)から満期(145日)まで、さまざまな妊娠期間にわたって分娩され、機械的換気で送られます。子羊は心肺疾患の発症のために最大6か月間追跡されます。このモデルは、早産新生児における酸素豊富なガスを用いた機械的換気による病態生理および組織病理を再現し、肺胞の単純化や肥厚した^鼻中隔1を含みます。BPD-PHのラムモデルの強みは、人間の発達期肺の段階に類似していることと、比較的大きな子羊の体型により、頻繁な採血やNICU²から直接輸入した臨床機器の使用が可能であることにあります。ここでは、子羊の心機能および肺高血圧症(PH)の評価のための連続心エコー検査のプロトコルを報告します。

BPD-PHは早産の生存者に共通し重要な心肺合併症です。低い妊娠周数と出生体重で生まれた乳児は、BPDおよびBPD-PH3のリスクが最も高いです。BPD-PHは、早産に伴う異常な肺の発達と機械的・酸化的ストレスにより^{数か月にわたる}血管の再構築が起こることで発生します。これにより肺血管抵抗が増加し、右心室の負担や重症症では機能不全を引き起こし、最終的に乳児後期および幼児期における罹患率や死亡率が増加^{します5。}

心エコーは、左右心室のいくつかの解剖学的および生理学的特徴を非侵襲的に連続的に評価することを可能にします。アメリカ心エコー学会は小児経胸腔心エコー検査のガイドラインを発表しています ^6,7。BPD-PHの新生児ラムモデルのような前臨床モデルには同様のガイドラインは存在しません。ここでは、新生児ラムモデルに合わせて修正した心エコー検査プロトコルを紹介します。ラムの胸部と腹部区画の解剖学的構造上、肋下の観察は困難ですが、頂端および副胸骨の観察は容易に取得可能です。これらの視点により、心室中隔位置、肺動脈加速時間(PAAT)、三尖弁環状収縮期外移(TAPSE)、三尖弁逆流、右心室(RV)変化面積(FAC)、左心室(LV)駆出分数(EF)など複数のパラメータを用いて心機能とPHの包括的な評価が可能です。さらに、心エコー測定値と臨床状態および心臓カテーテル検査結果を相関させ、BPD-PHのラムモデルにおける非侵襲的心臓評価方法としての心エコーの有用性を検証しました。

プロトコル

すべての実験手順は、ユタ大学の施設動物ケア・利用委員会の動物取り扱いおよび訓練基準に準拠して実施されました。

1. 手順の設定

1. 子羊をうつ伏せの状態でスリングに置きます。
2. 特に記載がない限り、このプロトコルで記述されるほとんどの心エコー図の表示では、エコー心エコー技師をラム羊の左側に位置してください。
3. 超音波装置をスリング装置の頭部に置き、心エコー技師が左手でコントロールとインターフェースし、右手でトランスデューサーを持てるようにします。
4. アシスタントを使って子羊の位置を整え、助手は子羊の反対側に位置します。経胸心エコー画像取得に用いられる実験装置とラムの位置については 図1 を参照してください。
5. 検査中は酸素飽和度(SpO₂)、動脈血圧、心拍数をモニターしてください。SpO₂が2分間<90%のままで、心拍数が<60/分、呼吸数が>100/分である場合、または動脈血圧が手術前ベースラインから>15%低下した場合は、バイタルサインを安定させるために手術を中止するか、手術中止してください。

図1。子羊における経胸腔心エコー画像取得のための実験装置。 スリング内でのラムの位置を示す代表的なセットアップ。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

2. 超音波装置のセットアップ

1. 識別子、体重、血圧(収縮期、拡張期、平均値)などの被験者情報を記録します。
2. 希望するトランスデューサーを選択します。子羊の場合は12S(5–11 MHz)の位相配列心臓トランスデューサーを使用します。
3. 利用可能な場合は、心臓画像用の超音波プリセットを選択してください。
   注意:心エコー取得時には、心拍数、呼吸状態、鎮静レベルなどの生理的条件を一貫させてください。これらの要因はドップラー由来の測定に影響を与えることがあります。

3. ラムの位置とトランスデューサー位置

1. 標準的な経胸腔心エコービューを得るために必要な正確なラム位置およびトランスデューサー位置は、出生時の妊娠周数、出生後年齢、肺膨張、腹部膨張度によって異なる場合があります。
2. 伏せの姿勢で始め、子羊の左脚は自然に胸に寄りかかり、スリングに乗せて左腋と胸部を下から露出させます。最適な視界を得るために、子羊のスリング内での位置を調整します。必要に応じて、子羊をスリング内で部分的から完全な右側側脱臼の位置に置きます。
3. 超音波の伝導を最適にするために、トランスデューサーの先端とラム胸壁に超音波ジェルを塗布します。
   注:以下に述べる視点は通常、胸部のより腹側側(すなわち胸骨に向かう側)の第3〜6肋間隙間で取得されます。

4. 標準的な頂端ビューを取得する

注:頂端の見方は早産および満期の子羊でより得やすいです。私たちの経験では、子羊が2ヶ月を超えると胸部が拡大し、心臓の頂点が胸壁から離れて移動するため、左胸部からはこれらの視界を得にくくなります。

1. トランスデューサーを第5〜第6肋間に位置させます。
2. トランスデューサーを右肩に向けてください。
3. トランスデューサーの指示器を背側から子羊の左耳の方を向いています。
4. 標準的な頂端四室(A4C)の視点を得るには、トランスデューサーの尾を後方方向に扇状にし、必要に応じて時計回りまたは反時計回りにトランスデューサーを回転させ、右心室と左心室の最大外縁が見え、右心房と左心房を短縮せずに可視化します。最適なA4Cの視点では、三尖弁と僧帽弁は見えますが、左心室流出路(LVOT)は見えません(図2A)^6,7。
5. A4Cの表示が得られたら、以下のパラメータを取得します。
   1. RAおよびLAの寸法、RVの寸法、RVの測定のために、少なくとも3つの心臓周期(5〜7サイクルが望ましい)のシネループを記録し、中隔位置の主観的評価、LV駆出率(以下で述べるLV焦点の頂端2室ビューも必要)を測定します。^6,7。
   2. カーソルを外側三尖弁環に合わせ、^Mモードで^6,7,8をトレースしてTAPSEを測定します。
   3. 僧帽弁環状面収縮期外移(MAPSE)を外側僧帽弁環状環に合わせてM^{モードトレース}を記録することで測定します。
6. A4Cビューを維持しつつ、カラードップラーを加え、カーソルをドップラー流にできるだけ平行に配置して以下のパラメータを得ます(理想的にはインソネーション角度<20°)。
   1. 三尖弁の反芻の存在とピーク速度を評価し、関心領域ボックスを三尖弁の色信号に平行に合わせ、連続波ドップラー^{トレース6,7}を記録します。
   2. 僧帽弁の逆流の存在とピーク速度を評価するために、関心領域ボックスを僧帽弁の上に置き、カーソルを僧帽弁を通る色信号と平行に合わせ、連続波ドップラーで^{6,7,10を追跡します}。
   3. 僧帽弁の流入E波およびA波(E/A比)を測定するには、関心領域ボックスを僧帽弁の上に置き、カーソルを僧帽弁流入を通るカラー信号と平行に合わせ、拡張期中に開いた僧帽弁の葉先端にサンプルゲートを配置し、パルス波ドップラーで^{6,7を追跡して}記録^{します。10}。
7. LVに焦点を当てたA2Cビューを取得します:
   1. A4Cの視点とトランスデューサーの頂端位置を維持しつつ、トランスデューサーを左心軸の周りに反時計回り(約45°〜90°)回転させ、逆赤角と左心が消え、左心と左心が見えるLV A2Cビューが見えるまで続けます(図2B)。
   2. LV中心A2Cビューで、LV排出率のために必要な3回以上の心拍出サイクル(5〜7サイクルが望ましい)のシネループを記録^{してください。}
      注:僧帽弁逆流および流入の追加評価は、ステップ4.6.2および4.6.3で説明された方法を用いてLV焦点A2Cビューで得ることができます。
8. LVOTに焦点を当てた頂端5室(A5C)の図を取得してください:
   1. 標準的なA4Cビューに戻り、トランスデューサーを前方に傾けてわずかな回転調整を加え、LVOTが見えるようにします(図2C)。
   2. カーソルをLV流出と平行に合わせ、ゲートを大動脈弁環のすぐ近くに配置し、パルス波ドップラートレーシングでLVOTのVTIを測定することで、LVOTの速度時間積分を測定します。VTIと大動脈弁環径(PLAXで取得され、以下ステップ6.2.2で説明)を用いて、成人の場合の左心室心拍出量(CO)を推定します。以下の式^6,7,12,13を使用します。
      

図2。子羊の代表的な頂端および胸骨傍側長軸心エコー図。(A) 収縮末期の標準的な頂端四室(A4C)の視点。(B) 収縮末期のLVとLAを強調するLV焦点の頂端2室(A2C)ビュー。(C) 左心室流路を示すLVOT焦点頂端5室(A5C)ビュー。(D)大動脈弁と上行大動脈を含む胸骨側長軸(PLAX)図。Ao、大動脈;左心房はロサンゼルス、左心室左心室;左心室流路(LVOT);右心房のRA;右心室、右心室。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

5. 副胸骨短軸ビュー(PSAX)を取得する

1. トランスデューサーは胸骨近くの第4および第5肋間隙の間に設置し、指示器は背側に向かいやや尾側に向けます。
2. トランスデューサーを胸骨からスライドさせ、わずかに左右に回転させ、トランスデューサーの尾を頭蓋または後方に扇状にして、PSAXの大動脈弁の正面ビューが見えるまで微調整します(図3A)。
3. 大動脈弁を正面から視界の中央に置き、トランスデューサーテールを扇状にして右心室流路(RVOT)と肺動脈(PA)が見えるようにします(図3B)。カラードップラーを加えると、以下のようになります。
   1. PAATを測定するには、カラドップラーを用いて流れの方向と画像品質を評価し、カーソルを流れに平行に合わせ、ゲートを肺弁のすぐ近くに配置し、パルス波ドップラートレースを得ます(図3D)^13,14。
   2. カラードップラーとパルス波ドップ^ラー15を用いて、動脈管の存在と流れの方向を評価します。
4. 大動脈弁の正面のPSAXビューに戻り、トランスデューサーの尾を頭部に向かって扇状にして、僧帽弁のレベルでPSAXのビューを得ます。扇ぎ続けて、乳頭中央筋のレベルに達するまで続けます(図3C)。
   1. 少なくとも3つの心拍サイクル(5〜7サイクルが望ましい)のシネループを記録し、心室中隔の位置と厚さを評価し、左心室収縮末期離心率指数(LVesEI)およびRV:LV末期収縮期直径比^6,7を測定します。

図3。子羊の代表的な胸骨傍側短軸心エコー図。 (A) 大動脈弁のレベルにおける胸骨側短軸ビュー。(B) トランスデューサー扇動後の右心室流出路(RVOT)および肺動脈を示す胸骨傍短軸ビュー。(C) 乳頭中部のレベルで得られる胸骨傍短軸視点。(D) 肺動脈のパルス波ドップラートレーシング(PAAT)の測定に用いられる代表的なパルス波ドップラートレーシング。Ao、大動脈;AV、大動脈弁;左心房はロサンゼルス、PA、肺動脈、PAAT(肺動脈加速時間);右心室のRV;RVOT、右心室流路。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

6. 胸骨側長軸ビュー(PLAX)を取得する

1. トランスデューサーを大動脈弁のPSAXビューに戻し、約90°回転させてインジケーターを頭蓋状に位置させてPLAXビューを得ます(図2D)。
   注意:トランスデューサーテールを揺らすと頭蓋骨の先端が多く露出し、トランスデューサーテールを揺らすと後方でLVOTと上行大動脈がより多く露出します。
   注意:どちらの姿勢でも、トランスデューサーテールを上向き(椎骨に向かって)扇動すると左室の流入が露出しますが、トランスデューサーテールを下向き(脚の方へ)扇状にすると、LVOT、大動脈弁、上行大動脈がより多く露出します。
2. PLAXビューでは、以下のパラメータが得られます。
   1. 左心室短縮率を測定するには、カーソルを左室の長軸に垂直に合わせ、左心室の小軸と交差させ、M^{モードのト}レース^6,7を記録します。
   2. 大動脈弁の環状直径を測定するため、LVOTと大動脈弁を可視化するためにPLAXビューを最適化します。収縮末期の弁ヒンジポイントで大動脈弁環の直径を測定するため、少なくとも1つの心周期のシネループを記録します。この値をVTIと組み合わせて心拍出量を推定し、前述の6,7,12,13を推定します。

7. 右胸部からの追加ビューを取得する

1. 必要に応じて、上記の方法を用いて右胸部から追加のPSAXおよびPLAXビューを取得します。

結果

アメリカ心エコー学会(ASE)の小児心エコーガイドラインで推奨される標準的な所見の大半は、子羊でも得ることができます。標準のA4Cビュー、A2Cビュー、LVOTを含むA5Cビューを可視化できます(図2A–2C)。LVOTを含む胸骨傍長軸視点も可能です(図2D)。大動脈弁、肺動脈、乳頭筋のレベルを含む胸骨傍ら短軸の全ビューを得ることができます(図3A–3C)。肺動脈ドップラー画像によりPAATの計算が可能です(図3D)。子羊の胸部および腹部区画の解剖学的構造上、肋下や胸骨上側の観察は不可能である。

心エコー検査で日常的に計算できる主要なPH指標であるPAATと、羊の心臓カテーテル検査時に得られる直接的な肺動脈圧測定...

ディスカッション

心エコーは、BPD-PHが進行する早産および過去の早産子羊(妊娠週数で約2か月以内)を含む子羊の心臓構造、機能、pHを非侵襲的に評価する方法を提供します。新生児子羊の心エコー検査の重要な側面は、確立されたガイドラインに基づく標準化されたプロトコルの使用と、ヒト乳児で臨床的に用いられている画像取得および測定の厳密さとベストプラクティスの適用です。

他の研究者は、羊などの反芻動物では信頼できる心エコー画像が右胸部からのみ取得できると報告しています。しかし、早産および若い子羊(妊娠週数を補正した場合約2か月以内)に特有の点として、左胸の頂端視や、左右両側の胸骨側近軸・長軸の観察が可能です。これは、新生児の子羊の比較的狭い直径と竜骨状の胸部を持つため、心臓が高齢の反芻動物よりも左胸壁に近い位置にあると考えられます。キール状胸部の利点は、ヤギや一部の犬種(例:グレイハウンドやドーベルマン)など多くの四足歩行動物にも見られますが、種や年齢によっては胸部の両側から画像を取得することができる点^で...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
位相配列心臓トランスデューサ	GE	H44901AB	12S-RSプローブ; 4.5–12.0 MHz
動物位置用スリング	現場で丈夫な布地から作成	N/A	撮像中に子羊を仰臥位に固定するために使用
超音波ジェル	Parker Laboratories, Inc.	PLI 01-08	Aquasonic 100超音波伝導ジェル
超音波撮像システム	GE	H48232DM	Vivid iq Vet v208