高周波高分解能心エコー検査：虚血 - 再灌流マウス心臓における心筋ストレイン、収縮性、および僧帽弁閉鎖不全の非侵襲的な反復測定に関する最初の証拠

このビデオでは、虚血状態における高周波・高解像度心エコー図検査の手順を実演します。麻酔下にあるマウスの左前下行枝を閉塞させることで、再灌流心筋虚血を外科的に誘発します。回復後、マウスを心電図モニタリングおよび麻酔機能を備えた、空気結合型の加温プラットフォーム上に配置します。

長軸方向のストレイン解析および心機能ストレインイメージングと同期性の評価のためにBモードで、また速度プロファイルを得るためにカラードップラーモードで動画を取得します。その後、これらの動画を処理して、ストレイン曲線とストレインに基づく同期性を算出し、LV圧の変化率を求めます。こんにちは、オハイオ州立大学医療センターのDavis心肺研究研究所および外科学教室のChandon Sen博士です。

高周波・高解像度心エコー図法は、同一個体から繰り返し測定を行うことで、臨床的に関連のあるデータを取得できる斬新かつ強力なツールです。本日は、この手法を用いて、虚血灌流させたマウス心臓における心筋ストレイン収縮能および僧帽弁閉鎖不全症を測定する方法を解説します。まず、私の研究室のJason Driggsが、虚血の誘発およびマウス心臓の灌流のための外科的手順を実演します。

次に、私の研究室の生物医学工学博士研究員であるSurya Al博士が、イメージングの手順について実演します。最後に、オハイオ州立大学医療センターのハートセンター所長であり、心エコー検査の臨床専門家でもあるThomas Ryan博士が、結びの言葉を述べます。

それでは開始します。まず、麻酔をかけた8週齢のC 57 black 6雄マウスを加熱手術台の上に置くことから始めます。動物の体温は直腸温度計でモニターし、手術の間、36.7 ± 0.5 °Cに維持する必要があります。

皮膚を消毒剤、続いてアルコールで消毒し、それぞれ3回繰り返します。気管上の正中線を0.7 cm切開して挿管します。近接する腺を鈍的に剥離し、気管を視認します。次に、20ゲージのカテーテルを口腔から挿入し、気管挿管チューブとして使用します。カテーテルの先端を用いて、マウスに0.5%のイソフルランを投与し、換気を行います。

麻酔を維持するため、頸部の皮膚を5-0縫合糸で閉鎖します。手術中の心臓電気生理学的な状態をモニタリングするため、皮下に針を挿入して3誘導ECGを設置します。心臓電気生理学的な変化を記録してください。

PC power labソフトウェアを使用します。動物を回転させて左側を露出させます。横断面に沿って切開します。

次に、第4および第5肋間を鈍的に切開します。心膜を切開する間、銅製肋骨スペレッダーで胸腔を開いたままにします。続いて、肺動脈と左心房の間の心膜にアクセスできるよう、左肺を牽引します。

中隔壁に沿って、7.0以降に左前下行枝が存在します。その下にプロリン縫合糸を配置します。次に、その上にPE 10の太いチューブを配置し、チューブを固定するように結紮します。

虚血を誘発するため、チューブを60分間そのままにします。60分後、ループ内の結紮糸の両端を切断し、心臓を再灌流させます。7-0 proline縫合糸を用いて胸腔を閉鎖します。

胸部領域の皮膚を5-0プロリン縫合糸で閉鎖します。ベンチレーターからガス供給源を取り外し、げっ歯類に室気呼吸をさせます。自発呼吸が始まり、足指のつまみ刺激に動物が反応することを確認した後、37 °Cのインキュベーター内の新しいケージに戻します。

動物がほぼ意識を取り戻し、異常が見られないことを確認して、気管チューブを抜去します。動物が回復したら、イメージングを行うまで飼育室に戻します。ここで述べるイメージングプロトコルは、虚血再灌流の誘発前、および誘発後の3日目と7日目の両方で実施する必要があります。

心機能の変化および壁運動異常を評価するために、まずイソフルランで麻酔したマウスを腹臥位にし、vivo 2100イメージングシステムのプローブの下に配置してイメージング操作を開始します。ノーズコーンを装着して1.5% ISO fluorine空気を継続的に供給し、マウスに伝導ゲルを塗布します。vivo 2100を起動し、トランスデューサMS 400を初期化します。

vivo 2100コントロールパネルのローリングトラックボールを使用して「cardiology」を選択し、標準的なMモード画像を取得します。プローブをマウスに当て、「ctor」をクリックして動画撮影を開始します。測定を行うには、「measurement」をクリックし、LV腔の上下両方の壁において、少なくとも3回の心周期をトレースします。

画面には、壁寸法、収縮期および拡張期の容量、一回拍出量、駆出率（EF）、短縮率（FS）、心拍出量（CO）、および収縮期と拡張期の内径といったパラメータが表示されます。トレースが完了すると、これらのパラメータが自動的に画面に表示されます。Mモード像の撮影が完了したら、マウスを傍胸骨領域に合わせ、Bモードをクリックしてください。

ストレインイメージングを行うには、sinisterをクリックします。次に、プローブを使用して、短軸および長軸のBモードムービーを取得します。ムービーを解析するには、Bモードムービーを選択し、vivo strainアイコンをクリックしてスペックルトラッキングアルゴリズムを使用します。

左側にBモード動画、右側に解析開始ボタンが表示された新しいウィンドウが開きます。心外膜および心内膜の境界線をトレースしてください。「解析開始」アイコンをクリックして、別のウィンドウを開きます。

次に、速度、変位、ひずみ、およびひずみ速度を選択します。ここで関心領域となる点を選択してください。損傷部位を選択すると、ソフトウェアが選択したすべてのパラメータについて、その損傷点に対応する曲線をプロットします。

次に、マウスの右ボタンをクリックして、プロットをコピーするかデータをエクスポートします。心筋同期性の解析を行うには、新しいウィンドウの右側にある「time to peak analysis」アイコンをクリックします。すると、LVセグメント同期性ページと、半径方向および縦方向の速度、変位、ストレイン、およびストレインレートの選択オプションが表示されるウィンドウが現れます。

「strain」ボタンを選択し、データを保存します。変位ひずみ（displacement strain）およびひずみ速度（strain rate）についても同様の操作を繰り返します。ドップラー血流測定を行う際は、動物を胸骨縁に沿った位置（parasternal position）に保持してください。

トラッキングボールを使用して、サンプリングボリュームを僧帽弁、大動脈流出路、および僧帽弁逆流ジェットに配置します。PWをクリックして血流波形を取得します。新しいウィンドウが表示され、上部に動画、下部に速度波形が表示されます。image storeをクリックしてください。

静止画を取得するには、サンプルボリュームを目的の場所に配置し、PWをクリックして画像を保存するという同様の手順で、僧帽弁、逆流ジェット、および大動脈ジェットのパワードップラー逆流血流速度プロファイルを測定します。カラードップラー血流を測定するには、コントロールパネルで「color」をクリックします。次に、カラーコード化された血流画像を用いて、「measure」をクリックし、メニューにある長さアイコンを選択して、オリフィスの半径を測定します。続いて、ドロップダウンメニューから「MV flow」を選択します。

次に、速度分布の最も急峻な勾配の始点と終点にカーソルを合わせます。そして、マウスの左ボタンをクリックして、それぞれの点における速度を確認します。修正RNLI関係式を用いて、水銀柱ミリメートル単位でDT間の圧力降下DPを算出します。

次に、血液量においてMV流入量から大動脈流出量を差し引き、逆流の重症度の指標となる逆流量を決定します。すべての画像を取得した後、マウスが回復したらノーズコーンを取り外し、ケージに戻します。ここで動物飼育施設へ移動させてください。

心筋の半径方向および周方向のひずみ、同期性、カラーフローおよびドップラーフロー測定の代表的な結果を示しています。この心筋ひずみ測定の動画は、虚血再灌流から3日後に実施されたものです。損傷部位において収縮が制限されていることが示されており、観察されたベクトルの長さと矢印は、心筋の変形を示す異常な状態となっています。

色分けされたグラフは、動画内の色付きの点に対応する歪みデータを示しています。この画像は、半径方向の歪みに基づくセクター組織の同期性を示しています。同期時間が20〜30ミリ秒を超える場合は、非同期とみなされることに注意してください。

IR（虚血再灌流）の3日後に撮影したこれらの画像は、僧帽弁の径の測定値および僧帽弁逆流（ミトラルジェット）または開口面積を示しています。ここでは、IR前のマウスにおける機能的パラメータの測定手法を用いて、ソフトウェアで心筋境界をトレースしており、これによりIR前とIR後のパラメータ変化の評価が可能になります。赤色の垂直線は拡張期を、緑色の垂直線は収縮期を表しています。

この動画では、僧帽弁閉鎖不全症におけるカラードプラ血流図を示しています。IR後3日目において、左心房、僧帽弁、左心室、大動脈、および右心房における血流を可視化し、これにより僧帽弁逆流ジェット口面積を算出しています。前述の通り、これはマウスモデルにおける虚血再灌流を研究するための高周波超音波の有用性を示した初の報告です。

このモデルにおいて、ストレイン、同期性、僧帽弁逆流などの高度な定量パラメータが実証されたのは今回が初めてです。ほぼ30年にわたり心エコー図検査の分野に携わり、冠動脈疾患の患者を定期的に診察している立場から申し上げますと、これらの知見は臨床的に意義があり、この手法は虚血および再灌流の研究において重要であると言えます。これらの手順を行う際は、以下の点に留意することが重要です。状態と投与量は極めて重要であり、最小限に抑えることが推奨されます。胸骨傍長軸像の取得には熟練した技術が必要です。逆流最高血流速の測定は、誤差を最小限に抑えるためにDPDTを慎重に算出する必要があります。

以上です。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りいたします。