Summary
Dieser Artikel enthält ein Protokoll für die echokardiographische Beurteilung der Rechtsherzgröße und Lungenhochdruck bei Mäusen. Die Anwendungen umfassen Phänotyp Bestimmung und Serienbewertung in transgenen und Toxin-induzierten Maus-Modellen der Kardiomyopathie und Lungengefäßerkrankung.
Abstract
Transgene und toxische Modelle der pulmonalen arteriellen Hypertonie (PAH) werden häufig verwendet, um die Pathophysiologie der PAH zu untersuchen und mögliche Therapien zu untersuchen. Angesichts der Kosten und Zeit bei der Schaffung von Tiermodellen der Krankheit beteiligt ist, ist es entscheidend, dass Forscher haben Werkzeuge, um die phänotypische Expression Krankheit genau zu beurteilen. Rechts Dysfunktion ist der Haupt Manifestation von Lungenbluthochdruck. Die Echokardiographie ist die Hauptstütze der nicht-invasiven Beurteilung der rechtsventrikulären Funktion in Nagetiermodellen und hat den Vorteil der klaren Übersetzung für Menschen, bei denen das gleiche Werkzeug verwendet wird. Veröffentlicht Echokardiographie Protokolle in Mausmodellen von PAH fehlen.
In diesem Artikel beschreiben wir ein Protokoll für die Beurteilung der RV-und Lungengefäßfunktion in einem Mausmodell der PAH mit einer dominanten negativen BMPRII Mutation, jedoch ist dieses Protokoll für alle Erkrankungen des Lungengefäßsystems oder rechten Herzen. Wireine ausführliche Beschreibung der Tierpräparation, Bildaufnahme und Berechnung von hämodynamischen Schlagvolumen, Herzminutenvolumen und einer Schätzung des Lungenarteriendrucks.
Introduction
Erhöhte Lungendruck und der rechten Herzkammer (RV) Dysfunktion sind die Markenzeichen des Lungengefäßkrankheiten in Tiermodellen und menschlichen Patienten mit pulmonaler arterieller Hypertonie (PAH). Transgene und toxisch (zB Monocrotalin oder Hypoxie) Modelle der PAH sind weit verbreitet, um die Pathophysiologie der PAH zu untersuchen und mögliche Therapien zu untersuchen. Angesichts der Kosten und Zeit bei der Schaffung von Tiermodellen der Krankheit beteiligt ist, ist es entscheidend, dass Forscher haben Werkzeuge, um die phänotypische Expression Krankheit genau zu beurteilen.
Die Echokardiographie ist die Hauptstütze der nicht-invasiven Beurteilung der Herzfunktion in Nagetiermodellen 1,2. Die Echokardiographie hat den Vorteil der klaren Übersetzung für Menschen, bei denen das gleiche Werkzeug verwendet wird. Darüber hinaus zeigen einige genetische Modelle unvollständiger Penetranz 3, die Fähigkeit, nicht-invasiv zu identifizieren betroffenen Tiere spart wertvolle Zeit und Ressourcen. Nicht-invasive Beurteilung der disease Schwere, ohne ein Tier erlaubt auch Forscher seriell die Auswirkungen der Untersuchungs Therapien zu studieren. Dies ist besonders wichtig angesichts der Schnelligkeit, mit der Translationstherapien für den menschlichen Versuchen 4,5 Fortschritt.
Beim Menschen ist echokardiographische Beurteilung der RV Größe und Lungenhochdruck besonders schwierig wegen der retrosternalen Position und unregelmäßige Form des RV 6. Nager-Modelle haben die zusätzlichen Herausforderungen des geringen Größe und extrem schnelle Herzfrequenzen (300-700 Beat / min). Jüngste Fortschritte einschließlich höhere Bildraten und kleinere Messwandler Bildqualität und erlaubt sogar bewusst Bildgebung in einigen experimentellen Protokolle verbessert, obwohl die meisten Nager-Bildgebung wird unter Narkose durchgeführt 7,8. Ausgezeichnete experimentelle Protokolle der Echokardiographie in Rattenmodellen von PAH sind beschrieben und validiert sowohl gegen invasive Hämodynamik MRI und 1,9 worden. Allerdings veröffentlicht EchokardiographieProtokolle in Mausmodellen von PAH fehlen.
In diesem Artikel beschreiben wir ein Protokoll für die Beurteilung der RV-und Lungengefäßfunktion in einem Mausmodell der PAH mit einer dominanten negativen BMPRII Mutation und einem Modell der isolierten RV Nachlast nach Lungenarterie Streifenbildung, jedoch ist dieses Protokoll für alle Krankheiten, die die Lungengefäßen oder rechten Herzen. Wir beschreiben, Tier Vorbereitung und detaillierte Bewertung der RV Größe und Funktion sowie die wichtigsten Lungenarterie Größe (PA). Wir zeigen auch die Techniken und Berechnungen erforderlich, um das Schlagvolumen und Herzzeitvolumen zu schätzen. Technische Beschränkungen entgegenstehen Doppler genaue Schätzungen der Lungendruck, aber wir haben uns gut validierten Surrogat menschlichen, Lungenarterie Beschleunigungszeit, PA-Druck schätzen aufgebracht.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Vorbereitung der Ausrüstung
- Untersuchen Sie die Ultraschallwandler für Mängel. Abhängig von der verwendeten Ausrüstung, kann dieser Schritt unnötig.
- Wenn eine Luftblase beobachtet wird, entfernen Sie die Schraube auf der rechten Seite des Wandlers Kopf und fügen sterilem Wasser durch das Loch mit einem 26-G-Nadel. Luftblasen im Schallkopf sind häufig. Sie werden den Erwerb der Bildqualität beeinträchtigen.
- Prüfen Sie die Membran, die die Sonde auf Lecks oder Löcher. Ersetzen Sie, wenn nötig.
- Öffnen Sie die Software und initialisieren Sie die Sonde.
- Wählen Sie das Herz-Paket aus dem Dropdown-Menü, zusammen mit der entsprechenden Wandler. Klicken Sie auf "initialisieren". Verwenden Sie eine 20 bis 60-MHz-Sonde für Mäuse unter 35 g und einer 15-45 MHz Sonde für Mäuse mehr als 35 g.
- Wählen Sie den Operator-, Tier-und Datum auf dem Demografie-Bildschirm, und wählen Sie "Start".
2. Maus PreparatIonen-Inklusive Anästhesie, Haarentfernung, und Positionierung
- Anästhesie: Ort mit der Maus in eine Induktionskammer und betäuben mit einem tragbaren, Tischplatte Anästhesiegerät, das eine Isofluran-Verdampfer und eine Abgas-Container.
- Gesetzt den Verdampfer zu 3% mit einem Sauerstoffdurchflussrate von 3 L / min. Diese relativ hohe Rate der Anästhesie wird verwendet, um schnelle betäubende Wirkung zu erzielen und damit Stress-Reaktion, die Herzfunktion beeinflussen können, zu minimieren. Die kurze Dauer des Protokolls minimiert mögliche Risiken für das Tier. Es ist sehr wichtig, immer gleich zu halten die Anästhesie Rate. Dieses Protokoll ist für die ausschließliche Verwendung von Isofluran als Anästhetikum optimiert somit optimale Bedingungen für andere Mittel können zu diesem Protokoll variieren. Eine geringere Tiefe der Anästhesie kann so gewählt werden, abhängig von experimentellen Anforderungen, aber sobald ein Anästhetikum Protokoll hergestellt ist, muss er nicht geändert werden. Anästhesie betrifft Herzfrequenz und other hämodynamischen Messungen. Deshalb, wenn die Tiefe der Anästhesie während eines Experiments verändert, können die Daten nicht nützlich für Analysen sein. Wenn mehrere Mäuse an einem Tag abzubildenden betäuben sie separat.
- Überwachung der Raumtemperatur um sicherzustellen, dass die gleiche zwischen den experimentellen Gruppen. Die Raumtemperatur kann Vasoreaktivität beeinflussen, auch wenn die Maus auf einem beheizten Tisch, so sollte es überwacht und hielt die gleiche zwischen experimentellen Gruppen, die verglichen werden sollen werden. Obwohl dieses Protokoll nicht Tier Temperatur direkt zu messen, sorgt für eine konstante Umgebungstemperatur und Tisch, dass es wenig Veränderung in der Temperatur zwischen experimentellen Gruppen.
- Haarentfernung: Entfernen Sie Haare aus der Brust mit einer Enthaarungscreme, nachdem die Maus narkotisiert. Start-Anwendung mit einem Wattestäbchen an den Schlüsselbeinen, und weiter bis knapp unterhalb des Zwerchfells.
- Platzieren Sie die Maus wieder in der Anästhesie Kammer für 1 min, damit die Enthaarungscreme zu arbeiten. Um festzustellen, ob Narkose wirksam ist, drücken Sie fest Daumennagel gegen einen von der Maus die Pfoten. Wenn es keine zurückziehen, ist ausreichende Anästhesie. Wenn das Glied zurückzieht, die Maus wieder in der Anästhesie Kammer für eine weitere Minute.
- Tragen Sie eine kleine Menge Schmier Salbe auf die Augen der Maus, um Schäden an der Hornhaut zu vermeiden.
- Entfernen Sie Haare aus der Brust mit einem 2 x 2 in Gaze. Der in der Enthaarungscreme benutzt Chemikalie ist ätzend, und wird die Haut schädigen, wenn sie zu lange auf der linken Seite ist, so ist darauf zu achten, alle Produkt von der Haut zu entfernen.
- Tragen Sie eine Feuchtigkeitsspender folgenden Haarentfernung.
- Positionierung: Legen Sie die Maus in einem ventrodorsal Position auf einem beheizten Tisch bis 37 ° C eingestellt Die richtige Positionierung ist zwingend notwendig, um den Erwerb der Bildqualität. Verwenden Sie eine Tabelle, die Körpertemperatur, Atmung und Herzfrequenz erfassen. Verwendung eines integrierten Schienensystem alleows für die präzise Positionierung und anschließend Bildoptimierung.
- Vorsichtig kleben Sie alle vier Pfoten und wenden einen Cent große Menge Gel Übertragung auf der Brust.
3. Erwerb der Bilder: Imaging in Parasternale langen Achse
- Sperren Sie die Ultraschallwandler in Platz innerhalb der Halterung auf dem Schienensystem, und drehen Sie es 10 ° gegen den Uhrzeigersinn, so dass die Metallsonde der Wandler wird direkt über dem Herzen positioniert. Genauer gesagt, sollte die Sonde auf der linken Seite der Brust, im 2. oder 3. Interkostalraum, und seitlich des Brustbeins.
- Manipulation der x-und y-Achsen auf dem Schienensystem liegt, bis die korrekte Sicht erhalten wird.
- Wählen Sie "B-Modus". Dies ist in dem oberen rechten Abschnitt der Systemkonsole gefunden, um eine 2D-Livebild zu projizieren.
- Sehen Sie sich die folgenden anatomischen Strukturen auf dem Monitor:
- Das gesamte Herz von der Spitze zu aorta - Die Spitze wird auf der weit links auf dem Bildschirm, und der Aorta auf der rechten Seite dargestellt werden.
- Das Lumen des linken Ventrikels (LV)
- Posterioren Wand des linken Ventrikels (LPW)
- Scheidewand (IVS)
- Das Lumen des rechten Ventrikels (RV)
- Vordere und hintere Mitralsegel (AML und PML)
- Aufsteigenden Aorta (AO)
- Linken Vorhof (LA)
- Erhalten einer diametralen Messung der Aorta in dieser Ansicht durch Drücken der Scan-/ Gefriertaste "einfrieren", das Bild. Dann verwenden Sie die Maus, um zurück durch die Video-Loop am unteren Rand des Bildes zu ziehen, bis die linke Herzkammer ist in der Systole und der Aorta am größten Durchmesser.
- Klicken Sie auf das Messwerkzeug in der oberen linken Ecke des Bildschirms und wählen Sie das Symbol, das wie eine diagonale Linie aussieht. Linke Maustaste klicken und eine gerade Linie von der vorderen bis zur hinteren Wand der Aorta, perpendicular zu seiner Längsachse. Sparen Sie durch Drücken der "Frame Store"-Taste.
- Erstellen Sie ein Video-Loop durch Drücken von "Cine Store"
. 4 Erwerb der Bilder: Imaging in Parasternale kurze Achse anzeigen
- Positionieren Sie den Wandler auf die 3 und 9 Uhr-Position (quer). Winkel leicht kaudal durch die Manipulation der Schwingerhalterung, um den besten Blick auf die Aorta und LV-Lumen erreichen. Die Metall-Sonde wird horizontal und direkt über dem Brustbein positioniert werden.
- Manipulation der x-und y-Achsen auf dem Schienensystem, bis die korrekte Sicht erhalten wird. Die LV Lumen gesehen werden, zusammen mit den anterolateralen oder posteromedial Papillarmuskeln, die auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt werden. Dies ist der Standard-Referenzpunkt für die kurze Achse, welche die Mittelabschnitt des linken VentrikelsGegebenen Dimension Messungen durchgeführt werden. Abweichend etwas von dem Referenzpunkt mit der x-und y-Achsen auf verschiedenen anatomischen Strukturen im Hinblick bringen wird notwendig sein, aber die Positionierung unter Bezugnahme auf das oben Ansicht erläutert.
- Besorgen Sie sich die folgenden Messungen in der kurzen Achse:
- B-Modus
- Zwei weitere diametrale Messungen der Aorta.
- Drei Messungen des pulmonalen Ausflusstrakt.
- Pulsed-Wave-Doppler-Modus (PW)
- Drei Geschwindigkeitsmessungen Zeitintegral (VTI) der Aorta
- VTI drei Messungen der Lungenarterie gemessen unmittelbar proximal zu der Pulmonalklappe.
- Lungenarterie zu messen Beschleunigungszeit durch Verfolgen des VTI-Kurve vom Beginn des Blutflusses zu Spitzengeschwindigkeit.
- M-Modus
- Drei Messungen des linksventrikulären Innendurchmesser in diastole (LVIDd)
- Drei Messungen des linksventrikulären Innendurchmesser in der Systole (LVIDs)
- Drei Messungen des rechten Ventrikels Innendurchmesser (RVID). Die RV-Lumen sind nur sichtbar, in dieser Ansicht, wenn sie gedehnt wird.
- Messung der Herzfrequenz dreimal mit m-Modus durch Verfolgen der Abstand zwischen zwei Spitzen der diastolischen vorderen Wand des LV in drei verschiedenen Herzzyklen.
- B-Modus
- B-Modus-Messungen:
- Bearbeiten Sie die Y-Achse kranial von der Papillarmuskel Ansicht, bis die halbmondförmige Ventil der Aorta in den Fokus kommt.
- Erhalten Messungen der Aorta oberhalb des Ventils an dem größten Durchmesser.
- Klicken Sie auf das Messwerkzeug in der oberen linken Ecke des Bildschirms und wählen Sie das Symbol, das wie eine diagonale Linie aussieht.
- Linke Maustaste klicken und eine gerade Linie von der vorderen bis zur hinteren Wand der Aorta.
- Manipulieren ter x-und y-Achse, bis die Hauptlungenarterie verzweigt. Diese Struktur wird nach vorne zu sehen ist, und auf der rechten Seite der Aorta auf dem Monitor.
- Manipulation der y-Achse, bis die kranial Ringraum des Hauptlungenarterie in Sicht kommt. Es ist nicht so klar wie die Aorta definiert werden.
- "Freeze" das Bild und erhalten Sie die Messung in der Systole.
- Sammeln Sie drei Messungen insgesamt.
- Pulsed-Wave (PW) Doppler-Messungen: PW-Modus ist vor allem für die hämodynamische Beurteilung der Blutfluss durch die Arterien und Venen eingesetzt. In diesem Protokoll wird verwendet, um drei Geschwindigkeitszeitintegralmessungen der Aorta und Lungenarterie abzurufen.
- Bringen Sie die Aorta wieder in den Blick, wie in Schritt 4.3.1 und Punkt 1 beschrieben.
- Wählen Sie "PW-Modus". Dies ist auf der oberen rechten Ecke der Systemkonsole angeordnet und wird eine Doppler-Messung des Blutflusses durch die Aorta zu erzeugen.
- Legen Sie das sample Volumen gerade über dem Niveau der Aortenklappe. Die x-und y-Achse müssen leicht angepasst, um eine ausreichende Doppler Umschläge erhalten. Die Umschläge sollten weiße Ränder, und einen hohlen Inneren anzeigt laminaren Blutfluss haben.
- Sobald eine ausreichende Sicht erhalten wird, "einfrieren" das Bild und Spuren die Grenze des Doppler-Umschlag. Dies wird die VTI berechnen.
- Drehen Sie die "Angle"-Knopf befindet sich auf der Systemkonsole im Uhrzeigersinn, bis der segmentierten gelbe Linie im Bild auf der oberen rechten Seite des Monitors zu sehen ist, auf 0 °. Diese gelbe Linie stellt die Richtung der Blutströmung durch das Gefäß. Da der Wandler selbst ist derart, um einen Querschnitt bzw. Queransicht des Herzens herzustellen abgewinkelt, muss die Leitung auf 0 ° eingestellt werden, um mit der vertikalen Strömung von Blut durch die aufsteigende Aorta anzupassen.
- Platzieren des Probenvolumens proximal zu der Ebene der Pulmonalklappe in die Mitte desrechten Ausflusstrakt und wiederholen VTI Messungen wie oben. Der Blutfluss invertiert angezeigt, oder die Blutströmung in Bezug auf die Aorta auf dem Monitor Gegenteil.
- Bringen Sie die Aorta wieder in den Blick, wie in Schritt 4.3.1 und Punkt 1 beschrieben.
- M-Modus-Messungen: M-Modus-Bildgebung bietet hohe zeitliche Auflösung der Gewebebewegung entlang einer einzigen Ultraschallstrahl und wird verwendet, um den Hohlraum Dimensionen quantifizieren sowie den Klappenfehler, Herzmuskel und Gefäßwandbewegung zu studieren.
- Fortsetzen "B-Modus" und positionieren den Signalwandler, die "Referenzansicht" (der Querschnitt des linken Ventrikels auf Höhe der Papillarmuskeln) zu erhalten.
- Drücken Sie die "M-Modus". Dadurch wird eine kontinuierliche Video-Feed, in dem die Bewegung der folgenden anatomischen Strukturen werden als "Band" sichtbar zu produzieren. Wenn geweitet werden die RV-Lumen an der Spitze der Förder als eine sehr dünne schwarze Band erscheinen. Die Scheidewand (IVS) wird als opake Farbband direkt unter der RV sichtbar seinLumen. Die LV Lumen wird direkt unterhalb der IVS zu sehen. Es ist der große schwarze Raum, der die Mehrheit der Futtermittel einnimmt. Unterhalb der LV-Lumen ist der LV Hinterwand (LVPW), die als eine undurchsichtige Band zu sehen sein wird.
- Frieren Sie das Bild und wieder zurück ziehen durch die Video-Loop, wenn bis zu einem Punkt, wo die Atmung nicht auftritt benötigt. Wenn die Maus atmet, die Bildaufnahme durch die Bewegung der Membran und der Brustwand unterbrochen, wodurch ein verzerrtes "verschmiert" Artefakt in der Beschickung, die mit regelmäßigen Frequenz auftritt.
- Besorgen Sie sich die folgenden Messungen mit der Diagonale-Symbol:
- Drei Messungen der LV enddiastolischen Dimension, die als der größte Abstand zwischen der IFD und LVPW erscheint.
- Drei Messungen des systolischen LV Ende Dimension, die als der kürzeste Abstand zwischen der IFD und LVPW erscheint.
- Drei Messungen der Herzfrequenz, die durch Klicken auf das Herzsymbol und Messung von systolischen Spitzen zu tun istsystolischen Spitze der LVPW.
- Wenn die RV Lumen erweitert, erhalten drei Messungen mit der Diagonale-Symbol.
- Nehmen Sie ein Video-Loop der parasternalen kurzen Achse Blick in "B-Modus" durch Drücken der Taste "Cine-Store".
- Gehen Sie auf "Datei", wählen Sie "Browse-Studie", um Ihre Messungen rekapitulieren, klicken Sie auf "End Session", und dann "Commit Session-Daten."
- Recover die Maus wie von der IACUC Protokoll dargelegt, und aufräumen.
- Exportieren von Daten als CSV-Datei auf einen USB-Stick für die spätere Analyse.
- Berechnen der folgenden Parameter der Herzfunktion (Tabelle 1):
- Die linksventrikuläre Ausflusstrakt Bereich
- Linken Ventrikels Schlagvolumen
- Linken Herzkammer Herzleistung
- Verkürzungsfraktion
- Lungenarterie Bereich
- Lungenarterie Beschleunigungszeit
- Rechten Ventrikel Schlagvolumen
- Cardiac Index
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Die wichtigsten Ziele dieses Protokolls sind RV Größe und Funktion zu quantifizieren und den Grad, zu dem die Lungengefäße erkrankt zu verstehen. Entsprechende Vorbereitung sowohl die Maus und Echokardiographie Ausrüstung ist wichtig, um genaue und reproduzierbare Ergebnisse. Mäuse sollten ihre Brust enthaart haben und Gliedmaßen auf den Imaging-Plattform mit Klebeband gesichert. Anästhesie, in diesem Fall Isofluran über Nasenkonus verabreicht. Der Wandler sollte für Mängel, insbesondere Luftblasen, die Bildqualität verschlechtern kann geprüft werden. Beziehen gute Qualität 4-Kammer-Blick des Herzens ist ziemlich schwierig bei Mäusen so dieses Protokoll konzentriert sich auf RV Beurteilung mit den parasternalen kurzen und langen Achsen. Relevante Anatomie in diesen Ansichten ist in den 1A und 1B gezeigt.
RV Größe ist am besten in der parasternalen langen Achse bewertet und wird als der Abstand von der freien Wand zur interventricul gemessenar Septum mit M-Modus (Fig. 2). Diese Messung ist nur dann möglich, wenn die RV erweitert als der normale RV sehr klein ist. Bei Mäusen ist es nicht möglich, die üblichen Kennzahlen der RV-Funktion bei Menschen wie fraktionierte Bereich Änderung und der Ringebene tricuspid systolischen Ausflug genau zu messen. Diese Messungen erfordern eine hohe Qualität Blick auf den RV freien Wand, die sehr schwer zu erhalten sind in den Mäusen. Mit PW-Doppler, die Geschwindigkeit zeitliche Integral (VTI) auf der Höhe des rechten ventrikulären Ausflusstrakt (RVOT) und dem Durchmesser der Lungenarterie zu messen, ist es jedoch möglich, RV Schlagvolumen (Fig. 3) zu schätzen. Schlagvolumen und Herzzeitvolumen aus den Formeln in Tabelle 1 berechnet. Die Herzfrequenz wird von m-Mode-Bildgebung erhalten.
Haupt PA Durchmesser spiegelt PAH Schwere in den Menschen und kann in 10 Mäuse in der parasternalen Kurzachsenansicht (Bild 3) gemessen werden. Es ist imwichtig, um klare Sicht auf beiden Seiten des Haupt-PA zu haben, weil dieser Wert in der Gleichung zur Berechnung der Herzleistung im Quadrat. Wenn PA Größe nicht genau gemessen werden kann, kann die linksventrikuläre Durchmesser Ausflusstrakt und LVOT VTI in die obigen Gleichungen eingesetzt werden, RV-und LV-Ausgabe in der Abwesenheit von Rangier gleich sind.
Der RV VTI weiter abgefragt werden, um Druck PA durch die Messung der Zeit, Geschwindigkeit (Lungenarterie Beschleunigungszeit [PAT], Abbildung 4) Höhepunkt zu schätzen. Beim Menschen wird benutzt, um PAT PA Druck als hoch oder niedrig 11 dichotomisiert und kann verwendet werden, um Druck PA schätzen, wenn ein tricuspid Refluxwolke nicht vorhanden ist. 12.
Fig. 1 ist. Echokardiographische Ansichten von Murine Anatomy. Abbildung A zeigt normale Anatomie in der parasternalen langen Achse Blick. PlatteB zeigt die Anatomie in der parasternalen kurzen Achse. Die rechte Herzkammer ist in Feld B vergrößert. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .
2. Messung von Dilated Rechte Herzkammer. Diese Zahl zeigt, (A) normalen RV Größe in einer Kontroll-Maus (B) schwere RV-Erweiterung in einer Maus, die Lungenarterie Banding-Modell unterzogen. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .
3. Messung und Berechnung des Rechts ventrikuläre Schlagvolumen. Diese Abbildung zeigt die Messungen for beide rechten Herzkammer und Lungenschlagader VTI Durchmesser. Die Methode zur Berechnung des Schlagvolumens mit diesen Daten wird auch demonstriert. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .
4. Messung der PAT. Lungenbeschleunigungszeit wird als die Zeit, um die Geschwindigkeit in der RVOT VTI Höhepunkt gemessen. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .
Tabelle 1: Nützliche Berechnungen in der Echokardiographie.
| Messung | Formel |
| Lungenschlagader / Aorta-Bereich | π (Durchmesser / 2) |
| Rechtsventrikulären Schlagvolumen | PA-Bereich x VTI |
| Cardiac Output | Herzfrequenz x Schlagvolumen |
| Herzindex | Herzleistung / Körperoberfläche |
| Fractional Shortening | (LV enddiastolischen Dimension - LV endsystolischer Dimension) / LV enddiastolischen Dimension |
Die Körperoberfläche = 10,5 (Gramm) 2/3 13
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mausmodelle der Erkrankung, entweder transgenen oder Toxin bezogenen benötigen phänotypische Validierung, dass das Modell tatsächlich rekapituliert die menschliche Krankheit es ist beabsichtigt, zu emulieren. Diese Überprüfung kann oft durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines bestimmten Merkmals erreicht werden, beispielsweise die Entwicklung eines Tumors. Jedoch Modelle, die in hämodynamischen Anomalien wie Aortakonstriktion Modelle der linksventrikulären Hypertrophie oder unsere transgenen Modell PAK sind schwieriger zu validieren. Diese Modelle erfordern entweder Terminal Messung der Hämodynamik oder Werkzeuge zur nichtinvasiven Hämodynamik und Anomalien der Herzfunktion zu messen. Die Echokardiographie ist entscheidend, um solche Modelle, weil es ermöglicht Echtzeit-Quantifizierung der Hämodynamik und Herzfunktion ohne Opfer von erkrankten Tieren 14 erfordern. Darüber hinaus können einzelne Tiere seriell abgebildet werden, um den natürlichen Verlauf einer Erkrankung oder Ansprechen auf die Therapie zu folgen. Wir schätzen, dass proficiency in der Echokardiographie des rechten Herzens nach diesem Protokoll kann nach der Durchführung ca. 20 Untersuchungen gewonnen werden.
Die Fähigkeit, die Herzleistung zu schätzen Echokardiographie ist auch entscheidend für die Berechnung des pulmonalen vaskulären Widerstand (PVR) zum Zeitpunkt der Tötung. Die Messung der Herzleistung mit Leitwert-Katheter ist oft unzuverlässig in unserem Modell wegen der geringen Größe des RV. Zu der Zeit des Opfers, wir invasive PA systolischen Druck messen mit einem Leitwert Katheter und kombinieren diese mit Herzleistung von Echokardiographie PVR (Wedge-Druck wird angenommen, niedrig und ignoriert zu sein) zu bestimmen. Dies erlaubt uns, weiter zu quantifizieren das Ausmaß der Lungengefäßerkrankung in unserem Modell.
Theoretische und praktische Grenzen der Echokardiographie
Es ist wichtig zu erkennen, daß die Anwendung von Ultraschall Physik für Menschen und lebenden Tieren hat Grenzen.Genaue Messung der Blutgeschwindigkeit mittels Doppler ist abhängig von der Fließwinkel relativ zu der Beschallungswinkel (Winkel, unter dem Wandler ausgerichtet ist). Für jeden Grad diese beiden Winkel sind nicht ausgerichtet, wird die Messung der Blutgeschwindigkeit durch den cos (θ) 15 verringert werden. Klinisch, wenn die beiden Winkel sind durch mehr als 20 ° die Messung empfunden unzuverlässig. Dies hat potentiell wichtige Auswirkungen für dieses Protokoll in der Messung der LVOT und RVOT VTI. Wenn die PW Winkel nicht mit der Richtung der Blutströmung in der RVOT LVOT und gut ausgerichtet sein, wird die gemessene SV und die Herzleistung fälschlich niedrig sein.
Eine weitere mögliche Messfehler bei der Berechnung der PA-und Aorten-Bereich, werden dann zum SV und Herzleistung zu berechnen. Da die Fläche eines Kreises ist &pgr; r 2, wird jede Ungenauigkeit bei der Messung des Durchmessers der Aorta oder Lungenarterie quadriert und der Fehler verstärkt. In der menschlichens werden die RVOT und LVOT Messern verwendet werden, um anstelle der Durchmesser der Aorta und der Lungenarterien berechnen SV, jedoch in Mäusen ist es sehr schwierig, genau zu identifizieren, die LVOT und RVOT so ersetzen wir die Aorta und Lungenarterie Bereichen. Vorausgesetzt, die gleiche Technik wird bei einem Tier zum nächsten verwendet wird, sollte dieser kleine Unterschied keinen Einfluss auf Studienergebnisse.
Rechte ventrikuläre Dysfunktion ist die Haupt Manifestation der pulmonalen Hypertonie beim Menschen. Eine Reihe von praktischen Einschränkungen beziehen sich auf die nicht-invasive Beurteilung des rechten Herzens. Bei Menschen und Mäusen ist die rechte Herzkammer benachbart zur Brustwand befindet. Diese Nähe zu den Wandler macht die Abbildung des vorderen RV freien Wand sehr schwierig. Der RV ist ein unregelmäßiges Sichelform, die Volumen Annahmen, wie sie verwendet werden, um LV Größe und Funktion bestimmen ausschließt. RV Größe in Mäuse können in der Regel nur als normal sehen die RV frei bestimmt oder aufgrund der schwer vergrößert werdenWand. Allerdings ist diese Kategorisierung dennoch nützlich, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von Lungengefäßerkrankung zu validieren.
Echokardiographie kann an Mäuse mit oder ohne Betäubung durchgeführt werden. Wir bevorzugen die Anästhesie zu verwenden, um die Qualität und Genauigkeit unserer Messungen zu maximieren, sondern erkennen, dass Anästhesie wird die Herzfrequenz senken. Wenn ohne Betäubung durchgeführt wird, kann die Bildqualität leiden und der Prozess ist eine Quelle von Stress für die Tiere, die die Herzfrequenz und den Blutdruck erhöhen wird. Wir führen alle Echokardiogramme mit einem identischen Grad der Narkose Vergleich der Ergebnisse zwischen und innerhalb von Mäusen zu ermöglichen.
Quantifizierung der RV-und Lungengefäßfunktion bei Mäusen beruht auf Doppler-Schätzung von Beat Fluss über der Pulmonalklappe, der RVOT VTI schlagen. Dies kann als eine dichotome Variable (hoch / niedrig) verwendet werden, aber wenn sorgfältig gemessen als Serienmessung in einer Maus verwendet werden oder im Vergleich zwischen Gruppen mit diff werdenerent Interventionen. Moderner Ausrüstung ist im Handel erhältlich, um Farb-Dopplerabschätzung für das Vorhandensein und die Geschwindigkeit eines Trikuspidalregurgitation (TR) Strahl, der bei Menschen verwendet wird, um die Schwere der pulmonalen Hypertonie Quantifizierung verwenden. Bei Menschen ohne messbare TR Jet wird die PAT als Ersatz verwendet werden, um festzustellen, ob pulmonaler Hypertonie vorhanden oder nicht vorhanden ist 11. PAT verkürzt als PH verschlechtert, weil RV Auswurf früher gegen erhöhten Druck zu stoppen. Dieses Verfahren wurde auch in Rattenmodellen von PAH als eine genaue Schätzung der Schwere der pulmonalen Hypertonie 1 validiert. Schließlich kann die Form des RVOT VTI Umschlag Licht auf Kopplung zwischen dem RV und dem Lungengefäßen beim Menschen 16 vergießen. Ausklinken der Hülle steht im Einklang mit erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand mit späteren Kerb anzeigt höheren Widerstand. Wir haben jedoch nicht diese Muster in Mäusen in unserem Modell von PAH beobachtet, auch bei Mäusen anschließend zusammennfirmed zu schweren PH durch invasive Messung haben.
Abgesehen von der Echokardiographie ist kardialen Magnetresonanztomographie (CMR), das nur nicht-invasive Alternative für die Beurteilung der RV-Funktion. Bei Ratten, CMR bietet genaue Messung der RV Dicke, Masse und Volumen (und damit Ejektionsfraktion und Herzleistung) 17. Darüber hinaus CMR-und Durchflussmess PAT-Zeit-Kurven (analog zu VTI) korrelieren stark mit der Echokardiographie und invasive Hämodynamik gemessen. Trotz einigen offensichtlichen Vorteile ist CMR teurer und zeitintensiver als die Echokardiographie und aus diesen Gründen wird selten in unseren Experimenten verwendet. Nach unserer Kenntnis keine Studie, die hier mit invasiven Messungen oder CMR beschriebenen echokardiographischen Messungen validiert. Allerdings verwenden wir routinemäßig die Messungen in diesem Protokoll, um Krankheiten Penetranz und Schwere 18-20 beurteilen vorgestellt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vevo 770 High Resolution Micro-Ultrasound System | Visualsonics Inc. | get more info at www.visualsonics.com/products | |
| RMV (Real-Time MicroVisualization) 704B 40 mH Scanhead w/ Encapsulated Transducer | Visualsonics Inc. | get more info at www.visualsonics.com/products | |
| Vevo Integrated Rail System including the Physioogical Monitoring System | Visualsonics Inc. | get more info at www.visualsonics.com/products | |
| Computer Monitor set up for use with the Vevo770 | DELL or other General Supplier | ||
| Computer Mouse set up for use with the Vevo770 | General Supplier | ||
| Vevo770 Cardiac Package Software | Visualsonics Inc. | get more info at www.visualsonics.com/products | |
| VetEquip Portable Tabletop Anesthesia Machine with an Isoflurane Vaporizer | VetEquip | get more info at vetequip.com | |
| Activated Charcoal Waste Gas Containers | VetEquip/Vaporguard | 931401 | get more info at vetequip.com |
| Puralube Eye Ointment | Henry Schein | get more info at henryschein.com | |
| Ecogel 100 Ultrasound Gel | EcoMed Pharmaceuticals | 30GB | get more info at ecomed.com |
| 3M Transpore Tape | Fisher Scientific | 1527-0 | get more info at fishersci.com |
| Small Flathead Screwdriver | General Supplier | ||
| Sterile H2O | DDI H2O from faucet and then autoclave | ||
| 6 in Cotton Tipped Applicators | Fisher Scientific | get more info at fishersci.com | |
| Nair (depilatory cream) | General Supplier | ||
| 2 in x 2 in Gauze Sponges | Fisher Scientific | get more info at fishersci.com |
References
- Urboniene, D., Haber, I., Fang, Y. H., Thenappan, T., Archer, S. L. Validation of high-resolution echocardiography and magnetic resonance imaging vs. high-fidelity catheterization in experimental pulmonary hypertension. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 299, 401-412 (2010).
- Rottman, J. N., Ni, G., Brown, M. Echocardiographic evaluation of ventricular function in mice. Echocardiography. 24, 83-89 (2007).
- West, J., et al. Pulmonary hypertension in transgenic mice expressing a dominant-negative BMPRII gene in smooth muscle. Circ. Res. 94, 1109-1114 (2004).
- Ghofrani, H. A., Seeger, W., Grimminger, F. Imatinib for the treatment of pulmonary arterial hypertension. N. Engl. J. Med. 353, 1412-1413 (2005).
- Gomberg-Maitland, M., et al. A dosing/cross-development study of the multikinase inhibitor sorafenib in patients with pulmonary arterial hypertension. Clin. Pharmacol. Ther. 87, 303-310 (2010).
- Brittain, E., et al. Right ventricular plasticity and functional imaging. Pulm. Circ. 2, 309-326 (2012).
- Yang, X. P., et al. Echocardiographic assessment of cardiac function in conscious and anesthetized mice. Am. J. Physiol. 277, 1967-1974 (1999).
- Suehiro, K., et al. Assessment of segmental wall motion abnormalities using contrast two-dimensional echocardiography in awake mice. Am. J. Physiol. Heart Circ Physiol. 280, 1729-1735 (2001).
- Jones, J. E., et al. Serial noninvasive assessment of progressive pulmonary hypertension in a rat model. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 283, 364-371 (2002).
- Devaraj, A., et al. Detection of pulmonary hypertension with multidetector CT and echocardiography alone and in combination. Radiology. 254, 609-616 (2010).
- Kitabatake, A., et al. Noninvasive evaluation of pulmonary hypertension by a pulsed Doppler technique. Circulation. 68, 302-309 (1983).
- Yared, K., et al. Pulmonary artery acceleration time provides an accurate estimate of systolic pulmonary arterial pressure during transthoracic echocardiography. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 687-692 (2011).
- Cheung, M. C., et al. Body surface area prediction in normal, hypermuscular, and obese mice. J. Surg. Res. 153, 326-331 (2009).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ. Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
- Baumgartner, H., et al. Echocardiographic assessment of valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. J. Am. Soc. Echocardiogr. 22, 1-23 (2009).
- Arkles, J. S., et al. Shape of the right ventricular Doppler envelope predicts hemodynamics and right heart function in pulmonary hypertension. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 183, 268-276 (2011).
- Wiesmann, F., et al. Analysis of right ventricular function in healthy mice and a murine model of heart failure by in vivo MRI. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 283, 1065-1071 (2002).
- West, J., et al. A potential role for Insulin resistance in experimental pulmonary hypertension. Eur. Respir. J. , (2012).
- Johnson, J. A., et al. Cytoskeletal defects in Bmpr2-associated pulmonary arterial hypertension. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 302, L474-L484 (2012).
- Johnson, J. A., West, J., Maynard, K. B., Hemnes, A. R. ACE2 improves right ventricular function in a pressure overload model. PLoS One. 6, e20828 (2011).
