심 초음파 이미징에 의해 가로 대동맥 수축의 마우스 모델에서 심장 형태 학적 평가 및 기능 변경

이 절차의 전반적인 목적은 횡대동맥 협착(tranverse aortic constriction, TAC)으로 유도된 심장 질환 마우스 모델에서 심초음파 영상을 사용하여 심장의 구조와 기능을 평가하는 것입니다. 이 방법은 동물 모델의 심장 질환 영상과 관련하여 심혈관 연구 분야의 핵심 질문에 대한 답을 얻는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 비침습적인 방식으로 시간이 경과함에 따른 심장 질환의 진행 상태를 안정적으로 모니터링할 수 있다는 점입니다.

일반적으로 초음파 영상 촬영 및 측정값 획득은 실제 시연 없이는 매우 까다롭기 때문에, 이 방법을 도입하는 데 상당한 어려움이 따릅니다. 영상 촬영을 시작하기 전, 횡대동맥 협착(transverse aortic constricted) 마우스의 발에 전극 젤을 바르고 발을 전극 패드에 테이프로 고정합니다. 그 다음 직장 프로브를 삽입하여 시술 중 체온을 모니터링합니다.

동물이 준비되면, 이미저를 B 모드로 설정하고 플랫폼의 왼쪽을 최대한 들어 올려 마우스를 좌측 측와위(left decubitis position)로 회전시킵니다. 초음파 트랜스듀서를 스탠드로 잡아 수직 상태로 유지한 채, 노치(notch)가 턱 방향을 향하도록 하여 동물의 가슴 오른쪽 흉골연(parasternal line)을 따라 프로브를 배치합니다. 그다음, 트랜스듀서를 견갑골 방향으로 기울이고, 대동맥궁(aortic arch)이 보일 때까지 프로브를 시계 방향으로 약간 회전시킵니다.

무명동맥과 좌측 총경동맥의 분지 사이에 위치한 횡대동맥 협착 부위를 관찰하십시오. 협착 부위가 확인되면, 워크스테이션의 컬러 도플러 버튼을 클릭하여 컬러 도플러 모드로 전환하십시오. 그런 다음 협착 부위를 통과하는 혈류의 방향성과 속도 이미지를 획득하십시오.

cine store를 클릭하여 영상을 저장합니다. 그런 다음 pulse wave doppler 버튼을 클릭하여 pulse wave doppler 모드로 전환합니다. 수축 부위의 직후 원위부에 점선 커서 샘플 볼륨 박스를 배치하여 속도가 가장 높은 협착 제트를 찾은 후, pulse wave doppler 버튼을 다시 클릭하여 대동맥 혈류의 파형을 얻습니다. 이어서 최대 속도를 측정하고 수정된 Bernoulli 방정식(modified Bernoulli's equation)을 사용하여 수축 부위의 압력 구배를 계산합니다.

심장 크기와 수축력을 평가하려면, TAC 수술을 받은 마우스를 플랫폼 위에 앙와위로 눕히고 트랜스듀서의 노치가 마우스의 머리 쪽을 향하도록 수직으로 배치합니다. 트랜스듀서를 왼쪽 흉골 옆선과 평행하게 흉부 위로 내린 다음, 프로브를 반시계 방향으로 30도 회전시킵니다. 영상 장치를 B 모드로 설정합니다.

트랜스듀서의 각도를 조절하고 초점 깊이를 맞춰 좌심실, 심실중격벽 및 우심실벽의 일부가 보이도록 합니다. cine store를 클릭하여 심장벽 두께와 심실 크기를 나중에 측정할 수 있도록 이미지를 저장합니다. 적절한 영상 소프트웨어의 심장 패키지를 사용하여 관심 파라미터를 선택하고, 원하는 심초음파 영상에서 각 파라미터에 해당하는 선을 그려 심장벽 두께와 심실 크기 측정값을 얻습니다.

그 다음 심벽의 운동 패턴을 관찰하여 가능한 운동 이상 유무를 확인합니다. 이어서 M 모드로 전환하고 M 모드 커서를 유두근 위치의 좌심실벽에 수직으로 배치합니다. 그런 다음 cine store를 클릭하여 추후 심장 크기 및 단축률 측정을 위한 영상을 획득합니다.

흉골 옆 장축 뷰에서 트랜스듀서를 시계 방향으로 90도 회전시켜 흉골 옆 단축 뷰를 얻습니다. B 모드에서 유두근이 2시와 4시 방향에 보이도록 트랜스듀서를 조정하여 심장의 수평 횡단면 뷰를 구현합니다. 다음으로, M 모드로 전환하고 M 모드 축을 좌심실의 중앙에 위치시킵니다.

cine store를 클릭하여 이미지를 저장합니다. 그런 다음, cardiac 패키지를 사용하여 적절한 단축(short axis) 파라미터를 선택하고, 이미지 상의 각 파라미터에 해당하는 선을 그려 측정값을 얻습니다. B 모드의 단축 뷰에서 좌심실과 우심실 및 심방을 모두 시각화하려면, 플랫폼의 왼쪽 상단 모서리를 기울여 마우스의 머리를 아래로 향하게 하고 탐촉자를 오른쪽 어깨 방향으로 조절합니다.

심장의 관상면 뷰를 구현합니다. 승모판을 시각화하십시오. 그 다음 컬러 도플러 모드로 전환하고, 점선 커서 박스의 샘플 볼륨을 승모판 끝에 배치하십시오.

승모판의 혈류 패턴을 평가하기 위해 펄스파 도플러 모드로 전환하고, 도플러 프로브 커서를 승모판 혈류 방향과 평행하게, 20도 미만의 각도로 정렬하여 최대 속도를 측정합니다. 이미지를 저장한 후, 심장 패키지를 선택하고 승모판 혈류를 선택하십시오. 관심 파라미터를 선택하고 해당 선을 그려 적절한 측정값을 얻습니다.

그런 다음 심근 성능 지수를 계산합니다. 이 대표적인 B 모드 영상에서 보여지는 바와 같이, 대동맥궁, 무명동맥, 좌측 총경동맥 및 좌측 쇄골하동맥은 Sham군과 TAC 수술군 심장에서 모두 관찰할 수 있습니다. 하지만 대동맥 협착은 TAC군 심장에서만 확인됩니다.

협착 부위의 대동맥 혈류에 대한 컬러 및 펄스 파형 도플러 영상 촬영 결과, 성공적인 TAC는 협착 부위 하류의 혈류 속도를 유의하게 증가시키는 것으로 나타났습니다. 또한, Sham 및 TAC 수술을 받은 심장의 여러 심장 주기에 대한 M 모드 추적 결과, TAC를 시행한 심장은 대조군인 Sham 수술 심장에 비해 벽 두께가 유의하게 증가하고 심실강 확장이 나타났습니다. 흉골 옆 단축 단면도에서는 TAC 심장에서 벽 두께 증가, 심실 확장, 수축력 감소 및 좌심실 질량 증가가 더욱 뚜렷하게 관찰됩니다.

더욱이, TAC를 거친 마우스와 같이 이완기 또는 수축기 심장 기능 장애가 있는 병리적 상태에서는, 심첨 4강 뷰(apical four chamber view)에서 E/A 속도 비율의 감소와 심근 성능 지수(myocardial performance index) 값의 증가가 일반적으로 관찰됩니다. 숙달되면, 이 기술은 적절하게 수행될 경우 30분 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도할 때는 동물 연구에 관한 기관 가이드라인을 준수하는 것이 중요합니다.

이 절차에 따라, 압력-부피 관계를 추가로 평가하기 위해 체계적 분석과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다. 이 기술의 개발은 심혈관 연구 분야의 연구자들이 동물 모델에서 심비대 및 심부전을 연구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 심장 초음파 영상을 이용하여 심박 동물 모델에서 심장 구조 및 기능적 변화를 평가하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

Isoflurane를 사용하는 것은 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안에는 항상 적절한 공학적 제어 장치와 개인 보호 장비를 사용해야 함을 잊지 마십시오.