Murine Foetale echocardiografie

Samenvatting

Foetale en perinatale sterfte is een gemeenschappelijk kenmerk bij het bestuderen van genetische veranderingen die van invloed cardiale ontwikkeling. Hoogfrequente echografie is verbeterd 2-D resolutie en kan uitstekende informatie te verstrekken over de vroege ontwikkeling van het hart en is een ideale methode om de impact op cardiale structuur en functie te detecteren voorafgaand aan het overlijden.

Samenvatting

Transgene muizen tonen afwijkingen in ontwikkeling van het hart en de functie een krachtig instrument voor het begrijpen van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen zowel de normale cardiovasculaire functie en de pathofysiologische basis van het menselijk hart-en vaatziekten. Foetale en perinatale sterfte is een gemeenschappelijk kenmerk bij het ​​bestuderen van genetische veranderingen die van invloed cardiale ontwikkeling ^1-3. Om de rol van genetische of farmacologische veranderingen in de vroege ontwikkeling van de hartfunctie onderzoek heeft echografie van de levende foetus een belangrijk hulpmiddel voor vroege herkenning van afwijkingen en longitudinale opvolging. Niet-invasieve echografie is een ideale methode voor het opsporen en bestuderen van aangeboren afwijkingen en de invloed op de hartfunctie voorafgaand aan het overlijden ^4. Het maakt vroegtijdige herkenning van afwijkingen in de levende foetus en de progressie van de ziekte te volgen in utero met longitudinale studies ^5,6.Tot voor kort, beeldvorming van foetale muis harten vaak betrokken invasieve methoden. De foetus moest worden opgeofferd aan magnetische resonantie microscopie en elektronenmicroscopie uit te voeren of chirurgisch geleverd voor transilluminatie microscopie. Een toepassing van hoge-frequentie sondes met conventionele 2-D en pulsed-wave Doppler beeldvorming is aangetoond dat metingen van cardiale contractie en hartslag te bieden tijdens de embryonale ontwikkeling met databases van normale ontwikkelingsveranderingen nu beschikbaar ^6-10. M-mode voor grafische andere belangrijke functionele gegevens, hoewel de juiste beeldvormende vlakken zijn vaak moeilijk te verkrijgen. Hoogfrequente echografie van de foetus is verbeterd 2-D resolutie en kan uitstekende informatie te verstrekken over de vroege ontwikkeling van cardiale structuren ^11.

Protocol

1. Voorbereiding Muizen for Imaging

1. Voorafgaand aan de MRI-studie, verdoven de dam (2-3% isofluraan) in de inductie kamer. Verwijder het dier uit de inductiekamer en onmiddellijk de snuit binnen een neuskegel verbonden met het anesthesiesysteem. Verwijder bont van het midden van de borst tot de onderste ledematen (zie figuur 1) met tondeuses. Verwijder het resterende lichaamshaar met ontharingscrème. Ontharingscrème kan ook worden gebruikt zonder tondeuses, en moeten grondig worden afgespoeld van de huid na gebruik om irritatie te voorkomen.
2. Plaats de verdoofde muis in liggende positie op een verwarmingskussen met ingebouwde ECG leidt in stand te houden lichaamstemperatuur (figuur 1). Breng elektrode gel aan de vier poten en plak ze op de ECG-elektroden.
3. Verkrijgen van een steady-state niveau sedatie gedurende de procedure (1,0% tot 1,5% isofluraan gemengd met _100% O2). Het niveau van anesthesie kan worden aangepast aan maintain een target heart rate van 450 ± 50 slagen per minuut (bpm). Zorgvuldige aandacht moet worden besteed aan dosering van isofluraan en duur van de sedatie minimaliseren tot minder dan een uur.
4. Steek voorzichtig een rectale sonde (na het smeren) om de lichaamstemperatuur te controleren via de verwarming pad. Het is belangrijk om de lichaamstemperatuur binnen nauwe grenzen (37,0 ° C ± 0,5 ° C). Gecontroleerde verdoving en constante lichaamstemperatuur is essentieel voor hemodynamische stabiliteit van de moeder en foetussen.

Technische overwegingen

De overname van foetale echocardiogrammen kan een uitdaging zijn. De gegevens verkregen uit deze studies kan verward als gevolg van de reactie op stress van zowel de dam en de foetus. Idealiter zou het dier temperatuur worden gehandhaafd met behulp van een verwarmde imaging platform, circulerende verwarmingskussen, verwarming lampen, of autoregulated verwarming dekens. Bovendien wordt routinematig gebruik van een verwarmde gel akoestische aanbevolen. Alhoewel de belangrijkste bezorgdheid over de lichaamstemperatuur controle is om te voorkomen dat onderkoeling, moet de ontwikkeling van hyperthermie zijn van even groot belang. Een ongecontroleerd verwarmingsinrichting zoals een eenvoudig verwarmingselement of de aanwezigheid van nabijheid halogeenverlichting kan leiden tot snelle en gevaarlijke verhoging van de lichaamstemperatuur. Aangezien lichaamstemperatuur aanzienlijke fluctuaties in beide richtingen plaatst het dier in gevaar zou elke poging worden gedaan om normale lichaamstemperatuur behouden.

Het verwerven van de sonographer beelden te voorkomen dat overmatige druk op de holte met de transducer, aangezien het gewicht van de transducer alleen kan resulteren in veranderde hartfunctie. De duur van beeldopname moet worden tot een minimum beperkt (idealiter minder dan een uur) om de fysiologische en hemodynamische veranderingen als gevolg van verlengde sedatie. Bovendien moet tijd en de blootstelling aan isofluraan voor elk onderzoek worden tot een mogelijk bm als gevolg van mogelijke teratogene effecten van isofluraan ^12.

2. Identificatie van embryo's

1. Imaging wordt gestart met behulp van de moeder blaas als een mijlpaal, met foetussen aan de linker-en rechterkant baarmoeder hoornen bestempeld als L1, 2,3, et cetera (links) en R1, 2,3, et cetera (rechts) (zie Figuur 1C). Notatie van de foetus locatie is handig voor het ophalen van monsters na beeldvorming.
2. Specimens die zich bevinden te diep in de buik worden gescand om hun aanwezigheid te documenteren, maar zijn uitgesloten van data-analyse vanwege de slechte resolutie. De mogelijkheid om aangrenzende embryo scan kan helpen bij het ​​opsporen foetussen (figuur 2A).
3. Aftastvlakken worden gemodificeerd door het veranderen van de oriëntatie van de muis ten opzichte van het aftastvlak. Afbeeldingen verkregen in 2 loodrechte vlakken voor iedere foetus (figuur 2). Een werk wordt gesteld om van gedachten te benaderen van de transversale, frontale, of sagittale vlakken te verkrijgen, maar isometimes beperkt tot schuine vlakken door de positie van de baarmoeder in de buik. Rotatie van de scankop zal ook zorgen voor wijziging van oriëntatie zonder de dam.

Technische overwegingen

Hoewel handheld werking van de sonde mogelijk in volwassen muizen echocardiografie, handheld operatie foetale beeldvorming niet aanbevolen. Identificatie van de foetussen wordt bemoeilijkt door de variabele aard van de baarmoeder locatie, tortuositeit, en beweging. Te minimaliseren problemen met foetus lokalisatie, stationair gebruik transducer (figuur 1) met minimale tot onder het horizontale vlak van de dam is essentieel.

3. Evaluatie van structuur en functie

1. Scannen b-modus beelden worden gebruikt om basale cardiale structuren, zoals de atria, septum, ventriculaire kamers en linker en rechter uitstroom stukken (figuur 2) te identificeren.
2. M-mode beelds worden verkregen uit de korte as weergave en worden gebruikt om ventriculaire wanddikte en kamerafmetingen (figuur 3) meten. Indien correcte uitlijning niet verkrijgbaar door foetale lie, kunnen metingen van b-modus beelden worden gebruikt% fractionele verkorting (FS) kwantificeren. Temporele veranderingen tussen LV eind-systolische dimensie (LVESD) en LV einddiastolische dimensie (LVEDD) gedurende de hartcyclus worden gebruikt voor de berekening van het verkorten fractie (FS), als volgt:
   % FS = [(LVEDD - LVESD) / LVEDD] x 100
3. De linker en rechter ventrikels worden geïdentificeerd door het scannen van kop tot staart. Links en rechts moeten worden geannoteerd. Zichtbare uitlaat gegenereerd door echogene foetaal bloed maakt nauwkeurige plaatsing van de Doppler monstervolume in de mitrale opening. Linker ventrikel instroom snelheid wordt verkregen uit de mitralis kleppen in apicale vier-kamer en LV lange as views (figuur 4, C). Aorta uitstroom metingen kunnen worden gebruikt om SYSTO metenlic ejectietijd (figuur 4, D). Hartslag kan worden berekend uit de meting van een circulatiecyclus de volgende circulatiecyclus (figuur 4, C en D). Men dient ervoor om de bloedstroom en de Doppler bundel uitgelijnd op de Doppler-hoek minimaliseren. Waarden die u maakt buiten een hoek van 60 graden zijn onjuist en moeten worden vermeden.
4. Scannen b-modus beelden worden gebruikt om gemeenschappelijke structurele aangeboren afwijkingen zoals ventrikelsepturndefect (Figuur 5) te identificeren. Doppler monstervolume in de ventrikels worden gebruikt om stroom te identificeren in de ventriculaire septum. Extra parameters die gemakkelijk kunnen worden gecontroleerd zijn foetale grootte, hartslag, stroomsnelheden, pericardiale effusie, en foetale hydrops. De definitieve diagnose van specifieke hartafwijkingen vereist extra beoordeling door autopsie en histopathologisch onderzoek.

Technische overwegingen

Identificatie van linker en rechter chammers kan moeilijk zijn in foetale cardiale beeldvorming door de vergelijkbare afmetingen van ventriculaire kamers tijdens de ontwikkeling. Een strategie is links en rechts foetale oriëntatie vast in real time, door de imaging platform in het horizontale vlak. Identificatie van snuit, ledematen en de wervelkolom zal helpen bij het identificeren van de verhuurde / rechts oriëntatie van de foetus. Indien mogelijk zal volgen van de uitstroom spoor naar de boog of de visualisatie van de belangrijkste splitsing van de longslagader oog op de identificatie van de linker ventriculaire uitstroombaan of rechts uitstroom respectievelijk. Voor iedere foetus bestudeerd, is het belangrijk om de vastgelegde links-rechts richting vermeldt op opgeslagen beelden.

Post-imaging Animal Monitoring en Zorg

Na de voltooiing van imaging, wordt de dam terug naar de passende huisvesting en gecontroleerd volgens de standaard instellingen na de procedure protocol.Analgesie na deze beeldvorming is niet vereist. Volledige hervatting van de normale activiteit kan worden verwacht binnen vijf minuten.

4. Representatieve resultaten van Foetale echocardiografie

De ontwikkeling van hoogfrequente probes (meer dan 8 MHz), hebben toegestaan ​​commerciële echocardiografische apparatuur op een axiale resolutie van ongeveer 0,2 mm hebben met een laterale resolutie van 0,3 mm wanneer het beeld wordt ingezoomd en verworven op een diepte van 1 cm. De meeste van de recent ontwikkelde transducers lineaire die het voordeel dat nabije veld artefacten. Hoge frequentie (30-50 MHz) mechanische tasters zijn recentelijk ontwikkeld die geschikt zijn voor de muizen borst en hartslag, waardoor een axiale resolutie van circa 50 pm op een diepte van 5-12 mm. Meest recent, hebben deze hoogfrequente mechanische tasters extra kleur Doppler-mogelijkheden zorgen voor een volledige evaluatie van ventriculaire en valvulaire functie en de identificatie van sjacht laesies in het foetale hart. De hier beschreven methoden worden uitgevoerd op een VisualSonics Vevo 770 systeem kan worden toegepast op vrijwel alle vergelijkbare systemen. Huidige commercieel verkrijgbare ultrahoge ultrageluid systeem kan bij 40 Hz met maximale imaging diepte van 7 tot 14 mm, tot 60 mm lateraal en 50 tot 100 mm axiale resolutie (Vevo770, VisualSonics, Inc.) Ter vergelijking 60 Hz en 20 mm diepte imaging, met 50 tot 100 mm axiale en 200 tot 500 mm laterale resolutie van de klinische Acuson Sequoia ultrageluidsysteem.

Gezien de geringe omvang van de foetale muizenhart, worden foetale echocardiografie studies bij muizen technisch uitdagend. In tegenstelling tot de echocardiografie bij volwassen muizen, moet de sonographer gebruiken niet-conventionele echografie gedefinieerde vlakken door het lichaam van de foetus 'assen. Tortuositeit van de baarmoeder beïnvloedt ook de oriëntatie van de foetus en moet worden gehouden. Daarnaast is de inherente beperking in indringdiepte van Ultreen hoog ultrageluid kan het moeilijk voorstellen alle specimens in zwangerschappen maken met een groot aantal foetussen.

Een echografie strategie zorgt voor high throughput screening voor aangeboren hart-en extracardiale gebreken ^7. Buiten de studie van genetische veranderingen, kan deze techniek worden toegepast om op defecten in farmacologische en toxicologische studies. Deze methode kan ook worden gebruikt als een leidraad instrument voor interventionele procedures zoals injecties of meting van ventriculaire druk ^13.

De invasieve aard van de echografie is voordelig, niet alleen omdat het mogelijk maakt cardiovasculaire functie worden beoordeeld onder fysiologische omstandigheden, maar ook omdat dit biedt belangrijke fenotypische informatie in real time. Longitudinale onderzoek van embryonale hart, hoewel technisch mogelijk blijft een uitdaging om verschillende redenen. Seriële onderzoek van dezelfde foetus en identification van dezelfde foetus bij elk examen is een uitdaging in de afwezigheid van een duidelijk structureel defect. Beweging van de baarmoeder en de foetus kan volledig veranderen de stand van het monster en dus maken longitudinale tracking en follow-up metingen moeilijk ^14.

Hoewel echocardiografie is een krachtige techniek voor de identificatie van hartafwijkingen de specifieke diagnose van structurele hartafwijkingen is nader fenotypering door autopsie en histopathologisch ^15. Correlatie van genotype en een specifieke foetus vergt oogsten foetussen door hysterotomie, bij voorkeur direct na een echo onderzoek en terwijl de dam nog steeds verdoofd is het minimaliseren van veranderingen in de oriëntatie en embryo locatie.

Normale waarden voor kamer afmetingen en functie zijn gemeld voor de embryonale muizen en gebruikers van deze techniek wordt geadviseerd om de aangehaalde referenties voor deze waarden ^{6 tot 10} te herzien. Aanslagvan valvulaire morfologie beperkt door beeldresolutie, maar ringvormige dimensie metingen en snelheidsmetingen door de grote vaten mogelijk is reeds bij ED 9.5. Voorzichtigheid geboden voldoende uitlijning met de bloeddoorstroming en de transducer ^{10, 16.}

Benadrukt moet worden dat cardiale afmetingen variëren afhankelijk van muizen stammen, geslacht en leeftijd, en snel veranderen op verschillende embryonale tijdstippen en hartslag. Het is belangrijk om te verifiëren of groepen muizen worden gekoppeld voor deze parameters. Foetale beeldvorming varieert per muizenstam ook. Bijvoorbeeld, de zwangere CD-1 dam bevat routinematig meer embryo opzichte van de C57/BL6 stam en kan dus moeilijker om alle specimens visualiseren. Om deze redenen is het gebruik van leeftijd en stam gematchte controles voor elk experiment worden gebruikt in plaats van referentiewaarden. Bovendien metingen van individuele parameters zoals linkerventrikel eind-diastolische dimensie en posteriorwanddikte kan variëren in normale muizen tot 25% ^8.

Figuur 1. Overzicht van de set-up met behulp van VisualSonics Vevo 770 systeem. (A) VisualSonics geïntegreerd railsysteem met fysiologische monitoring unit. (B) De muis is geplaatst en op de juiste beperking van de verwarming bord. De vier ledematen zijn getapet in de ECG-elektroden. (C) Schematische voorstelling van zwangere muis en lay-out van embryo's. Het aantal embryo's in elke hoorn van de baarmoeder kan sterk verschillen naast de oriëntatie van de foetus. (D) A geplaatst op de dam imaging platform met pijlen noteren de vlakken van manipulatie (X-as en Y-as) te verplaatsen de dam voor de beeldvorming. De Z-as verwijst naar de beweging van de transducer boven en naar beneden (zoals aangegeven door de pijl in paneel B). B, blaas, L, links, R, right.

Figuur 2. Representatieve b-modus beelden. Deze figuur bevat representatieve b-modus beelden van embryonale dag 14,5 foetus. (A) Visualisatie van twee naburige foetussen. Vakjes geven de locatie van foetale hart. (B) Anatomische oriëntatiepunten in een foetus tot oriëntatie te begeleiden. Embryonale dag 14,5 hart in een vier-chambered view (C), korte-as uitzicht op de linker en rechter ventrikels (D), rechter ventrikel outflow tract en de longslagader (PA) (E), en uitstroom van het linkerventrikel tact (LVOT) en aorta (F).

Figuur 3. Representatieve beoordeling van de ventriculaire functie. Dit cijfer bevat vertegenwoordigerbeelden van 2D-echocardiografie van de lange as weergave van het hart op embryonale dag 14,5 (A), en een vierkamerig view (B). (C) M-mode tracing met lijnen die linker en rechter ventriculaire inwendige doorsnede van diastole (R / LVIDd) en systole (R / LVIDs) uit de vier kamer beeldvlak. Interventriculaire septum (IVS) is ook gevisualiseerd.

Figuur 4. Vertegenwoordiger Doppler assessment. Dit cijfer bevat representatieve beelden van 2D-echocardiografie van embryonale dag 14,5 hart in een apicale vier-kamer uitzicht (A). De linker atrium en linker ventrikel holte zijn geschetst. (B) Vertegenwoordiger plaatsing van Pulse wave Doppler monstervolume voor het opnemen van de mitralisklep instroom. (C) Mitrale instroom Doppler patronen waaruit de vroege diastolische velocity (aangeduid als "E") en atriale contractie (aangeduid als "A") kan worden gemeten snelheden. (D) Representative aorta Doppler golfvorm. Aorta Doppler jet kan worden gebruikt om ejectietijd (ET) te meten. Hartslag (HR) kan worden berekend op basis van de meting van een stroom-cyclus om de volgende stroom-cyclus. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 5. Vertegenwoordiger detectie van ventrikelseptumdefect. Dit cijfer bevat representatief b-modus beelden van embryonale dag 14,5 hart in een apicale vier-kamer uitzicht (A) met de rechter en linker ventrikel holtes die in (B). Let op de aanwezigheid van ingesneden. (C) Dwarsdoorsnede van hart afgebeelde gekleurd met hematoxyline en eosine.(D) B-mode beeld van embryonale dag 14,5 hart met een ventriculaire sepal defect (VSD) aangegeven door de pijl. (E) Tweebenig ventriculaire holten worden beschreven met gesuperponeerde plaatsing van Pulse wave Doppler monstervolume voor het opnemen van stroom over de interventriculaire septum. (F) Dwarsdoorsnede gekleurd met hematoxyline en eosine van afgebeelde hart na monster ophalen. (G) Gesuperponeerd plaatsing van Pulse wave Doppler monstervolume voor het opnemen van de stroming over de interventriculaire septum. (H) Vertegenwoordiger Doppler traceren van (G) aantonen stroom van links naar rechts hartkamer. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Discussie

De mogelijkheid om seriële metingen uit te voeren en om mutante foetussen te detecteren met hartafwijkingen benadrukt het nut van echocardiografie voor het onderzoeken van normale en abnormale cardiovasculaire ontwikkeling. Analyse van cardiale structuur en functie in vivo is een integraal deel in de beschrijving van genetische en niet-genetische wijzigingen normale foetale ontwikkeling. De beschikbaarheid van 2D-geleide Doppler maakt het mogelijk om de hartslag en bloeddoorstroming patronen te controleren terw...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Vevo 770 Imaging System	VisualSonics		(Toronto, Canada)
RMV707B.15-45 MHz transducer
Tec 3 Isofluraan Vaporizer
Isofluraan (2-chloor-2-(difluormethoxy) -1,1,1-trifluor-ethaan)