Method Article

Beoordeling van Cardiac morfologische en functionele veranderingen in muismodel van Transversale Aorta Vernauwing door Echocardiografie Imaging

DOI:

10.3791/54101

⸱

June 21st, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology and Biophysics, University of Washington

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van dit protocol is om niet-invasief beoordelen cardiale structurele en functionele veranderingen in een muismodel van hart-en vaatziekten door dwarse aorta vernauwing, met behulp van B- en M-mode echocardiografie en kleur / pulse wave Doppler imaging.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transversale aortaconstricție (TAC) bij muizen is gebruikt als een waardevol model om mechanismen van cardiale hypertrofie en hartfalen te bestuderen1. Een betrouwbare niet-invasieve methode is essentieel om real-time cardiale morfologische en functionele veranderingen te beoordelen in diermodellen van hartziekten. Transthoracale echografie vertegenwoordigt een belangrijk hulpmiddel voor niet-invasieve beoordeling van cardiale structuur en functie2. Hier gebruikten we een hoogwaardig ultrasone beeldvormingssysteem om myocardhermodellering en progressie van hartfalen in de loop van de tijd in een muismodel van TAC te volgen. B-modus, M-modus en Dopplerbeeldvorming werden gebruikt om cardiale hypertrofie, ventriculaire dilatatie en functionele verslechtering bij muizen na TAC nauwkeurig te beoordelen. Kleuren- en pulsgolf (PW) Dopplerbeeldvorming werd gebruikt om niet-invasief de drukgradiënt over de aortaconstricție gemaakt door TAC te meten en om de transmitrale bloedstroom bij muizen te beoordelen. Dus transthoracale echocardiografische beeldvorming biedt uitgebreide niet-invasieve metingen van cardiale afmetingen en functie in muismodellen van hartziekten.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Muismodellen van hartaandoeningen, zoals TAC en myocardinfarct (MI), zijn bewezen waardevol te zijn om ziektemechanismen te bestuderen en om nieuwe therapeutische strategieën te ontwikkelen3. TAC induceert aanvankelijk compenserende hypertrofie, maar langdurige drukbevlasting leidt tot cardiale dilatatie en hartfalen4. De strakkeheid van de aortavernauwing bepaalt direct de mate van cardiale hypertrofie en de overgang naar hartfalen. Nie-invasieve en betrouwbare meting van het drukverloop over de aortavernauwing is essentieel voor het succes van deze studies. Dopplerbeeldvorming is gebruikt om het drukverloop geproduceerd door TAC5 te beoordelen, wat een niet-invasieve alternatief is voor kathetergebaseerde drukmeting.

Echocardiografie is op grote schaal gebruikt om niet-invasief de cardiale morfologie en de systolische en diastolische functie bij muizen te meten6-8. Tweedimensionale B-modus beeldvorming wordt gebruikt om abnormale bewegingen of structurele veranderingen van het hart te detecteren. Eendimensionale M-modus beeldvorming wordt gebruikt voor kwantificering van cardiale afmetingen en contractiliteit. Kleur- en PW Doppler beeldvorming is recentelijk gebruikt op knaagdierultrageluid, wat brede toepassingen heeft voor echografie, inclusief meting van stroomsrichting en -snelheid, evenals systolische en diastolische prestaties9.

Longitudinaal real-time monitoring van cardiale functie met behulp van echografie in B-modus, M-modus, kleur en PW Doppler modus biedt een uitgebreide beoordeling van cardiale structuur en functie bij muizen onder fysiologische en pathologische omstandigheden. Hier bieden we een gedetailleerde beschrijving van het gebruik van echocardiografische beeldvorming om dynamische cardiale morfologische en functionele veranderingen bij muizen na TAC of sham-chirurgie te monitoren.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol volgt de richtlijnen van de Institutional Animal Care en gebruik Comite van de University of Washington.

1. Chirurgische Procedure en Voorbereiding voor Imaging

  1. Betreft C57BL / 6 muizen TAC of sham operatie zoals eerder beschreven 10.
  2. Een week na TAC gevarieerde ingrepen verdoven de muis in de inductie kamer met 2% isofluraan gemengd met 1 l / min O 2. Bevestig de juiste verdoving door ongevoeligheid tot teen of staart knijpen. Gebruik veterinaire zalf op de ogen tot droog te voorkomen dat tijdens het onder narcose. Verwijder het borsthaar door het toepassen van ontharingscrème. Ontsmet muis huid met 70% ethanol.
  3. Zet de muis om een ​​dier-handling platform in de rugligging. Om een stabiel niveau van anesthesie te behouden, gebruik dan een neuskegel tot 0,5 leveren - 1% isofluraan gemengd met 1 l / min O 2.
  4. Toepassen elektrodengel aan de poten van de muis en plak ze het elektrodekussen.
  5. Plaats een rectale sonde om de lichaamstemperatuur te controleren. Handhaaf de lichaamstemperatuur op 37 ° C via een verwarmingselement of lamp.
  6. Breng een laagje voorverwarmde ultrasoongel de muis borst, vooral het gebied ligt over het hart. Let op: verwijder ultrasound gel en droog de muis met een steriel gaasje na de beeldvorming procedure.

2. In de aortaboog View, gebruik B-modus en Doppler Imaging te evalueren Transversale Aorta Vernauwing

  1. Met de B-instelling in de aortische boog weergave verkrijgen om de aorta, hoofdwegen takken en de vernauwing ter visualiseren.
    1. Kantel de linkerkant van het platform zo ver mogelijk voor de muis in linker decubitus positie te draaien. Houd de ultrasone transducer van stand in verticale positie en plaats het op de borst langs de rechter parasternale lijn, met de inkeping wijzend in de richting van de kin van de muis. Let op: niet te comprimeren de muis thorax bij het verlagen van de transducer; minimale hoeveelheid druk vereist.
    2. Kantel de transducer tot op het niveau van schouderblad en draai iets naar rechts draaien totdat aortaboog in zicht komt. Observeer de dwarse aorta vernauwing aanwezig, die zich tussen het vertakkingspunt onbenoemde slagader (IA) en linker gemeenschappelijke halsslagader (LCCA) (figuur 1).
      Opmerking: geen vernauwing waargenomen in schijn-geopereerde muizen.
  2. Klik "color Doppler" op het werkstation te schakelen naar kleur Doppler modus om richting en snelheid van de bloedstroom in de insnoering plaats te controleren. Verwerven en beelden op te slaan door te klikken op de "cine store" knop.
  3. Klik op de knop "PW Doppler" over te schakelen naar pulse wave Doppler-modus, en de plaats monster volume (de gestippelde cursor doos) onmiddellijk distaal van de vernauwing site om te zoeken naar de vernauwde jet met de hoogste snelheid, klik vervolgens op de "PW Doppler" knop om golfvormen van aorta fl te verkrijgenow en meet pieksnelheid (figuur 2).
  4. Bereken drukgradiënt over de vernauwing site met behulp van de gemodificeerde Bernoulli-vergelijking: druk gradiënt = 4 x V max 2. Neem alleen muizen met een drukgradiënt bereik 40-80 mmHg voor verdere analyse.

3. In de parasternal Long As View, gebruik B-modus en de M-modus Imaging te beoordelen Cardiac Maten en contractiliteit

  1. Met de muis liggen in rugligging op het platform, houdt u de transducer in verticale wijze met de inkeping wijzend naar het hoofd van de muis. Laat de transducer op de thorax parallel aan de linker parasternale lijn en draai 30 ° tegen de klok in.
  2. Gebruik de B-modus beeldvorming tot een volledige lange as "sagittale" uitzicht op het hart te verkrijgen. Pas de hoek van de transducer en focus diepte linkerventrikel, het intraventriculaire septum wand en een kleine portie van de rechter ventrikel wand visualiseren. Save de afbeeldingen voor latere metingen van cardiale wanddikte en kamer dimensie. Met behulp van "cardiale pakket", selecteert u parameters zoals IVS of LVAW, LVID en LVPW en klik op de afbeelding om overeenkomstige lijnen te trekken voor elke parameter om de metingen te verkrijgen.
  3. Observeer hartwand bewegingspatronen en controleren op mogelijke beweging afwijkingen, met inbegrip van akinesie, hypokinesie en asynchronie.
    Opmerking: Akinesie en hypokinesie duiden volledig en gedeeltelijk verlies van de beweging van de hartwand, respectievelijk. Asynchrony geeft onregelmatige, ongecoördineerde hartwand beweging.
  4. Overschakelen naar M-modus place M-modus cursor loodrecht op de LV wanden ter hoogte van de papillaire spier en afbeeldingen voor latere meting van cardiale afmetingen en fractionele verkorting (figuur 3) te verkrijgen.

4. In de parasternal korte as View, gebruik B-modus en de M-modus Imaging te beoordelen cardiale morfologie en functie

  1. FrOM de parasternale lange as te bekijken, krijgen parasternale korte view as door het draaien van de transducer 90 ° met de klok mee. Stel de transducer om een ​​horizontale doorsnede "dwars" met het hart in B-modus geven, zowel papillaire spieren zichtbaar en aan de rechterzijde (de 2 en 4 uur positie).
  2. Overschakelen naar M-modus en zet de M-modus as op het mid-level van de linker hartkamer. Verwerven en afbeeldingen opslag voor latere metingen van cardiale wanddikte kamer dimensie en fractionele verkorting (figuur 4). Met behulp van "cardiale pakket", selecteert u de parameters in SAX (korte as), met inbegrip van IVS of LVAW, LVID en LVPW, en klik op de afbeelding om overeenkomstige lijnen te trekken voor elke parameter om de metingen te verkrijgen.
    Opmerking: Metingen hier verkregen wanneer nauw correleren met die verkregen in de parasternale lange as aanzicht (figuur 5).

5. In de apicale Four-chamber View, gebruikDoppler Imaging om systolische en diastolische functie Assess

  1. Het verkrijgen van de apicale vier-kamer oog op zowel de linker en rechter ventrikels te visualiseren met de atria aan de onderkant van het scherm. In de B-mode, van de korte as, Gekanteld de linkerbovenhoek van het platform om de hoek het hoofd van de muis naar beneden en oriënteren de transducer naar de rechter schouder van de muis. Dit is in wezen een "coronale" uitzicht op het hart te kijken naar de top te bereiken.
  2. Visualiseren de mitralisklep in B-modus en schakelt kleur Doppler-stand plaatsen van het monstervolume (het gestippelde vak cursor) op het puntje van de mitralisklep.
  3. Overschakelen naar PW Doppler-modus om stromingspatronen beoordelen over de mitralisklep. Lijn de Doppler sonde cursor evenwijdig aan de richting van mitrale bloedstroming. Gebruik een probe hoek kleiner dan 20 ° pieksnelheid (Figuur 6) te bepalen.
  4. Sla de foto's voor later metingen. Gebruik "cardiale pakket" en selecteer "MV stroom. "Klik op elke parameter en trek overeenkomt lijnen om de metingen te verkrijgen beschikbare metingen zijn onder andere:. Piek E velocity (vroege vullen met actieve hartkamerrelaxatie), piek A velocity (late vullen met atriale contractie), mitralisklep isovolumetrische ontspanning en contractie tijden (IVRT en IVCT respectievelijk), en ejectie tijd (ET).
  5. Bereken hartspierprestatie index (MPI) van MPI = (IVCT + IVRT) / ET.

6. Post-procedurele behandeling van dierlijke

  1. Geven analgesie en / of steriele zoutoplossing intraperitoneaal chirurgische dieren wanneer nodig.
  2. Laat het dier te laten bekomen op een verwarmingselement in buikligging. Heeft een dier niet onbeheerd achter te laten tot het voldoende bewustzijn heeft herwonnen om borstligging handhaven. Heeft een dier dat de procedure heeft ondergaan om het gezelschap van andere dieren tot volledig hersteld niet meer terug.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 1 toont de B-modus beelden van de aortaboog weergave van de muis hart onderworpen aan sham (figuur 1A) of TAC chirurgie (Figuur 1B). De aortaboog, innominate slagader, linker gemeenschappelijke halsslagader, en de linker subclavia worden getoond. Merk op dat de aorta vernauwing is duidelijk zichtbaar in TAC, maar niet sham hart. Color Doppler beelden van aorta-view zijn weergegeven in figuur 2A. De golfvormen van ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Echocardiografie is op grote schaal gebruikt om de hartfunctie in knaagdier modellen van hart-en vaatziekten 2,6 beoordelen. In vergelijking met invasieve of terminal methodieken zoals druk-volume lus meting 11 en ex vivo werken hart 12, echocardiografie biedt een krachtige, niet-invasieve tool om lopende cardiale structurele en functionele veranderingen in levende dieren te beoordelen. Betrouwbare gegevens te verkrijgen, is het belangrijk om de lichaamstemperatuur en hartslag b...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door NIH/NHLBI-subsidies R00HL0908076 en R01HL116507 (aan Q.L.).

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AnesthesieapparatuurHarvard Apparatus, 84 October Hill Road
Holliston, MA		723015
Vevo 2100 beeldvormingssysteemVisualSonics Inc., 3080 Yonge Street Suite 6100, Box 66, Toronto, Ontario, CanadaVevo 2100
Aquasonic ultrasone gelParker Laboratories, 286 Eldridge Rd, Fairfield, NJ 03-50
IsofluraanPiramal Healthcare, Inc, 3950 Schelden Circle
Bethlehem, PA 		NDC 66794-017-25
F/air anesthesiegasfilterunitA.M. Bickford, Inc, 12318 Big Tree Rd, Wales Center, NY 80120

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proc Natl Acad Sci USA. 88 (18), 8277-8281 (1991).
  2. Tanaka, N., et al. Transthoracic echocardiography in models of cardiac disease in the mouse. Circulation. 94 (5), 1109-1117 (1996).
  3. Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2 (2), 138-144 (2009).
  4. Heineke, J., Molkentin, J. D. Regulation of cardiac hypertrophy by intracellular signalling pathways. Nat Rev Mol Cell Biol. 7 (8), 589-600 (2006).
  5. Oka, T., et al. Cardiac-specific deletion of Gata4 reveals its requirement for hypertrophy, compensation, and myocyte viability. Circ Res. 98 (6), 837-845 (2006).
  6. Gardin, J. M., Siri, F. M., Kitsis, R. N., Edwards, J. G., Leinwand, L. A. Echocardiographic assessment of left ventricular mass and systolic function in mice. Circ Res. 76 (5), 907-914 (1995).
  7. Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. (39), e1738(2010).
  8. Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. Murine echocardiography and ultrasound imaging. J Vis Exp. (42), e2100(2010).
  9. Patten, R. D., Aronovitz, M. J., Bridgman, P., Pandian, N. G. Use of pulse wave and color flow Doppler echocardiography in mouse models of human disease. J Am Soc Echocardiogr. 15 (7), 708-714 (2002).
  10. deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. (38), e1729(2010).
  11. Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).
  12. Larsen, T. S., et al. The isolated working mouse heart: methodological considerations. Pflugers Arch. 437 (6), 979-985 (1999).
  13. Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Jr Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
  14. Pearlman, A. S., Stevenson, J. G., Baker, D. W. Doppler echocardiography: applications, limitations and future directions. Am J Cardiol. 46 (7), 1256-1262 (1980).
  15. Bauer, M., et al. Echocardiographic speckle-tracking based strain imaging for rapid cardiovascular phenotyping in mice. Circ Res. 108 (8), 908-916 (2011).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transverse Aortic ConstrictionEchocardiographic ImagingMouse ModelCardiac HypertrophyHeart FailureB mode ImagingM mode ImagingDoppler ImagingPressure GradientFractional Shortening

Related Articles