Method Article

Kwantificering van biventriculaire functie en morfologie door cardiale magnetische resonantiebeeldvorming bij muizen met longslagaderbanden

DOI:

10.3791/60837

⸱

May 13th, 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Center for Congenital Heart Diseases, Department of Pediatric Cardiology, University Medical Center Groningen, University of Groningen, 2The Central Animal Facility, University Medical Center Groningen, University of Groningen, 3Gronsai (Groningen Small Animal Imaging Facility), University Medical Center Groningen, University of Groningen, 4Department of Cardiology, University Medical Center Groningen, University of Groningen, 5Department of Radiology, University Medical Center Groningen, University of Groningen

In This Article

Summary

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

Om de pathofysiologie van de aanpassing van het rechterventrikel (RV) aan abnormale belasting te begrijpen, zijn experimentele modellen cruciaal. De beoordeling van de afmetingen en functie van campers is echter complex en uitdagend. Dit protocol biedt een methode om cardiale magnetische resonantiebeeldvorming (CMR) uit te voeren als een niet-invasieve benchmarkprocedure bij muizen die worden blootgesteld aan RV-drukbelasting.

Abstract

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

De functie en het falen van de rechterventrikel (RV) zijn belangrijke determinanten van de uitkomst bij verworven en aangeboren hartaandoeningen, waaronder pulmonale hypertensie. De beoordeling van de functie en morfologie van de RV is complex, deels vanwege de complexe vorm van de RV. Momenteel is beeldvorming met cardiale magnetische resonantie (CMR) de gouden standaard voor niet-invasieve beoordeling van de functie en morfologie van RV. Het huidige protocol beschrijft CMR-beeldvorming in een muismodel van RV-drukbelasting geïnduceerd door pulmonale arterieband (PAB). PAB wordt uitgevoerd door een 6-0 hechting rond de longslagader over een naald van 23 G te plaatsen. De PAB-gradiënt wordt bepaald met behulp van echocardiografie na 2 en 6 weken. Na 6 weken wordt de morfologie en functie van de rechter- en linkerventrikel beoordeeld door zowel het eindsystolische als het einddiastolische volume en de massa te meten aan tien tot elf cineplakken van 1 mm dik met behulp van een 9,4 T magnetische resonantiebeeldvormingsscanner uitgerust met een gradiënt van 1.500 mT/m. Representatieve resultaten tonen aan dat PAB een significante toename van de RV-drukbelasting induceert, met significante effecten op de biventriculaire morfologie en de RV-functie. Het is ook aangetoond dat bij 6 weken RV-drukbelasting het hartminuutvolume behouden blijft. Hier wordt een reproduceerbaar protocol gepresenteerd voor de kwantificering van biventriculaire morfologie en functie in een muismodel van RV-drukbelasting en kan dienen als een methode voor experimenten die determinanten van RV-remodellering en disfunctie onderzoeken.

Introduction

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

Patiënten met verworven en aangeboren hart- en vaatziekten, waaronder pulmonale hypertensie (PH), lopen risico op disfunctie en falen van de rechterventrikel (RV)1. Aanpassing aan RV als gevolg van verhoogde drukbelasting wordt gekenmerkt door concentrische hypertrofie in vroege stadia en progressieve dilatatie bij ziekte in het eindstadium. Bovendien wordt het geassocieerd met stoornissen in het metabolisme en de extracellulaire matrix, ontstekingsprocessen en, uiteindelijk, RV-falen 2,3,4,5,6. Er zijn diermodellen ontwikkeld om de onderliggende processen van de progressie naar RV-falen te onderzoeken. Het optimaliseren van modellen en het adequaat beoordelen van de functie en afmetingen van RV's was echter een uitdaging. Voor niet-invasieve beoordeling van de RV-functie en -afmetingen is cardiale magnetische resonantie (CMR) beeldvorming de gouden standaard. Deze techniek maakt beelden van het kloppende hart door gebruik te maken van een sterk magnetisch veld en radiofrequente golven. CMR is beschikbaar voor mensen en voor dieren zoals laboratoriumknaagdieren. Aangezien deze laatste een hogere ruimtelijke resolutie vereisen vanwege de kleinere omvang van het hart, moet het magnetische veld dat nodig is om adequate beelden te leveren hoger zijn in vergelijking met mensen.

Er zijn meerdere modellen beschikbaar die RV-drukoverbelasting nabootsen, waaronder modellen van PH 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 en modellen van proximale RV-drukbelasting 2,3,10,18, 19,20,21,22,23. De keuze voor een model van PH of een model van proximale RV-drukbelasting hangt af van de onderzoeksvraag: het effect van een interventie op de longvasculatuur en dus eventueel RV-afterloadmodulatie (d.w.z. PH-modellen), of het directe effect op de RV (d.w.z. proximale RV-drukbelastingmodellen). Er zijn verschillende methoden beschikbaar voor experimentele inductie van PH, waaronder het gebruik van monocrotaline (MCT)12,13,14,16,22,24,25,26, MCT gecombineerd met een aortocavale shunt 9, chronische hypoxie 7,27,28,29 , en de combinatie van een vasculaire endotheliale groeifactorreceptorantagonist, Sugen 5416, met chronische hypoxie 8,10,30,31. Dergelijke modellen vertegenwoordigen progressieve pulmonale modellen van proximale RV-drukbelasting en zijn niet gericht op de pulmonale vasculatuur, maar induceren een constante nabelasting door vernauwing van de longslagader, met een bijbehorende toename van RV-nabelasting 2,3. Dit kan worden uitgevoerd door middel van een hechtband (pulmonale arteriebanding, PAB) of een vasculaire clip rond de longslagader. PAB is uitgevoerd bij verschillende diersoorten en de hartafmetingen en -functie zijn op verschillende manieren bestudeerd, zoals histologie, transthoracale echocardiografie (inclusief spikkeltracking) en hartkatheterisatie 2,32,33,34,35,36,37,38,39,40 . PAB bij kleine knaagdieren, zoals muizen, is een uitdaging. Dit komt omdat subtiele verschillen tussen de strakheid van de slagadervernauwing duidelijke resultaten hebben opgeleverd voor de mate van RV-drukbelasting en de daaropvolgende functionele status en overleving. Wanneer de vernauwing erg strak is, zal het dier tijdens of kort na de operatie sterven, terwijl het gewenste fenotype niet zal worden bereikt wanneer de vernauwing niet strak genoeg is. Het gebruik van muizen heeft echter voordelen ten opzichte van andere dieren, vanwege de uitstekende genetische modificatiemogelijkheden (d.w.z. transgene of knock-out modellen) en snelle fokkerij. Dit is van toegevoegde waarde bij het bestuderen van ziekten en bij het onderzoeken van de bijdrage van moleculaire en (epi-)genetische factoren.

De opzet van dierstudies verschuift naar het onderzoek naar temporele veranderingen tijdens de ziekte 2,3,8,13,21. Voor dergelijke studies zijn niet-invasieve modaliteiten nodig, omdat seriële beoordelingen kunnen worden uitgevoerd. Alternatieven voor CMR bij de beoordeling van cardiale remodellering kunnen zijn: (1) weefselkarakterisering met behulp van histopathologie, waarbij meerdere dieren op verschillende tijdstippen worden geofferd, (2) invasieve functionele beoordeling door drukvolumeanalyse, of (3) echocardiografie, waarmee de onderzoeker cardiale hypertrofie of dilatatie niet-invasief binnen hetzelfde dier serieel kan identificeren. CMR heeft twee grote voordelen bij de beoordeling van de RV: (1) CMR is een niet-invasieve modaliteit, die seriële metingen in één dier mogelijk maakt, wat bijdraagt aan het verminderen van het aantal dieren dat nodig is voor studies, en (2) CMR vertrouwt niet op een bepaalde geometrische vorm en visualiseert driedimensionaal. Van CMR-afgeleide RV-volumes en functiemetingen is aangetoond dat ze nauwkeurig zijn en worden beschouwd als de niet-invasieve gouden standaard in verschillende cardiale entiteiten bij mensen 42,43,44,45, maar waren nog niet vertaald naar een CMR-protocol voor muizen met RV-drukoverbelasting.

In de literatuur worden veel modellen van PAB beschreven, maar met een hoge heterogeniteit in methoden voor het beoordelen van hemodynamische effecten en RV-functie en -adaptatie. Dit protocol schetst de procedure van PAB bij muizen met validatie van het model door de PAB-gradiënt te meten door middel van echocardiografie en het evalueren van cardiale afmetingen en functie met CMR. Hoewel er voor ratten een protocol voor CMR is gepubliceerd bij dieren die aan PAB zijn onderworpen, is deze combinatie tot nu toe niet beschreven voor muizen. Terwijl ratten het meest worden gebruikt voor PH-modellen 8,12,13,14,15,16,22,24,25,26,27,28,29,30,31,46 worden muizen meestal gebruikt voor transgene of knock-out studies en dragen daardoor bij aan ons begrip van mechanismen bij drukbelast RV-falen. Dit protocol zou de basis kunnen vormen voor toekomstige studies om signaalroutes te ontrafelen die betrokken zijn bij de overgang naar RV-falen.

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

Protocol

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

Alle experimenten en dierverzorging worden uitgevoerd volgens de Wet op de dierproeven en voldoen aan de Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, gepubliceerd door de Amerikaanse National Institutes of Health. De Commissie Dierproeven van de Rijksuniversiteit Groningen heeft het huidige experimentele protocol goedgekeurd (vergunningsnummer: 2014-041/3005).

1. Huisvesting en acclimatisatie

  1. Gebruik 20-30 g wildtype C57 black 6 (C57BL/6) muizen (institutionele foklijn eerder beschreven47), mannetje en vrouwtje, allemaal meer dan 8 weken oud. Huisvesting van de muizen in groepen met een maximum van vijf per kooi. Om te wennen aan de menselijke behandeling, laat je de muizen minimaal 7 dagen acclimatiseren. Voer in deze periode geen procedures uit.

2. Operatie voor het verbinden van de longslagader

  1. Voorbereiding
    1. Plaats de muis in de inductiekamer gevuld met 5% isofluraan/100% zuurstof. Controleer op het ontbreken van reflexen door een pijnprikkel te geven (d.w.z. teenknijpen).
    2. Scheer de linker hemithorax van de muis met een elektrisch scheerapparaat.
    3. Trek de tong voorzichtig uit en houd deze met lichte spanning vast.
    4. Verlicht de binnenste keel door een lichtbron op de uitwendige keel ter hoogte van de glottis te plaatsen.
    5. Intubeer de muis endotracheaal met een flexibele canule van 20 G.
    6. Leg het dier op zijn rechterzij op een warmtemat (stel de temperatuur in op 37 °C).
    7. Sluit de canule aan op de miniventilator en begin met beademing met 1.5%-2.5% isofluraan/zuurstof (180 ademhalingen/min, teug 250 μL).
    8. Injecteer 0,1 mg/kg buprenorfine subcutaan voor postoperatieve analgesie.
    9. Voorkom uitdroging van het oog met oogzalf.
  2. Pulmonale slagaderbanding door linker laterale thoracotomie
    1. Plaats de muis op zijn rechterzij door het rechter voorbeen in een neutrale positie te plaatsen, het rechter achterbeen gestrekt en het linker voorbeen naar achteren gebogen.
    2. Desinfecteer de huid op de thorax met chloride-hexidine, wattenstaafje 2x.
    3. Gebruik steriele instrumenten voor operaties. Open de huid met een kleine schaar (rond handvat, 12 mm mesjes) vanaf de linker oksel evenwijdig aan de tweede en derde rib.
    4. Identificeer de m. pectoralis superficialis (schuine, oppervlakkige spier) en de m. pectoralis profundus (schuine, onderliggende spier).
    5. Trek met behulp van hechtlussen de m. pectoralis superficialis naar de buikzijde en de m. pectoralis profundus naar de dorsale zijde van de muis.
    6. Open de tweede intercostale ruimte en spreid de ribben met behulp van aangepaste paperclips, zodat het linkerhartoor, de linkerlong en de longslagader zichtbaar worden.
    7. Scheid de arteria pulmonalis van de aorta. Plaats een hechtlus rond de longslagader met een stompe 25 G naald die een 6-0 hechtdraad bevat en plaats een losse 2-1-1 ligatuur rond de arteria pulmonalis.
    8. Plaats een naald van 23 G evenwijdig aan de arteria pulmonalis in de 6-0 hechtdraad en fixeer eerst de meest proximale hechtknoop en vervolgens de distale knoop van de 2-1-1 hechtdraad. Verwijder de 23 G-naald. Zorg ervoor dat de knoop goed is.
    9. Sluit de thorax af met twee of drie afzonderlijke hechtingen met een monofilament polypropyleen 5-0 hechtdraad. Laat de m. pectoralis superficalis en m. pectoralis profundus los.
    10. Hecht de huid met een zuivere polyglycolzuur 5-0 hechtdraad. Gebruik een continue hechttechniek om littekenvorming in het weefsel te minimaliseren; Littekenweefsel heeft invloed op de beeldkwaliteit van de echocardiografie.
    11. Schakel de isofluraan uit terwijl u de beademing met zuurstof voortzet tijdens het herstel van de anesthesie totdat de muis zijn eigen, spontane ademhaling terugkrijgt, zoals kan worden waargenomen door de beweging van de buik.
    12. Koppel de endotracheale tube los van het beademingsapparaat. Controleer op spontane ademhaling, extubeer alleen als spontane ademhalingsactie zichtbaar is. Als er geen spontane ademhaling wordt waargenomen, sluit u de slang weer aan op de ventilator en keert u terug naar stap 2.2.12.
    13. Observeer de muis totdat hij weer bij bewustzijn komt.
  3. Schijnoperatie
    1. Voer de bovenstaande procedure uit, met uitzondering van de banderol (stappen 2.2.2–2.2.6).
  4. Postoperatieve periode
    1. Verblijf de muis individueel in een broedmachine (37 °C) gedurende 24 uur.
    2. Observeer de muis dagelijks gedurende de eerste 3 postoperatieve dagen. In geval van tekenen van ongemak, injecteer 0,1 mg/kg buprenorfine subcutaan 2x daags voor postoperatieve analgesie.

3. Echocardiografie

  1. Voorbereiding
    1. Voer 14 dagen na de PAB-operatie een PAB-gradiëntanalyse uit door middel van echocardiografie.
    2. Start het echocardiografieapparaat. Kies het hartpakket en een 14,0 MHz transducer.
  2. Anesthesie
    1. Plaats de muis in de inductiekamer gevuld met een mengsel van 5% isofluraan en 100% zuurstof.
    2. Scheer de thorax van de muis.
    3. Plaats de muis op zijn rug op de warmtemat (temperatuur 37 °C) en plaats de snuit in het ventilatiemasker.
    4. Ventileer met een mengsel van 1,5%–2,5% isofluraan en 100% zuurstof (0,15 l/min) en kamerlucht (0,3 l/min).
    5. Controleer de diepte van de anesthesie door een teenknijp uit te voeren en pas de anesthesie dienovereenkomstig aan.
    6. Voorkom uitdroging van het oog door oogzalf te gebruiken.
  3. Bepaling van de PAB-gradiënt door middel van echocardiografie
    1. Plaats pediatrische elektrocardiogramstickers op elk voorbeen en één op beide achterpoten. Gebruik de stickers om het dier vast te houden.
    2. Breng ultrasone gel aan op het geschoren deel van de borstkas van de muis.
    3. Om de beelden van de longslagader te verkrijgen, kunnen twee weergaven worden gebruikt: de parasternale lange as (PLAX) of de parasternale korte as (PSAX) weergave. Verkrijg beide en gebruik de weergave die de beste kwaliteitsmetingen en de hoogste snelheden voor analyse geeft.
    4. Verkrijg PLAX- en PSAX-weergaven.
    5. Druk op de kleur-Doppler-knop om de bloedstroom te visualiseren.
    6. Plaats de ultrasone sonde in een hoek van 30° ten opzichte van de parasternale lijn om PLAX te verkrijgen (voor gedetailleerde beschrijving zie Cheng, et al.48), waarbij de stijgende aorta wordt gevisualiseerd.
    7. Veeg de sonde minimaal naar links zodat de stijgende aorta achter de longslagader verdwijnt. De juiste PLAX wordt geïdentificeerd wanneer de longslagader wordt gevisualiseerd, waarbij het bloed verticaal stroomt.
    8. Plaats de cursor in lijn met de longslagader. Druk op de continue golf (CW) Doppler-knop om snelheidstijdintegraalmetingen af te leiden gedurende drie hartcycli. Druk op Opslaan.
    9. Draai de sonde 90° met de klok mee vanaf de PLAX om PSAX te verkrijgen en kantel de sonde vervolgens iets in de richting van de schedel-/ventrale richting om de PSAX op aortaniveau af te leiden. De juiste PSAX-weergave wordt geïdentificeerd als het RV-uitstroomkanaal zich tussen de aorta en de sonde bevindt. Dit zet zich voort in de longslagader, waarbij het bloed verticaal stroomt. Voor een uitgebreide beschrijving zie Cheng et al.48
    10. Plaats de cursor in lijn met de longslagader. Druk op de continue golf (CW) Doppler-knop om snelheidstijdintegraalmetingen af te leiden gedurende drie hartcycli. Druk op Opslaan.
    11. Meet de drie maximale snelheden van het beste zicht (PSAX of PLAX) en bereken het gemiddelde. Gebruik het vereenvoudigde principe van Bernoulli om de PAB-gradiënt in millimeters kwik (mmHg) af te leiden.

4. Cardiale magnetische resonantie beeldvorming

  1. Voorbereiding
    1. Voer 6 weken (d.w.z. 42 dagen) na de PAB-operatie een CMR-analyse uit.
      OPMERKING: Bovendien kunnen eerdere tijdstippen na PAB-chirurgie worden gekozen wanneer meerdere tijdstippen moeten worden opgenomen, afhankelijk van de onderzoeksvraag. Latere tijdstippen kunnen worden overwogen; het falen en de dood van een camper kunnen echter steeds vaker voorkomen.
    2. Gebruik een magneet met voldoende kracht (meestal wordt >7 T gebruikt voor het scannen van CMR's bij knaagdieren). Voor het huidige protocol wordt een verticaal systeem van 9,4 T gebruikt, met een gradiëntset van 1.500 mT/m en een boring van 89 mm.
    3. Installeer CMR-nabewerkingssoftware voor het analyseren van volumes en massa's in de afgeleide afbeeldingen. De software wordt geschikt geacht als deze handmatige segmentatie mogelijk maakt om einddiastolische (ED) en eindsystolische (ES) volumes (respectievelijk EDV en ESV) en ventriculaire massa (gemeten zowel ED als ES) te bepalen.
  2. Anesthesie en fixatie
    1. Plaats de muis in de inductiekamer gevuld met een mengsel van 5% isofluraan en 100% zuurstof. Controleer het effect van de anesthesie door een pijnprikkel te geven door in de teen te knijpen.
    2. Breng oogzalf aan op de ogen van de muis om ze vochtig te houden tijdens het scannen.
    3. Plaats de muis in het dierenbed van de scanner met geïntegreerde luchttoevoer, een verwarmd (37 °C) mengsel van 1,5%-2,5% isofluraan, 100% zuurstof (0,15 l/min) en kamerlucht (0,3 l/min), en een drukkussen waarmee de hartslag (streef naar 400-500 slagen per minuut) en ademhalingsfrequentie (streef naar ~35 ademhalingen per min) tijdens het scannen kan worden waargenomen. Regel de anesthesie op basis van die twee parameters. Zorg ervoor dat het bed van plastic is, zonder magnetisch materiaal.
    4. Plaats het dierenbed met de muis in de scanner.
  3. Beeldvorming van cardiale magnetische resonantie uitvoeren
    1. Maak aanpassingen vóór de acquisitie door de radiofrequente (RF) vogelkooispoel af te stemmen op een resonantiefrequentie van 1 waterstof (1 H).
    2. Stel vervolgens het magnetische veld zo homogeen mogelijk in met behulp van de automatische shimming-procedure.
      OPMERKING: Het computergestuurde shimmen wordt gedaan door de zogenaamde Afstemmingsmethode, die het gebied onder de 1 H FID als kwaliteitsparameter gebruikt. In deze afstemmingsprocedure wordt een door de gebruiker gedefinieerde groep vulplaatjes (Z, Z2, X, Y, XZ en YZ) onderzocht in een iteratieve cyclus. Elke vulplaat achter elkaar wordt afzonderlijk aangepast om het oppervlak onder de FID te maximaliseren. Dit is in wezen een lineaire procedure die snel goed werkt.
    3. Optimaliseer de RF-puls door het eendimensionale beeldprofiel te maximaliseren met aanpassing van het RF-pulsvermogen.
    4. Wijs de exacte positie van het hart in de scanner toe door verkenningsscans te maken met behulp van een driepilootreeks. Gebruik een snelle gradiënt-echosequentie om de verkennersbeelden door de thorax te verkrijgen: een transversale, coronale en sagittale plak. (Figuur 1A,B,C)
    5. Pas de assen aan de werkelijke assen van de axiale, tweekamer- en vierkamerweergave aan (Afbeelding 1D,E).
    6. Plaats vervolgens de cine-plakjes loodrecht op een denkbeeldige as tussen het RV-uitstroomkanaal en het uiterste apicale deel van de RV.
    7. Leid tien tot elf 1 mm dikke cine-plakjes af zonder een plakopening om de gehele beeldvorming van top tot basis van de RV te bedekken (Figuur 1F) door middel van de Self-gated IntraGate-fast low-angle shot (FLASH) -methode, die de noodzaak van een elektrocardiogram (ECG) en ademhalingsgat overbodig maakt. De acquisitieparameters worden weergegeven in Tabel 1. Sla de afbeeldingen op in DICOM-formaat.
  4. Uitvoeren van analyses op verkregen beelden
    1. Dubbelklik op de software om het programma te openen.
    2. Open afbeeldingen in de CMR-nabewerkingssoftware met behulp van de importknop .
    3. Identificeer de eindsystolische fase (gedefinieerd als de fase met de visueel kleinste RV-holte) en de einddiastolische fase (gedefinieerd als de fase met de visueel grootste RV-holte).
    4. Volgens de richtlijnen van de Society for Cardiovascular Magnetic Resonance49, teken de epicardiale contouren handmatig in einddiastole en eindsystole van top tot basis, door verschillende punten op de epicardiale rand van elke afbeelding te markeren. Dubbelklik op het laatste punt om de epicardiale contour te voltooien.
    5. Doe hetzelfde voor de endocardiale contouren. (Figuur 2). De linkerventrikel en rechterventrikel EDV-, ESV-, ED-massa en ES-massa worden nu automatisch berekend door de software.
      OPMERKING: Massa wordt gedefinieerd als myocardvolume maal myocardiale dichtheid (d.w.z. 1,05).
    6. Afhankelijk van de onderzoeksvraag en de bestudeerde populatie, indexeer deze variabelen voor de grootte van de proefpersoon door middel van de lengte van het scheenbeen of het lichaamsgewicht, volgens eerder gepubliceerde formules50.
    7. Bereken de excentriciteitsindex (EI) zowel in einddiastole als in eindsystole, door de diameter van de LV-holte evenwijdig aan het intraventriculaire septum (IVS) te delen door de diameter van de LV-holte loodrecht op de IVS, afgeleid van de korte as op midpapillair niveau.
    8. De software berekent het slagvolume (SV) in ml als figure-protocol-1, en de ejectiefractie (EF, %) als figure-protocol-2.
    9. Bereken het hartminuutvolume (CO) in ml/min als figure-protocol-3. De hartslag wordt handmatig gemeten door het drukkussen dat in de stal is ingebed, zoals hierboven beschreven, omdat de scanner niet in staat is om de hoogfrequente hartslag adequaat te registreren.
    10. Afhankelijk van de onderzoeksvraag en de onderzochte populatie, indexeert u de CO en SV voor de grootte van de proefpersoon door middel van de lengte van het scheenbeen of het lichaamsgewicht, volgens eerder gepubliceerde formules50.

5. Statistische analyses

  1. Open de software die wordt gebruikt voor gegevensvisualisatie en statistische analyses.
  2. Sorteer de gegevens per groep (PAB en sham) met elke groep in een aparte kolom.
  3. Gebruik de Mann-Whitney-test om PAB versus schijnvertoning voor elke variabele te vergelijken.

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

Results

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

Het sterftecijfer van de PAB-chirurgische ingreep ligt rond de 10%. De gepresenteerde resultaten tonen kenmerken van muizen in de sham (n = 5) en PAB (n = 8) groepen. Zoals te zien is in figuur 3, namen de PAB-gradiëntwaarden significant toe in vergelijking met schijndieren 2 en 6 weken na PAB. Deze toename van de belasting veroorzaakte RV-dilatatie uitgedrukt als verhoogde RV, EDV en RV ESV (Figuur 4A,B). RV-di...

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

Discussion

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

Dit protocol biedt een reproduceerbare methode voor PAB bij muizen en de daaropvolgende beoordeling van cardiale remodellering en functionele aanpassing met behulp van CMR.

PAB verschilt van andere modellen van verhoogde RV-drukbelasting omdat het gaat om een absolute en statische toename van de nabelasting zonder de aanwezigheid van andere triggers. RV-drukbelasting in modellen van hypoxie, monocrotaline, shunt of een combinatie van deze inductoren is gebasee...

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

Disclosures

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

Het Universitair Medisch Centrum Groningen heeft een contract gesloten met Actelion en Lilly voor adviesactiviteiten van R.M.F. Berger buiten de inhoud van dit handschrift. De andere auteurs verklaren dat zij geen concurrerende belangen hebben.

Acknowledgements

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

We willen P. Da Costa-Martins bedanken voor haar steun bij de dierproeven in deze studie.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
14.0 MHz i13L-echografie transducerGE Healthcare, Waukesha, WI, USA
20G canule
23G naald
9.4T magnetische resonantiescanner met 1.500 mT/m gradientsetBruker BioSpin, Ellingen, Duitsland
Anesthesie-inductiekamer
Blunt 25G naald
Buprenorfine
Chloride-hexidine
CMR post-processing softwareMedis Medical Imaging Systems, Leiden, NederlandQmass versie 7.6
Datavisualisatie- en statistische softwareGraphPad Prism Inc, La Jolla, CA, USAsoftware versie 7.02
Echocardiografie apparaatGE Healthcare, Waukesha, WI, USAVivid Dimension 7
Oogzalf
Verwarmingsmat
Incubator (37°C)
Isofluraan
Isofluraanevaporator
Miniventilator voor knaagdierenHugo Sachsmodel 687
monofilament polypropyleen 5-0 hechtdraden
monofilament polypropyleen 6-0 hechtdraden
Naald en spuit voor subcutane injecties
Pedagogische elektrocardiogram-stickers
Pure polyglycolzuur 5-0 hechtdraden
Steriele chirurgische instrumenten
Beademingsmasker

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Norozi, K., et al. Incidence and Risk Distribution of Heart Failure in Adolescents and Adults With Congenital Heart Disease After Cardiac Surgery. The American Journal of Cardiology. 97 (8), 1238-1243 (2006).
  2. Borgdorff, M. A. J., et al. Clinical symptoms of right ventricular failure in experimental chronic pressure load are associated with progressive diastolic dysfunction. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 79, 244-253 (2015).
  3. Koop, A. M. C., et al. Right ventricular pressure overload alters cardiac lipid composition. International Journal of Cardiology. , (2019).
  4. Faber, M. J., et al. Right and left ventricular function after chronic pulmonary artery banding in rats assessed with biventricular pressure-volume loops. American Journal of Physiology and Heart Circirculation Physiology. 291 (4), 1580-1586 (2006).
  5. Bogaard, H. J., et al. Chronic pulmonary artery pressure elevation is insufficient to explain right heart failure. Circulation. 120 (20), 1951-1960 (2009).
  6. Samson, N., Paulin, R. Epigenetics, inflammation and metabolism in right heart failure associated with pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 7 (3), 572-587 (2017).
  7. Rumsey, W. L., et al. Adaptation to hypoxia alters energy metabolism in rat heart. American Journal of Physiology Heart and Circulatory Physiology. 276 (1), 71-80 (1999).
  8. Drozd, K., et al. Effects of an endothelin receptor antagonist, Macitentan, on right ventricular substrate utilization and function in a Sugen 5416/hypoxia rat model of severe pulmonary arterial hypertension. Journal of Nuclear Cardiology. 24 (6), 1979-1989 (2017).
  9. Van Der Feen, D. E., et al. Shunt surgery, right heart catheterization, and vascular morphometry in a rat model for flow-induced pulmonary arterial hypertension. Journal of Visualized Experiments. (120), e55065(2017).
  10. Gomez-Arroyo, J., et al. Metabolic gene remodeling and mitochondrial dysfunction in failing right ventricular hypertrophy secondary to pulmonary arterial hypertension. Circulation: Heart Failure. 6 (1), 136-144 (2013).
  11. Bruns, D. R., Dale Brown, R., Stenmark, K. R., Buttrick, P. M., Walker, L. A. Mitochondrial integrity in a neonatal bovine model of right ventricular dysfunction. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 308 (2), 158-167 (2015).
  12. Zhang, W. H., et al. Up-regulation of hexokinase1 in the right ventricle of monocrotaline induced pulmonary hypertension. Respiratory Research. 15 (1), 119(2014).
  13. Paulin, R., et al. A miR-208-Mef2 axis drives the decompensation of right ventricular function in pulmonary hypertension. Circulation Research. 116 (1), 56-69 (2015).
  14. Sutendra, G., et al. A metabolic remodeling in right ventricular hypertrophy is associated with decreased angiogenesis and a transition from a compensated to a decompensated state in pulmonary hypertension. Journal of Molecular Medicine. 91 (11), 1315-1327 (2013).
  15. Balestra, G. M., et al. Increased in vivo mitochondrial oxygenation with right ventricular failure induced by pulmonary arterial hypertension: Mitochondrial inhibition as driver of cardiac failure. Respiratory Research. 16, 6(2015).
  16. Piao, L., et al. The inhibition of pyruvate dehydrogenase kinase improves impaired cardiac function and electrical remodeling in two models of right ventricular hypertrophy: Resuscitating the hibernating right ventricle. Journal of Molecular Medicine. 88 (1), 47-60 (2010).
  17. Piao, L., et al. FOXO1-mediated upregulation of pyruvate dehydrogenase kinase-4 (PDK4) decreases glucose oxidation and impairs right ventricular function in pulmonary hypertension: therapeutic benefits of dichloroacetate. Journal of Molecular Medicine. 91, 333-346 (2013).
  18. Sheikh, A. M., et al. Right ventricular hypertrophy with early dysfunction: A proteomics study in a neonatal model. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 137 (5), 1146-1153 (2009).
  19. Olivetti, G., et al. Cellular basis of wall remodeling in long-term pressure overload-induced right ventricular hypertrophy in rats. Circulation Research. 63 (3), 648-657 (1988).
  20. Lauva, I. K., et al. Control of myocardial tissue components and cardiocyte organelles in pressure-overload hypertrophy of the cat right ventricle. The American Journal of Anatomy. 177 (1), 71-80 (1986).
  21. Fang, Y. H., et al. Therapeutic inhibition of fatty acid oxidation in right ventricular hypertrophy: Exploiting Randle's cycle. Journal of Molecular Medicine. 90 (1), 31-43 (2012).
  22. Piao, L., et al. Cardiac glutaminolysis: A maladaptive cancer metabolism pathway in the right ventricle in pulmonary hypertension. Journal of Molecular Medicine. 91 (10), 1185-1197 (2013).
  23. Sack, M. N., Disch, D. L., Rockman, H. A., Kelly, D. P. A role for Sp and nuclear receptor transcription factors in a cardiac hypertrophic growth program. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94 (12), 6438-6443 (1997).
  24. Broderick, T. L., King, T. M. Upregulation of GLUT-4 in right ventricle of rats with monocrotaline- induced pulmonary hypertension. Medical Science Monitor. 14 (12), 261-264 (2008).
  25. Enache, I., et al. Skeletal muscle mitochondrial dysfunction precedes right ventricular impairment in experimental pulmonary hypertension. Molecular and Cellular Biochemistry. 373 (1-2), 161-170 (2013).
  26. Sun, X. Q., et al. Reversal of right ventricular remodeling by dichloroacetate is related to inhibition of mitochondria-dependent apoptosis. Hypertension Research. 39 (5), 302-311 (2016).
  27. Adrogue, J. V., Sharma, S., Ngumbela, K., Essop, M. F., Taegtmeyer, H. Acclimatization to chronic hypobaric hypoxia is associated with a differential transcriptional profile between the right and left ventricle. Molecular and Cellular Biochemistry. 278 (1-2), 71-78 (2005).
  28. Sharma, S., et al. Dynamic changes of gene expression in hypoxia-induced right ventricular hypertrophy. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 286 (3), 1185-1192 (2004).
  29. Nouette-Gaulain, K., et al. Time course of differential mitochondrial energy metabolism adaptation to chronic hypoxia in right and left ventricles. Cardiovascular Research. 66 (1), 132-140 (2005).
  30. Graham, B. B., et al. Severe pulmonary hypertension is associated with altered right ventricle metabolic substrate uptake. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 309 (5), 435-440 (2015).
  31. Liu, A., et al. Estrogen maintains mitochondrial content and function in the right ventricle of rats with pulmonary hypertension. Physiological Reports. 5 (6), 1-12 (2017).
  32. Kobr, J., et al. Right Ventricular Pressure Overload and Pathophysiology of Growing Porcine Biomodel. Pediatric Cardiology. 37 (8), 1498-1506 (2016).
  33. Yerebakan, C., et al. Acute and chronic response of the right ventricle to surgically induced pressure and volume overload - an analysis of pressure-volume relations. Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 10 (4), 519-525 (2010).
  34. Gufler, H., et al. Right Ventricular Function After Pulmonary Artery Banding: Adaptive Processes Assessed by CMR and Conductance Catheter Measurements in Sheep. Journal of Cardiovascular Translational Research. 12 (5), 459-466 (2019).
  35. Baicu, C. F., et al. Time course of right ventricular pressure-overload induced myocardial fibrosis: relationship to changes in fibroblast postsynthetic procollagen processing. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 303 (9), 1128-1134 (2012).
  36. Manohar, M., et al. Regional myocardial blood flow and coronary vascular reserve in unanesthetized young calves exposed to a simulated altitude of 3500 m for 8-10 weeks. Circulation Research. 50 (5), 714-726 (1982).
  37. Fávaro, G. A. G., et al. Reversible pulmonary trunk banding: VII. Stress echocardiographic assessment of rapid ventricular hypertrophy in young goats. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 145 (5), 1345-1351 (2013).
  38. Nielsen, E. A., et al. Regional septal hinge-point injury contributes to adverse biventricular interactions in pulmonary hypertension. Physiological Reports. 5 (14), 1-13 (2017).
  39. Borgdorff, M. A., et al. Sildenafil enhances systolic adaptation, but does not prevent diastolic dysfunction, in the pressure-loaded right ventricle. European Journal of Heart Failure. 14 (9), 1067-1074 (2012).
  40. Gold, H., Prindle, K., Levey, G., Epstein, S. Effects of experimental heart failure on the capacity of glucagon to augment myocardial contractility and activate adenyl cyclase. The Journal of Clinical Investigation. 49 (5), 999-1006 (1970).
  41. Brittain, E. L., et al. Right ventricular plasticity and functional imaging. Pulmonary Circulation. 2 (3), 309-326 (2012).
  42. Jiang, L., et al. Three-dimensional Echocardiography In Vivo Validation for Right Ventricular Volume and Function. Circulation. 89, 2342-2350 (1994).
  43. Markiewicz, W., Sechtem, U., Higgins, C. B. Evaluation of the right ventricle by magnetic resonance imaging. American Heart Journal. 113 (1), 8-15 (1987).
  44. Pattynama, P. M. T., et al. Reproducibility of MRI-derived measurements of right ventricular volumes and myocardial mass. Magnetic Resonance Imaging. 13 (1), 53-63 (1995).
  45. Wiesmann, F., et al. Comparison of fast spiral, echo planar, and fast low-angle shot MRI for cardiac volumetry at .5T. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 8 (5), 1033-1039 (1998).
  46. Van der Feen, D. E., et al. Multicenter Preclinical Validation of BET Inhibition for the Treatment of Pulmonary Arterial Hypertension. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 200 (7), 910-920 (2019).
  47. da Costa Martins, P. A., et al. MicroRNA-199b targets the nuclear kinase Dyrk1a in an auto-amplification loop promoting calcineurin/NFAT signalling. Nature Cell Biology. 12 (12), 1220-1227 (2010).
  48. Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041(2014).
  49. Schulz-Menger, J., et al. Standardized image interpretation and post processing in cardiovascular magnetic resonance: Society for Cardiovascular Magnetic Resonance (SCMR) Board of Trustees Task Force on Standardized Post Processing. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 1-19 (2013).
  50. Hagdorn, Q. A. J., et al. A novel method optimizing the normalization of cardiac parameters in small animal models: The importance of dimensional indexing. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 316 (6), 1552-1557 (2019).
  51. Scherrer-Crosbie, M., et al. Determination of Right Ventricular Structure and Function in Normoxic and Hypoxic Mice. Circulation. 98 (10), 1015-1021 (2012).
  52. Wiesmann, F., et al. Analysis of right ventricular function in healthy mice and a murine model of heart failure by in vivo MRI. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283 (3), 1065-1071 (2002).
  53. Lu, X., et al. Accuracy and Reproducibility of Real-Time Three-Dimensional Echocardiography for Assessment of Right Ventricular Volumes and Ejection Fraction in Children. Journal of the American Society of Echocardiography. 21 (1), 84-89 (2008).
  54. Soriano, B. D., et al. Matrix-array 3-dimensional echocardiographic assessment of volumes, mass, and ejection fraction in young pediatric patients with a functional single ventricle: A comparison study with cardiac magnetic resonance. Circulation. 117 (14), 1842-1848 (2008).
  55. Damy, T., et al. Prevalence of, associations with, and prognostic value of tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE) among out-patients referred for the evaluation of heart failure. Journal of Cardiac Failure. 18 (3), 216-225 (2012).
  56. Kowalik, E., Kowalski, M., Rózański, J., Kuśmierczyk, M., Hoffman, P. The impact of pulmonary regurgitation on right ventricular regional myocardial function: An echocardiographic study in adults after total repair of tetralogy of fallot. Journal of the American Society of Echocardiography. 24 (11), 1199-1204 (2011).
  57. Koestenberger, M., et al. Systolic right ventricular function in pediatric and adolescent patients with tetralogy of Fallot: Echocardiography versus magnetic resonance imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 24 (1), 45-52 (2011).
  58. Bovens, S. M., et al. Evaluation of infarcted murine heart function: Comparison of prospectively triggered with self-gated MRI. NMR in Biomedicine. 24 (3), 307-315 (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

Cardiac Magnetic ResonanceBiventricular FunctionPulmonary Artery BandingRight Ventricular FunctionMouse Heart ImagingVentricular MorphologyCine MRIPulmonary HypertensionEchocardiography AssessmentRV Remodeling
Video Coming Soon

Related Articles