Echocardiografie Beoordeling van de hartfunctie en pulmonale hypertensie bij lammeren

Samenvatting

Dit protocol beschrijft echocardiographische beoordeling van de hartstructuur, functie en pulmonale hypertensie in een lambmodel van evoluerende bronchopulmonale dysplasie. De methode maakt seriële evaluatie van cardiopulmonale aandoeningen mogelijk en kan worden toegepast op andere grootdiermodellen van neonatale en volwassen hart- en vaatziekten.

Samenvatting

Vroeggeboorte wordt sterk geassocieerd met hartstoornissen, waaronder een verminderde ventrikelfunctie en veranderde hartstructuur, wat kan leiden tot progressief hartfalen en andere korte- en langetermijnziekten. De natuurlijke geschiedenis van hartstoornissen bij te vroeg geboren baby's is echter niet goed gedefinieerd. In het lammetjesmodel van bronchopulmonale dysplasie met bijbehorende pulmonale hypertensie (BPD-PH) worden lammeren geboren op 110–128 dagen zwangerschap (volledige termijn is ongeveer 145 dagen) en mechanisch geventileerd. De lammeren ontwikkelen cardiopulmonale complicaties van vroeggeboorte, waaronder alveolaire vereenvoudiging in de longhistologie, het kenmerk van BPS, en tekenen van verhoogde pulmonale vasculaire weerstand op echocardiografie, consistent met evoluerende BPD-PH. Dit artikel beschrijft een protocol voor seriële beoordeling van cardiale morfometrie en functie door echocardiografie bij premature en voormalige premature lammeren (tot ongeveer twee maanden postnatale leeftijd). Het protocol is ontwikkeld door richtlijnen van de American Society of Echocardiography aan te passen. Echocardiographie wordt serieus uitgevoerd bij geïntubeerde en matig gesedeerde lammeren met behulp van een echosone aan het bed. Atrium- en ventrikelafmetingen, rechter- en linkerventrikelfunctie, en pH-gerelateerde metingen worden bij elke echocardiografische beoordeling uitgevoerd. Metingen zijn reproduceerbaar en correleren met de klinische status. Dit echocardiografieprotocol voor het beoordelen van de hartstructuur en functie bij lammeren maakt karakterisering van BPD-PH en evaluatie van therapeutische benaderingen mogelijk.

Inleiding

Het lambmodel van evoluerende bronchopulmonale dysplasie en pulmonale hypertensie (BPD-PH) repliceert zowel het ontwikkelingsstadium van de longen als de klinische zorgomgeving van premature baby's op de neonatale intensive care unit (NICU). In het lammetjesmodel van evoluerende BPD-PH worden lammeren geboren over een reeks zwangerschapsleeftijden van 110 d-drachts (late canaliculaire fase van longontwikkeling, gelijk aan 22–24 weken zwangerschap) tot de termijn (145 d) en mechanisch geventileerd. Lammeren worden tot zes maanden gevolgd voor de ontwikkeling van cardiopulmonale aandoeningen. Dit model herhaalt pathofysiologie en histopathologie als gevolg van mechanische ventilatie met zuurstofrijk gas bij vroeggeborene neonaten, inclusief alveolaire vereenvoudiging en verdikte septa¹. De kracht van het lammetjesmodel van BPD-PH ligt in de gelijkenis met menselijke ontwikkelingsstadia en de relatief grote omvang van lammeren, wat frequente bloedafnames en het gebruik van klinische instrumenten direct uit de NICU² mogelijk maakt. Hier rapporteren we een protocol voor seriële echocardiografie voor de beoordeling van hartfunctie en pulmonale hypertensie (PH) bij lammeren.

BPD-PH is een veelvoorkomende en significante cardiopulmonale complicatie bij overlevenden van vroeggeboorte ^3,4,5. Baby's die geboren worden op een lagere zwangerschapsleeftijd en geboortegewicht lopen het hoogste risico op BPD en BPD-PH³. BPD-PH ontstaat wanneer abnormale longontwikkeling secundair aan vroeggeboorte en mechanische en oxidatieve stress leidt tot vasculaire remodellering over enkele maanden⁴. Dit draagt bij aan een verhoogde pulmonale vasculaire weerstand, wat leidt tot spanning in de rechterventrikel en in ernstige gevallen falen, wat uiteindelijk de morbiditeit en sterfte in de latere zuigelingentijd en vroege kinderjaren^{verhoogt 5}.

Echocardiografie maakt niet-invasieve seriële beoordeling mogelijk van verschillende anatomische en fysiologische kenmerken van zowel de rechter- als linkerventrikel. De American Society of Echocardiography heeft richtlijnen gepubliceerd voor pediatrische transthoracale echocardiogrammen ^6,7. Vergelijkbare richtlijnen bestaan niet voor preklinische modellen zoals het neonatale lamsmodel van BPD-PH. Hier presenteren we een echocardiografieprotocol dat is aangepast voor het neonatale lamsmodel. Hoewel de anatomie van het lamsborststuk en het buikcompartiment het vermogen om subcostale zichten te verkrijgen beperkt beperkt, zijn apicale en parasternale aanzichten gemakkelijk te verkrijgen. Deze beelden maken een uitgebreide evaluatie van de hartfunctie en de pH mogelijk met behulp van meerdere parameters, waaronder de positie van de ventriculaire septum, de longarterieversnellingstijd (PAAT), de tricuspidale annulaire vlakke systolische excursie (TAPSE), tricuspidale regurgitatie, de rechterventrikel (RV) fractioneel area of change (FAC) en de ejectiefractie (EF) van het linkerventrikel (LV). Daarnaast correleerden we echocardiografische metingen met klinische status en resultaten van hartkatheterisatie, waarmee we het nut van echocardiografie als niet-invasieve methode voor hartbeoordeling in het lambmodel van BPD-PH valideerden.

Protocol

Alle experimentele procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de eisen voor het omgaan en trainen van de Institutional Animal Care and Use Committee van de Universiteit van Utah.

1. Procedure-opstelling

1. Plaats het lam in een draagdoek in buikliggend.
2. Plaats de echocardiograaf aan de linkerkant van het lam voor de meeste echocardiografische beelden die in dit protocol worden beschreven, tenzij anders vermeld.
3. Plaats het echoapparaat bij het hoofd van de draagriem zodat de echocardiograaf met de bediening kan communiceren met de linkerhand en de transducer in de rechterhand kan vasthouden.
4. Gebruik een assistent om het lam te positioneren, waarbij de assistent aan de andere kant van het lam staat. Zie Figuur 1 voor de experimentele opstelling en lamb-positionering die wordt gebruikt voor transthoracale echocardiografische beeldverwerving.
5. Monitor de zuurstofsaturatie (SpO₂), arteriële bloeddruk en hartslag gedurende de hele procedure. Stop de procedure om vitale functies te stabiliseren of stop de procedure als SpO₂ 2 minuten <90% blijft, de hartslag <60 slagen per minuut is, of de ademhalingsfrequentie >100 ademhalingen/min ondanks aanpassingen van de zuurstoffractie door beademing en ademhaling, of als de arteriële bloeddruk met >15% daalt ten opzichte van de basislijn vóór de procedure.

Figuur 1. Experimentele opstelling voor transthoracale echocardiografische beeldverwerving bij het lam. Representatieve opstelling die de positie van het lam binnen de draagdoek demonstreert. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Installatie van het echografieapparaat

1. Noteer informatie van de proefpersoon, waaronder identificatiegegevens, gewicht en bloeddruk (systolisch, diastolisch en gemiddelde).
2. Selecteer de gewenste transducer. Voor lammeren gebruik je een 12S (5–11 MHz) phased-array harttransducer.
3. Selecteer ultrageluidspresets voor hartbeeldvorming, indien beschikbaar.
   OPMERKING: Handhaven consistente fysiologische condities (bijv. hartslag, ademhalingsstatus en niveau van sedatie) tijdens de echocardiografische verwerving, aangezien deze factoren invloed kunnen hebben op Doppler-gebaseerde metingen.

3. Lamb-positionering en positie van de transducer

1. De precieze positie van het lam en de transducer die nodig zijn om standaard transthoracale echocardiografische beelden te verkrijgen, kan variëren afhankelijk van de zwangerschapsduur bij de geboorte, postnatale leeftijd, longinflatie en buikuitzetting.
2. Begin in de buikligging met het linkerbeen van het lam natuurlijk gevouwen tegen de borst en rustend in de mitella, waarbij de linkeroksel en borst van onderaf zichtbaar zijn. Manipuleer de positie van het lam in de draagriem indien nodig om optimale beelden te verkrijgen. Indien nodig, plaats het lam in een gedeeltelijke tot volledige rechter laterale decubituspositie binnen de draagdoek.
3. Breng ultrasone gel aan op de punt van de transducer en de lamskas om optimale geleiding van de echogolven te garanderen.
   OPMERKING: De hieronder beschreven beelden worden doorgaans verkregen tussen de 3e–6e intercostale ruimtes aan het meer ventrale aspect van het borststuk (d.w.z. richting het borstbeen).

4. Verkrijg standaard apicale aanzichten

OPMERKING: Apicale aanzichten zijn gemakkelijker te verkregen bij premature en voldragen lammeren. Uit onze ervaring blijkt dat naarmate lammeren ouder worden dan 2 maanden, de thorax groter wordt en beweegt de top van het hart verder weg van de borstwand, waardoor deze zichten moeilijk te verkrijgen zijn vanaf de linker borstkas.

1. Plaats de transducer in de 5e–6e intercostale ruimte.
2. Richt de transducer naar de rechterschouder.
3. Begin met de transducerindicator die dorsaal naar het linkeroor van het lam wijst.
4. Om het standaard apicale vierkamerbeeld (A4C) te verkrijgen, waai je de staart van de transducer caudaal en draai je de transducer met de klok mee of tegen de klok in naar behoefte totdat de maximale buitenranden van de rechter- en linkerventrikel zichtbaar zijn en de rechter- en linkerboezem zichtbaar zijn zonder verkorting. In het optimale A4C-beeld zijn de tricuspidal- en mitraliskleppen zichtbaar, maar de linker ventrikel uitstroombaan (LVOT) is niet zichtbaar (Figuur 2A)^6,7.
5. Zodra de A4C-weergave is verkregen, verkrijg je de volgende parameters:
   1. Neem een cine-lus op van minstens 3 hartcycli (5–7 cycli is de voorkeur) voor het meten van RA- en LA-dimensies, RV-afmetingen, RV FAC, subjectieve beoordeling van septale positie en LV-ejectiefractie (wat ook het LV-gefocuste apicale tweekamerbeeld vereist zoals hieronder beschreven)^6,7.
   2. Meet TAPSE door de cursor uit te lijnen met de laterale tricuspidalannulus en een M-mode trace ^6,7,8 te registreren.
   3. Meet Mitral Annular Plane Systolic Excursion (MAPSE) door de cursor uit te lijnen met de laterale mitralis annulus en een M-mode trace⁹ te registreren.
6. Terwijl je het A4C-beeld behoudt, voeg je kleur-Doppler toe en verkrijg je de volgende parameters door de cursor zo parallel mogelijk aan de Dopplerstroom te positioneren (idealiter met een insonatiehoek van <20°):
   1. Beoordeel de aanwezigheid van tricuspidale regurgitatie en pieksnelheid door de regio-van-interest box boven de tricuspidalklep te plaatsen, de cursor parallel te laten uitlijnen met het kleursignaal door de tricuspidalklep, en een continue-golf Doppler-trace ^6,7 op te nemen.
   2. Beoordeel de aanwezigheid van mitralisinsufficiëntie en pieksnelheid door de regio-van-interest box boven de mitralisklep te plaatsen, de cursor parallel te laten uitlijnen met het kleursignaal door de mitralisklep, en een continue-golf Doppler te registreren die ^6,7,10 volgt.
   3. Meet mitralisklepinstroom E en A golven (E/A-verhouding) door de regio-van-interestbox boven de mitralisklep te plaatsen, de cursor parallel te laten uitlijnen met het kleursignaal via de mitralisklepinstroom, de monsterpoort aan de uiteinden van de open mitralisklepbladletten tijdens diastole te positioneren en een gepulseerde Doppler-overname ^6,7 op te nemen^{, 10}.
7. Verkrijg de LV-gefocuste A2C-weergave:
   1. Terwijl het A4C-beeld en de apicale positie van de transducer behouden blijven, draai je de transducer tegen de klok in rond de LV-as (ongeveer 45°–90°) totdat de RA en RV wegvallen en het LV A2C-beeld dat de LV en LA toont zichtbaar wordt (Figuur 2B).
   2. Neem een cine-lus op van minstens 3 hartcycli (5–7 cycli is de voorkeur) in de LV-gerichte A2C-weergave, die vereist is voor de LV-ejectiefractie volgens Simpson's methode ^6,7,11.
      OPMERKING: Aanvullende beoordelingen van mitralisinsufficitie en instroom kunnen worden verkregen in de LV-gerichte A2C-weergave met behulp van de methoden beschreven in stappen 4.6.2 en 4.6.3.
8. Verkrijg de LVOT-gerichte apicale vijfkamerweergave (A5C):
   1. Keer terug naar het standaard A4C-beeld en kantel de transducer naar voren met lichte rotatieaanpassingen totdat de LVOT zichtbaar wordt (Figuur 2C).
   2. Meet het LVOT-snelheidstijdintegraal door de cursor parallel aan de LV-uitstroming uit te lijnen, de poort net proximaal van de aortaklepannulus te plaatsen en een gepulseerde golf Doppler-tracering te verkrijgen om LVOT VTI te bepalen. Gebruik VTI en de diameter van de aortaklepannulus (verkregen met PLAX en hieronder beschreven in stap 6.2.2) om de linkerventrikel hartvolume (CO) te schatten, zoals beschreven bij volwassenen, met behulp van de volgende formule 6,7,12,13:
      

Figuur 2. Representatieve apicale en parasternale langassige echocardiografie bij het lam. (A) Standaard apicale vierkameraanzicht (A4C) bij eindsystole. (B) LV-gefocuste apicale tweekameraanzicht (A2C) met de LV en LA bij eindsystole. (C) LVOT-gefocuste apicale vijfkameraanzicht (A5C) die de uitstroombaan van de linker ventrikel aantoont. (D) Parasternale langas (PLAX) aanzicht, inclusief de aortaklep en de opstijgende aorta. Ao, aorta; LA, linker atrium; LV, linker ventrikel; LVOT, linkerventrikel uitstroombaan; RA, rechter atrium; RV, rechter ventrikel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Parasternale kortasbeelden (PSAX) verkrijgen

1. Plaats de transducer tussen de 4e en 5e intercostale ruimte nabij het borstbeen met de indicator dorsaal en licht caudaal gepositioneerd.
2. Fijn afstellen van het PSAX-beeld door de transducer van het borstbeen af te schuiven, lichte rotatie in beide richtingen toe te passen, en/of de transducerstaart kraniaal of caudaal te waaieren totdat een PSAX-weergave van de aortaklep aan de voorkant zichtbaar is (Figuur 3A).
3. Met de aortaklep en het gezicht gecentreerd in het beeld, waai je de transducerstaart totdat de rechterventrikel (RVOT) en de longslagader (PA) zichtbaar worden (Figuur 3B). Voeg kleur-Doppler toe en verkrijg het volgende:
   1. Meet PAAT door kleur-Doppler te gebruiken om de richting van de stroom en beeldkwaliteit te beoordelen, de cursor parallel aan de stroming uit te lijnen, de gate net proximaal van de pulmonale klep te plaatsen en een puls-golf Doppler-tracing te verkrijgen (Figuur 3D)^13,14.
   2. Beoordeel de open ductus arteriosus door de aanwezigheid en stromingsrichting te evalueren met kleur-Doppler en gepulseerde golf Doppler¹⁵.
4. Keer terug naar het PSAX-beeld van de aortaklep aan de voorkant en waai de transducerstaart naar de kop om het PSAX-beeld op het niveau van de mitralisklep te krijgen. Blijf waaieren tot het niveau van de middenpapillaire spieren (Figuur 3C) bereikt.
   1. Neem een cine-lus op van ten minste 3 hartcycli (5–7 cycli is de voorkeur) om de positie en dikte van het intraventriculaire septum te beoordelen en om de linker ventrikel eind-systolische excentriciteitsindex (LVesEI) en de RV:LV eind-systolische diameterverhouding ^6,7 te meten.

Figuur 3. Vertegenwoordigende parasternale kortassige echocardiografie bij het lam. (A) Parasternale kortas-aanzicht op het niveau van de aortaklep. (B) Parasternale kortas-aanzicht die de rechter ventrikel uitstroombaan (RVOT) en de pulmonale arterie na transducer-waaier aantoont. (C) Parasternaal kortasbeeld verkregen op het niveau van de middenpapillaire spieren. (D) Representatieve pulsatiegolf Doppler-tracering van de longslagader gebruikt voor het meten van de longarterieversnellingstijd (PAAT). Ao, aorta; AV, aortaklep; LA, linker atrium; PA, longslagader; PAAT, versnellingstijd van de longslagader; RV, rechterventrikel; RVOT, rechterventriculaire uitstroombaan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

6. Parasternale langas-aanzichten (PLAX) verkrijgen

1. Waai de transducer terug naar het PSAX-beeld van de aortaklep aan de voorkant en draai de transducer ongeveer 90° zodat de indicator craniaal wordt gepositioneerd om een PLAX-weergave te verkrijgen (Figuur 2D).
   OPMERKING: Het schudden van de transducerstaart craniaal onthult meer van de LV-apex, terwijl het caudaal bewegen van de transducerstaart meer van de LVOT en de opstijgende aorta blootlegt.
   OPMERKING: In beide posities wordt door de transducerstaart omhoog te waaieren (richting de wervels) de LV-instroom blootgelegd, terwijl het naar beneden waaieren van de transducerstaart (richting de poten) meer van de LVOT, aortaklep en opstijgende aorta blootlegt.
2. In de PLAX-weergave verkrijgen we de volgende parameters:
   1. Meet de LV-verkortingsfractie door de cursor loodrecht op de lange as van de LV uit te lijnen zodat deze de minor as van de LV bij de middenventrikel kruist en een M-modus traceer ^6,7 registreert.
   2. Meet de diameter van de annulus van de aortaklep door het PLAX-beeld te optimaliseren om de LVOT en de aortaklep te visualiseren. Neem een cine-lus van ten minste één hartcyclus op om de diameter van de aortaklepannulus bij het klepscharnierpunt bij eindsystole te meten. Gebruik deze waarde samen met VTI om het hartvolume te schatten, zoals eerder beschreven 6,7,12,13.

7. Aanvullende beelden van de rechterborst verkrijgen

1. Verkrijg indien nodig extra PSAX- en PLAX-beelden van de rechterborst, met vergelijkbare methoden als hierboven beschreven.

Resultaten

De meerderheid van de standaardbeelden die worden aanbevolen in de richtlijnen voor pediatrische echocardiographie (ASE) van de American Society of Echocardiography zijn te vinden, kunnen bij lammeren worden verkregen. De standaard A4C-weergave, A2C-weergave en A5C-weergave inclusief de LVOT kunnen worden weergegeven (Figuur 2A–2C). Het parasternale langas-aanzicht inclusief de LVOT is ook haalbaar (Figuur 2D). ...

Discussie

Echocardiografie biedt een niet-invasieve methode om de hartstructuur, functie en pH bij lammeren te beoordelen, inclusief premature en voormalige premature lammeren (tot ongeveer twee maanden gecorrigeerd voor de zwangerschapsduur) met evoluerende BPD-PH. Een cruciaal aspect van echocardiografie bij neonatale lammeren is het gebruik van een gestandaardiseerd protocol gebaseerd op vastgestelde richtlijnen en de toepassing van dezelfde strengheid en best practices voor beeldverwerving en ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Phased-array cardiac transducer	GE	H44901AB	12S-RS sonde; 4.5–12.0 MHz
Sling voor dierpositionering	Gemaakt ter plaatse van heavy-duty stof	N/A	Gebruikt om lam in rugligging te ondersteunen tijdens beeldvorming
Ultrasound gel	Parker Laboratories, Inc.	PLI 01-08	Aquasonic 100 ultrasoon transmissiegel
Ultrasound beeldvormingssysteem	GE	H48232DM	Vivid iq Vet v208