Dit protocol biedt een Doppler-gebaseerde transthoracale echocardiografie-benadering bij muizen voor reproduceerbare beoordeling van systolische functies en conventionele diastolische indices.
Methodenartikel
Dit protocol biedt een Doppler-gebaseerde transthoracale echocardiografie-benadering bij muizen voor reproduceerbare beoordeling van systolische functies en conventionele diastolische indices.
Hartfalen (HF) is een grote wereldwijde gezondheidslast die wordt gekenmerkt door een verminderde hartfunctie. Het kan ontstaan door verminderde systolische functie of abnormale diastolische ontspanning, zoals wordt gezien bij hartfalen met een behouden ejectiefractie (HFpEF). Betrouwbare preklinische modellen en kwantitatieve instrumenten zijn essentieel voor het bestuderen van ziektemechanismen en therapeutische interventies. Transthoracale echocardiografie is een niet-invasieve beeldvormingsmethode die veel wordt gebruikt om de structuur en functie van het hart in muismodellen te meten. Dit protocol beschrijft een gestandaardiseerde methode voor het uitvoeren van hoogresolutie Doppler-gebaseerde echocardiographie bij muizen met behulp van hoogfrequente (30–40 MHz) transducers onder ingeademde anesthesie. De dieren worden gepositioneerd op een temperatuurgecontroleerd platform met continue monitoring van hartslag, ademhaling en lichaamstemperatuur om fysiologische stabiliteit te waarborgen. De workflow omvat het verkrijgen van B-modus, M-modus, gepulseerde golf Doppler, kleur-Doppler en weefsel Dopplerbeeldvorming om de linkerventrikelstructuur, systolische prestaties en conventionele diastolische indices te evalueren. Offline analyse wordt uitgevoerd met behulp van geblindeerde metingen die gemiddeld worden genomen over meerdere hartcycli. Deze methode maakt een reproduceerbare beoordeling van de hartfunctie mogelijk en is geschikt voor longitudinale studies in muismodellen van hart- en vaatziekten.
Hartfalen (HF) treft wereldwijd meer dan 64 miljoen mensen en blijft een van de belangrijkste oorzaken van morbiditeit en sterfte 1,2. Het wordt klinisch geclassificeerd in hartfalen met een verlaagde ejectiefractie (HFrEF), licht verlaagde ejectiefractie (HFmrEF) en een behouden ejectiefractie (HFpEF)3,4. De toenemende prevalentie van HFpEF en het gebrek aan gerichte therapieën onderstrepen de noodzaak van robuuste preklinische modellen en kwantitatieve methoden voor cardiale fenotypering5. Een centraal kenmerk van HFpEF is een verminderde diastolische functie, wat het belang onderstreept van betrouwbare instrumenten voor het beoordelen van ventrikelrelaxatie en vullingsdynamiek in experimentele systemen.
Murine modellen worden veel gebruikt om hart- en vaatziekten te bestuderen, waaronder drukoverbelasting, ischemische schade en farmacologische modellen, en zijn vatbaar voor genetische modificaties 6,7. Nauwkeurige en reproduceerbare beoordeling van de hartfunctie is cruciaal in deze modellen 8,9. Transthoracale echocardiographie biedt een niet-invasieve en snelle en reproduceerbare methode die geschikt is voor herhaalde metingen om het verloop van de ziekte en de respons op mogelijk therapeutische interventies te documenteren, met de mogelijkheid om de hartstructuur en -functie in vivo te evalueren. Het heeft als extra voordeel dat het stralingsblootstelling voor onderzoekers of studiedieren elimineert, wat de experimentele resultaten kan verstoren.
Het primaire doel van dit manuscript is het bieden van een gestandaardiseerde en reproduceerbare benadering voor het beoordelen van de linkerventrikel-diastolische functie bij muizen met behulp van Doppler-echocardiografie. Dit protocol integreert conventionele transmitrale instroommetingen en weefsel-Dopplerbeeldvorming om parameters zoals E/A- en E/e′-verhoudingen te kwantificeren, die dienen als markers voor ventrikelrelaxatie en vuldruk. Door longitudinale beoordeling bij hetzelfde dier mogelijk te maken, vergemakkelijkt deze techniek de studie van ziekteprogressie en therapeutische responsen in preklinische hartfalenmodellen.
De reden voor de ontwikkeling en het wijdverbreide gebruik van Doppler-echocardiografie in muisstudies ligt in het vermogen om translationele kloven tussen preklinische modellen en klinische cardiologie te overbruggen. Hoewel invasieve hemodynamische metingen de gouden standaard blijven, sluit hun terminale aard gebruik in seriële studies uit. Doppler-echocardiographie, aangepast uit klinische praktijk, stelt onderzoekers in staat fysiologisch relevante indices van diastolische functie op minimaal invasieve wijze te verkrijgen. Vooruitgang in hoogfrequente echografiesystemen heeft de ruimtelijke en temporele resolutie verder verbeterd, waardoor snelle muishartcycli nauwkeurig kunnen vastleggen voor kwantitatieve analyse11.
Alternatieve technieken, zoals cardio magnetische resonantiebeeldvorming, zijn duur, tijdrovend en hebben beperkte beschikbaarheid, waardoor herhaalde studies onpraktisch worden. Druk-volume-lusanalyse, hoewel beschouwd als de gouden standaard voor het beoordelen van de diastolische functie, is invasief, technisch veeleisend en doorgaans een terminale procedure. Daarentegen biedt echocardiografie een praktische balans tussen nauwkeurigheid en haalbaarheid, waardoor het de meest toegankelijke modaliteit is voor longitudinale fenotypering bij kleine dieren. In vergelijking met opkomende benaderingen zoals speckle-tracking strain imaging of functionele analyse van het linkeratrium, vereisen conventionele Doppler-gebaseerde methoden minder gespecialiseerde expertise en worden ze gemakkelijker toegepast in laboratoria, wat de reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van bevindingen vergroot. Daarom biedt deze methode een robuuste, toegankelijke en vertaalbare benadering voor het beoordelen van de diastolische functie in muismodellen, met name bij HFpEF of hartstoornissen in een vroeg stadium12,13.
Alle dierprocedures zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC: Goedkeuringsnr. A00007272-23-R26) en uitgevoerd volgens institutionele en nationale richtlijnen. In totaal werden 8 C57BL/6NJ controlemuizen gebruikt in deze studie. Isoflurane anesthesie werd toegediend met een gekalibreerde verdamper met de juiste opvang om blootstelling aan personeel te minimaliseren. Dieren werden continu gecontroleerd op hartslag en ademhaling om fysiologische stabiliteit te behouden en een overdosis anesthetica te voorkomen. Een verwarmingsplatform werd gebruikt om onderkoeling te voorkomen. Onderzoekers kunnen ervoor kiezen om de diepe lichaamstemperatuur te monitoren met een anale thermometer. Er werd een oogvochtig glijmiddel aangebracht om hoornvliesdrooging te voorkomen. Dieren werden niet zonder toezicht onder narcose gelaten en werden gemonitord tot ze volledig wakker waren, zoals blijkt uit het herstel van de rechtopstaande houding en normale bewegingen in de kooi (Table of Materials).
1. Diervoorbereiding
2. Anesthesie en fysiologische monitoring
3. Beeldvormingsworkflow
4. Herstel
5. Beeldanalyse
Dit protocol maakt het mogelijk om hoogwaardige echocardiografische beelden te maken voor een betrouwbare beoordeling van de hartstructuur en -functie bij muizen. Goede anesthesie, positionering en fysiologische monitoring zijn essentieel voor consistente beeldvorming (Figuur 1). B-modus beeldvorming biedt een duidelijke visualisatie van de hartanatomie. Het apicale vierkamerbeeld maakt het mogelijk om alle hartkamers te beoordelen (Figuur 2A–B), terwijl het parasternale langas-aanzicht de linker ventrikelstructuur definieert en dient als referentie voor metingen (Figuur 3A–B). M-mode beeldvorming op het niveau van de papillaire spier maakt nauwkeurige metingen van de afmetingen en wanddikte van het linkerventrikel mogelijk, inclusief LVID, LVAW en LVPW (Figuur 4A–B), ter ondersteuning van de evaluatie van hartgrootte en systolische functie. Dopplerbeeldvorming toont duidelijke mitralisinflow E- en A-golven voor de berekening van de E/A-verhouding (Figuur 5), terwijl weefsel-Doppler meetbare E′- en A′-snelheden levert voor E/e′-beoordeling (Figuur 6). Optimale hartslag en uitlijning van de probe zijn cruciaal om golfvormfusie te voorkomen en nauwkeurige metingen te garanderen.

Figuur 1: Muizenanesthesie en positionering voor transthoracale echocardiografie. (A) Beeldvormingsinstallatie met het temperatuurgecontroleerde platform, het anesthesietoedieningssysteem, ECG-elektrodeverbindingen en de positioneringsapparatuur voor de ultrageluidsprobe. Het systeem is zo ingericht dat stabiele fysiologische monitoring en nauwkeurige probe-manipulatie tijdens beeldvorming mogelijk is. (B) Close-up van het beeldvormingsplatform met geïntegreerde ECG-elektroden en neuskegel voor isofluraneafgifte, ontworpen om de muis in een gestandaardiseerde rugligging te houden terwijl de anesthesie behouden blijft. (C) Verdoofde muis op rugligging op het beeldplatform geplaatst, met alle vier de poten vastgemaakt aan ECG-elektroden met chirurgisch tape. De neuskegel levert ingeademde isofluraan (1,0–1,5% onderhoud), en de borstkas is plat uitgelijnd om optimale beeldopname en consistente hartmonitoring te garanderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Apicale vierkamer B-mode echocardiografische weergave. (A) Representatieve grijswaarden B-modus afbeelding die alle vier de hartkamers toont: linker atrium, linker ventrikel, rechter atrium en rechter ventrikel in één beeldvormend vlak. (B) Geannoteerde afbeelding die belangrijke anatomische structuren benadrukt. De echosonde wordt geplaatst op de linker laterale borstwand en schuin richting de hartapex om een optimale visualisatie te verkrijgen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Parasternale langassige B-mode beeldvorming. (A) Representatief parasternaal langassig B-mode beeld dat de hartanatomie aantoont, inclusief de linker ventrikelkamer, het interventriculaire septum en de achterwand. (B) Afbeelding met hoge resolutie geëxporteerd voor kwantitatieve analyse van hartafmetingen. Deze visie wordt gebruikt om de globale hartstructuur te beoordelen en latere beeldvormingsmodi te sturen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: M-modus beeldvorming op het niveau van de papillaire spier. (A) Parasternaal kortasbeeld op middenventrikelniveau met zichtbare papillaire spieren. (B) Overeenkomstige M-mode spoor met de cursor loodrecht op het interventriculaire septum en de achterwand. (C) Het M-mode beeld met software-ondersteunde analyse, waarbij het systeem automatisch de hartwanden detecteert en lijnen tekent. Vervolgens berekent het waarden zoals LVID, LVPW en LVAW over hartcycli. Afkortingen; LVID = interne diameter van de linkerventrikel (afstand tussen het interventriculaire septum en de achterwand); LVPW = dikte van de linkerventrikel achterwand; LVAW = dikte van de voorste wand van de linkerventrikel; ECG = elektrocardiogram. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Experimentele opstelling en overzicht van het Dopplersignaal. (A) Experimentele voorbereiding toont een klein diermodel dat op een platform is geplaatst met een echosonde over het thoracale gebied voor hartbeeldvorming. (B) Representatieve kleur-Dopplerkaart die de intensiteit en richting van het lokale bloedstroomsignaal illustreert. (C) Gepulste golf Doppler-tracking die de plaatsing van het monstervolume aantoont, naast een representatieve gepulseerde Dopplergolfvorm die vroege (E) en atrium (A) vulsnelheid aantoont. IVRT en IVCT zijn geïndiceerd, met gelijktijdige ECG-tracering voor correlatie tussen de hartcyclus. Afkortingen; IVRT = Isovolumetrische relaxatietijd; IVCT = isovolumetrische contractietijd Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Weefseldopplerbeeldvorming van myocardbeweging. Weefseldoppleropname die myocardsnelheidspatronen illustreert met identificeerbare vroege (E′) en atrium (A′) componenten, verkregen van de myocardwand. De golfvorm wordt weergegeven met een gesynchroniseerde ECG-trace om elektrische en mechanische activiteit te correleren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Dit protocol biedt een gestandaardiseerde en reproduceerbare benadering voor Doppler-gebaseerde transthoracale echocardiografie bij muizen, waardoor een uitgebreide beoordeling van de hartstructuur, systolische functie en conventionele diastolische indices mogelijk is. Het gecombineerde gebruik van B-modus, M-modus en Dopplerbeeldvorming maakt betrouwbare kwantificatie van ventrikelafmetingen, contractiele functie en vuldynamiek mogelijk in preklinische modellen van hart- en vaatziekten14.
Een cruciale overweging bij muriene echocardiographie is de invloed van ingeademde anesthesie op de cardiovasculaire fysiologie. Isofluraan staat erom bekend de hartslag te verlagen, preload en afterload te veranderen en de myocardcontractiliteit te moduleren, wat allemaal Doppler-afgeleide indices van diastolische functie15 kan beïnvloeden. Daarom zijn zorgvuldig gebruik van anesthesie en het handhaven van stabiele fysiologische omstandigheden essentieel om reproduceerbare en interpreteerbare metingen te waarborgen. Standaardisatie van hartslag, lichaamstemperatuur en ademhalingsfrequentie minimaliseert variabiliteit en verbetert de vergelijkbaarheid tussen experimentele groepen16.
Conventionele Doppler-afgeleide indices, waaronder transmitrale instroom (E/A) en weefsel-Doppler-afgeleide E/e′, worden veel gebruikt voor de beoordeling van diastolische functie en zijn over het algemeen reproduceerbaar wanneer gestandaardiseerde acquisitieprotocollen worden gevolgd17. De reproduceerbaarheid kan verder worden verbeterd door metingen over meerdere hartcycli te middelen, en analyses geblindeerd uit te voeren om variabiliteit tussen en binnen waarnemers te verminderen. Consistente positionering van de probe en beeldvormingsvlakken zijn ook essentieel om de betrouwbaarheid van test-hertesten te verbeteren in longitudinale studies18.
Het behouden van een passende hartslag tijdens beeldvorming is vooral belangrijk bij muizen vanwege hun hoge intrinsieke hartslag. Bij lagere hartslagen, vaak geassocieerd met diepere anesthesie, kunnen veranderde belastingscondities de vullingspatronen van de ventrikels beïnvloeden. Omgekeerd kunnen te hoge hartslagen leiden tot fusie van E- en A-golven, waardoor een nauwkeurige interpretatie van diastolische indices beperkt wordt. Daarom is het essentieel om de hartslag binnen een bereik te houden dat zowel fysiologische relevantie als Dopplersignaal-scheiding behoudt voor een nauwkeurige beoordeling19.
Hoewel dit protocol zich richt op conventionele Doppler-gebaseerde indices van diastolische functie, bevat het geen geavanceerdere echocardiografische technieken die in recente literatuur aan populariteit zijn gewonnen. Myocardvervorming en spanningssnelheid van de functionele beoordeling van het linker atrium (inclusief reservoir-, leiding- en boosterpompfasen), en evaluatie van het ontdraaien van de linker ventrikel bieden extra mechanistisch inzicht in myocardontspanning en compliance19. Deze technieken vereisen echter gespecialiseerde acquisitieprotocollen, een hogere temporele resolutie en speciale nabewerkingstools, en vallen daarom buiten de reikwijdte van de huidige workflow. Deze modaliteiten moeten als complementaire benaderingen worden beschouwd wanneer meer gedetailleerde diastolische fenotypering vereist is16.
Naast echocardiografie bieden alternatieve technieken zoals cardiale magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en invasieve druk-volumelusanalyse complementaire beoordelingen van de hartfunctie. MRI biedt een hoge ruimtelijke resolutie en nauwkeurige volumetrische metingen, terwijl druk-volumeanalyse goudstandaard hemodynamische gegevens levert. Deze methoden worden echter beperkt door kosten, invasieve aard en verminderde geschiktheid voor longitudinale studies. Daarentegen blijft transthoracale echocardiografie een snelle, niet-invasieve en breed toegankelijke techniek voor seriële beoordeling van hartfunctie in muismodellen20.
Over het algemeen maakt dit protocol het mogelijk om hoogwaardige, reproduceerbare echocardiografische gegevens bij muizen te verwerven, mits er zorgvuldig wordt gelet op fysiologische monitoring en gestandaardiseerde beeldvormingstechnieken. De integratie van structurele, systolische en conventionele diastolische metingen maakt deze aanpak zeer geschikt voor longitudinale studies die de cardiale fysiologie, ziekteprogressie en therapeutische interventies in preklinisch cardiovasculair onderzoek onderzoeken.
De auteurs geven geen concurrerende financiële belangen aan.
Dit werk werd ondersteund door een NIH/NHLBI-subsidie HL153407.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Depilatory cream | Nair® | N/A | Haarverwijdering voorafgaand aan beeldvorming |
| Verwarmingskussen | VetEquip (of equivalent) | N/A | Handhaaft lichaamstemperatuur (~37 °C) |
| Ultrasone beeldvormingssysteem met hoge frequentie | FUJIFILM VisualSonics | Vevo F2 (of equivalent) | Beeldvormingssysteem voor kleine dieren met voorinstellingen voor het hart |
| Beeldvormingsplatform | VisualSonics | Geïntegreerd platform | ECG en ademhalingsbewaking |
| Inductiekamer & neuskoker | VetEquip (of equivalent) | N/A | Gasanesthesietoediening |
| Isofluraannevelgenerator | VetEquip (of equivalent) | Classic Anaesthesia System (of equivalent) | Anesthesietoedieningssysteem |
| Lineaire array transducer (30-40 MHz) | VisualSonics | MS550D | Hoge frequentie sonde voor murijne hartbeeldvorming |
| Oogvochtmiddel | Generiek (bijv. Refresh PM/equivalent) | N/A | Voorkomt uitdroging van het hoornvlies |
| Chirurgisch tape | 3M (of equivalent) | Micropore Surgical Tape | Bevestigt ledematen voor ECG |
| Ultrasound gel | Parker Labs | Aquasonic 100 (of equivalent) | Acoustic coupling |
| Vevo LAB software | VisualSonics | Versie-afhankelijk | Beeldverwerving en analyse |
Dit artikel is gepubliceerd
Video binnenkort beschikbaar