Method Article

Ocena struktury i funkcji prawej komory serca w mysim modelu zwężenia tętnicy płucnej za pomocą echokardiografii przezklatkowej

DOI:

10.3791/51041

⸱

February 3rd, 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Cardiac Muscle Research Labratory, Cardiovascular Division, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, 2Cardiovascular Department, Chang Gung Memorial Hospital

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

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

Dysfunkcja prawej komory (RV) jest kluczowa dla patogenezy chorób sercowo-naczyniowych, jednak dostępne są ograniczone metodologie jej oceny. Ostatnie postępy w obrazowaniu ultrasonograficznym zapewniają nieinwazyjną i dokładną opcję podłużnego badania RV. W tym artykule szczegółowo opisujemy krok po kroku metodę echokardiograficzną wykorzystującą mysi model przeciążenia ciśnienia RV.

Abstract

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

Pojawiające się dane kliniczne potwierdzają, że dysfunkcja RV jest kluczowa dla patogenezy chorób sercowo-naczyniowych i niewydolności serca1-3. Ponadto RV jest znacząco dotknięty w chorobach płuc, takich jak nadciśnienie tętnicze płucne (PAH). Ponadto RV jest niezwykle wrażliwy na patologie serca, w tym dysfunkcję lewej komory (LV), chorobę zastawek lub zawał RV4. Aby zrozumieć rolę RV w patogenezie chorób serca, niezbędna jest niezawodna i nieinwazyjna metoda strukturalnego i funkcjonalnego dostępu do RV.

Nieinwazyjna metodologia oparta na echokardiografii przezklatkowej (TTE) została opracowana i zatwierdzona do monitorowania dynamicznych zmian w strukturze i funkcji RV u dorosłych myszy. Aby wymusić stres RV, zastosowaliśmy chirurgiczny model zwężenia tętnicy płucnej (PAC) i zmierzyliśmy odpowiedź RV w okresie 7 dni za pomocą systemu mikroobrazowania ultrasonograficznego o wysokiej częstotliwości. Myszy operowane pozorami były używane jako kontrole. Obrazy uzyskano u lekko znieczulonych myszy na początku badania (przed operacją), w dniu 0 (bezpośrednio po operacji), w dniu 3 i dniu 7 (po operacji). Dane były analizowane w trybie offline za pomocą oprogramowania.

Kilka okien akustycznych (tryby B, M i Color Doppler), które można konsekwentnie uzyskać u myszy, pozwoliło na wiarygodne i powtarzalne pomiary struktury RV (w tym grubości ścianki RV, wymiarów końcoworozkurczowych i końcowoskurczowych) i funkcji (frakcyjna zmiana obszaru, frakcyjne skrócenie, szczytowa prędkość PA i gradient szczytowego ciśnienia) u normalnych myszy i następujących po PAC.

Korzystając z tej metody, gradient ciśnienia wynikający z PAC został dokładnie zmierzony w czasie rzeczywistym przy użyciu trybu Color Doppler i był porównywalny do bezpośrednich pomiarów ciśnienia wykonanych za pomocą cewnika Millar o wysokiej wierności z mikrokońcówką. Podsumowując, dane te pokazują, że pomiary RV uzyskane z różnych uzupełniających widoków za pomocą echokardiografii są wiarygodne, powtarzalne i mogą dostarczyć informacji na temat struktury i funkcji RV. Metoda ta umożliwi lepsze zrozumienie roli dysfunkcji serca RV.

Introduction

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

Historycznie rzecz biorąc, ocena prognostyczna niewydolności serca koncentrowała się na LV, które jest łatwe do zobrazowania za pomocą echokardiografii. Liczne badania nad strukturą i funkcją lewej komory za pomocą echokardiografii doprowadziły do ustalenia normalnych wartości struktury i funkcji lewej komory1,5,6. Pomiary wielkości lewej komory i funkcji skurczowej uzyskane z dwuwymiarowych i kolorowych obrazów dopplerowskich mają ogromne znaczenie, ponieważ umożliwiają wizualne nakreślenie przedziałów i geometrii w bardzo szczegółowy sposób dla LV7. Tryb M jest często używany do pomiaru wymiarów LV i ułamkowego skracania (FS) u myszy. Zmienność między obserwatorami i wewnątrz obserwatorów jest niska w przypadku pomiarów średnicy w tym trybie, ale pomiary grubości ścianek są zwykle dość zmienne7. Pulsacyjny Doppler z kolorem (PW lub Color Doppler) został wykorzystany do oceny niedomykalności zastawek8,9.

Podobnie jak LV, RV odgrywa ważną rolę i jest znaczącym predyktorem zachorowalności i śmiertelności u pacjentów cierpiących na choroby krążeniowo-oddechowe1,7,10. Jednak ocena echokardiograficzna RV jest z natury trudna ze względu na jej złożony kształt5,11 i pozycję zamostkową, która blokuje fale ultradźwiękowe8,9. RV to struktura w kształcie półksiężyca owijająca się wokół lewej komory i ma złożoną anatomię z cienkimi ściankami, które są przyzwyczajone do niskiego ciśnienia i odporności na unaczynienie płuc6. Aby przezwyciężyć podwyższony opór naczyniowy (PVR), RV najpierw zwiększa rozmiar i ulega przerostom. W chorobach przewlekłych, takich jak nadciśnienie płucne lub choroba naczyń płucnych, RV ulega postępującemu poszerzeniu, co ostatecznie prowadzi do pogorszenia funkcji skurczowej i rozkurczowej4,5,10.

Echokardiografia odgrywa ważną rolę w badaniach przesiewowych i diagnostyce PAH, pomimo pewnych ograniczeń w jej klinicznych możliwościach diagnostycznych. Główną zaletą TTE jest to, że jest nieinwazyjny i może być wykonywany na lekko uspokojonych, a nawet przytomnych zwierzętach9. TTE zapewnia również rozsądne oszacowanie ciśnień PA, a także bieżącą ocenę zmian w strukturze i funkcji RV12,13. Ze względu na postęp techniczny w dziedzinie TTE, który obejmuje opracowanie sond mechanicznych wysokiej częstotliwości, umożliwiających rozdzielczość osiową około 50 μm na głębokości 5-12 mm, wysoką liczbę klatek na sekundę (ponad 300 klatek na sekundę) i wysokie częstotliwości próbkowania, echokardiografia jest doskonałym narzędziem do obrazowania szybko kurczącego się serca myszy o małych rozmiarach8,11.

Monitorowanie podłużne funkcji RV za pomocą wielu widoków, w tym 2-wymiarowej (2D) krótkiej i długiej osi, trybu M i dopplerowskich okien akustycznych dostarcza uzupełniających informacji o anatomii i funkcji RV. Łącznie metodologia ta pozwala na pełną ocenę podłużną hemodynamiki RV w fizjologii i warunkach patologicznych4,7.

Tutaj przedstawiamy szczegółową metodologię krok po kroku korzystania z nieinwazyjnego TTE do charakteryzowania anatomicznych i funkcjonalnych zmian RV wtórnych do PAC u myszy.

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

Protocol

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

Zabieg chirurgiczny

  1. Zdobądź 8-tygodniowe samce myszy C57BL/6 i zaaklimatyzuj się przez tydzień przed wykonaniem jakichkolwiek procedur eksperymentalnych.
  2. Przed obrazowaniem wykonuje się niedrożność tętnicy płucnej zgodnie z opisem wcześniej14 zgodnie z wytycznymi AVMA i zatwierdzonymi protokołami IACUC.
    Akwizycja i pomiary obrazów echokardiograficznych
    Wszystkie użyte skróty podsumowano w tabeli 1.

1. Widok trybu M przymostkowej długiej osi (PLAX) w celu uzyskania wymiaru komory RV, ułamkowego skrócenia (FS) i grubości ścianki RV

  1. Użyj ustawienia trybu B, aby uzyskać pełny widok długiej osi przymostkowej LV. Gdy zwierzę leży na plecach na platformie (patrz uwaga 6.1 i 6.2), umieść sondę ultradźwiękową 40 MHz (MS550D) na zwierzęciu pod kątem około 30° w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara do lewej linii przymostkowej z wcięciem skierowanym w kierunku ogonowym (rysunek 1A). Wyreguluj kąt sondy, przechylając ją lekko wzdłuż osi y sondy (Rysunek 1D), aby uzyskać pełny widok komory niskiego napięcia na środku ekranu.
  2. Po wyraźnym wyświetleniu odpowiednich punktów orientacyjnych (RV, LV, MV, Ao, LA), jak pokazano na rysunkach 2A i 2B, przełącz się w tryb M. Linia wskaźnika pojawi się na ekranie w ustawieniu M Mode. Linia powinna być ustawiona tak, aby przechodziła przez najszerszą część komory RV, używając Ao jako punktu orientacyjnego (rysunki 2A i B).
  3. W tym widoku ściana kampera i IVS powinny być dobrze widoczne. Upewnij się, że głębokość ostrości leży pośrodku komory RV. Rejestruj dane w sklepie cine w celu pomiaru wymiaru komory RV, FS i grubości ścianki RV poza linią. Przykłady obrazów w trybie M pokazano na rysunkach 2C i 2D. (Patrz uwaga 6.3.)

2. Widok krótkiej osi przymostkowej na środkowym poziomie brodawkowatym w celu uzyskania ułamkowych zmian obszaru (FAC)

  1. Z pozycji opisanej powyżej (Rysunek 1A) przełącz się w tryb B i obróć sondę o 90° zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby uzyskać przymostkowy view w krótkiej osi (Rysunek 1B). Przechyl sondę lekko wzdłuż osi x sondy, aby zapobiec zasłanianiu widoku mostka.
  2. Poruszać się lekko w górę i w dół wzdłuż osi y sondy, aby uzyskać środkowy poziom brodawkowaty (patrz uwaga 6.4).
  3. W tym widoku mięśnie brodawkowate są zwykle zlokalizowane w pozycji godziny 2 i 5 (ryc. 3).

3. Widok krótkiej osi przymostkowej na poziomie zastawki aortalnej (poziom aorty RV PSAX) w celu uzyskania grubości ścianki RV i prędkości szczytowej PA

  1. Z pozycji opisanej powyżej (rysunek 1B) przesuń sondę wzdłuż osi y w kierunku czaszki, aż przekrój zastawki aortalnej pojawi się na środku okna.
  2. Droga odpływu prawej komory (RVOT) powinna być widoczna na górze jako struktura w kształcie półksiężyca z zastawką trójdzielną oddzielającą RV od RZS, jak pokazano na rysunkach 4A i 2B. Zapisz dane za pomocą sklepu cine store do pomiaru grubości ścianki RV poza linią. (Zob. uwaga 6.5.)
  3. Pozostań w tej samej pozycji. (Patrz uwaga 6.6.)
  4. Przełącz na tryb kolorowego Dopplera i ustaw żółtą linię przerywaną PW- równolegle do kierunku przepływu w naczyniu. Zwróć uwagę, że kolory niebieski i czerwony wskazują odpowiednio przepływ od i w kierunku sondy (rysunki 4C i 4D).
  5. Umieść kursor PW na końcówce ulotki zastawki płucnej. (Zob. uwaga 6.7.) Nagrywaj dane za pomocą sklepu cine. Zmierz szczytową prędkość PA poza linią.

4. Zmodyfikowano widok długiej osi przymostkowej RV i PA w celu uzyskania prędkości szczytowej PA

  1. Kontynuuj ustawienie w trybie B, ustaw sondę (MS550D lub MS250) w prawej linii przymostkowej (rysunek 1C) i powoli skieruj sondę pod kątem około 30-45° na osi y sondy (rysunek 1D) w kierunku klatki piersiowej myszy, aby wyraźnie uwidocznić przejście PA przez aortę, jak pokazano na rysunkach 5A i 5B.
  2. Przełącz się w tryb kolorowego Dopplera i ustaw żółtą linię przerywaną PW-Line równolegle do kierunku przepływu w naczyniu (rysunki 5C i 5D). Umieść kursor PW na końcówce ulotki zastawki płucnej. (Patrz uwaga 6.6.) Rejestruj dane za pomocą sklepu cine i mierz szczytową prędkość PA poza linią.

5. Obliczanie i analiza danych

  1. Grubość ścianki RV można obliczyć na podstawie danych w trybie B uzyskanych z poziomu aorty RV PSAX, jak opisano powyżej (Protokół 3). Wybierz narzędzie do śledzenia obszaru 2D, aby prześledzić obszar ściany RV przy rozkurczu (jak pokazano w różowym obszarze na rysunku 6). Następnie użyj narzędzia do śledzenia odległości, aby prześledzić wewnętrzny i zewnętrzny obwód ściany RVOT (jak pokazano niebieskimi liniami na rysunku 6). Weź średnią z obwodów wewnętrznych i zewnętrznych. Korzystając z równania figure-protocol-1, obliczamy grubość ściany RV (RVW). (Zob. uwaga 6.8.)
  2. W przypadku innych standardowych parametrów należy zapoznać się z instrukcjami odpowiednich producentów w celu przeprowadzenia analizy danych.

6. Uwagi

  1. Wszystkie obrazy zbierane są za pomocą systemu Vevo 2100. Podobne obrazy można uzyskać za pomocą systemów obrazowania ultrasonograficznego innych producentów, a względne zalety i wady różnych instrumentów ultrasonograficznych zostały wcześniej porównane8,12,15. Zaleca się, aby wszystkie obrazy były uzyskiwane i analizowane w sposób zaślepiony, gdy tylko jest to możliwe.
  2. Właściwy dobór znieczulenia, taki jak krótki czas trwania wziewnego izofluranu (2-3% w celu indukcji i 1,0% w celu utrzymania) ma kluczowe znaczenie w utrzymaniu bicia serca w normalnym tempie fizjologicznym (powyżej 500 uderzeń / min), co pozwala nam wykryć powtarzalne i stałe podstawowe i podwyższone ciśnienie skurczowe tętnic płucnych w badaniu.
  3. Upewnij się, że zbierasz dane z najwyższą możliwą liczbą klatek na sekundę (>200 klatek/s).
  4. Szukaj widoku z największym wymiarem komory.
  5. Niedrożność spowodowana żebrami i mostkiem, w dużej mierze spowodowana położeniem zamostkowym RV, jest największą przeszkodą w uzyskaniu doskonałych obrazów w tej metodzie obrazowania RV. Zmieniając położenie zwierzęcia lub sondy, operator może pokonać blokadę mostka i uzyskać niezbędne widoki kampera. Może to trwać od 5 do 15 minut, w zależności od fizjologii zwierzęcia.
  6. Może być konieczne przełączenie sondy na MS250, ponieważ sonda MS550D może być używana w pozorowanych i myszach przed PAC, a sonda 40 MHz jest w stanie zarejestrować prędkość szczytową 300-1,500 m/s, podczas gdy MS250 jest w stanie uchwycić prędkość parkowania do 4,000 mm/s.
  7. Dopuszczalne jest, aby kąt sondy był mniejszy niż 20° w celu dokładnego pomiaru prędkości szczytowej PA.
  8. Spójne pomiary grubości ścianki i powierzchni/wymiarów RV zostały wykonane przy użyciu wielu okien akustycznych, zarówno w długiej, jak i krótkiej osi. Wybór niektórych z tych zakresów będzie zależał od doświadczenia operatora i może uwzględniać zmienność, która może mieć wpływ na różne wyniki statystyczne.

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

Results

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

W tym badaniu, wyjściowa echokardiografia została wykonana 48 godzin przed operacją. Myszy zostały losowo przydzielone do dwóch grup. Myszy otrzymały niedrożność tętnicy płucnej (PAC) i operacje pozorowane (Sham). Echokardiografię wykonano w 0, 3 i 7 dniu po zabiegu chirurgicznym. Zwierzęta poddano eutanazji natychmiast po ostatnim badaniu echokardiograficznym, a serca pobrano w celu oceny histologicznej. Cewnikowanie przeprowadzono w podgrupie (n = 3 i 2 odpowiednio dla dnia 0 i 7) myszy PAC w celu pomiaru RVSP za pomoc...

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

Discussion

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

Wykazaliśmy, że TTE zapewnia czułą i powtarzalną metodologię rutynowej oceny struktury i funkcji RV u myszy. Przed pojawieniem się TTE badania nad RV koncentrowały się głównie na pomiarze RVSP poprzez cewnikowanie prawego serca, procedurę terminalną i inwazyjną6,9,11,17.

Wcześniejsze doniesienia opisywały różne techniki wykonywania pomiarów prawego serca3,4,11,17-19. Jednak większość wcześniejszych badań przedstawiała wielkość RV i dane strukturalne w sposób głównie jakoś...

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

Disclosures

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

Nie ma nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Dziękujemy Fredowi Robertsowi i Chrisowi White'owi za wzorowe wsparcie techniczne. Dziękujemy Brigham Women's Hospital Cardiovascular Physiology Core za dostarczenie oprzyrządowania i funduszy na tę pracę. Praca ta była częściowo wspierana przez granty NHLBI HL093148, HL086967 i HL 088533 (RL), K99HL107642 oraz Ellison Foundation (SC).

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Ultradźwięki wysokiej częstotliwościFUJIFILM VisualSonics, Inc.Vevo 2100
Mechaniczny przetwornik wysokiej częstotliwościFUJIFILM VisualSonics, Inc.MS250, MS550D, MS400
Cewnik ciśnieniowy Millar MikroMillarSPR-1000

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Anavekar, N. S., et al. Usefulness of right ventricular fractional area change to predict death, heart failure, and stroke following myocardial infarction (from the VALIANT ECHO Study). Am. J. Cardiol. 101, 607-612 (2008).
  2. Berger, R. M., Cromme-Dijkhuis, A. H., Witsenburg, M., Hess, J. Tricuspid valve regurgitation as a complication of pulmonary balloon valvuloplasty or transcatheter closure of patent ductus arteriosus in children < or = 4 years of age. Am. J. Cardiol. 72, 976-977 (1993).
  3. Marwick, T. H., Raman, S. V., Carrio, I., Bax, J. J. Recent developments in heart failure imaging. JACC Cardiovasc. Imaging. 3, 429-439 (2010).
  4. Souders, C. A., Borg, T. K., Banerjee, I., Baudino, T. A. Pressure overload induces early morphological changes in the heart. Am. J. Pathol. 181, 1226-1235 (2012).
  5. Karas, M. G., Kizer, J. R. Echocardiographic assessment of the right ventricle and associated hemodynamics. Prog. Cardiovasc. Dis. 55, 144-160 (2012).
  6. Lindqvist, P., Calcutteea, A., Henein, M. Echocardiography in the assessment of right heart function. Eur. J. Echocardiogr. 9, 225-234 (2008).
  7. Rudski, L. G., et al. Guidelines for the echocardiographic assessment of the right heart in adults: a report from the American Society of Echocardiography endorsed by the European Association of Echocardiography, a registered branch of the European Society of Cardiology, and the Canadian Society of Echocardiography. J. Am. Soc. Echocardiogr. 23, 685-713 (2010).
  8. Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. B. Echocardiography in translational research: of mice and men. J. Am. Soc. Echocardiogr. 21, 1083-1092 (2008).
  9. Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ. Cardiovasc. Imaging. 3, 157-163 (2010).
  10. Polak, J. F., Holman, B. L., Wynne, J., Right Colucci, W. S. ventricular ejection fraction: an indicator of increased mortality in patients with congestive heart failure associated with coronary artery disease. J. Am. Coll. Cardiol. 2, 217-224 (1983).
  11. Tanaka, N., et al. Transthoracic echocardiography in models of cardiac disease in the mouse. Circulation. 94, 1109-1117 (1996).
  12. Benza, R., Biederman, R., Murali, S., Gupta, H. Role of cardiac magnetic resonance imaging in the management of patients with pulmonary arterial hypertension. J. Am. Coll. Cardiol. 52, 1683-1692 (2008).
  13. Lang, R. M., et al. Recommendations for chamber quantification. Eur. J. Echocardiogr. 7, 79-108 (2006).
  14. Tarnavski, O., McMullen, J. R., Schinke, M., Nie, Q., Kong, S., Izumo, S. Mouse cardiac surgery: comprehensive techniques for the generation of mouse models of human diseases and their application for genomic studies. Physiol. Genomics. 16, 349-360 (2004).
  15. Schulz-Menger,, 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. J. Cardiovasc. Magn. Reson. 15, 35(2013).
  16. Williams, R., et al. Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse-wave velocity in mice. Ultrasound Med. Biol. 33, 1368-1375 (2007).
  17. Senechal, M., et al. A simple Doppler echocardiography method to evaluate pulmonary capillary wedge pressure in patients with atrial fibrillation. Echocardiography. 25, 57-63 (2008).
  18. Frea, S., et al. Echocardiographic evaluation of right ventricular stroke work index in advanced heart failure: a new index. J. Card. Fail. 18, 886-893 (2012).
  19. Pokreisz, P. Pressure overload-induced right ventricular dysfunction and remodelling in experimental pulmonary hypertension: the right heart revisited. Eur. Heart J. Suppl. , H75-H84 (2007).
  20. Bauer, M., et al. Echocardiographic speckle-tracking based strain imaging for rapid cardiovascular phenotyping in mice. Circ. Res. 108, 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

Right Ventricular FunctionPulmonary Artery ConstrictionTransthoracic EchocardiographyMouse ModelRV Wall ThicknessFractional Area ChangeColor Doppler ModeHigh Frequency UltrasoundParasternal Long AxisPulmonary Artery Peak Velocity

Related Articles