Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

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

28.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/51041

⸱

3 lutego 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

W tym artykule

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Procedura chirurgiczna

  1. Należy pozyskać 8-tygodniowe samce myszy C57BL/6 i poddać je aklimatyzacji przez jeden tydzień przed przystąpieniem do jakichkolwiek procedur eksperymentalnych.
  2. Przed obrazowaniem przeprowadza się okluzję tętnicy płucnej zgodnie z wcześniejszym opisem14 , zgodnie z wytycznymi AVMA oraz zatwierdzonymi protokołami IACUC.
    Nabywanie obrazów echokardiograficznych i pomiary
    Wszystkie użyte skróty zostały podsumowane w Tabeli 1).

1. Widok w trybie M w osi długiej przymostkowej (PLAX) w celu wyznaczenia wymiarów komory RV, frakcyjnego skrócenia (FS) i grubości ściany RV

  1. Użyj ustawienia trybu B, aby uzyskać pełny obraz osi długiej lewej komory (LV) w przekroju przymostkowym. Przy zwierzęciu leżącym na platformie w pozycji tyłem (patrz Uwaga 6.1. i 6.2.), ustaw sondę ultradźwiękową 40 MHz (MS550D) na zwierzęciu pod kątem około 30° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara względem lewej linii przymostkowej, z wycięciem skierowanym w stronę ogona (Rysunek 1A). Dostosuj kąt sondy, lekko przechylając ją wzdłuż osi y sondy (Rysunek 1D), aby uzyskać pełny obraz komory LV w centrum ekranu.
  2. Po wyraźnym zwizualizowaniu odpowiednich punktów orientacyjnych (RV, LV, MV, Ao, LA), przedstawionych na Rysunkach 2A i 2B, przełącz na tryb M. W ustawieniach trybu M na ekranie pojawi się linia wskaźnika. Linia ta powinna zostać ustawiona tak, aby przechodzić przez najszerszą część komory RV, wykorzystując Ao jako punkt orientacyjny (Rysunki 2A i B).
  3. W tym widoku ściana RV oraz IVS powinny być wyraźnie widoczne. Upewnij się, że głębokość ogniskowania znajduje się w centrum komory RV. Zapisz dane za pomocą funkcji cine store w celu późniejszego pomiaru wymiarów komory RV, FS oraz grubości ściany RV w trybie off-line. Przykłady obrazów w trybie M przedstawiono na Rysunkach 2C i 2D. (Patrz Uwaga 6.3.)

2. Przekrój krótkoosiowy przymostkowy na poziomie środkowym mięśni papilarnych w celu oznaczenia frakcyjnej zmiany powierzchni (FAC)

  1. Z pozycji opisanej powyżej (Ryc. 1A), przełącz urządzenie w tryb B i obróć głowicę o 90° zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby uzyskać obraz w przekroju krótkiej osi przymostkowej (Ryc. 1B). Przechyl lekko głowicę wzdłuż jej osi x, aby uniknąć przesłonięcia obrazu przez mostek.
  2. Przesuń głowicę lekko w górę i w dół wzdłuż jej osi y, aby uzyskać obraz na poziomie środkowym mięśni brodawkowych (zob. Uwaga 6.4.).
  3. W tym widoku mięśnie brodawkowe znajdują się zazwyczaj na godzinie 2 i 5 (Ryc. 3).

3. Przekrój krótkoosiowy przyścianowy na poziomie zastawki aorty (RV PSAX Aortic Level) w celu pomiaru grubości ściany RV i prędkości szczytowej w PA

  1. Z pozycji opisanej powyżej (Rysunek 1B), przesuń głowicę wzdłuż osi y w kierunku czaszki, aż przekrój poprzeczny zastawki aorty pojawi się na środku okna obrazu.
  2. Prześwit odpływu prawej komory (RVOT) powinien być widoczny na górze jako struktura w kształcie półksiężyca, z zastawką trójdzielną oddzielającą RV od RA, jak zilustrowano na Rysunkach 4A oraz 2B. Zarejestruj dane za pomocą funkcji cine store w celu późniejszego, pozaخطowego pomiaru grubości ściany RV. (Zob. Uwaga 6.5.)
  3. Pozostań w tej samej pozycji. (Zob. Uwaga 6.6.)
  4. Przełącz do trybu Color Doppler i ustaw żółtą przerywaną linię PW równolegle do kierunku przepływu w naczyniu. Należy pamiętać, że kolory niebieski i czerwony wskazują odpowiednio przepływ oddalający się od głowicy i zmierzający w jej kierunku (Rysunki 4C oraz 4D).
  5. Umieść kursor PW na końcach płatków zastawki płucnej. (Zob. Uwaga 6.7.) Zarejestruj dane za pomocą funkcji cine store. Zmierz pozaخطowo szczytową prędkość w PA.

4. Zmodyfikowany widok długoosiowy przymostkowy prawej komory i tętnicy płucnej w celu uzyskania szczytowej prędkości przepływu w tętnicy płucnej

  1. Kontynuując pracę w trybie B, umieść głowicę (MS550D lub MS250) wzdłuż prawej linii przymostkowej (Rycina 1C) i powoli przechylaj głowicę pod kątem około 30-45° wzdłuż osi y głowicy (Rycina 1D) w stronę klatki piersiowej myszy, aby wyraźnie zwizualizować miejsce krzyżowania się tętnicy płucnej z aortą, jak przedstawiono na Rycina 5A i 5B.
  2. Przełącz na tryb kolorowego Dopplera i ustaw żółtą przerywaną linię PW równolegle do kierunku przepływu w naczyniu (Rycina 5C i 5D). Umieść kursor PW na krawędzi płatków zastawki płucnej. (Patrz Uwaga 6.6.) Zapisz dane za pomocą funkcji cine store i zmierz szczytową prędkość przepływu w tętnicy płucnej w trybie off line.

5. Obliczanie i analiza danych

  1. Grubość ściany RV można obliczyć na podstawie danych w trybie B uzyskanych z poziomu PSAX aorty RV, zgodnie z powyższym opisem (Protokół 3). Wybierz narzędzie do obrysowywania obszaru 2D, aby obrysować pole ściany RV w rozkurczu (zaznaczone różowym obszarem na Rysunku 6). Następnie użyj narzędzia do pomiaru odległości, aby obrysować obwód wewnętrzny i zewnętrzny ściany RVOT (zaznaczone niebieskimi liniami na Rysunku 6). Oblicz średnią z obwodów wewnętrznego i zewnętrznego. Korzystając z równania Wzór na grubość ściany RV, RVW=pole RV/długość, równanie, metoda pomiaru kardiologicznego., obliczamy grubość ściany RV (RVW). (Patrz Uwaga 6.8.)
  2. W przypadku pozostałych standardowych parametrów należy zapoznać się z instrukcjami odpowiednich producentów w celu przeprowadzenia analizy danych.

6. Uwagi

  1. Wszystkie obrazy są gromadzone przy użyciu systemu Vevo 2100. Podobne obrazy można uzyskać, korzystając z systemów obrazowania ultradźwiękowego innych producentów; wzglólne zalety i wady różnych urządzeń do badań ultradźwiękowych były wcześniej porównywane8,12,15. Zaleca się, aby wszystkie obrazy były pozyskiwane i analizowane w sposób zaślepiony, o ile jest to możliwe.
  2. Właściwy dobór znieczulenia, np. krótkotrwała inhalacja izofluranu (2-3% do indukcji i 1,0% do podtrzymania), jest kluczowy dla utrzymania tętna na normalnym poziomie fizjologicznym (powyżej 500 uderzeń/min), co pozwala na wykrycie powtarzalnego i spójnego podstawowego oraz podwyższonego skurczowego ciśnienia w tętnicy płucnej w badaniu.
  3. Należy upewnić się, że dane są gromadzone przy najwyższej możliwej częstotliwości odświeżania obrazu (>200 klatek/sek).
  4. Należy szukać rzutu, w którym wymiary komory są największe.
  5. Przeszkody w postaci żeber i mostka, wynikające w dużej mierze z położenia prawą komory (RV) za mostkiem, stanowią największą przeszkodę w uzyskaniu doskonałych obrazów przy tej metodzie obrazowania RV. Poprzez zmianę pozycji zwierzęcia lub głowicy operator może zniwelować blokadę mostka i uzyskać niezbędne rzuty RV. Może to zająć od 5 do 15 min, w zależności od fizjologii zwierzęcia.
  6. Może być konieczna zmiana głowicy na MS250, ponieważ głowicy MS550D można używać u myszy w grupach sham i przed PAC; głowica 40 MHz jest zdolna do rejestracji prędkości szczytowej od 300 do 1 500 m/sec, podczas gdy MS250 pozwala na uchwycenie prędkości szczytowej do 4 000 mm/sec.
  7. W celu dokładnego pomiaru prędkości szczytowej w tętnicy płucnej (PA) dopuszczalny jest kąt głowicy mniejszy niż 20°.
  8. Spójne pomiary grubości ścian RV oraz powierzchni i wymiarów były wykonywane przy użyciu wielu okien akustycznych, zarówno w osi długiej, jak i krótkiej. Wybór niektórych z tych okien zależy od doświadczenia operatora i może być przyczyną zmienności wpływającej na różnice w wynikach statystycznych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W niniejszym badaniu podstawowe badanie echokardiograficzne przeprowadzono 48 hr przed operacją. Myszy podzielono losowo na dwie grupy. Myszy poddano okluzji tętnicy płucnej (PAC) lub operacji pozorowanej (Sham). Echokardiografię wykonano w dniu 0, 3 i 7 po zabiegu chirurgicznym. Zwierzęta uśpiono bezpośrednio po ostatnim badaniu echokardiograficznym, a serca pobrano do oceny histologicznej. W podgrupie myszy PAC (n=3 dla dnia 0 i n=2 dla dnia 7) przeprowadzono cewnikowanie w celu pomiaru RVSP za pomocą cewnika ciśnienio...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Nie ma nic do ujawnienia.

Podziękowania

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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Ultradźwięki wysokiej częstotliwościFUJIFILM VisualSonics, Inc.Vevo 2100
Mechaniczny przetwornik wysokiej częstotliwościFUJIFILM VisualSonics, Inc.MS250, MS550D, MS400
Cewnik ciśnieniowy Millar MikroMillarSPR-1000

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

funkcja prawej komorygrubość ściany prawej komoryfrakcyjna zmiana powierzchnikolorowy dopplerultradźwięki wysokiej częstotliwościoś długia przymostkowaszczytowa prędkość przepływu w tętnicy płucnej
Ocena struktury i funkcji prawej komory serca w mysim modelu zwężenia tętnicy płucnej za pomocą echokardiografii przezklatkowej
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.