Rezerwa przepływu wieńcowego (CFR), jest zdefiniowana jako stosunek maksymalnego przepływu krwi wieńcowej do spoczynkowego przepływu krwi wieńcowej. Przedstawiamy protokół oceny CFR u szczurów za pomocą ultradźwięków, który daje możliwość przewidywania czynników ryzyka sercowo-naczyniowego przy braku obturacyjnej choroby wieńcowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ocena rezerwy przepływu wieńcowego po reperfuzji niedokrwiennej mięśnia sercowego u szczurów
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Choroba wieńcowa jest główną przyczyną zgonów na całym świecie. Po ostrym zawale mięśnia sercowego wczesna i skuteczna interwencja mięśnia sercowego poprzez rekanalizację tętnicy wieńcowej jest najskuteczniejszą strategią zmniejszania rozmiaru niedokrwiennego mięśnia sercowego. Mikrokrążenia wieńcowego nie można wizualizować i obrazować in vivo, ale istnieje kilka technik inwazyjnych i nieinwazyjnych, które można wykorzystać do oceny parametrów zależnych bezpośrednio od funkcji mikrokrążenia wieńcowego. Funkcję śródbłonka po reperfuzji niedokrwiennej można ocenić również na poziomie krążenia wieńcowego za pomocą rezerwy przepływu wieńcowego (CFR). W tym badaniu szczytową prędkość lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej (LAD) mierzono u szczurów in vivo za pomocą przezklatkowej echokardiografii dopplerowskiej podczas prowokacji spoczynkowej i stresowej (indukowanej przez dobutaminę). Normalne serce może zwiększyć przepływ krwi w naczyniach wieńcowych nawet czterokrotnie powyżej wartości spoczynkowych podczas indukcji stresu. Po reperfuzji niedokrwiennej stwierdziliśmy znacznie zmniejszony CFR, który może być stosowany jako marker dysfunkcji mikronaczyń wieńcowych. CFR otworzył okno na znaczenie dysfunkcji mikrokrążenia i wykazano, że przewiduje ryzyko sercowo-naczyniowe niezależnie od tego, czy występuje ciężka choroba obturacyjna.
Wprowadzenie
Reperfuzja niedokrwienna mięśnia sercowego (IR) to stan, w którym dopływ krwi jest ograniczony do serca, po czym następuje przywrócenie perfuzji i jednoczesne ponowne dotlenienie1. Niedrożność tętnic wieńcowych może być spowodowana pęknięciem zatoru lub blaszki cholesterolowej, co powoduje poważne zachwianie równowagi podaży i popytu metabolicznego, powodując niedotlenienie tkanek. Terapia reperfuzyjna przyniosła uratowanie zagrożonego mięśnia sercowego, poprawę funkcji lewej komory serca i wydłużenie przeżycia. Jednak po rekanalizacji tętnicy wieńcowej mogą wystąpić nieprawidłowości czynnościowe małych naczyń wieńcowych2,3,4,5. Znaczna część pacjentów, być może nawet 40%, nie odzyskuje perfuzji mikronaczyniowej i mięśnia sercowego pomimo przywrócenia przepływu wieńcowego. Wizualizacja i ocena mikrokrążenia wieńcowego może być trudna in vivo, ale istnieje wiele technik inwazyjnych i nieinwazyjnych, które można wykorzystać do oceny parametrów bezpośrednio w zależności od funkcji mikrokrążenia wieńcowego6,7. Również funkcję śródbłonka można ocenić na poziomie krążenia wieńcowego za pomocą CFR5.
Echokardiografia dopplerowska przezklatkowa jest nieinwazyjnym narzędziem, które pozwala nam badać prędkość przepływu w tętnicy wieńcowej i CFR5. CFR reprezentuje stosunek maksymalnego przepływu krwi wieńcowej do spoczynkowego przepływu krwi wieńcowej8. Podczas wyzwania związanego ze stresem normalne serce zwiększa przepływ krwi w naczyniach wieńcowych do czterech razy powyżej wartości spoczynkowej. Ryzyko sercowo-naczyniowe wzrasta, gdy CFR jest zmniejszony9. Ishihara i wsp. wykazali, że CFR był poważnie upośledzony natychmiast po angioplastyce wieńcowej5. W przypadku braku zwężenia tętnicy wieńcowej, CFR zmniejsza się podczas dysfunkcji mikrokrążenia wieńcowego i występuje u około połowy pacjentów ze stabilną chorobą wieńcową10.
Ogólnym celem tej metody jest nieinwazyjna wizualizacja funkcji lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej (LAD) u szczurów za pomocą echokardiografii, która może być wykorzystana do obliczenia CFR. Jest to ważne narzędzie oceny do diagnozowania dysfunkcji mikrokrążenia i oceny potencjalnych metod leczenia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie procedury zostały wykonane zgodnie z protokołami zatwierdzonymi przez University of Louisville Institutional Animal Care and Use Committee (protokół 18223 zatwierdzony przez IACUC) oraz NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals11.
1. Zwierzęta
- Do badania wykorzystano 4-miesięczne samice szczurów Fisher 344 (BW ~ 150-180 g).
2. Obrazowanie ultrasonograficzne przed operacją IR
- Znieczulić szczura izofluranem - komora indukcyjna o stężeniu 5% przy przepływie 1,5–2,0 l/minO2, a następnie 1,5–2,0% przy przepływie 1,5–2,0 l/minO2. Znieczulenie to utrzymuje się przez cały czas trwania eksperymentu, w fazie spoczynku i stresu.
- Ułóż zwierzę w pozycji leżącej na plecach i ogol klatkę piersiową. Utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37-38 °C za pomocą wbudowanej platformy grzewczej. Monitoruj tętno za pomocą oprogramowania.
UWAGA: Odpowiednie znieczulenie ma kluczowe znaczenie dla utrzymania tętna na normalnym fizjologicznym poziomie (w zakresie 295-350 uderzeń/min). - Nałóż maść okulistyczną weterynaryjną, aby zapobiec suchości oczu przed obrazowaniem.
- Wykonaj echokardiografię za pomocą sondy liniowej 13–24 MHz (np. MS250) (Rysunek 1A).
- Umieść zwierzę w pozycji leżącej na podgrzewanej platformie. Upewnij się, że znieczulenie jest kontrolowane przez stożek nosowy. Następnie ustaw sondę, aby uzyskać widok krótkiej osi przymostkowej (PSAX) za pomocą systemu szynowego (Rysunek 1B).
- Przesuwając sondę w kierunku rostralnym od PSAX, zlokalizuj tętnicę płucną (Rysunek 1B).
- Przesuń sondę lekko w kierunku ogonowym od tętnicy płucnej, aby view LAD i zapisz obraz.
UWAGA: LAD jest trudny do znalezienia bez kolorowego Dopplera, więc obrazy LAD w trybie B nie zawsze są możliwe. - Gdy indywidualne różnice utrudniają zlokalizowanie tętnicy wieńcowej LAD, postępuj zgodnie z poniższą techniką:
- Przesuń sondę bocznie do tętnicy płucnej.
- Ustaw platformę pod takim kątem, aby zwierzę było nachylone, odwrócone lub lekko w prawą stronę, tak aby lewa komora była lepiej widoczna za pomocą sondy.
- Po przechwyceniu lub zapisaniu obrazu w trybie B kliknij kolorowy Doppler na ekranie dotykowym (Rysunek 1C). Wizualizuj tętnicę wieńcową (biała strzałka wskazuje LAD) w krótkiej osi (Rysunek 1C). Czerwony kolor, widziany w czasie rzeczywistym, wskazuje kierunek przepływu (tj. przepływ krwi jest w kierunku sondy).
- Po wizualizacji LAD w trybie kolorowego Dopplera, zmień tryb na tryb fali pulsacyjnej (PW). Poszukaj obecności żółtej linii wskaźnikowej na tętnicy wieńcowej (Rysunek 2A).
- Umieść żółtą linię PW-line na środku tętnicy wieńcowej. Upewnij się, że kąt jest równoległy do kierunku przepływu.
UWAGA: Prędkość przepływu jest w dużym stopniu zależna od kąta linii PW, więc upewnij się, że dopasowałeś kąt sondy ekranowej do kąta LAD. Użyj ekranu dotykowego, aby dostosować kąt; Kąt PW powinien być mniejszy niż 60°. - Użyj sklepu cine, aby uchwycić prędkość spoczynkowego przepływu wieńcowego LAD w szczytowym rozkurczu w postaci fal (Rysunek 2B).
- Po uzyskaniu spoczynkowej prędkości przepływu LAD zmierz maksymalną prędkość przepływu LAD podczas naprężenia, aby obliczyć CFR. Aby zmierzyć maksymalną prędkość przepływu podczas stresu, podawaj dobutaminę w dawce 20 μg/kg/min przez żyłę ogonową8 (Rysunek 2C).
UWAGA: Wlew dobutaminy nie powinien trwać dłużej niż 8 minut. Należy użyć pompy infuzyjnej i ustawić średnicę pompy infuzyjnej na 14,43 dla strzykawki BD 10 ml.- Użyj zestawu motylkowego 25-G do infuzji do kaniulacji żył ogonowych. Aby umieścić igłę infuzyjną, umieść mały pasek gazy wokół podstawy ogona szczura, a następnie chwyć hemostatykami i przekręć opaskę uciskową, aby wywrzeć nacisk i spowodować powiększenie żyły.
- Umieść igłę, gdy jest bezpośrednio podłączona do strzykawki z dobutaminą.
UWAGA: Zachowaj szczególną ostrożność, aby przypadkowo nie wprowadzić leku podczas pobierania krwi, aby zapewnić prawidłowe umieszczenie igły w żyle ogonowej. Należy również pamiętać, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza do żyły, ponieważ zator może być śmiertelny dla zwierzęcia. - Po umieszczeniu igły ustabilizuj ją za pomocą kleju i kawałka taśmy chirurgicznej, mocując linię infuzyjną do ogona.
- Usuń hemostatyki i opaskę uciskową, aby odzyskać przepływ.
- Umieścić strzykawkę z dobutaminą w pompie infuzyjnej i ustawić ją na wstrzykiwanie 20 μg/kg/min.
- Podczas infuzji dobutaminy należy uważnie monitorować szczyt LAD i częstość akcji serca. Okresowo rejestruj szczyty LAD PW w trybie Dopplera, zwłaszcza gdy wzrasta w odpowiedzi na Dobutaminę.
UWAGA: Wyzwanie stresowe wywołane przez dobutaminę powoduje, że serce pracuje ciężej; często powoduje to poruszenie serca i LAD. Bądź przygotowany do przemieszczenia zwierzęcia, sondy lub obu, aby utrzymać LAD w zasięgu wzroku. - Po tym, jak szczyty LAD i tętno ustabilizują się podczas wyzwania, przerwij wlew dobutaminy, usuń zestaw do infuzji żyły ogonowej i usuń zwierzę z platformy. Pozwól zwierzęciu dojść do siebie w klatce domowej.
- Wybierz narzędzie Peak Vel, aby uzyskać szczytowe prędkości rozkurczowe z obrazów pokazanych na Rysunek 2B i C.
- Oblicz wskaźnik CFR jako stosunek szczytowej prędkości przepływu rozkurczowego naprężenia LAD (dobutaminy) do spoczynkowej szczytowej prędkości przepływu rozkurczowego LAD (Rysunek 2A).
3. Uraz reperfuzyjny niedokrwienny
- Znieczulić szczura izofluranem - komora indukcyjna o stężeniu 5% przy przepływie 1,5–2,0 l/minO2, a następnie 1,5–2,0% przy przepływie 1,5–2,0 l/minO2.
- Potwierdź głębokość znieczulenia przez brak odruchu wycofania pedału. Użyj maści okulistycznej weterynarza na oczy, aby zapobiec wysuszeniu. Utrzymuj odpowiednią temperaturę ciała 37-38 °C za pomocą poduszki grzewczej lub regulatora temperatury zwierzęcia.
- Przedoperacyjny meloksykam w dawce 5 mg/kg mc. należy podać domięśniowo na 15 minut przed zabiegiem, a następnie 2 ml podskórnego bolusa z 0,9% soli fizjologicznej, aby zapobiec odwodnieniu podczas zabiegu. Używano sterylnych rękawiczek i narzędzi, stosowano techniki aseptyczne. Korzystając ze światłowodowego źródła światła, zaintubuj szczura za pomocą cewnika dożylnego o rozmiarze 18 i podłącz do respiratora.
- Ligate LAD za pomocą 8-0 szew monofilamentowy przez otwór 15 mm w 5.przestrzeni międzyżebrowej. Zawiąż zwykły węzeł i pozostaw na 30 minut. Wizualnie potwierdź niedokrwienie u wszystkich szczurów poprzez przebarwienie powierzchni serca12. Zwolnij ligaturę po 30 minutach i sprawdź reperfuzję poprzez zaczerwienienie wcześniej przebarwionego obszaru mięśnia sercowego przez 1-2 min12.
- Zamknij klatkę piersiową za pomocą wchłanialnego szwu 4-0 z przerwanym wzorem szwów, a następnie zamknij skórę za pomocą niewchłanialnego jedwabnego szwu 5-0 z ciągłym wzorem szwów.
- Usuń zwierzę ze znieczulenia. Pozwól zwierzęciu dojść do siebie w klatce domowej. 5 mg/kg meloksykamu wstrzykiwano domięśniowo co 24 godziny przed eutanazją zwierzęcia (72 godziny po operacji).
4. Obrazowanie ultrasonograficzne po operacji IR
- 72 godziny po operacji w podczerwieni ponownie zmierz przepływ wieńcowy i CFR. Porównaj pomiary z wcześniejszymi pomiarami w podczerwieni. Powtórz kroki od 2.1 do 2.15 zgodnie z powyższym opisem.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W niniejszym badaniu wykorzystano 12 samic szczurów szczepu Fisher 344. Przeprowadzono próbę wysiłkową z użyciem dobutaminy i zmierzono prędkość przepływu w tętnicy wieńcowej LAD przed operacją IR oraz 72 godziny po niej. Przed operacją IR spoczynkowa prędkość przepływu w tętnicy wieńcowej LAD wynosiła 423 ± 59 mm/s, a po wlewie dobutaminy wzrosła do 1005 ± 77mm/s (Rycyna 3A). Po 72 h niedokrwienia i reperfuzji spoczynkowa prędkość przepływu w tętnicy wieńcow...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Głównymi wnioskami z niniejszego badania jest to, że IR zwiększa spoczynkową prędkość tętnicy wieńcowej LAD i upośledza CFR, nawet przy braku resztkowego zwężenia angiograficznego.
Zrozumienie fizjologii naczyń wieńcowych jest istotną częścią procesu podejmowania decyzji klinicznych przez kardiologów w leczeniu choroby wieńcowej. CFR jest jednym z ważnych parametrów funkcjonalnych w zrozumieniu patofizjologii mikrokrążenia wieńcowego 7,13
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia
Podziękowania
Chcielibyśmy podziękować fundacji Helmsley za dostarczenie sprzętu ultradźwiękowego do przeprowadzania naszych eksperymentów. Prace te zostały wsparte grantem NIA R01 053585
.Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Strzykawka 10 ml | Strzykawka BD | 302995 | |
| 250S 13– Sonda liniowa 24 MHz | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Chlorowodorek dobutaminy | Sigma | D0676-10mg | |
| Isoflurane | RRC | 27376 | |
| Legato 100 Pompa strzykawkowa | KD Scientific | 788100 | |
| Vevo 3100 | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Zestaw do infuzji Winged, 27G x 1/2", | Medline.com |
Bibliografia
- Eltzschig, H. K., Eckle, T. Ischemia and reperfusion--from mechanism to translation. Nature medicine. 17 (11), 1391-1401 (2011).
- French, C. J., Zaman, A. K., Sobel, B. E. Failure of erythropoietin to render jeopardized ischemic myocardium amenable to incremental salvage by early reperfusion. Coronary Artery Disease. 20 (4), 295-299 (2009).
- Marzilli, M., Mariani, M. Ischemia-reperfusion and microvascular dysfunction: implications for salvage of jeopardized myocardium and reduction of infarct size. Italian Heart Journal. 2 Suppl 3, 40s-42s (2001).
- Prasad, A., Gersh, B. J. Management of microvascular dysfunction and reperfusion injury. Heart (British Cardiac Society). 91 (12), 1530-1532 (2005).
- Ishihara, M., et al. Impaired coronary flow reserve immediately after coronary angioplasty in patients with acute myocardial infarction. British heart journal. 69 (4), 288-292 (1993).
- Camici, P. G., d'Amati, G., Rimoldi, O. Coronary microvascular dysfunction: mechanisms and functional assessment. Nature Reviews Cardiology. 12 (1), 48-62 (2015).
- Chung, K. S., Nguyen, P. K. Non-invasive measures of coronary microcirculation: Taking the long road to the clinic. Journal of Nuclear Cardiology. , (2017).
- Kelm, N. Q., et al. Adipose-derived cells improve left ventricular diastolic function and increase microvascular perfusion in advanced age. PLoS One. 13 (8), e0202934(2018).
- Pan, M., et al. Late recovery of coronary flow reserve in patients successfully treated with a percutaneous procedure. Revista Española de Cardiología. 56 (5), 459-464 (2003).
- Samim, A., Nugent, L., Mehta, P. K., Shufelt, C., Bairey Merz, C. N. Treatment of angina and microvascular coronary dysfunction. Current treatment options in cardiovascular medicine. 12 (4), 355-364 (2010).
- Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th edition, The National Academies Collection: Reports funded by National Institutes of Health (2011).
- Ciuffreda, M. C., et al. Rat experimental model of myocardial ischemia/reperfusion injury: an ethical approach to set up the analgesic management of acute post-surgical pain. PloS one. 9 (4), e95913-e95913 (2014).
- van de Hoef, T. P., Siebes, M., Spaan, J. A. E., Piek, J. J. Fundamentals in clinical coronary physiology: why coronary flow is more important than coronary pressure. European Heart Journal. 36 (47), 3312-3319 (2015).
- Naya, M., et al. Preserved coronary flow reserve effectively excludes high-risk coronary artery disease on angiography. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (2), 248-255 (2014).
- Cortigiani, L., et al. Diagnostic and prognostic value of Doppler echocardiographic coronary flow reserve in the left anterior descending artery. Heart (British Cardiac Society). 97 (21), 1758(2011).
- Kawata, T., et al. Prognostic value of coronary flow reserve assessed by transthoracic Doppler echocardiography on long-term outcome in asymptomatic patients with type 2 diabetes without overt coronary artery disease. Cardiovascular diabetology. 12, 121-121 (2013).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
