Avaliação ultra-som base de Artéria Coronária Flow e Fluxo Coronariano Reserve Usando o modelo de sobrecarga de pressão no Mice

Resumo

A reserva de fluxo coronariano (RFC) é útil para avaliação da demanda de oxigênio miocárdico e avaliação do risco cardiovascular. Este estudo estabelece um método ecocardiográfico transtorácico Doppler (TTDE) passo a passo para monitoramento longitudinal das alterações na RFC, medida a partir da artéria coronária em camundongos, sob a sobrecarga de pressão experimental da banda aórtica.

Resumo

A ecocardiografia transtorácica com Doppler (TTDE) é uma ferramenta clinicamente útil e não invasiva para estudar a velocidade do fluxo da artéria coronária e a reserva de fluxo coronariano (CFR) em humanos. A redução da taxa de letalidade é acompanhada por fibrose intramiocárdica e pericoronária acentuada e é usada como uma indicação da gravidade da disfunção. Este estudo explora, passo a passo, as mudanças em tempo real medidas na velocidade do fluxo coronariano, CFR e razão entre velocidade de pico sistólico e diastólico (S / D) no cenário de um modelo de bandagem aórtica em camundongos. Usando uma técnica de imagem transtorácica Doppler que produz dados reprodutíveis e confiáveis, o método avalia as alterações no fluxo na artéria coronária septal (SCA), por um período de mais de duas semanas em camundongos, que foram previamente submetidos a bandagem aórtica ou toracotomia.

Durante a imagem, a hiperemia em todos os camundongos foi induzida pelo isoflurano, um anestésico que aumentou a velocidade do fluxo coronariano quando comparado ao fluxo de repouso. Todas as imagens foram adquiridas por um único gerador de imagens. Duas proporções, (1) CFR, a razão entre as velocidades de fluxo hiperêmicas e basais, e (2) fluxo sistólico (S) para diastólico (D) foram determinados, usando um software proprietário e por dois observadores independentes. É importante ressaltar que as alterações observadas no fluxo coronariano precederam a disfunção do VE, conforme evidenciado pela massa normal do VE e encurtamento fracionado (FS).

O método foi comparado com o atual padrão-ouro de avaliação coronariana, histopatologia. Esta última técnica mostrou claras alterações patológicas na artéria coronária na forma de fibrose pericoronária que se correlacionaram com as alterações de fluxo avaliadas pela ecocardiografia.

O estudo ressalta o valor do uso de uma técnica não invasiva para monitorar a circulação coronária em corações de camundongos. O método minimiza o uso redundante de animais de pesquisa e demonstra que índices avançados baseados em ultrassom, como taxas CFR e S/D, podem servir como ferramentas de diagnóstico viáveis em uma variedade de protocolos de investigação, incluindo estudos de medicamentos e o estudo de cepas geneticamente modificadas.

Introdução

Estenose aórtica clínica (AS) é bem conhecido para promover um aumento progressivo no ventrículo esquerdo (VE) da pós-carga. Para compensar essa carga hemodinâmica cronicamente crescente, hipertrofia ventricular esquerda (HVE) segue como um ^1,2 resposta adaptativa. O desenvolvimento de HVE é frequentemente associada a alterações na microcirculação coronária. Pensa-se que a disfunção microvascular contribui para isquemia crónica nesses pacientes ^5. Além de fluxo coronário ^3,4, a reserva de fluxo coronário (CFR) representa a mudança funcional das artérias coronárias ^1,3 e é definido como a razão da velocidade de fluxo máxima em hiperemia a velocidade de fluxo da linha de base ou de repouso velocidade de fluxo ^4,6,7. CFR é diminuída durante a remodelação do VE ^1-3,5-9 e é usado como um índice da extensão da gravidade funcional da disfunção coronária ^1,10,17. Ele é conhecido por ser prejudicada em muitas formas de cardiomiopatia dilatada ¹⁰ e também s coronáriastenosis ^6. CFR também é um marcador de prognóstico para desfechos clínicos ^12.

Remodelamento do VE no cenário de disfunção cardíaca, como isquemia ou LVH também é acompanhado por extensa fibrose, alterações na microcirculação coronariana e espessamento das artérias coronárias ^1,2. Como resultado destas alterações na fisiologia coronária, é provável que exista remodelação das artérias coronárias. Isso ajuda a atenuar os efeitos da baixa difusão de oxigênio e disfunção diastólica do VE que poderia resultar em susceptibilidade a ^1,2,13 isquemia miocárdica.

Camundongos geneticamente modificados são agora uma ferramenta de investigação amplamente predominante para imitar condições de doenças humanas, tais como a aterosclerose coronária ^{5,7,10,12,17.} Particularmente o modelo de sobrecarga de pressão em ratos tem sido amplamente estudada ^14,17. O modelo de constrição trans-aórtico (TAC) tem demonstrado estar associada com fibrose extensiva, e coronary estenose resultante, em parte, do espessamento médio das artérias coronárias e com acompanhamento de mudanças nos padrões de fluxo coronariano ^1,11,17,19 semelhantes ao que é visto no cenário de HVE em seres humanos. Embora se saiba que a sobrecarga de pressão prolongada leva à insuficiência cardíaca descompensada em cerca de 4-8 semanas, os efeitos sobre a dinâmica de fluxo coronariano e reserva de fluxo nesses modelos, no início do processo de progressão da doença, e em diferentes fases após a bandagem, são ainda ser claramente delineados.

Numerosas espécies de ratos estão atualmente disponíveis para fins de pesquisa, incluindo bem caracterizado LDLR - / - ou ApoE - / - ratos ^10-12, e estes têm solicitado o desenvolvimento de técnicas sensíveis para avaliar a função cardiovascular e morfologia em ratos vivos ^11-15. Essas técnicas incluem ressonância magnética, PET, contraste CT, ultra-som de alta freqüência, e feixe de elétrons tomografia ^2,9,17,19, todos os quais oferecem alternativas promissoras para invasivamétodos como cateterismos cardíacos e cineangiocoronariografia ^12. No entanto, nos ratos com tamanho muito pequeno das artérias coronárias e os batimentos cardíacos elevados (HR), a imagem latente de circulação coronariana ainda constitui um desafio técnico para muitas técnicas disponíveis atualmente ^4,12. Curiosamente, tem havido um aumento exponencial avanços técnicos na área de ecocardiografia transtorácica com Doppler (TTDE), incluindo o desenvolvimento de alta freqüência cabeças de digitalização matriz com frequências centrais de 15 a 50 MHz, permitindo resoluções axiais de aproximadamente 30-100 mm, em profundidades de 8-40 mm, e taxas de quadro superior a 400 quadros-capturado / sec. Por sua vez, as técnicas baseadas em TTDE surgiram como uma ferramenta de enorme potencial para geração de imagens navios maiores ² ou até menores, como artérias coronárias ^5,12.

Outro avanço fundamental que tem permitido os investigadores a realizar estudos de diagnóstico por imagem da vasculatura em um pequenonimals é o uso cuidadosamente controlada de anestésicos que mantêm a frequência cardíaca e respiratória dos animais durante o exame ^11. Manutenção da anestesia controlada é particularmente importante para os estudos relacionados à vasodilatação em camundongos, e o efeito da anestesia também precisa ser mais explorado neste contexto ^10,11. Nos seres humanos, por outro lado, as medições do CFR TTDE derivados tornaram-se uma ferramenta mais comumente utilizado para avaliação das artérias coronárias epicárdicas estenosadas e não obstruídos, predominantemente na descendente anterior esquerda (LAD) artéria coronária ^5,16. No entanto, o papel prognóstico do CFR e mudanças na circulação coronariana em pacientes assintomáticos ou camundongos com função sistólica preservada LV em repouso tem sido muito menos explorado ^16. Portanto, o objetivo do estudo foi, primeiramente, estabelecer um protocolo passo-a-passo claro, para avaliar mudanças no fluxo coronariano, por meio TTDE em um modelo de sobrecarga de pressão do mouse; segundo, este estudo examinou o sinal prognósticoificance do CFR e alterações de fluxo coronariano em resposta à pressão estresse sobrecarga nesses camundongos. Nossa hipótese é que a avaliação com base TTDE do CFR e do fluxo coronário pode ser útil na detecção precoce de disfunção coronária que pode preceder a disfunção ventricular esquerda.

Protocolo

NOTA: Todos os procedimentos foram realizados em ratos de acordo com a American Veterinary Medical Association (AVMA) orientações e aprovado Institutional Animal Care e usar os comités (IACUC) protocolos.

1. Projeto de Estudo

1. Use 8-10 semanas de idade do sexo masculino camundongos C57BL / 6 (BW ~ 25 g) no estudo.
2. Aleatória a ratinhos (n = 11) em dois grupos, o grupo de estudo seleccionados para bandeamento aórtico (n = 8), e o grupo de controlo (n = 3) se submeter a operação simulada através de toracotomia.
3. Prepare o animal para geração de imagens através da remoção de pêlos do peito usando creme depilatório que é da classe médica.
4. Realizar uma primeira ultra-sonografia (seção 2) 24 horas antes da bandagem aórtica para determinar parâmetros basais no dia -1, entre um intervalo de 1% e 2,5% de isoflurano (misturado com 100% _{de O2} via nosecone) anestesia induzida.
5. Escolha um agente anestésico medicamente aprovado (ou seja, o isoflurano) e monitorar o grau de anestesia (2-3% para induce, e 1,0% para manter).
   NOTA: a anestesia adequada é essencial para a manutenção dos batimentos cardíacos em taxas fisiológicas normais (cerca de 500 batimentos / min).
6. Confirmar a profundidade de anestesia por perda de movimento a partir do animal em resposta a um reflexo de pedal retirada. Use pomada paralube veterinário sobre os olhos para evitar a secura e sob anestesia.
7. Realizar a cirurgia no Dia 0 ^20,21.
8. Para bandagem aórtica, ligadura da aorta, com uma sutura de seda 7-0 em torno de um cônico 26 G agulha colocada no arco.
   Nota: Os detalhes referentes ao protocolo experimental, incluindo os procedimentos de bandagem aórtica cirúrgicos, têm sido descritos anteriormente ^20,21.
9. Realizar imagem de ultra-som pós-cirurgia (seção 2) pelo Dia (s) 2, 6 e 13.
10. Eutanásia os ratos no dia 14 e colher os corações para avaliação histológica. Eutanásia dos animais usando uma overdose de pentobarbital seguido por remoção de um órgão vital tal como o coração. Prender os corações em diastole e corrigir com formalina. Use o procedimento da retirada de coração que tem sido descrito anteriormente ^22.
11. Corrigir todos os tecidos do coração com solução tamponada de formol a 10%. Para trichrome coloração, incorporar tecidos em parafina antes do corte. Use os detalhes de tricromo que têm sido bem ilustrado anteriormente ^14,23.
12. Analisar os dados utilizando software off-line (seção 3).

2. Imagem Protocol

1. Imagens eixo longo e curto da artéria coronária septal (SCA) (Modo B-)
   1. Usando sonda MS550D com frequência central de 40 MHz conectados à-porta ativa, defina o preset aplicação a "imagem cardíaca".
   2. Com o supina animais na plataforma aquecida, sob anestesia e controlado através de cone de nariz, posicionar a sonda utilizando o sistema ferroviário obter o paraesternal eixo longo (PSLAX) (Figura 1A). Assegure-se sempre que o animal é mantido quente no Platfor pré-aquecidom e a temperatura do corpo é mantida a níveis fisiológicos.
   3. Gire a sonda (com entalhe apontando caudally) no sentido horário de tal forma que o ângulo da sonda é de 15 ° com a linha esquerda parasternal (long-eixo view) (Figura 1B).
   4. Ajustar o ângulo da sonda pela inclinação ligeiramente ao longo do eixo y da sonda para se obter uma vista longitudinal de comprimento completo do SCA no centro da tela (Figura 1B).
   5. Uma vez que as referências apropriadas (válvula aórtica e da artéria pulmonar) são vistos, loja de cine a imagem utilizando a mais alta taxa de quadros possível.
   6. Ao utilizar o "xy" eixos micro-manipuladores (Figura 1D), ajuste a posição da sonda para obter a imagem mais clara da SCA.
   7. Gire a sonda 90 ° (com entalhe apontando caudally) no sentido horário como o efeito dentada da sonda está à esquerda de linha média (eixo curto) (Figura 1C).
2. Imagens eixo longo e curto de SCA (Color-Doppler Mode)
   1. Uma vez que uma imagem de modo B é capturada ou armazenada cine-, clique na tecla Doppler colorido no teclado para ativar a janela acústica Doppler colorido (Figura 2).
      NOTA: Este ajuda a isolar artéria coronária (seta branca indica SCA) ou no comprimento (Figura 2A) ou no eixo curto (Figura 2C). A cor vermelha é como pode ser visto em tempo real e é indicativa do sentido do fluxo (para longe da válvula aórtica).
   2. Certifique-se que a profundidade do foco (indicado por uma seta amarela na direita da tela de imagem), encontra-se no centro da artéria coronária.
   3. Certifique-se de que os dados são gravados, utilizando a tecla cine-store, na maior taxa de quadros possível (> 100 frames / seg).
3. PW Doppler Imaging da SCA (Pulsed-Wave ou Modo PW)
   1. Enquanto estiver no modo cor-Doppler, clique na tecla PW para abrir uma linha amarela-indicador sobre a artéria coronária (Figura 2, mostrada em vermelho).
   2. Coloque a amareloPW linha no meio da artéria coronária em vista, a um ângulo que é paralela à direccionalidade do fluxo. Note-se que as medidas de velocidade são altamente dependentes do ângulo de aquisição de imagem.
   3. Ajuste o ângulo do fluxo (tecla ângulo PW) e do volume da amostra (chave SV) de tal forma que a chave ângulo PW é de 60 ° ou menos, e volume de amostra captura fluir bem no centro da SCA.
   4. Use loja cine para capturar as formas de onda que indicam a velocidade do fluxo coronário no pico sístole (S) e a diástole (D) (figuras 3A e 3B), utilizando 1% e 2,5% de isoflurano.

3. Cálculo e Análise de Dados

1. Selecione o tempo de velocidade integral (VTI) ferramenta para obter o sistólica de pico e velocidade diastólica das imagens mostradas nas Figuras 3A e 3B.
2. Calcule o índice de reserva de fluxo coronariano (CFR) como a razão de hiperemia (2,5% de isoflurano) pico diastólica fbaixa velocidade de linha de base (1% de isoflurano) velocidade de fluxo diastólica de pico.
3. Calcule a razão S / D como a velocidade do fluxo coronário sistólica velocidade do fluxo de pico / pico diastólica coronária. Determinar a proporção na linha de base (isoflurano a 1%) e a hiperemia (2,5% de isoflurano).
4. Para os parâmetros padrão da função cardíaca, como a FS, FAC, LVM, consulte os manuais do fabricante para realizar a análise de dados utilizando software proprietário ou consulte JoVE papel de Cheng ^2.

Resultados

Dos 11 ratos que foram estudados (faixas, n = 8 e sham, n = 3), imagens adequadas e reprodutíveis foram obtidos por um único observador em vários pontos de tempo: na linha de base (D-1), D2, D6 e D13 . Além disso, a velocidade de fluxo no local constritiva foi medida como 2225 ± 110,9 milímetros / s, em comparação com 277,5 ± 10,51 milímetros / s nos ratos sham no dia após a cirurgia (p <0,05). O aumento da velocidade era a verificação do estabelecimento bem sucedido do modelo de sobrecarga de pressão. A velocidade d...

Discussão

Neste estudo de base de ultra-som, a avaliação não-invasiva da circulação coronária foi reprodutivelmente realizado em tempo real, ao longo de dias, em ratos experimentais vivos; Além disso, o protocolo demonstraram o potencial para detectar a disfunção da artéria coronária que estava presente numa fase precoce e foi associada com deficiência de perfusão miocárdica. Este método poderia finalmente ser aproveitado como uma ferramenta clínica para estratificação de risco cardiovascular e / ou resposta avaliar a intervenção...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Creme depilatório	Miltex, Inc.	Surgi-Prep	Aplicar 24 horas antes da imagem
Isoflurano	Baxter International Inc.	NDC 10019-773-40	2-3% para indução e 1-1,5% para manutenção; os batimentos cardíacos serão mantidos acima de 500 batimentos por minuto
Ultrassom de alta frequência	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	Vevo 2100
	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	MS250, MS550D, MS400

: Transdutor mecânico de alta frequência