Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Ультразвук оценки на основе коронарной артерии потока и коронарного кровотока заповедника Использование перегрузки Модель давления у мышей

15.2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52598

⸱

13 апреля 2015 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Cardiac Muscle Research Laboratory, Cardiovascular Division, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, 2Division of Cardiovascular Medicine, Chi-Mei Medical Center, Tainan

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Резерв коронарного кровотока (CFR) полезен для оценки потребности миокарда в кислороде и оценки сердечно-сосудистого риска. В этом исследовании был разработан поэтапный метод трансторакальной допплер-эхокардиографии (ТТДЭ) для продольного мониторинга изменений CFR, измеренных по коронарным артериям у мышей, при экспериментальной перегрузке давлением аортального бандажирования.

Аннотация

Трансторакальная допплеровская эхокардиография (TTDE) является клинически полезным, неинвазивным инструментом для изучения скорости коронарного кровотока в коронарных артериях и резерва коронарного кровотока (CFR) у человека. Сниженный CFR сопровождается выраженным интрамиокардиальным и перикоронарным фиброзом и используется как указание на тяжесть дисфункции. В этом исследовании шаг за шагом изучаются изменения скорости коронарного кровотока, CFR и отношения систолической к диастолической пиковой скорости (S/D) в режиме реального времени. Используя метод допплеровской трансторакальной визуализации, который дает воспроизводимые и надежные данные, метод оценивает изменения кровотока в септальной коронарной артерии (SCA) в течение более двух недель у мышей, которые ранее перенесли либо бандажирование аорты, либо торакотомию.

Во время визуализации гиперемия у всех мышей была вызвана изофлураном, анестетиком, который увеличивал скорость коронарного кровотока по сравнению с потоком в состоянии покоя. Все изображения были получены с помощью одного тепловизора. Два соотношения, (1) CFR, соотношение между гиперемической и исходной скоростями потока, и (2) систолический (S) и диастолический (D) поток, были определены с использованием запатентованного программного обеспечения и двумя независимыми наблюдателями. Важно отметить, что наблюдаемые изменения коронарного кровотока предшествовали дисфункции ЛЖ, о чем свидетельствовали нормальная масса ЛЖ и фракционное укорочение (ФС).

Метод сравнивался с текущим золотым стандартом оценки коронарных артерий, гистопатологией. Последний метод показал явные патологические изменения в коронарной артерии в виде перикоронарного фиброза, которые коррелировали с изменениями кровотока по оценке эхокардиографии.

Исследование подчеркивает ценность использования неинвазивного метода для мониторинга коронарного кровообращения в сердцах мышей. Этот метод сводит к минимуму избыточное использование исследовательских животных и демонстрирует, что усовершенствованные индексы на основе ультразвука, такие как CFR и отношения S/D, могут служить жизнеспособными диагностическими инструментами в различных исследовательских протоколах, включая исследования лекарств и изучение генетически модифицированных штаммов.

Введение

Клиническая аортальный стеноз (АС) хорошо известны способствовать постепенное увеличение левого желудочка (ЛЖ) постнагрузки. Чтобы компенсировать этот рост хронически гемодинамической нагрузки, гипертрофия ЛЖ (ГЛЖ) вытекает в качестве адаптивного отклика 1,2. Развитие гипертрофии левого желудочка часто ассоциируется с аномалиями коронарного микроциркуляции. Считается, что микрососудистой дисфункции способствует хронической ишемии у этих пациентов 5. В дополнение к коронарного потока 3,4, коронарного резерва (CFR) представляет функциональную изменение коронарных артерий 1,3 и определяется как отношение максимальной скорости потока в гиперемии к базовой скорости потока или скорости покоя 4,6,7 потока. CFR уменьшается при ремоделировании ЛЖ 1-3,5-9 и используется в качестве индекса степени функциональной тяжести коронарной дисфункции 1,10,17. Это, как известно, нарушается во многих формах дилатационной кардиомиопатии 10, а также коронарных сtenosis 6. CFR также прогностический маркер для бедных клинических исходов 12.

Ремоделирования ЛЖ в условиях сердечной дисфункции, такие как ишемия или гипертрофии левого желудочка сопровождается также обширным фиброзом, изменения в коронарную микроциркуляцию и утолщение коронарных артерий 1,2. В результате этих изменений в коронарной физиологии, существует вероятность ремоделирование коронарных артерий. Это помогает смягчить последствия низкой диффузии кислорода и диастолической дисфункции ЛЖ, что может привести к предрасположенности к ишемии миокарда 1,2,13.

Генетически модифицированные мыши теперь широко распространены исследуемый инструмент для имитации условий человеческой болезни, такие как коронарного атеросклероза 5,7,10,12,17. В частности, модель давление перегрузки у мышей был широко изучен 14,17. Транс-сужением аорты модель (TAC), как было показано, связано с обширным фиброзом и coronarу стеноз в результате, в частности, от медиальной утолщение коронарных артерий и сопутствующих изменений в коронарных картины течения 1,11,17,19 подобных тому, что видно в условиях гипертрофии левого желудочка у людей. Хотя известно, что перегрузка длительное давление приводит к декомпенсации сердечной недостаточности в 4-8 недель, влияние на динамику коронарного кровотока и резерва потока в этих моделях, в начале процесса прогрессирования заболевания, и на разных этапах после кольцевания, пока должны быть четко разграничены.

Многочисленные линии мышей настоящее время доступны для исследовательских целей, в том числе хорошо характеризуется LDLR - / - или ApoE - / - мышей 10-12, и они вызвали развитие чувствительных методов для оценки сердечно-сосудистой функции и морфологии в живых мышей 11-15. Такие методы включают МРТ, ПЭТ, контрастность КТ, высокий частоте ультразвука, и Электронно-лучевая томография 2,9,17,19, все из которых обеспечивают перспективные альтернативы к инвазивнымметоды, такие как сердечная катетеризации и коронарной ангиографии 12. Тем не менее, у мышей с очень малым размером коронарных артерий и высокий уровень сердечных сокращений (ЧСС), визуализация коронарного кровообращения по-прежнему представляет собой сложную техническую задачу для многих имеющихся в настоящее время методов 4,12. Интересно, что имело экспоненциальный рост в технических достижений в области трансторакальная эходопплеркардиография (TTDE), включая разработку высокочастотных головок сканирования массива с центральными частотами от 15 до 50 МГц, позволяя осевые резолюции примерно 30-100 мкм, на глубине 8-40 мм и частотой кадров больше, чем 400 кадров в плен / сек. В свою очередь, методы TTDE основе появились как потенциально мощный инструмент для работы с изображениями больших 2 или даже меньшие сосуды, например, коронарных артерий 5,12.

Другим важным заранее, что позволило исследователям провести диагностические исследования по визуализации сосудистой в малых аnimals является тщательно контролируемое использование анестетиков, которые поддерживают сердце и частота дыхания животных во время съемки 11. Техническое обслуживание под управлением анестезия является особенно важным для исследований, связанных с расширением сосудов у мышей, и эффект обезболивания также нуждается в дальнейшем изучении в этом контексте 10,11. В организме человека, а с другой стороны, TTDE-производные измерения CFR стали более часто используемым инструментом для оценки стенозированных и не-препятствия эпикардиальных коронарных артерий, преимущественно в левой передней нисходящей (LAD) коронарной артерии 5,16. Тем не менее, прогностическая роль CFR и коронарных изменений потока в бессимптомных пациентов или мышей с сохраненной ЛЖ систолической функции в покое была гораздо менее изучены 16. Таким образом, цель исследования состояла в том, чтобы сначала создать четкую шаг за шагом протокол, чтобы оценить изменения в коронарного кровотока с помощью TTDE в модели давление перегрузки мыши; Во-вторых, это исследование изучило прогностическим признакомificance из CFR и коронарных потока изменяется в ответ на давление перегрузки стресс у этих мышей. Мы предположили, что на основе TTDE оценка CFR и коронарного кровотока может быть полезным в ранней диагностике ишемической дисфункции, которые могут предшествовать дисфункции левого желудочка.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры были выполнены на мышах, в соответствии с Американской Ветеринарной Медицинской Ассоциации (AVMA) руководящие принципы и утверждены Институциональные животных уходу и использованию комитетов (IACUC) протоколы.

1. Дизайн исследования

  1. Использование 8-10 недельных самцов мышей C57BL / 6 (BW ~ 25 г) в исследовании.
  2. Случайно мышей (п = 11) в двух группах, изучение группу, выбранную аортального диапазонов (N = 8), и контрольная группа (п = 3) пройти имитации операции с помощью торакотомии.
  3. Подготовьте животное для визуализации путем удаления волос с груди с помощью депиляции крем, который медицинского назначения.
  4. Выполните первый ультразвук (раздел 2) 24 час до аорты диапазонов для определения базовых параметров в День -1, между диапазоне от 1% и 2,5% изофлуран (в смеси с 100% O 2 с помощью головная), индуцированной анестезией.
  5. Выберите одобренного медициной анестетик (т.е. ИФ) и контролировать степень анестезии (2-3% в промCE и 1,0% для поддержания).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Правильное анестезии имеет решающее значение в поддержании сердечного ритма при нормальных физиологических ставок (около 500 уд / мин).
  6. Подтвердите глубины анестезии при потере движения от животного в ответ на педали отмены рефлекса. Используйте paralube ветеринар мазь для глаз, чтобы предотвратить сухость в то время как под наркозом.
  7. Выполните операцию в день 0 20,21.
  8. Для аорты полосы, перевязывать аорты с помощью 7-0 шелковой нити вокруг конической 26 G иглу, помещены на арке.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Детали, касающиеся экспериментальный протокол, в том числе хирургических аорты процедур полосы, были описаны ранее 20,21.
  9. Выполните послеоперационной ультразвуковой визуализации (раздел 2) в сутки (ок) 2, 6 и 13.
  10. Усыпить мышей на 14 день и урожай сердца для гистологического оценки. Усыпить животных с помощью передозировки пентобарбитала с последующим удалением жизненно важного органа, как сердце. Арест сердца в diastoле и исправить с формалином. Используйте процедуру сбора сердца, которая была описана ранее 22.
  11. Исправить все тканей сердца буферным 10% раствором формалина. Для трихромом окрашивания, вставлять тканей в парафин до секционирования. Используйте детали трихромом окрашивания, которые были хорошо иллюстрированы ранее 14,23.
  12. Анализ данных с помощью форума программное обеспечение (раздел 3).

2. изображений протокол

  1. Длинные и короткие изображения оси перегородки коронарной артерии (SCA) (B- режим)
    1. Использование MS550D зонд с центральной частотой 40 МГц, подключенных к активному-порт, установить предустановки приложений к "сердечной визуализации".
    2. С животного на спине на нагретой платформы, и под наркозом управляется через носовой конус, поместите зонд с помощью системы железнодорожных, чтобы получить парастернальной долгосрочную перспективу оси (PSLAX) (рис 1а). Всегда убедитесь, что животное в тепле на подогретую platforм, температура тела поддерживается на уровне физиологических уровней.
    3. Поверните датчик (с надрезом указывая каудально) по часовой стрелке таким образом, чтобы угол зонда 15 ° влево парастернальной линии (длинной оси зрения) (рис 1б).
    4. Регулировка угла датчика, слегка наклон вдоль оси у зонда, чтобы получить полную длину продольный вид в SCA в центре экрана (Фиг.1В).
    5. Как только правильные ориентиры (аортальный клапан и легочной артерии) рассматриваются, Cine сохранить изображение с использованием самых высоких частоту кадров можно.
    6. При использовании "ху" оси микро-манипуляторы (рис 1D), отрегулируйте положение датчика для получения ясное изображение SCA.
    7. Поверните датчик 90 ° (с надрезом указывая каудально) по часовой стрелке таким образом, чтобы срезанный конец зонда находится слева от срединной линии (короткой оси) (рис 1в).
  2. Длинные и короткие изображения оси SCA (цвет доплеровский Modе)
    1. После того, как изображение Режим B захвачен или кино-хранения, нажмите кнопку цветового допплеровского на клавиатуре, чтобы включить цветового допплеровского акустического окна (рисунок 2).
      Примечание: Это помогает изолировать коронарной артерии (белые стрелки указывает, SCA) либо в конечном (фиг.2А) или короткой оси (фиг.2С). Красный цвет, как показано в реальном времени и свидетельствует о направлении потока (от аортального клапана).
    2. Убедитесь, что глубина фокусировки (на схеме обозначен желтым наконечником на правой стороне экрана изображения), лежит в центре коронарной артерии.
    3. Убедитесь, что данные записываются с помощью клавиши кино-магазина, на максимально возможной скорости кадров (> 100 кадров / сек).
  3. PW Doppler Визуализация SCA (импульсно-волновой или PW Mode)
    1. В то время как в режиме цветной доплеровской, нажмите на клавишу PW воспитывать желто-индикаторной линии на коронарной артерии (рис 2, как показано красным).
    2. Поместите желтыйPW линии в середине коронарной артерии с учетом, под углом, который параллелен направленности потока. Обратите внимание, что измерения скорости в значительной степени зависит от угла захвата изображения.
    3. Отрегулируйте угол потока (ключ угол PW) и объем образца (ключ SV), что ключ угол PW на 60 ° или меньше и объем выборки захватывает поток прямо в центре SCA.
    4. Использование кинопамяти магазин для захвата формы волны, которые указывают скорость коронарного потока при максимальной систолы (S) и диастолы (D) (Фигуры 3А и 3В), с использованием 1% и 2,5% изофлуран.

3. Расчет и анализ данных

  1. Выберите время скорость интеграл (VTI) инструмент для получения пиковой систолического и диастолического скорости от изображений, показанных на рис 3a и 3b.
  2. Рассчитайте коронарного резерва индекс (CFR) как отношение гиперемического (2,5% ИФ) пик диастолического Fнизкая скорость с исходным значением (1% ИФ) пик скорость диастолического потока.
  3. Рассчитать отношение S / D в качестве пикового систолического скорости коронарный кровоток / пик диастолического скорости коронарного кровотока. Определить соотношение в исходной точке (1% ИФ) и в гиперемии (2,5% изофлуран).
  4. Для стандартных параметров сердечной функции, такие как FS, КВС, LVM обратитесь к руководствам от производителя для выполнения анализа данных, используя программное обеспечение или обратитесь к Чэн Юпитер бумаги 2.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Из 11 мышей, которые были изучены (полосчатых, п = 8 и фиктивные, N = 3), были получены адекватные и воспроизводимые изображения с помощью одного наблюдателя в нескольких временных точках: в начале исследования (Д-1), D2, D6 и D13 , Кроме того, скорость потока на констриктивного сайте был измерен как 2225 ± 110,9 мм / сек, по сравнению с 277,5 ± 10,51 мм / с в бутафорских мышей на следующий день после операции (р <0,05). Увеличение скорости было проверка успешного установления модели перегрузки давления. Скорость пот...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В этом ультразвукового исследования, основанного, неинвазивная оценка коронарного кровотока воспроизводимо выполняется в режиме реального времени, в течение нескольких дней, в живых подопытных мышей; Кроме того, протокол продемонстрировали потенциал для обнаружения дисфункции коронарной артерии, который присутствовал на ранней стадии и было связано с дефицитом перфузии миокарда. Этот метод может в конечном итоге быть использованы в качестве клинического инструмента для сердечно-сосудистой стратификации риска и / или оце...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не сообщают о раскрытии информации.

Благодарности

Мы благодарим Фреда Робертса за образцовую техническую поддержку, а также ценим помощь от гистологического центра больницы Бет Исраэль. Мы благодарим Центр сердечно-сосудистой физиологии Женской больницы Бригама за предоставление оборудования и средств для этой работы. Эта работа была частично поддержана Фондом Министерства медицины Сандри.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Крем для депиляцииMiltex, Inc.Surgi-PrepНанесите за 24 часа до визуализации
IsofluraneBaxter International Inc.NDC 10019-773-402-3% для индукции и 1-1,5% для поддержания; частота сердечных сокращений будет поддерживаться на уровне выше 500 ударов в минуту
Высокочастотный ультразвукFUJIFILM VisualSonics, Inc.Vevo 2100
FUJIFILM VisualSonics, Inc.МС250, МС550Д, МС400
Высокочастотный механический преобразователь

Ссылки

  1. Yang, F., et al. Coronary artery remodeling in a model of left ventricular pressure overload is influenced by platelets and inflammatory cells. PloS one. 7, e40196(2012).
  2. Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of visualized experiments : JoVE. , e51041(2014).
  3. Meimoun, P., et al. Factors associated with noninvasive coronary flow reserve in severe aortic stenosis. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 25, 835-841 (2012).
  4. Bratkovsky, S., et al. Measurement of coronary flow reserve in isolated hearts from mice. Acta physiologica Scandinavica. 181, 167-172 (2004).
  5. Wu, J., Zhou, Y. Q., Zou, Y., Henkelman, M. Evaluation of bi-ventricular coronary flow patterns using high-frequency ultrasound in mice with transverse aortic constriction. Ultrasound in medicine & biology. 39, 2053-2065 (2013).
  6. Hartley, C. J., et al. Effects of isoflurane on coronary blood flow velocity in young, old and ApoE(-/-) mice measured by Doppler ultrasound. Ultrasound in medicine & biology. 33, 512-521 (2007).
  7. Hartley, C. J., et al. Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy. Ultrasound in medicine & biology. 34, 892-901 (2008).
  8. Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 291, H871-H875 (2006).
  9. Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. B. Echocardiography in translational research: of mice and men. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 21, 1083-1092 (2008).
  10. Caiati, C., Montaldo, C., Zedda, N., Bina, A., Iliceto, S. New noninvasive method for coronary flow reserve assessment: contrast-enhanced transthoracic second harmonic echo Doppler. Circulation. 99, 771-778 (1999).
  11. Barrick, C. J., Rojas, M., Schoonhoven, R., Smyth, S. S., Threadgill, D. W. Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 292, H2119-H2130 (2007).
  12. Wikstrom, J., Gronros, J., Gan, L. M. Adenosine induces dilation of epicardial coronary arteries in mice: relationship between coronary flow velocity reserve and coronary flow reserve in vivo using transthoracic echocardiography. Ultrasound in medicine & biology. 34, 1053-1062 (2008).
  13. Snoer, M., et al. Coronary flow reserve as a link between diastolic and systolic function and exercise capacity in heart failure. European heart journal cardiovascular Imaging. 14, 677-683 (2013).
  14. Gan, L. M., Wikstrom, J., Fritsche-Danielson, R. Coronary flow reserve from mouse to man--from mechanistic understanding to future interventions. Journal of cardiovascular translational research. 6, 715-728 (2013).
  15. Mahfouz, R. A. Relation of coronary flow reserve and diastolic function to fractional pulse pressure in hypertensive patients. Echocardiography (Mount Kisco, N.Y). 30, 1084-1090 (2013).
  16. 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(2013).
  17. Miller, D. D., Donohue, T. J., Wolford, T. L., Kern, M. J., Bergmann, S. R. Assessment of blood flow distal to coronary artery stenoses. Correlations between myocardial positron emission tomography and poststenotic intracoronary Doppler flow reserve. Circulation. 94, 2447-2454 (1996).
  18. Wada, T., et al. Coronary flow velocity reserve in three major coronary arteries by transthoracic echocardiography for the functional assessment of coronary artery disease: a comparison with fractional flow reserve. European heart journal cardiovascular Imaging. 15, 399-408 (2014).
  19. Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 301, H269-H278 (2011).
  20. Almeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of visualized experiments : JoVE. , 1729(2010).
  21. Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. American Journal of Physiology. , H2468-H2475 (1994).
  22. Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of visualized experiments : JoVE. , 2581(2011).
  23. Niu, X., et al. beta3-adrenoreceptor stimulation protects against myocardial infarction injury via eNOS and nNOS activation. PloS one. 9, e98713(2014).
  24. Ross, J. J., Ren, J. F., Land, W., Chandrasekaran, K., Mintz, G. S. Transthoracic high frequency (7.5 MHz) echocardiographic assessment of coronary vascular reserve and its relation to left ventricular mass. Journal of the American College of Cardiology. 16, 1393-1397 (1990).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Ультразвуковая оценкатрансторакальная допплероэхокардиографияперевязка коронарных артерий и перегородкииндукция гиперемиисистоло-диастолическое соотношениекорреляция с гистопатологиейнеинвазивный мониторинг
Ультразвук оценки на основе коронарной артерии потока и коронарного кровотока заповедника Использование перегрузки Модель давления у мышей
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.