Method Article

Оценка кардиологической Морфологические и функциональные изменения в модели мышей поперечных сужением аорты по ЭхоКГ визуализации

DOI:

10.3791/54101

⸱

June 21st, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology and Biophysics, University of Washington

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

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

Целью данного протокола является неинвазивным оценки сердечной структурные и функциональные изменения в модели мыши болезни сердца, созданной поперечным сужением аорты, используя B- и M-режим эхокардиографии и цвет / пульсовой волны, допплерографии.

Abstract

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

Поперечное сужение аорты (TAC) у мышей было использовано в качестве ценной модели для изучения механизмов гипертрофии сердца и сердечной недостаточности1. Надежный неинвазивный метод необходим для оценки морфологических и функциональных изменений сердца в режиме реального времени на животных моделях сердечных заболеваний. Трансторакальная эхокардиография представляет собой важный инструмент для неинвазивной оценки структуры и функции сердца2. В данной работе мы использовали систему ультразвуковой визуализации высокого разрешения для мониторинга ремоделирования миокарда и прогрессирования сердечной недостаточности с течением времени на мышиной модели TAC. B-режим, M-режим и допплеровская визуализация использовались для точной оценки гипертрофии сердца, дилатации желудочков и функционального ухудшения у мышей после TAC. Допплерография цветной и пульсовой волны (PW) использовалась для неинвазивного измерения градиента давления через сужение аорты, созданное TAC, и для оценки трансмитрального кровотока у мышей. Таким образом, трансторакальная эхокардиографическая визуализация обеспечивает всесторонние неинвазивные измерения размеров и функции сердца на мышиных моделях сердечных заболеваний.

Introduction

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

Мышиные модели сердечных заболеваний, таких как TAC и инфаркт миокарда (ИМ), оказались полезными для изучения механизмов заболевания, а также для разработки новых терапевтических стратегий3. TAC первоначально индуцирует компенсаторную гипертрофию, но длительная перегрузка давлением приводит к дилатации сердца и сердечной недостаточности4. Плотность сужения аорты напрямую определяет степень гипертрофии сердца и переход ее в сердечную недостаточность. Неинвазивное и надежное измерение градиента давления через сужение аорты имеет важное значение для успеха этих исследований. Допплеровская визуализация использовалась для оценки градиента давления, полученного с помощью TAC5, который является неинвазивной альтернативой катетерному измерению давления.

Эхокардиография широко используется для неинвазивного измерения морфологии сердца, а также систолической и диастолической функции у мышей6-8. Двухмерная визуализация в B-режиме используется для обнаружения аномальных движений или структурных изменений сердца. Одномерная визуализация в М-режиме используется для количественной оценки сердечных размеров и сократимости. Цветная и PW допплерография в последнее время используется в ультразвуковом исследовании грызунов, которое имеет широкое применение в эхокардиографии, включая измерение направленности и скорости потока, а также систолической и диастолической производительности9.

Лонгитюдный мониторинг сердечной функции в реальном времени с использованием эхокардиографии в B-режиме, M-режиме, цветном и допплеровском режиме PW обеспечивает всестороннюю оценку структуры и функции сердца у мышей в физиологических и патологических условиях. Здесь мы приводим подробное описание использования эхокардиографической визуализации для мониторинга динамических морфологических и функциональных изменений сердца у мышей после TAC или фиктивной операции.

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

Protocol

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

Протокол следует рекомендациям Институциональным животных по уходу и использованию комитетом Университета штата Вашингтон.

1. Хирургическая процедура и подготовка для работы с изображениями

  1. Тема мышей C57BL / 6 , в ТБК или фиктивной операции , как описано выше 10.
  2. Через неделю после того, как TAC или мнимого операции, анестезию мыши в индукционной камере с 2% изофлуран в смеси с 1 л / мин O 2. Подтвердите надлежащее обезболивание путем зависания до ног или хвоста щипать. Используйте ветеринарную мазь на глаза, чтобы предотвратить сухость под наркозом. Удалите волосы на груди, применяя крем для удаления волос. Лечить кожу мыши с 70% этанола.
  3. Закрепите мышь на платформе животного обработки в положении лежа на спине. Для того, чтобы поддерживать постоянный уровень анестезии, использовать головная часть для доставки 0,5 - 1% изофлуран смешивают с 1 л / мин O 2.
  4. Нанесите гель электрода к лапам мыши и ленты их к электродной площадке,
  5. Вставьте ректальный зонд для контроля температуры тела. Поддерживать температуру тела при 37 ° С с помощью грелки или лампы.
  6. Нанесите слой подогретого ультразвукового геля к грудной клетке мыши, в основном области, покрывающей сердце. Примечание: удалите ультразвуковой гель и высушить мышь с стерильную марлю после процедуры визуализации.

2. В Arch View Аортальной, использование B-режим и допплерографии для оценки Поперечная сужением аорты

  1. Используйте параметр B-режим, чтобы получить аортального вид арки для визуализации аорты, крупных артериальных ветвей, и участок сужения.
    1. Наклоните левую сторону платформы вверх, насколько это возможно, чтобы повернуть мышь в левое положение пролежни. Держите ультразвуковой датчик на стенде в вертикальном положении и поместите его на груди вдоль правой парастернальной линии, с насечкой, указывающей в сторону подбородка мыши. Примечание: Не сжимайте грудную клетку мыши при опускании transducer; минимальное количество давления требуется.
    2. Наклоните датчик вверх на уровне лопаткой и повернуть немного по часовой стрелке до дуги аорты не попадает в поле зрения. Обратите внимание на поперечное аортальный участок сужения, который расположен между разветвлением подвздошной артерии (IA) и левой общей сонной артерии (LCCA) (рисунок 1).
      Примечание: Ни один Сужение не обнаружен в ложнооперированными мыши.
  2. Нажмите кнопку "цвет Доплера" на рабочей станции, чтобы переключиться в режим цветного допплеровского для контроля направленности и скорости кровотока через сайт сужения. Приобретать и сохранять изображения, нажав на кнопку "киношный магазин".
  3. Нажмите на кнопку "PW Doppler", чтобы переключиться на импульсный режим волны Допплера, и объем места образца (пунктирная курсор окна) сразу дистальной к месту сужения для поиска стеноза струи с самой высокой скоростью, а затем нажмите кнопку "PW Доплера" для получения формы волны фл аортывл и измерения пиковой скорости (Рисунок 2).
  4. Расчет градиента давления на участке сужения , используя уравнение модифицированного Бернулли: градиент давления = 4 х V макс 2. Только включать мышей с градиентом давления в диапазоне от 40 до 80 мм рт.ст. для дальнейшего анализа.

3. В парастернальной длинной оси View, использование B-режим и M-режим визуализации для оценки Сердечные Размеры и сократимость

  1. С помощью мыши, лежа в положении лежа на спине на платформе, удерживая датчик в вертикальной моды с насечкой, указывающей на голову мыши. Опустить датчик на грудную клетку, параллельной левой парастернальной линии и повернуть на 30 ° против часовой стрелки.
  2. Использование изображений B-режиме, чтобы получить полный длинной оси "саггитальную" вид на сердце. Отрегулируйте угол датчика и фокус глубины для визуализации левого желудочка, внутрижелудочкового септальный стенку и небольшой участок стенки правого желудочка. Sпр изображения для последующего измерения толщины стенок сердца и размеров камеры. Используя "сердечный пакет", выберите параметры, такие как IVS или LVAW, LVID и LVPW, а затем нажмите на изображение, чтобы сделать соответствующие строки для каждого параметра для получения измерений.
  3. Соблюдайте сердечные модели движения стенки и проверить возможные нарушения движения, в том числе акинеза, гипокинезии и асинхронности.
    Примечание: Акинезия и гипокинезии обозначают полную и частичную потерю движения сердечной стенки, соответственно. Асинхронность обозначает нерегулярное, несогласованное движение сердца стенки.
  4. Переключение в M-режиме, место M-режим курсора перпендикулярно к стенкам ЛЖ на уровне папиллярных мышц, и получать изображения для последующего измерения сердечных размеров и фракционного укорочения (рисунок 3).

4. В парастернальной короткой оси View, использование B-режиме и M-режима визуализации для оценки сердечного морфологию и функцию

  1. FrО.М. парастернальная вид длинной оси, получим парастернальной вид сокращённый оси путем поворота датчика на 90 ° по часовой стрелке. Отрегулируйте датчик, чтобы дать горизонтальное поперечное сечение "поперечный" вид сердца в B-режиме, с обеих папиллярных мышц, хорошо видимых и расположенных справа (часовой позиции 2 и 4).
  2. Переключение в M-режиме и установите ось M-режим на среднем уровне левого желудочка. Приобретать и сохранять изображения для последующего измерения толщины стенки сердца, размер камеры и фракции укорочения (рисунок 4). Используя "сердечный пакет", выберите параметры в SAX (короткой оси), включая МСО или LVAW, LVID и LVPW, и нажмите на изображение, чтобы сделать соответствующие строки для каждого параметра для получения измерений.
    Примечание: Измерения , полученные здесь , должны тесно коррелируют с результатами , полученными в парастернальной перспективе оси (рисунок 5).

5. В апикальной четырех камерные представления, используйтеДопплерографии для оценки систолической и диастолической функции

  1. Получаем апикальная четырехкамерного визуализировать как левого и правого желудочков с предсердием в нижней части экрана. В В-режиме, с короткой оси зрения, наклон верхний левый угол платформы под углом голову мыши вниз и ориентировать датчик по направлению к правому плечу мыши. Это, по сути, чтобы добиться «корональной» взгляд на сердце, глядя в сторону вершины.
  2. Визуализируйте митрального клапана в В-режиме, и переключиться в режим цветного допплеровского, помещая объем образца (пунктирная курсор боксов) на кончике митрального клапана.
  3. Переключение в режим PW Доплера для оценки структуры потока через митральный клапан. Совместите доплеровский зонд курсора параллельно направлению митрального кровотока. Используйте угол менее 20 ° зонда для определения пиковой скорости (рисунок 6).
  4. Сохранение изображений для последующих измерений. Используйте "сердечный пакет" и выберите "поток М.В.". Нажмите каждый параметр и сделать соответствующие линии для получения измерений Доступные измерения включают:. Пик E скорость (раннее заполнение с активной релаксации желудочков), пик скорости (в конце заполнения с мерцательной сжатием), митральный изоволюмического релаксации и времени сжатия (IVRT и IVCT соответственно), и времени выброса (ЕТ).
  5. Рассчитайте индекс производительности миокарда (MPI) с помощью MPI = (IVCT + IVRT) / ET.

6. постабортных Лечение животных

  1. Дайте аналгезии и / или стерильного физиологического раствора внутрибрюшинно хирургических животных при необходимости.
  2. Дайте животному восстановиться на грелку в положении лежа. Не оставляйте животное без присмотра, пока он не пришел в сознание достаточное для поддержания грудины лежачее. Не возвращать животное, которое подвергшийся процедуру компании других животных, пока полностью не выздоровел.

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

Results

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

На рисунке 1 показан B-режим изображения аорты зрения арки сердца мыши , подвергнутой мнимого (рис 1А) или TAC операции (Рисунок 1В). Дуга аорты, безымянной артерии, левой общей сонной артерии и левой подключичной артерии показаны. Обратите внимание, что сужение аорты отчетливо видна в ТБК, но не мнимое сердце. Цветного допплеровского изображения с точки зрения аорты показаны на рисунке 2А. Формы волны потока аорты через...

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

Discussion

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

Эхокардиографии широко используется для оценки функции сердца в моделях грызунов 2,6 болезни сердца. По сравнению с инвазивным или терминальных методик , таких как измерение петли давление-объем 11 и ех естественных условиях работает сердце 12, эхокардиография обеспечивает мощную, неинвазивный инструмент для оценки текущих сердечных структурных и функциональных изменений в живых животных. Чтобы получить достоверные данные, важно для поддержания температуры тела и частоты сердечн...

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

Disclosures

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

Эта работа была частично поддержана грантами NIH/NHLBI R00HL0908076 и R01HL116507 (Q.L.).

Acknowledgements

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

Авторам нечего раскрыть.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Оборудование для анестезииHarvard Apparatus, 84 October Hill Road
Holliston, MA		723015
Vevo 2100 Imaging SystemVisualSonics Inc., 3080 Yonge Street Suite 6100, Box 66, Toronto, Ontario, CanadaVevo 2100
Aquasonic ultrasound gelParker Laboratories, 286 Eldridge Rd, Fairfield, NJ 03-50
IsofluranePiramal Healthcare, Inc, 3950 Schelden Circle
Bethlehem, PA 		NDC 66794-017-25
Фильтрующая установка для газовой анестезии воздухаA.M. Bickford, Inc, 12318 Big Tree Rd, Wales Center, Нью-Йорк 80120

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proc Natl Acad Sci USA. 88 (18), 8277-8281 (1991).
  2. Tanaka, N., et al. Transthoracic echocardiography in models of cardiac disease in the mouse. Circulation. 94 (5), 1109-1117 (1996).
  3. Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2 (2), 138-144 (2009).
  4. Heineke, J., Molkentin, J. D. Regulation of cardiac hypertrophy by intracellular signalling pathways. Nat Rev Mol Cell Biol. 7 (8), 589-600 (2006).
  5. Oka, T., et al. Cardiac-specific deletion of Gata4 reveals its requirement for hypertrophy, compensation, and myocyte viability. Circ Res. 98 (6), 837-845 (2006).
  6. Gardin, J. M., Siri, F. M., Kitsis, R. N., Edwards, J. G., Leinwand, L. A. Echocardiographic assessment of left ventricular mass and systolic function in mice. Circ Res. 76 (5), 907-914 (1995).
  7. Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. (39), e1738(2010).
  8. Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. Murine echocardiography and ultrasound imaging. J Vis Exp. (42), e2100(2010).
  9. Patten, R. D., Aronovitz, M. J., Bridgman, P., Pandian, N. G. Use of pulse wave and color flow Doppler echocardiography in mouse models of human disease. J Am Soc Echocardiogr. 15 (7), 708-714 (2002).
  10. deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. (38), e1729(2010).
  11. Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1434 (2008).
  12. Larsen, T. S., et al. The isolated working mouse heart: methodological considerations. Pflugers Arch. 437 (6), 979-985 (1999).
  13. Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Jr Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
  14. Pearlman, A. S., Stevenson, J. G., Baker, D. W. Doppler echocardiography: applications, limitations and future directions. Am J Cardiol. 46 (7), 1256-1262 (1980).
  15. Bauer, M., et al. Echocardiographic speckle-tracking based strain imaging for rapid cardiovascular phenotyping in mice. Circ Res. 108 (8), 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

Transverse Aortic ConstrictionEchocardiographic ImagingMouse ModelCardiac HypertrophyHeart FailureB mode ImagingM mode ImagingDoppler ImagingPressure GradientFractional Shortening

Related Articles