В этом протоколе представлен доплеровский трансторакальный эхокардиографический подход у мышей для воспроизводимой оценки систолической функции и традиционных диастолических индексов.
Методическая статья
В этом протоколе представлен доплеровский трансторакальный эхокардиографический подход у мышей для воспроизводимой оценки систолической функции и традиционных диастолических индексов.
Сердечная недостаточность (ГФ) — это основная глобальная нагрузка для здоровья, характеризующаяся нарушением функции сердца. Он может возникать из-за снижения систолической функции или аномального диастолического расслабления, как при сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса (HFpEF). Надёжные доклинические модели и количественные инструменты необходимы для изучения механизмов заболеваний и терапевтических вмешательств. Трансторакальная эхокардиография — это неинвазивный метод визуализации, широко используемый для измерения структуры и функции сердца в моделях мышей. Этот протокол описывает стандартизированный метод проведения высокоразрешающей доплеровской эхокардиографии у мышей с использованием высокочастотных (30–40 МГц) преобразователей под ингаляционной анестезией. Животных размещают на платформе с контролируемой температурой с постоянным контролем пульса, дыхания и температуры тела для обеспечения физиологической стабильности. Рабочий процесс включает получение визуализации B-моды, M-режимов, импульсно-волновой допплеров, цветной доплеровской и тканевой допплеровской визуализации для оценки структуры левого желудочка, систолических показателей и традиционных диастолических индексов. Офлайн-анализ проводится с использованием слепых измерений, усредненных за несколько сердечных циклов. Этот метод позволяет воспроизводимо оценивать функцию сердца и подходит для лонгитюдных исследований мышиных моделей сердечно-сосудистых заболеваний.
Сердечная недостаточность (ГС) затрагивает более 64 миллионов человек по всему миру и остаётся ведущей причиной заболеваемости исмертности 1,2. Клинически она классифицируется на сердечную недостаточность с уменьшенной фракцией выброса (HFrEF), слегка уменьшенную фракцию выброса (HFmrEF) и сохраненную фракцию выброса (HFpEF)3,4. Растущая распространённость HFpEF и отсутствие таргетных терапий подчёркивают необходимость надёжных доклинических моделей и количественных методов фенотипированиясердца 5. Центральной особенностью HFpEF является нарушение диастолической функции, что подчёркивает важность надёжных инструментов для оценки желудочковой релаксации и динамики наполнения в экспериментальных системах.
Мышиные модели широко используются для изучения сердечно-сосудистых заболеваний, включая перегрузку давлением, ишемические повреждения и фармакологические модели, и подвержены генетическим модификациям 6,7. Точная и воспроизводимая оценка функции сердца критически важна в этихмоделях 8,9. Трансторакальная эхокардиография предоставляет неинвазивный, быстрый и воспроизводимый метод, позволяющий повторять измерения для документирования хода заболевания и его реакции на потенциально терапевтические вмешательства, с возможностью оценки структуры и функции сердца in vivo10. Дополнительное преимущество — это устранение радиационного воздействия для исследователей или изучаемых животных, что может запутать результаты экспериментов.
Основная цель этой рукописи — предоставить стандартизированный и воспроизводимый подход к оценке диастолической функции левого желудочка у мышей с помощью доплеровской эхокардиографии. Этот протокол интегрирует традиционные измерения трансмитрального притока и тканевую доплеровскую визуализацию для количественного определения таких параметров, как соотношения E/A и E/e′, которые служат маркерами релаксации желудочков и давления наполнения. Позволяя проводить продольную оценку на одном и том же животном, эта техника облегчает изучение прогрессирования заболевания и терапевтических ответов в доклинических моделях сердечной недостаточности.
Обоснование разработки и широкого применения доплеровской эхокардиографии в исследованиях мышей заключается в её способности восполнять трансляционные разрывы между доклиническими моделями и клинической кардиологией. Хотя инвазивные гемодинамические измерения остаются золотым стандартом, их терминальная природа исключает использование в серийных исследованиях. Доплеровская эхокардиография, адаптированная из клинической практики, позволяет исследователям получать физиологически значимые показатели диастолической функции минимально инвазивным способом. Достижения в высокочастотных ультразвуковых системах дополнительно улучшили пространственное и временное разрешение, позволяя точно фиксировать быстрые сердечные циклы мыши для количественногоанализа 11.
Альтернативные методы, такие как кардиально-магнитно-резонансная томография, дорогие, занимают много времени и имеют ограниченную доступность, что делает повторные исследования непрактичными. Анализ петли давления и объёма, хотя считается золотым стандартом для оценки диастолической функции, является инвазивным, технически требовательным и, как правило, терминальной процедурой. В отличие от эхокардиографии, обеспечивает практический баланс между точностью и возможностью, делая её самым доступным способом продольного фенотипирования у мелких животных. По сравнению с новыми методами, такими как визуализация деформации с отслеживанием пятен или функциональный анализ левого предсердия, традиционные методы на основе доплера требуют меньше специализированных знаний и легче внедряются в лабораториях, что повышает воспроизводимость и сопоставимость результатов. Таким образом, этот метод обеспечивает надёжный, доступный и переводимый подход к оценке диастолической функции в моделях мышей, особенно при HFpEF или ранних стадиях сердечной дисфункции12,13.
Все процедуры на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC: Одобрение No A00007272-23-R26) и проводились в соответствии с институциональными и национальными рекомендациями. В этом исследовании использовалось всего 8 контрольных мышей C57BL/6NJ. Анестезия с изофлураном проводилась с помощью калиброванного вапорайзера с правильной очисткой для минимизации воздействия персонала. Животных постоянно контролировали частоту сердечных сокращений и дыхания для поддержания физиологической стабильности и предотвращения передозировки анестетиками. Для предотвращения гипотермии использовалась платформа для потепления. Следователи могут выбрать для измерения глубокой температуры тела с помощью анального термометра. Для предотвращения высыхания роговицы была нанесена офтальмологическая смазка. Животных не оставляли без присмотра под наркозом и наблюдали до полного пробуждения, что подтверждается восстановлением вертикальной осанки и нормальным движением в клетке (Таблица материалов).
1. Приготовление животных
2. Анестезия и физиологический мониторинг
3. Рабочий процесс визуализации
4. Восстановление
5. Анализ изображений
Этот протокол позволяет получать высококачественные эхокардиографические изображения для надежной оценки структуры и функции сердца у мышей. Правильная анестезия, позиционирование и физиологический мониторинг необходимы для регулярной визуализации (см. рисунок 1). Визуализация в режиме B обеспечивает чёткую визуализацию анатомии сердца. Апикальный четырёхкамерный вид позволяет оценить все сердечные камеры (рисунок 2A–B), тогда как парастернальный длинный вид определяет структуру левого желудочка и служит ориентиром для измерений (рисунок 3A–B). M-режим визуализации на уровне папиллярных мышц позволяет точно измерять размеры левого желудочка и толщину стенок, включая LVID, LVAW и LVPW (рисунок 4A–B), поддерживая оценку размера сердца и систолической функции. Допплеровская визуализация демонстрирует различные митральные волны притока E и A для расчёта отношения E/ A (см. рисунок 5), тогда как тканевый доплеров предоставляет измеримые скорости E′ и A′ для оценки E/e ′ (рисунок 6). Оптимальный пульс и выравнивание датчиков критически важны для предотвращения слияния волн и обеспечения точных измерений.

Рисунок 1: Мышиная анестезия и позиционирование для трансторакальной эхокардиографии. (A) Система визуализации, показывающая платформу с контролируемой температурой, систему подачи анестезии, подключения электродов ЭКГ и аппарат для позиционирования ультразвукового зонда. Система устроена так, чтобы обеспечить стабильный физиологический мониторинг и точную манипуляцию зондом во время визуализации. (B) Крупный план платформы визуализации с интегрированными электродами ЭКГ и носовым конусом для подачи изофлурана, предназначенным для фиксации мыши в стандартизированном положении на спине при сохранении анестезии. (C) Анестезиированная мышь, расположенная на поле для визуализации, с четырьмя лапами, закреплёнными на электродах ЭКГ хирургической лентой. Носовой конус обеспечивает ингаляционный изофлуран (1,0–1,5% поддержания), а грудная клетка выровняется ровно для оптимального получения изображения и регулярного кардиологического мониторинга. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Апикальный четырёхкамерный эхокардиографический вид B-моды. (A) Репрезентативное изображение в оттенках серого B, показывающее все четыре сердечные камеры: левый предсердий, левый желудочек, правое предсердие и правый желудочек в одной плоскости визуализации. (B) Аннотированное изображение, выделяющее ключевые анатомические структуры. Ультразвуковой зонд расположен на левой латеральной стенке грудной клетки и наклонён краниально к вершине сердца для оптимальной визуализации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Парастернальная длинная ося визуализация B-моды. (A) Репрезентативное изображение парастернального образа с длинной осью B, демонстрирующее анатомию сердца, включая левую желудочковую камеру, межжелудочковую перегородку и заднюю стенку. (B) Изображение высокого разрешения, экспортируемое для количественного анализа сердечных размеров. Этот взгляд используется для оценки глобальной структуры сердца и руководства последующих режимов визуализации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Изображение в режиме M-режима на уровне папиллярных мышц. (A) Короткосевой вид парастерныи на уровне среднего желудочка с видимыми папиллярными мышцами. (B) Соответствующая M-мода с курсором, выровненным перпендикулярно межжелудочковой перегородке и задней стенке. (C) Изображение в режиме M с программным анализом, при котором система автоматически обнаруживает и рисует линии вдоль стенок сердца. Затем он рассчитывает значения, такие как LVID, LVPW и LVAW по сердечным циклам. Сокращения; LVID = внутренний диаметр левого желудочка (расстояние между межжелудочковой перегородкой и задней стенкой); LVPW = толщина задней стенки левого желудочка; LVAW = толщина передней стенки левой желудочков; ЭКГ = электрокардиограмма. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5: Экспериментальная настройка и обзор доплеровского сигнала. (A) Экспериментальная подготовка, показавшая модель небольшого животного, расположенная на платформе с ультразвуковым зондом, установленным над грудной областью для кардиологической визуализации. (B) Репрезентативная цветная доплеровская карта, иллюстрирующая локализованную интенсивность и направление сигнала кровотока. (C) Импульсно-волновое доплеровское трассирование, демонстрирующее расположение объёма образца, а также представительная импульсно-волновая доплеровская форма волны, демонстрирующая ранние (E) и предсердные (A) скорости заполнения. Показаны IVRT и IVCT, с одновременным отслеживанием ЭКГ для корреляции сердечного цикла. Сокращения; IVRT = время изоволметрической релаксации; IVCT = время изоволметрического сокращения Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Тканевая доплеровская визуализация движения миокарда .Тканевая доплеровская запись, иллюстрирующая схемы скорости миокарда с идентифицируемыми ранними (E′) и предсердными (A′) компонентами, полученными со стенки миокарда. Форма волны отображается синхронизированной ЭКГ-трассировкой для коррелирования электрической и механической активности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Этот протокол обеспечивает стандартизированный и воспроизводимый подход к доплеровской трансторакальной эхокардиографии у мышей, позволяя всестороннюю оценку структуры сердца, систолической функции и традиционных диастолических индексов. Совместное использование B-моды, M-моды и доплеровской визуализации позволяет надёжно количественно оценивать размеры желудочков, сократительную функцию и динамику наполнения в доклинических моделях сердечно-сосудистыхзаболеваний 14.
Важным аспектом в мышиной эхокардиографии является влияние ингаляционной анестезии на сердечно-сосудистую физиологию. Известно, что изофлуран снижает частоту сердечных сокращений, изменяет преднагрузку и посленагрузку, а также модулирует сократимость миокарда, что может влиять на доплеровские показатели диастолической функции15. Соответственно, тщательное использование анестезии и поддержание стабильных физиологических состояний необходимы для обеспечения воспроизводимых и интерпретируемых измерений. Стандартизация частоты сердечных сокращений, температуры тела и частоты дыхания минимизирует вариабельность и повышает сопоставимость междуэкспериментальными группами 16.
Традиционные индексы, полученные с помощью Доплера, включая трансмитральный приток (E/A) и тканевые доплеровские E/e′, широко используются для оценки диастолической функции и обычно воспроизводимы при соблюдении стандартизированных протоколов получения17. Воспроизводимость может быть дополнительно повышена за счёт усреднения измерений в течение нескольких сердечных циклов и проведения анализов в заслепленном режиме для снижения изменчивости между наблюдателями и внутри наблюдателей. Согласованное позиционирование зонда и плоскости визуализации также необходимы для повышения надежности испытаний и повторного тестирования в лонгитюдныхисследованиях 18.
Поддержание правильной частоты сердечных сокращений во время визуализации особенно важно у мышей из-за их высокого внутреннего сердечного ритма. При более низких частотах сердечных сокращений, часто связанных с глубокой анестезией, изменённые условия нагрузки могут влиять на паттерны заполнения желудочков. Напротив, чрезмерно высокая частота сердечных сокращений может привести к слиянию волн E и A, что ограничивает точную интерпретацию диастолических индексов. Поэтому поддержание частоты сердечных сокращений в диапазоне, сохраняющем как физиологическую значимость, так и разделение доплеровских сигналов крайне важно для точной оценки19.
Хотя этот протокол ориентирован на традиционные доплеровские индексы диастолической функции, он не включает более продвинутые эхокардиографические методы, приобретённые популярность в современной литературе. Визуализация деформации и скорости деформации миокарда Оценка функциональных функций левого предсердия (включая фазы резервуара, каналов и бустерного насоса), а также оценка раскручивания левого желудочка дают дополнительное механистическое понимание релаксации и соблюдениямиокарда 19. Однако эти методы требуют специализированных протоколов получения информации, более высокого временного разрешения и выделенных инструментов постобработки, поэтому выходят за рамки текущего рабочего процесса. Эти методы следует рассматривать как дополняющие подходы, когда требуется более детальное диастолическоефенотипирование 16.
В дополнение к эхокардиографии, альтернативные методы, такие как магнитно-резонансная томография сердца (МРТ) и инвазивный анализ давления и объёма, обеспечивают дополнительную оценку функции сердца. МРТ обеспечивает высокое пространственное разрешение и точные объемные измерения, тогда как анализ давления и объёма обеспечивает гемодинамические данные золотого стандарта. Однако эти методы ограничены стоимостью, инвазивностью и сниженной пригодностью для лонгитюдных исследований. В отличие от этого, трансторакальная эхокардиография остаётся быстрой, неинвазивной и широко доступной техникой для серийной оценки функции сердца в моделяхмышей 20.
В целом, этот протокол позволяет получать высококачественные, воспроизводимые эхокардиографические данные у мышей при внимательном соблюдении физиологического мониторинга и стандартизированных методов визуализации. Интеграция структурных, систолических и традиционных диастолических измерений делает этот подход отлично подходящим для лонгитюдных исследований, изучающих физиологию сердца, прогрессирование заболеваний и терапевтические вмешательства в доклинических сердечно-сосудистых исследованиях.
Авторы не заявляют о конкурирующих финансовых интересах.
Эта работа была поддержана грантом NIH/NHLBI HL153407.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Депиляционный крем | Nair® | Н/Д | Удаление волос до проведения визуализации |
| Грелка | VetEquip (или его аналог) | Н/Д | Поддерживает температуру тела (~37 и градусов; C) |
| Высокочастотная ультразвуковая система | FUJIFILM VisualSonics | Vevo F2 (или его эквивалент) | Система визуализации мелких животных с кардиологическими преустановками |
| Платформа для визуализации | VisualSonics | Интегрированная платформа | ЭКГ и Мониторинг дыхания |
| Индукционная камера и носовой конус | VetEquip (или его аналог) | Н/Д | Введение газовой анестезии |
| Испаритель с изофлураном | VetEquip (или его аналог) | Классическая анестезиологическая система (или её эквивалент) | Система доставки анестезии |
| Линейный антенный преобразователь (30-40 МГц) | VisualSonics | MS550D | Высокочастотный зонд для мышиной кардиовизуализации |
| Офтальмологическая смазка | Общие (например, PM обновления/эквивалент) | Н/Д | Предотвращает высыхание роговицы |
| Хирургическая лента | 3M (или эквивалент) | Микропоровая хирургическая лента | Закрепляет конечности для ЭКГ |
| Гель для ультразвука | Parker Labs | Aquasonic 100 (или эквивалент) | Акустическое соединение |
| Программное обеспечение Vevo LAB | VisualSonics | Зависит от версии | Получение и анализ изображений |
Эта статья была опубликована
Видео скоро будет доступно