Summary
Transthoracale echocardiografie biedt een niet-invasieve methode voor de evaluatie van de hartfunctie bij muizen. Een combinatie van echografie en Doppler beeldvormende technieken kan worden gebruikt voor dimensionele metingen van het hart en intracardiale bloedstroom, die samen zorgen voor een evaluatie van cardiale systolische en diastolische prestaties te verkrijgen.
Abstract
In de afgelopen jaren, zijn muismodellen uitgegroeid tot de belangrijkste weg voor het bestuderen van de moleculaire mechanismen van cardiale dysfunctie als gevolg van veranderingen in genexpressie. Transgene en gene targeting methodes gebruikt kunnen worden om muizen met gewijzigde cardiale grootte en functie te genereren,
Protocol
1. Voorbereiden Muizen for Imaging Studies
- Voorafgaand aan de beeldvormende studies, verdoven van de muis (2% isofluraan gemengd met 0,5 L / min 100% O 2) in de inductie kamer. Zorg ervoor dat afval gasfilter voor de veiligheid van de operator. Haal de dieren uit de kamer en gebruik van inductie tondeuses om de vacht te scheren van de hals tot midden borsthoogte. Verwijder vervolgens het resterende lichaamshaar met een ontharingscrème. Deze voorbereiding kan worden uitgevoerd een dag voorafgaand aan de imaging studies om potentiële ongewenste stress-respons te minimaliseren in de muizen.
- Van toepassing duralube gel in beide ogen om uitdroging te voorkomen van de sclera (vermijd contact brengen van het hoornvlies met de gel applicator). Plaats de verdoofde muis in een liggende positie boven een verwarmingselement met ingebouwde ECG leidt in stand te houden lichaamstemperatuur.
- Plaats de snuit in een neus aangesloten op het anesthesie-systeem om een steady-state sedatie niveau van de gehele procedure (1,0% tot 1,5% isofluraan gemengd met 0,5 L / min 100% O 2) te handhaven. Voer een teen of staart knijpen om sedatie te bevestigen. Indien nodig kan het niveau van de anesthesie worden aangepast aan een target heart rate van 450 ± 50 slagen per minuut (bpm) te verkrijgen.
- Steek een rectale probe (na smeren) om voortdurend te controleren en de lichaamstemperatuur aan te passen via de verwarming pad. Het is belangrijk om de lichaamstemperatuur te handhaven binnen een nauwe marge (37,0 ° C ± 0,5 ° C), want zelfs matige veranderingen in temperatuur en hartslag van invloed op de hartfunctie bij muizen.
- Van toepassing elektrode gel aan op de vier poten en plak ze aan de ECG-elektroden.
2. Het evalueren van systolische functie van het hart
- Om te beginnen deze procedure, breng dan een laagje voorverwarmde ultrasound gel aan op de borst, met name het gebied bovenliggende het hart. Gel moet worden opgewarmd tot ongeveer lichaamstemperatuur. Een volume van koude gel kan snel toe te voegen aan de snelheid van de lichaamstemperatuur verlies. Voorkomen dat luchtbellen in de gel, die kunnen interfereren met ultrasone beeldvorming.
- Immobiliseren van de muis in een lichte opwaartse positie (hoofd omhoog) onder een lichte hoek. Met behulp van een micromanipulator, immobiliseren van de ultrasone sonde met een hoek van 90 ° tussen de sonde en het hart.
- Om te beginnen maken van de korte-as echocardiografische metingen, de sonde parasternally neer te laten op de thorax. Vermijd het plaatsen van de sonde direct boven het borstbeen of op de huid, omdat dit het signaal verstoren.
- Eerst zullen we voeren twee-dimensionale (2D) beeldvorming ('B-mode') om een beeld langs de parasternale korte as te verkrijgen. Stel het weergavegebied van de sonde op een compleet beeld afhankelijk van de grootte van het hart van het dier te verkrijgen.
- Een goed beeld in deze oriëntatie zal de linker ventrikel en een lichte gedeelte van de rechter ventrikel wand. De pijl (zie video) geeft de anterolaterale en de posteromediale papillaire spieren, de achterste en de voorste muren van de LV, het intraventriculaire septum muur, en een lichte gedeelte van de rechter ventrikel wand. Tijdens deze metingen, speciale aandacht besteden aan mogelijke wandbeweging afwijkingen (bijvoorbeeld, hypokinesie, akinasia, asynchronie) of aneurysma's.
- Vervolgens zullen we gebruik maken M-mode echocardiografie, welke een 1-dimensionaal (1D) weergave biedt, om fijne metingen van hart-afmetingen en de contractiliteit te verkrijgen. Bewaar verworven beelden voor latere evaluatie van de parameters van de systolische linker ventrikel functie.
3. Het evalueren van de diastolische functie van het hart
- Hoewel nog steeds het bekijken van de parasternale korte as, kunnen wij tissue Doppler imaging (TDI) aan snelheid van myocardiale beweging te meten. De regio van belang is gemarkeerd om een achterste linker ventrikel wand voor radiale as evaluatie omvatten. De verkregen golfvorm heeft vier pieken om de diastolische functie te evalueren: IVRT, E ', A', en IVCT. S 'staat voor systolische snelheid. (Figuur 3B) Deze parameters zullen later worden beschreven in de representatieve resultaten sectie.
- Pulse-wave Doppler (PWD) kan worden gebruikt om de snelheid van de bloedstroom te meten binnen een klein gebied op een bepaalde diepte in het myocard weefsel. Het imago van de trans-mitralisklep stromingspatroon, achterover kantelen van het dier in de Trendelenburg-positie. Kantel de sonde, zodanig dat de sonde is orthogonaal met de top van het hart.
- Nu verhogen isofluraan niveau om de hartslag te verlagen tot 300-350 bpm, die de beweging van de mitralisklep zal vertragen. Ter vergelijking studies, is het belangrijk om te behouden dezelfde hartslag tussen de dieren.
- Visualiseer de bewegingen van de mitralisklep als een referentiepunt om de stroom te meten over de afsluiter. Leg het monster volume aan het uiteinde van de mitralisklep.
- Meet de stromingspatronen in de mitralisklep met behulp van PWD. Twee golven zijn karakteristiek gezien, een vertegenwoordiger van passieve vulling van de ventrikel (begin van de [E] golf), eneen consistent met actieve vullen met atriale systole (atriale [A] golf). In een gezond hart, de E-wave velocity is iets groter dan die van de A-golf (figuur 3C).
- Als alle metingen zijn voltooid, verwijdert u de elektrode-gel (door zachtjes af te vegen met een standaard gaas pads) en beperkingen van het dier. Laat het ongeremde dier boven op de verwarmde ECG pad te herstellen in een verticale positie en uit te schakelen van de anesthesie. Wanneer de muis ontwaakt, terug in de kooi.
4. Vertegenwoordiger van transthoracale echocardiografie resultaten
Niet-invasieve echocardiografische studies kunnen worden gebruikt om de linker ventrikel morfologie en functie in muismodellen van hart-en vaatziekten te beoordelen. 4,5 Deze techniek wordt veel gebruikt en biedt een alternatief voor de terminal procedures voor LV functie te beoordelen, zoals intracardiale druk-volume lus measurements.8 of de ex vivo werkende hart model. negen Beoordeling van LV kamer afmetingen door transthoracale M-mode echocardiografie maakt voor de detectie van abnormale LV kamer uitbreiding of toegenomen wanddikte in verschillende modellen van hart-en vaatziekten. 5 Zo, transthoracale echocardiografie, gecombineerd met een pulse wave Doppler , is een brede laan voor de niet-invasieve evaluatie van de systolische en diastolische hartfunctie in muizen.
Figuur 1. Overzicht van Vevo 770 hoge resolutie in vivo micro-Imaging Systeem voor Echocardiografie en Doppler Imaging. (A) We gebruiken de VisualSonics geïntegreerd railsysteem met fysiologische monitoring unit, EKG boord, en RMV 30MHz scan hoofd. (B) De muis wordt gepositioneerd en goed terughoudendheid aan de verwarming bord met geïntegreerde ECG-elektroden (goud kleur). De vier ledematen zijn afgeplakt in de ECG-elektroden. (CD) foto's waarop de juiste hoeken voor pulse-wave Doppler gebruikt om de diastolische functie metingen, zoals beschreven in paragraaf 4 van het protocol te verkrijgen. Probe oriëntatie voor systolische functie metingen worden weergegeven in de video-protocol.
Figuur 2. Vertegenwoordiger van 2D-echocardiografie Images (B-mode). (A) Para-borstbeen korte-as te bekijken met de linker ventrikel anterior (AW) en posterior (PW) muren, het intraventriculaire septum muur (SW), en de laterale wand (LW). De diameter van de linker ventrikel lumen kan worden gemeten als de linker ventrikel inwendige diameter (LVID). De asterisk geeft aan dat de posteromediale papillaire spier. (B) Apical vier-kamer te bekijken met een weergavegebied boven de mitralisklep voor het bepalen van E / A piek snelheden. MVAL, mitralisklep anterior folder, MVPL, mitralisklep posterior folder, RV, rechter ventrikel, LV, linker hartkamer.
Figuur 3. Verwerving en kwantificering van Echocardiografie en Doppler Data. Dit cijfer bevat representatief beeld van de verkregen gegevens die overeenkomen met de 2D-echocardiografie beelden weergegeven in figuur 2. (A) M-mode tracing met lijnen die end-systolische (ESD) en de eind-diastolische diameter (EDD). LVAWD / S, linker ventrikel anterior wanddikte (diastole / systole); LVPWD / S, linker ventrikel posterior wanddikte (diastole / systole). (B) Representatieve traces voor de tissue Doppler beeldvorming van de LV achterste muur. IVRT, isovolumic relaxatietijd, IVCT, isovolumic samentrekking tijd. De E 'wave komt overeen met de beweging van de mitralisklep annulus tijdens de vroege diastolische vulling van de LV en de A' wave is afkomstig van atriale systole tijdens de late vullen van de LV. S 'vertegenwoordigen systolische snelheid. (C) Pulse golf Doppler-opname van mitralisklep folder tips geeft mitralis instroom velocity patronen waaruit vroege diastolische snelheid (E), late diastolische snelheid met een diastolische contractie (A), en de E / A-verhouding kan worden afgeleid. Het IVRT is ook een nuttige variabele om de diastolische functie en vullingsdrukken karakteriseren. ET geeft uitwerpen tijd.
Discussion
Het is belangrijk om het niveau van de anesthesie, 10 lichaamstemperatuur en hartslag te standaardiseren binnen een cohort van muizen om de vergelijking tussen verschillende groepen of genotypen van muizen te vergemakkelijken bij het gebruik van M-mode echocardiografie. Voor de beoordeling van de PWD diastolische functie, moet de hartslag worden verlaagd om de diastolische eigenschappen van de muis hart te evalueren. De vitale functies van het dier moeten nauw worden genomen met het oog op hemodynamische falen en de dood te voorkomen. Aan de andere kant, kan voor de systolische functie metingen met behulp van M-model echocardiografie, hartslag onder de 400 slagen per minuut eind-diastolische diameter te verhogen door de toegenomen vulling van de LV.
Acknowledgments
We willen graag Dr Corey Reynolds en de BCM Mouse Fenotypering Core voor hun deskundige hulp bij dit project en vriendelijke toegang tot de faciliteiten bedanken. XHTW is een WM Keck Foundation Distinguished Scholar Young in Medisch Onderzoek, en wordt ook ondersteund door NIH / NHLBI beurzen R01-R01-HL089598 en HL091947, en spierdystrofie Vereniging verlenen # 69238. Dit werk is ook mede ondersteund door de Stichting Leducq Alliantie voor CaMKII Signalering in het Hart.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vevo 770 high-resolution in vivo micro-imaging system * | VisualSonics, inc. | www.visualsonics.com/products | |
| RMV (Real-time MicroVisualization) 707B 30MHz ccanhead with encapsulated transducer | VisualSonics, inc. | www.visualsonics.com/products | |
| Vevo integrated rail system including physiological monitoring unit | VisualSonics, inc. | www.visualsonics.com/products | |
| Vevo compact anesthesia system | VisualSonics, inc. | www.visualsonics.com/products | |
| Heating lamp | General Supply | ||
| Hair removal lotion (Nair) | General Supply | ||
| Sigma créme (electrode cream) | Parker Laboratories Inc. | Part#17-05; www.cardioogyshop.com | |
| Ecogel 100 ultrasound gel | Eco-Med Pharmaceuticals Inc. | Code 30GB;www.eco-med.com | |
| Standard gauze pads | Safe Cross First Aid | ||
| Tape/ cotton swabs/ heating pads (x2)/ Clidox/ ddH2O | General Supply | ||
* Required software is Vevo software including B-Mode application, pulse wave Doppler application, and cardiovascular analysis tools package. |
|||
References
- Zhang, T. M. aier, S, L., Dalton, N. D. The deltaC isoform of CaMKII is activated in cardiac hypertrophy and induces dilated cardiomyopathy and heart failure. Circ Res. 92 (8), 912-912 (2003).
- Srivastava, D., Thomas, T., Lin, Q. Regulation of cardiac mesodermal and neural crest development by the bHLH transcription factor, dHAND. Nat Genet. 16 (2), 154-154 (1997).
- Sood, S., Chelu, M. G., van Oort, R. J. Intracellular calcium leak due to FKBP12.6 deficiency in mice facilitates the inducibility of atrial fibrillation. Heart Rhythm. 5 (7), 1047-1047 (2008).
- Gardin, J. M., Siri, F. M., Kitsis, R. N. Echocardiographic assessment of left ventricular mass and systolic function in mice. Circ Res. 76 (5), 907-907 (1995).
- Tanaka, N., Dalton, N., Mao, L. Transthoracic echocardiography in models of cardiac disease in the mouse. Circulation. 94 (5), 1109-1109 (1996).
- Patten, R. D., Aronovitz, M. J., Bridgman, P. Use of pulse wave and color flow Doppler echocardiography in mouse models of human disease. J Am Soc Echocardiogr. 15 (7), 708-708 (2002).
- Garcia-Fernandez, M. A., Azevedo, J., Moreno, M. Regional Left Ventricular Diastolic Dysfunction Evaluated by Pulsed-Tissue Doppler Echocardiography. Echocardiography. 16 (5), 491-491 (1999).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3 (9), 1422-1422 (2008).
- Larsen, T. S., Belke, D. D., Sas, R. Pflugers Arch. 437 (6), 979-979 (1999).
- Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2134 (2002).
