Summary
Transtorakal ekokardiografi erbjuder en icke-invasiv metod för utvärdering av hjärtfunktionen hos möss. En kombination av ultraljud och Doppler avbildningsmetoder kan användas för att få tredimensionella mätningar av hjärtat och intrakardiell blodflöde, som tillsammans ger en bedömning av hjärtats systoliska och diastoliska prestanda.
Abstract
Under senare år har musmodeller blivit den primära väg för att studera de molekylära mekanismer av hjärtsvikt till följd av förändringar i genuttryck. Transgena och riktad genmodifiering metoder kan användas för att skapa möss med förändrad hjärt-storlek och funktion,
Protocol
1. Förbereda möss imaging studier
- Före imaging studier, söva musen (2% isofluran blandas med 0,5 l / min 100% O 2) i induktion kammaren. Var noga med att filtrera avgaserna för att säkerheten för operatören. Ta bort djuret från induktionskammare och använda hårklippningsmaskiner för rakning av pälsen från halsen till mitten av bröstet nivå. Ta sedan bort de kvarvarande kroppsbehåring med hårborttagning kräm. Denna förberedelse kan göras en dag före imaging studier för att minimera eventuella oönskade stressreaktioner hos möss.
- Applicera duralube gel i båda ögonen för att motverka uttorkning av sklera (undvik kontakt med hornhinnan med gel applikator). Placera bedövas musen i ryggläge ovanpå en värmedyna med inbäddade EKG-avledningar för att upprätthålla kroppstemperaturen.
- Placera nosen i en noskon ansluten till anestesi-systemet för att upprätthålla en steady state sedering nivå under hela förfarandet (1,0% till 1,5% isofluran blandas med 0,5 l / min 100% O 2). Gör en tå eller svans nypa för att bekräfta sedering. Vid behov kan nivån av anestesi justeras för att erhålla en målpuls av 450 ± 50 slag per minut (bpm).
- Försiktigt in ett rektalsond (efter smörjning) för att kontinuerligt övervaka och reglera kroppstemperaturen via värmedyna. Det är viktigt att hålla kroppstemperaturen inom ett snävt intervall (37,0 ° C ± 0,5 ° C), som även måttliga förändringar i temperatur och hjärtfrekvens påverka hjärtats funktion hos möss.
- Applicera elektrodgel till de fyra tassar och tejpa dem till EKG-elektroderna.
2. Utvärdera systoliska funktion i hjärtat
- Till att börja detta förfarande, tillämpa ett lager av förvärmd ultraljud gel till bröstet, i första hand området överliggande hjärtat. Gel ska värmas till ungefärlig kroppstemperatur. En volym av kall gel kan snabbt lägga till graden av kroppstemperaturen förlust. Undvik luftbubblor i gel, vilket kan störa ultraljud bildbehandling.
- Immobilisera musen i en svagt uppåtgående läge (huvudet) i en liten vinkel. Med hjälp av en mikromanipulator, immobilisera ultraljudssond med en 90 ° vinkel mellan sonden och hjärtat.
- Till att börja göra kort-axeln ekokardiografiska mätningar lägre sonden på bröstkorgen parasternally. Undvik att placera sonden direkt över bröstbenet eller på huden, eftersom detta kommer att förvränga signalen.
- Först kommer vi att göra tvådimensionella (2D) imaging ("B-mode") för att få en uppfattning längs parasternal korta axeln. Justera visningsområdet av sonden för att få en fullständig bild beroende på storleken av djurets hjärta.
- En korrekt bild i denna riktning kommer att omfatta vänster kammare och en liten del av höger kammare väggen. Pilen (visas i videon) visar anterolateralt och posteromedial papillarmusklerna, den bakre och främre väggarna i LV, det intraventrikulär septal väggen, och en liten del av höger kammare väggen. Under dessa mätningar, särskilt uppmärksamma potentiella vägg rörelse avvikelser (t ex hypokinesi, akinasia, asynchrony) eller aneurysm.
- Därefter kommer vi att använda M-mode ekokardiografi, vilket ger ett 1-dimensionellt (1D) visa, att få fina mätningar av hjärtfunktionen dimensioner och kontraktilitet. Store förvärvade bilder för senare utvärdering av parametrar för systolisk vänsterkammarfunktion.
3. Utvärdera Diastoliskt funktion i hjärtat
- Medan fortfarande tittar på parasternal kort axel, kan vi utföra vävnad Doppler imaging (TDI) för att mäta hastighet av hjärtinfarkt rörelse. Regionen av intresse är märkt för att inkludera en bakre vänstra kammarens vägg för radiella axel utvärdering. Vågformen som erhålls kommer att ha fyra toppar att utvärdera diastoliska funktion: IVRT, E, A och IVCT. S "står för systoliskt hastighet. (Figur 3B) Dessa parametrar kommer att beskrivas senare i representativa resultat avsnitt.
- Puls-våg Doppler (utstationeringsdirektivet) kan användas för att mäta hastigheten blodflödet inom ett litet område vid en viss djup i hjärtinfarkt vävnad. För att bilden trans-mitral flödesmönster, luta djuret bakåt i chockläge. Luta sonden uppåt, så att sonden är ortogonala med spetsen av hjärtat.
- Nu ökar isofluran nivå för att sänka hjärtfrekvensen till 300-350 slag per minut, vilket kommer att bromsa rörelser mitralisklaffstenos. Som jämförelse studier är det viktigt att upprätthålla likvärdig hjärtfrekvens mellan djur.
- Visualisera rörelser mitralisklaffstenos som en referenspunkt för att mäta flödet över ventilen. Placera provvolymen vid spetsen av mitralisklaffstenos.
- Mät flödesmönster över mitralisklaffstenos med utstationeringsdirektivet. Två vågor är karakteristiskt sett, en representerar passiva fyllning av ventrikeln (tidig [E] våg), ochen linje med aktiv fylls med förmaksflimmer systole (förmaksflimmer [A] våg). I ett friskt hjärta, är E-vågen hastighet något större än en våg (figur 3C).
- När alla mätningar är klara, ta bort elektrodgel (genom att försiktigt torka med standard kompress kuddar) samt begränsningar från djuret. Låt otyglad djuret att återhämta sig ovanpå den uppvärmda EKG pad i upprätt läge och stäng av anestesi. När musen väcker, återlämna den till sin bur.
4. Representant transtorakal Ekokardiografi Resultat
Noninvasiv ekokardiografiska studier kan användas för att bedöma vänster kammares morfologi och funktion i musmodeller av hjärtsjukdom. 4,5 Denna teknik används mycket och ger ett alternativ till terminalen förfaranden för att bedöma LV funktion, t.ex. intrakardiell tryck-volym slinga measurements.8 eller ex vivo arbetar hjärtat modell. 9 Bedömning av LV kammare dimensioner genom transtorakal M-mode ekokardiografi tillåter upptäcka onormala LV kammare utvidgning eller ökad väggtjocklek i olika modeller av hjärtsjukdom. 5 Därför transtorakal ekokardiografi, i kombination med puls våg Doppler utgör ett omfattande väg för icke-invasiv bedömning av systolisk och diastolisk hjärtfunktion hos möss.
Figur 1. Översikt över VEVO 770 hög upplösning i Vivo Micro-Imaging System för ekokardiografi och Doppler Imaging. (A) Vi använder VisualSonics integrerat järnvägssystem med fysiologiska övervakningsenhet, EKG ombord, och RMV 30MHz skanna huvudet. (B) Musen är placerade och korrekt återhållsamhet på värme ombord med integrerad EKG-elektroder (guld färg). De fyra benen är tejpade i EKG-elektroder. (CD) foton som visar rätt vinklar för puls-vågen Doppler användas för att få diastoliska funktionen mätningar som beskrivs i avsnitt 4 i protokollet. Probe orientering för systolisk funktion mätningar visar i videon protokollet.
Figur 2. Representant 2D Ekokardiografi bilder (B-läge). (A) Para-sternala kort axel tanke som visar vänster kammare främre (AW) och bakre (PW) väggar, intraventrikulär septal vägg (SW) och sidovägg (LW). Diametern på vänster kammares lumen kan mätas som den vänstra kammarens inre diameter (LVID). Asterisken indikerar posteromedial papillär muskeln. (B) Apical fyra kammare vy med en visningsyta över mitralisklaffen för bestämning av E / A peak hastigheter. MVAL, mitralisklaffstenos främre bipacksedel, MVPL, mitralisklaffstenos bakre bipacksedel, RV, höger kammare, LV, vänster kammare.
Figur 3. Förvärv och kvantifiering av ekokardiografi och Doppler-Data. Siffran innehåller representativa bilder av förvärvade uppgifter som motsvarar de 2D-ekokardiografi bilderna presenteras i figur 2. (A) M-läge spårning med linjer som anger slutet systoliskt (ESD) och slut-diastoliskt diametrar (EDD). LVAWD / S, vänster kammare främre godstjocklek (diastole / systole), LVPWD / S, vänster kammare bakre godstjocklek (diastole / systole). (B) representant tracings för vävnad dopplerscanning av LV bakre väggen. IVRT, isovolumic avkoppling tid, IVCT, isovolumic kontraktion tid. E-vågen motsvarar rörelse mitralis annulus under den tidiga diastoliska fyllnaden av LV, och A-vågen kommer från förmak systole under slutet av påfyllning av LV. S 'representerar systoliskt hastighet. (C) Puls våg Doppler inspelning av mitral tips ventil bipacksedel ger mitralis mönster inflöde hastighet från tidiga diastoliska hastigheten (E), sen diastoliskt hastigheten med diastoliskt kontraktion (A), och E / A-kvoten kan härledas. Den IVRT är också en användbar variabel för att karakterisera diastoliska funktion och fyllnadstryck. ET visar utmatning tid.
Discussion
Det är viktigt att standardisera nivån av anestesi, 10 kroppstemperatur och puls i en kohort av möss att underlätta jämförelsen mellan olika grupper eller genotyper av möss när man använder M-mode ekokardiografi. För utstationeringsdirektivet bedömningen av diastolisk funktion måste hjärtfrekvens sänkas för att utvärdera det diastoliska egenskaper murina hjärtat. Den vitala funktioner av djuret måste följas noga för att förhindra hemodynamiska och leda till döden. Å andra sidan kan för mätningar systoliska funktionen med hjälp av M-modell ekokardiografi, hjärtfrekvens under 400 slag per minut orsaka slutet diastoliska diametrar för att öka på grund av ökad fyllning av LV.
Acknowledgments
Vi vill tacka Dr Corey Reynolds och BCM Mouse Fenotypning kärnor för sakkunnig hjälp med detta projekt och typ tillgång till lokaler. XHTW är en WM Keck stiftelsen Unga framstående forskare inom medicinsk forskning, och stöds också av NIH / NHLBI bidrag R01-HL089598 och R01-HL091947 och muskeldystrofi Association bevilja # 69.238. Detta arbete stöds också delvis av stiftelsen Leducq alliansen för CaMKII signalering i Heart.
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).
