We describe a technique for measuring aortic stiffness from its pressure-diameter relationship in vivo in mice. Aortic diameter is recorded by ultrasound and aortic pressure is measured invasively with a solid-state pressure catheter. Blood pressure is changed incrementally and the resulting diameter is measured.
نقدم بروتوكول لقياس صلابة في الأبهر الجسم الحي في الفئران باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية عالية الدقة. يتم قياس قطر الشريان الأورطي عن طريق الموجات فوق الصوتية وقياس ضغط الدم الأبهري جراحية مع ضغط القسطرة الحالة الصلبة. وارتفاع ضغط الدم ثم خفضت تدريجيا عن طريق التسريب الوريدي من المخدرات فعال في الأوعية فينيليفرين ونتروبروسيد الصوديوم. يتم قياس قطر الشريان الأورطي لكل خطوة الضغط لتوصيف العلاقة الضغط قطر الأبهر الصاعد. ويمكن حساب مؤشرات صلابة مستمدة من العلاقة الضغط قطرها من البيانات التي تم جمعها. يوصف حساب الامتثال الشرياني في هذا البروتوكول.
هذه التقنية يمكن استخدامها للتحقيق في الآليات الكامنة وراء زيادة تصلب الأبهر المرتبطة بأمراض القلب والأوعية الدموية والشيخوخة. تقنية تنتج قدرا ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية من صلابة مقارنة فيفو السابقين النهج بسبب فتاهيتم دمج التأثيرات ysiological على تصلب الأبهر في القياس. الحد الأساسي من هذه التقنية هو خطأ القياس قدم من حركة الشريان الأورطي أثناء دورة القلب. هذه الحركة يمكن تعويض عن طريق ضبط موقع لجنة التحقيق مع حركة الأبهر فضلا عن جعل قياسات متعددة من الأبهر العلاقة الضغط القطر وتوسيع حجم المجموعة التجريبية.
زيادة تصلب الأبهر هي السمة المميزة لمرض القلب والأوعية الدموية. الشيخوخة 1، 2 التدخين، ومرض السكري 3، الدهون 4، وثبت عوامل خطر أخرى لأمراض القلب والأوعية الدموية لزيادة صلابة الأبهر. وكذلك أثبتت الدراسات الوبائية تصلب الأبهر باعتباره مؤشرا مستقلة قوية من ظهور مرض القلب التاجي والسكتة الدماغية، فضلا عن وقوع أحداث القلب والأوعية الدموية وفيات 5-8. ونظرا لأهمية الصحة العامة والعلاجية لزيادة صلابة الأبهر، وتركز الأبحاث الحالية على فهم الآليات الكامنة وراء تطور وتقدم تصلب الأوعية الدموية. وبالتالي وجود مصلحة كبيرة في تطوير مقاييس دقيقة من تصلب الأوعية الدموية في نماذج تجريبية من أمراض القلب والشرايين.
ويمكن وصف صلابة والمواد من خلال علاقة الإجهاد والانفعال وكميا كما مرونة وزارة الدفاعأولوس. والمواد المرنة الخطية تشوه عكسية والإجهاد لها يزيد يتناسب مع السلالة. الشريان الأورطي والشرايين الكبيرة هي هيئات مرنة غير الخطية: عندما امتدت، لا تبقى تصلب الشريان مستمر لكنه يزيد مع درجة انتفاخ. ويرجع ذلك إلى خصائص صلابة مختلفة من العناصر الحاملة، وهما الإيلاستين والكولاجين، التي تشكل جدار الوعاء الدموي هذا استقامة في الخواص الميكانيكية للشرايين الكبيرة. الإيلاستين هو الموسعة للغاية مع معامل مرونة من 0.6 ميجا باسكال. في المقارنة، والكولاجين هو قاسية جدا مع معامل مرونة من 1 جيغا 9. ويعزى صلابة الأولية التي أظهرتها الشريان الأورطي في القيم سلالة أقل من الإيلاستين بينما هي صلابة عالية عرضت في القيم سلالة عالية بسبب الكولاجين. يتم نقل الحمولة من الإيلاستين والكولاجين لكما distends السفينة وهذه المنطقة من الحمل هو نقل حيث يعمل نظام الأوعية الدموية. لذلك، في الضغوط الفسيولوجية، وتصلب الشرايينيعتمد على مساهمة كل من الإيلاستين والكولاجين 10.
توزيع وتوجيه الإيلاستين والكولاجين تختلف من طبقة داخل جدران الشرايين. في وسائل الإعلام، هي واحدة من الإيلاستين، والكولاجين، وخلايا العضلات الملساء في اللوالب الضيقة التي هي الطبقات بتكثف. ويسمح هذا الترتيب الشريان لمقاومة الأحمال العالية في الاتجاه المحيطي. والبرانية هي في الغالب الكولاجين مع الإيلاستين قليلا ويتم تنظيم ألياف الكولاجين في مثل شبكة الأزياء. هذه ألياف الكولاجين هي المتموجة في حالة بهيج وتصويب كما يزيد من الحمل. زيادة صلابة كما ألياف الكولاجين تصويب، وبالتالي منع الشريان من الإفراط وتمزق. بسبب التنظيم الهيكلي والتوجه متفاوتة من ألياف الكولاجين والشرايين هي متباين الخواص: صلابة عرضت يعتمد على إذا ما امتدت السفينة طوليا أو محيطي 11 في الجسم الحي stiffnes.لذا الصورة هو مركب من صلابة الطولية وكفافي الشريان الأورطي في.
وكميا تصلب الشرايين عموما في الجسم الحي عن الامتثال أو نبض موجة سرعة (PWV). ويعرف الامتثال الشرياني كما C = ΔD / ΔP حيث ΔD هو التغيير في قطر وΔP هو تغيير المناظر في الضغط. انخفاض القيم الامتثال تشير السفن أشد. يتم احتساب الالتزام من العلاقة الضغط البعد من الشريان وبالتالي فهو مقياسا مباشرا لصلابة. كما نشر صلابة غير موحد في الأوعية الدموية 12، ينبغي قياس الامتثال في نفس المكان / مماثل في كل موضوع لإجراء مقارنات ذات مغزى بين المجموعات التجريبية.
الفرق بين الامتثال ومعامل المرونة هو أن معامل المرونة هو تطبيع لأبعاد مادة. وبالتالي يعكس الالتزام صلابة الهيكلية، في حين مرونة معامل المرجعlects تصلب المادية. مع الشيخوخة، وزيادة سمك جدار الشرايين والإيلاستين / تنخفض نسبة الكولاجين، لذلك كل من صلابة الهيكلية والمادية صلابة أكبر.
مقارنة الامتثال، PWV هو مقياس غير مباشر من تصلب الشرايين. PWV هو السرعة التي نبض الضغط يسافر على طول طول الشريان ويتأثر خصائص جدار الوعاء الدموي. يتم استخدام المعادلة موينز-Korteweg لنموذج العلاقة بين PWV ومعامل المرونة: PWV 2 = E ح / (2 ρ ص) حيث E هو معامل مرونة تدريجية، h غير سمك الجدار، ρ هو لزوجة الدم، و r هو نصف قطر السفينة . وبالتالي قيمة PWV أعلى يشير إلى وجود سفينة أشد.
الامتثال ومعامل المرونة يمكن قياسها تجريبيا خارج الحي على شريحة رفعه من السفينة. لتحديد مدى مطابقتها، هي التي شنت على قطاع سفينة على مخطاط العضل الضغط 13،14. الضغط داخل الأوعية وتزداد خطوة حكيمة والعشرينيتم تعقب البريد مما أدى التغيير في قطر باستخدام المجهر الفيديو. يتم تحديد الامتثال من البيانات الضغط القطر. ويمكن قياس معامل المرونة الزائدة عن طريق اختبار الشد. يتم جمع في هذه التجارب، يتم سحب السفينة بعيدا متدرج وقوة التشريد البيانات حتى فواصل حلقة السفينة. ويمكن حساب الضغط العصبي والتوتر القيم وخططوا لتحديد معامل مرونة تدريجية. هذه فيفو السابقين النهج يمكن استخدامها لتقييم التغيرات في خصائص السلبية التي تؤثر على صلابة.
في الجسم الحي، بالإضافة إلى الجدار المحتوى، ويتأثر تصلب الأوعية الدموية بشكل حيوي بواسطة نبرة العضلات الملساء وضغط الدم 13،15،16. PWV هو الأسلوب الأكثر استخداما على نطاق واسع لقياس صلابة في الأبهر الجسم الحي في نماذج تجريبية. PWV يمكن تحديد noninvasively باستخدام الموجات فوق الصوتية دوبلر أو تسطح قياس توتر 17. يتم قياس النبض الضغط في موقعين منفصلين والوقت اللازم لنبض لاجتياز المسافة هو سرعة موجة النبض. لأنه يتم قياس PWV على طول الشريان الأورطي، بل هو قيمة متوسط من تصلب. الشرايين الكبيرة غير الخطية مرونة، لذلك صلابة وبالتالي PWV سوف تختلف مع الضغط الشرياني. وبالتالي يمكن لقيمة PWV أعلى تنشأ من زيادة صلابة أو ضغط مرتفع. لذا يجب تطبيع القيم PWV لضغط الدم لاستخلاص استنتاجات حول صلابة السفينة. طرق القياس التي تتضمن تأثير ضغط الدم مع الخصائص السلبية في جدار الأوعية الدموية وآثار وسطاء فعال في الأوعية التي تغير لهجة من شأنه أن يسفر عن المؤشر ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية من تصلب الشرايين. ويتم تنفيذ هذا النهج من خلال قياس PWV جراحية باستخدام القسطرة مع اثنين من أجهزة استشعار الضغط فصل على مسافة ثابتة 13. يتم إدخال القسطرة هذا الضغط المزدوج في الشريان الأورطي وفعال في الأوعية المخدرات، مثل فينيليفرين أو نيتروبريسيد الصوديوم، وأكسب عن طريق الوريد من خلالالقسطرة الوريدية لرفع وخفض ضغط الدم.
يصف هذا البروتوكول وسيلة لتحديد صلابة الأبهر في الجسم الحي من علاقة الضغط بعدها في نموذج الفأر. هذا النهج يقدم العديد من المزايا على قياس PWV الغازية. مؤشرات صلابة، مثل الامتثال، يمكن أن تحسب من البيانات الضغط البعد جمعها من قبل هذا الإجراء. وعلاوة على ذلك، وهذا الأسلوب يسمح لقياس صلابة الأبهر المحلية ليتم قياس صلابة من مكان واحد. هذا النهج هو مفيدة بشكل خاص في قياس صلابة الأبهر الصاعد وطول قصيرة من هذه المنطقة يجعل قياس PWV يصعب الحصول عليها. مصلحة الأبحاث موجودة على وجه التحديد في الأبهر الصاعد بسبب خصائصه الميكانيكية تؤثر على نضح من الدورة الدموية التاجية واستجابة القلب إلى خلل وظيفي الأوعية الدموية.
لقياس العلاقة الضغط قطر الشريان الأورطي في الجسم الحي </eم>، هو تصور الأبهر الصاعد ويتم قياس قطرها عن طريق التصوير بالموجات فوق الصوتية. يتم قياس ضغط الدم الأبهري جراحية مع القسطرة الضغط. يتم تغيير ضغط الدم تدريجيا عن طريق التسريب الوريدي من المخدرات فعال في الأوعية. فينيليفرين يضيق الأوعية الدموية ويستخدم لرفع ضغط الأبهر. نتروبروسيد الصوديوم يوسع الأوعية الدموية ويستخدم لخفض ضغط الأبهر. يتم قياس أقطار الأبهري الانقباضي والانبساطي وما يقابلها من الضغوط الأبهر لكل زيادة الضغط. ويمكن حساب الامتثال من البيانات الضغط قطر التي تم جمعها.
أخذ القياسات قطر في عدة زيادات الضغط على مجموعة واسعة من القيم الضغط الضروري لتوصيف دقيق للعلاقة الضغط القطر. حدود الضغط العلوي والسفلي التي يمكن أن يسببها دواء قد تختلف من المجموعة التجريبية ولكن مجموعة المثالي هو حوالي 25 ملم زئبق إلى 125 ملم زئبق والانبساطي 50 ملم زئبق إلى 200 ملم زئبق ضغط الدم الانقباضي. جرعات من 360 ميكروغرام / كغ / دقيقة PE و 240 ميكروغرام / كغ / دقيقة SNP انتزاع عموما حدود نطاق الضغط. ومع ذلك، يمكن زيادة جرعة من PE إلى 480 ميكروغرام / كغ / دقيقة وSNP إلى 360 ميكروغرام / كغ / دقيقة للتحقق من أن حدود تم التوصل إليها. تركيزات عمل PE وSNP يمكن انخفضت إلى تحقيق زيادات الضغط الدقيقة. وبما أن قطر تتغير مع الضغط الأبهري، الأمر الذي أدى قيم الضغط نفسها بين الحيوانات والمجموعات التجريبية ليس مهما.
الوريدي والشرياني القسطرة يمكن القيام بها في مواقع أخرى مع نفس أووtcomes. الذيل الوريد القسطرة يمكن أن يكون تحديا بسبب صغر حجم الوريد الذيل. وعلاوة على ذلك، الوريد الذيل غير مرئية بسهولة في الفئران الملونة الداكنة. الوريد الفخذي يمكن مقنى كبديل. قد يكون هذا الطريق الأسهل منذ الوريد الفخذي هو للوصول. للضغط إدخال القسطرة، بالإضافة إلى الشريان الفخذي، يمكن إدراج القسطرة من خلال الشريان السباتي. الشريان الفخذي هو الأفضل خلال الشريان السباتي، ومع ذلك، لأن المنطقة لا تزال سليمة الصدر للتصوير بالموجات فوق الصوتية. الفخذ الشريان القسطرة يمكن أن يكون أكثر صعوبة لأن الشريان الفخذي هو أصغر. باستخدام 1.2 F القسطرة وإدخال القسطرة في الشريان الفخذي الداني تحت تجويف البطن وتسهيل عملية القسطرة. وضع بضع قطرات من وكيل vasodilating مثل يدوكائين على الشريان الفخذي أو باستخدام التعريف القسطرة يمكن أن يساعد أيضا تكبير السفينة لتسهيل إدخال القسطرة. وينبغي التعامل مع القسطرة الضغط وتستخدموفقا لتعليمات الشركة الصانعة.
موقع القسطرة داخل الشريان الأورطي لا تحتاج إلى أن تكون متسقة بين الحيوانات عن انخفاض الضغط داخل الشريان الأورطي غير ذات أهمية. ومع ذلك، وضع القسطرة في الشريان الأورطي البطني قد يكون من الأفضل للحد من التدخل في التصوير بالموجات فوق الصوتية من الشريان الأورطي الصدري. يمكن لبعض كبيرة الموجات فوق الصوتية تسجيل ضغط الوقت الحقيقي مع التتبع M-الوضع، مما يعطي قياس الضغط لكل قطر يقاس على M واسطة. للأسف، لأن الموقع حيث يتم قياس قطرها ليس هو نفس الموقع مثل حيث يتم تسجيل الضغط، وجود فجوة بين الضغط المسجلة في القسطرة والضغط الفعلي في الأبهر الصاعد. ونتيجة لذلك، الحد الأقصى فقط وقياسات قطرها الحد الأدنى يمكن استخدامها لتحليل البيانات.
الحد الأساسي من هذا الأسلوب هو عدم اليقين في القياس الذي عرضته الشريان الأورطي تحويل من والى سو الطائرة الموجات فوق الصوتية خلال دورة القلب. خطأ قدم الاقتراح هو مشترك لجميع الدراسات التصوير مقرها، بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي. وتشمل استراتيجيات التعويض باستخدام الخصائص التشريحية لتحويل الإطار المرجعي مع حركة 18 وتنفذ أثناء معالجة البيانات. كما البرمجيات تعويض الحركة ليست متاحة بسهولة، المحقق أن نكون يقظين حول ضبط موقع لجنة التحقيق لتتبع التحول في موقع الشريان الأورطي مع ارتفاع ضغط الدم والنقصان. وينبغي أيضا أن تؤخذ القياسات قطر من خلال مركز الشريان الأورطي. ومع ذلك، وتحديد ما إذا كان تسجيل موقع M-وضع يمر وسط يمكن أن يكون من الصعب أن نحكم على الصورة الموجات فوق الصوتية، وخاصة مع المواقف المتغيرة الشريان الأورطي. حالة عدم اليقين التي أدخلتها هذه القيود اضح في درجة مبعثر في البيانات، كما يتضح في الشكل (6). الحصول على صورة من المقطع العرضي بدلا من المحور الطولي للascendiنانوغرام الشريان الأورطي يمكن أن يكون حلا. ومع ذلك، والحصول على وجهة النظر هذه يمكن أن تكون أحيانا أكثر تحديا والناتجة M-وضع التتبع يمكن أن يكون أقل وضوحا. يمكن قياس محيط مستعرضة من الصورة B-وضع بدلا من القطر من صورة M-واسطة. ومع ذلك، تحديد متى تم تحقيق الحد الأقصى والحد الأدنى محيط سوف تكون محدودة بسبب معدل الإطار B-وضع وربما يكون أكثر صعوبة للحكم من على M واسطة.
جعل قياسات متعددة من مؤامرة الضغط القطر وزيادة حجم المجموعة التجريبية يمكن تحسين دقة البيانات. البيانات الضغط قطرها يمكن جمعها من عدة مواقع على طول الصدر. سيكون أول أن يتم هذا البروتوكول بها مع التحقيق وضعت على موقع واحد على صدره. عندئذ تصور الشريان الأورطي مع التحقيق وضعت على موقع آخر وبروتوكول المتكررة.
يمكن كلاء فعال في الأوعية المستخدمة لتعديل ضغط الدم يحتمل أن تؤثر musc السلس الأبهرلو لهجة، والذي بدوره سيؤثر صلابة. ومع ذلك، فقد أظهرت التلاعب الضغط الأبهري عن طريق العودة الوريدية لإنتاج تغييرات مماثلة في PWV تقاس جراحية كما التلاعب الصيدلانية في الفئران. وتبين هذه النتائج أن حقن المخدرات فعال في الأوعية تعمل في المقام الأول على الشرايين الطرفية والمقاومة لا تؤثر بشكل كبير الأبهر لهجة العضلات الملساء 19.
هذا البروتوكول يمكن أن يؤديها في الفئران مع بضعة تعديلات طفيفة. وحلق الصدر قبل تطبيق كريم مزيل الشعر. ويستخدم المتاحة تجاريا 27 G س ½ "قسطرة للتسريب المخدرات. جرعات دواء يستخدم لتعديل ضغط الأبهر هي 40، 80، و 120 ميكروغرام / كغ / دقيقة من PE و 40، و 80، و 120 ميكروغرام / كغ / دقيقة من SNP.
وبالإضافة إلى الأبهر الصاعد، يمكن تحديد الاختلافات الإقليمية في تصلب الأبهر مع هذا البروتوكول. ان صلابة الإقليمية يقاس هذا النهج أن يكون أكثر دقة من قبل PWV للقياسات عالبريد مأخوذ من موقع واحد كما يعارضون إلى موقعين لPWV. ومع ذلك، مناطق على طول الشريان الأورطي التي يمكن قياسها مع هذه التقنية تقتصر على تلك التي يمكن تصور بواسطة الموجات فوق الصوتية.
ويمكن أيضا أن تحسب معامل مرونة من البيانات التي تم جمعها بواسطة هذه الطريقة إذا كان يمكن الحصول على قياس سماكة الجدار. دقة في قياس الجسم الحي من الشريان الأورطي الماوس محدودة بسبب حدود قرار من تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية الحالية. تحسن في المستقبل من تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية يمكن أن تجعل الجسم الحي في قياس سمك الجدار أكثر جدوى. وكبديل لذلك، يمكن إجراء قياسات سمك خارج الحي. سوف تخطيط العضل الضغط توفير قياسات أكثر دقة لسمك يمكن قياسها في كل زيادة الضغط.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by a National Heart, Lung, and Blood Institute grant 1RO1-HL-105296-01 (to D.E. Berkowitz) and an Australian Research Council Grant DP110101134 (to A. Avolio).
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Equipment | |||
High-resolution ultrasound machine | Visual Sonics | Vevo2100 | |
13-24 MHz transducer | Visual Sonics | MS250 | Used for imaging rats |
22-55 MHz transducer | Visual Sonics | MS550D | Used for imaging mice |
Imaging Station | Visual Sonics | Imagine Station 1 | |
1.2F Pressure catheter | Transonic | FTH-1211B-0018 | |
SP200 pressure control unit | Transonic | FFS-095-DP01 | |
Standard Infusion Only Harvard Pump 11 Plus syringe pump | Harvard Apparatus | 702208 | |
Isoflurane vaporizer | VetEquip | 911103 | |
Induction chamber | VetEquip | 941443 | |
100% O2 | Airgas | OX USP200 | |
Single Stage Brass 0-50 psi General Purpose Cylinder Regulator CGA540 | Airgas | Y11215B540 | |
Stereo Boom Stand Microscope | National Optical | 420-BMSQ | |
Fiber optic illuminator & light pipe | Cole Palmer | EW-41500-50 | |
Supplies | |||
30G x 1/2" BD PrecisionGlide Needle | BD | 305106 | For tail vein cannulation in mice |
Polyethylene Tubing PE10 | Becton Dickinson | 427401 | For tail vein cannulation in mice |
27Gx1/2" Surfloe winged infusion set | Terumo | SV*27EL | For tail vein cannulation in rats |
Signa Gel Electrode Gel | Parker | 15-25 | Use for ECG recording |
Aquasonic Clear Ultrasound Gel | Parker | 03-08 | Use for ultrasound |
1mL Sub-Q Syringes, 26G x 5/8" | BD | 309597 | |
Nair | Nair | Depilatory cream | |
Histoacryl | TissueSeal | TS1050071FP | Tissue glue |
Braided Silk Suture 6-0 | Teleflex | 104-S | |
Dumostar P55 fine forceps | Roboz | RS-4984 | |
Microscissors | WPI | 501839 | |
Fine scissors | FST | 14060-11 | |
Medium forceps | Ted Pella | 5665 | |
Hemostatic forceps | Roboz | RS-7131 | |
Non-sterile cotton gauze sponge | Fisherbrand | 22-362-178 | |
Cotton tipped applicators | Oritan | 803-WC | |
Label tape | Fisherbrand | 15-901-20 | |
Drugs | |||
Sodium chloride | Sigma Aldrich | S7653 | |
R-Phenylephrine hydrochloride | Sigma Aldrich | P6126 | |
Sodium nitroprusside dihydrate | Sigma Aldrich | 71778 | |
Software | |||
Prism | GraphPad | ||
Excel | Microsoft |