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.
우리는 높은 해상도의 초음파 영상을 이용하여 마우스 생체 내에서 대동맥 강성 측정 프로토콜을 제시한다. 대동맥 직경을 초음파에 의해 측정되고 대동맥 혈압 고체 압력 카테터 침습적으로 측정된다. 혈압은 다음 혈관에 작용하는 약물 페닐에 나트륨 니트 로프 루시드의 정맥 주입에 의해 점진적으로 저하 발생합니다. 대동맥 직경은 대동맥의 압력 경부 관계의 특성을 각각의 단계에 대한 압력을 측정한다. 압력 경부 관계로부터 유도 강성 지수는 수집 된 데이터로부터 계산 될 수있다. 동맥 준수의 계산이 프로토콜에 설명되어 있습니다.
이 기술은 심혈관 질환 및 노화와 관련된 증가 대동맥 강성 기전을 조사하기 위해 사용될 수있다. 기술은 pH가 접근하기 때문에 생체에 비해 강성의 중요한 생리 학적 측정 값을 생성대동맥 강성에 ysiological 영향은 측정에 포함된다. 이 기술의 주요 제한은 심장주기 동안 대동맥 이동로부터 도입 측정 오차이다. 이러한 운동은 운동 대동맥 프로브의 위치를 조절뿐만 아니라 동맥압 경부 관계의 다수 측정을 실험군의 크기를 확장함으로써 보상 될 수있다.
증가 대동맥 강성은 심혈관 질환의 특징이다. 1 4 2 에이징 고지혈증, 당뇨병 3, 흡연, 심혈관 질환의 위험 인자는 대동맥 강성을 증가시키는 것으로 나타났다. 역학 조사는 또한 관상 동맥 질환 및 뇌졸중의 발병 강력한 독립 예측뿐만 아니라 심혈관 질환 및 사망률 5-8의 발생을 대동맥 강성을 증명하고있다. 증가 된 강성 때문에 대동맥의 임상 및 보건 의의, 현재의 연구는 혈관 강성의 발생 및 진행을 기본 메커니즘을 이해하는데 초점을 맞추고있다. 큰 관심을 따라서 심혈관 질환의 실험 모델에서 혈관 강성의 정확한 조치를 개발에 있습니다.
재료의 강성은의 응력 – 변형 관계 특징과 탄성 모드로 정량화 할 수있다ulus. 선형 탄성 재료는 가역적 변형과 응력 변형에 비례하여 증가한다. 대동맥 및 큰 동맥 비선형 탄성체이다 : 연신 할 때, 동맥의 강성은 일정하게 유지되지만, 팽창의 정도에 따라 증가하지 않는다. 큰 동맥의 기계적 특성이 비선형 혈관 벽을 구성 내력벽, 즉 콜라겐과 엘라스틴, 다른 강성의 특성에 기인한다. 엘라스틴은 0.6 MPa로의 탄성 계수와 높은 확장 할 수 있습니다. 이에 비해 콜라겐이 1 GPa의 탄성 계수를 가진 9 매우 뻣뻣. 높은 변형률 값에 전시 된 고 강성 콜라겐에 의한 동안 낮은 변형 값에서 대동맥에 의해 전시 초기 강성은 엘라스틴에 기인한다. 선박이 distends로로드 콜라겐 엘라스틴에서 전송되고 혈관 시스템이 작동 위치 전송 부하의이 지역이다. 따라서, 생리 학적 압력에서, 동맥 강성엘라스틴과 콜라겐 10 두의 기여도에 따라 달라집니다.
유통 및 엘라스틴과 콜라겐의 방향은 동맥 벽 내에서 층에 따라 다릅니다. 미디어에서, 엘라스틴, 콜라겐, 평활근 세포는 동심으로 적층 꽉 나선으로 제공됩니다. 이러한 배열은 동맥이 원주 방향으로 높은 부하에 저항하도록 허용한다. 외막은 작은 엘라스틴과 주로 콜라겐과 콜라겐 섬유는 그물 같은 방식으로 구성되어 있습니다. 이러한 콜라겐 섬유가 강세 상태에서 물결 모양이며, 부하가 증가함에 따라 평탄. 콜라겐 섬유와 같은 강성이 증가하여 overstretching 및 파열에서 동맥을 방지, 똑 바르게. 때문에 콜라겐 섬유의 구조적 조직과 변화 방향의, 동맥 이방성 : 선박 길이 방향 또는 원주 11 뻗어 경우 전시 된 강성에 따라 생체 내 stiffnes는.따라서 S 대동맥의 길이 방향과 원주 방향 강성의 복합체이다.
동맥 강성은 일반적으로 준수 또는 펄스 파 속도 (PWV)와 같은 생체 내에서 정량화 하였다. Δd 및 직경의 변화이고, ΔP는 압력에 상응하는 변화입니다 동맥 준수는 C = Δd 및 / ΔP로 정의된다. 준수의 값이 작을수록 더 엄격한 선박을 나타냅니다. 적합성은 동맥 압력 차원 관계로부터 산출 때문에 강성의 직접적인 척도이다. 강성 혈관 (12)에 균일하게 비를 보급됨에 따라, 준수는 실험 집단 간의 의미있는 비교를 위해 각 주제에 같은 / 비슷한 위치에서 측정되어야한다.
컴플라이언스 및 탄성률의 차이는 탄성률 물질의 치수로 규격화되어있다. 준수 따라서 탄성 계수 심판 반면 구조적 강성을 반영재료 강성을 lects. 노화, 동맥 벽의 두께 증가와 함께 엘라스틴 / 콜라겐 비율이 감소하기 때문에 구조적 강성 및 강성 재료 모두 크다.
컴플라이언스에 비해, PWV는 동맥 경화의 간접 측정치이다. PWV는 압력 펄스는 동맥의 길이를 따라 이동하고 용기 벽의 특성에 의해 영향을 받는다되는 속도이다. MOENS-Korteweg 방정식 PWV와 탄성 계수 사이의 관계를 모델링하는데 사용된다 :, ρ는 혈액 점도는 PWV는, h는 두께 E 증분 탄성율 = E (H) / (2 ρ의 R) 2이고, R은 용기 반경 . 높은 PWV 값은 따라서 엄격한 선박을 제안한다.
준수 및 탄성률 용기의 절제 세그먼트 실험적 생체 측정 될 수있다. 적합성을 결정하기 위해, 용기 세그먼트 압력 myograph 13,14에 장착된다. 용기 내 압력을 단계적와 일을 증가직경의 변화를 결과 전자는 비디오 현미경을 사용하여 추적됩니다. 적합성은 압력 경부 데이터로부터 결정된다. 증분 탄성율 인장 시험에 의해 측정 할 수있다. 이 실험에서, 상기 용기가 선정한 당겨질 단계적 및 힘 – 변위 데이터는 링 용기 나누기까지 수집된다. 과 응력 값을 산출 및 증분 탄성률을 결정하는 플롯 될 수있다. 이러한 생체 외 접근법 강성에 영향을 미치는 수동적 특성의 변화를 평가할 수있다.
생체 내에서, 부가 컨텐츠를 벽에, 강성은 혈관 평활근 혈압 13,15,16 의해 동적으로 영향을 받는다. PWV는 생체 내 실험 모델 대동맥 강성 측정하기위한 가장 널리 사용되는 방법이다. PWV는 도플러 초음파 또는 안압 17 안압계를 이용하여 간접적으로 결정될 수있다. 압력 맥동은 두 개의 위치에서 측정하고, 시간이 필요거리를 횡단하는 펄스는 펄스 파 속도이다. PWV는 대동맥의 길이에 대해 측정되기 때문에 강성의 평균 값이다. PWV는 동맥 압력에 따라 달라집니다 강성 있도록하기 때문에 큰 동맥 탄성 비선형이다. 높은 PWV 값은 따라서 강성이 증가 또는 상승 된 압력에서 발생할 수 있습니다. PWV 값 따라서 용기의 강성에 대한 결론을 도출하도록 혈압로 정규화되어야한다. 혈관 벽의 패시브 특성 및 톤 동맥 경화의 생리 학적으로 관련된 인덱스를 변경할 것이다 수득 혈관 활성 매개체의 효과와 혈압의 영향을 통합 측정 방법. 이 방법은 침습적으로 고정 된 거리 (13)에서 분리 된 두 개의 압력 센서로 카테터를 사용하여 PWV를 측정함으로써 구현된다. 이러한 이중 압력 카테터, 예컨대 페닐에 또는 니트 로프 루시드 나트륨 등의 대동맥 및 혈관 활성 약물, 삽입을 통해 정맥 내로 주입되고정맥 카테터를 인상하고 낮은 동맥압합니다.
이 프로토콜은 마우스 모델에서의 감압 차원 관계로부터 생체의 대동맥 강성을 결정하는 방법을 설명한다. 이 접근 방법은 침습적 PWV 측정에 비해 여러 장점을 제공한다. 이러한 컴플라이언스 같은 강성 지수는이 절차에 의해 수집 감압 차원 데이터로부터 계산 될 수있다. 강성도가 단일 위치에서 측정되기 때문에 더욱이,이 기술은 로컬 대동맥 강성의 측정을 허용한다. 이 접근법은이 영역의 짧은 길이를 얻기 PWV 측정 어렵게로 대동맥 강성 오름차순 측정에 특히 유용하다. 기계적 특성은 관상 동맥의 관류 및 혈관 장애로 심장 응답에 영향을하기 때문에 연구의 관심은 상행 대동맥에 구체적으로 존재한다.
생체의 대동맥 압력 경부 관계를 측정하려면 </em은>, 대동맥 가시화되고 그 직경은 초음파 영상에 의해 측정된다. 대동맥 혈압 압력 카테터 침습적으로 측정된다. 혈압은 혈관 작용 약물의 정맥 내 주입에 의해 점진적으로 변화한다. 페닐에 혈관을 수축 및 대동맥 압력을 발생하는 데 사용됩니다. 니트 로프 루시드 나트륨은 혈관을 팽창 시키는데 대동맥 압력을 낮추기 위해 사용됩니다. 수축기 및 확장기 대동맥 직경 및 해당 대동맥 압력은 각각의 압력 증가를 측정한다. 적합성은 수집 감압 직경 데이터로부터 계산 될 수있다.
압력 값의 넓은 범위에 걸쳐 여러 압력 증가에 직경 측정을 수행하는 것은 압력 경부 관계의 정확한 특성화를 위해 필요하다. 약리학 적으로 유도 할 수있는 상부 및 하부 압력 제한은 실험 집단에 따라 다를 수 있지만, 이상적인 범위는 약 125mm 수은 이완기 200 mmHg로 수축기 50 mmHg에서 25 mmHg 이상이다. 360 ㎍ / kg / 분 PE 및 240 ㎍ / kg의 투여 량 / min의 SNP는 일반적으로 압력 범위의 제한을 유도. 그러나 PE의 용량은 360 ㎍ / kg / min으로는 한계에 도달했는지 확인하기 위해 480 ㎍ / kg / 분 SNP로 증가 할 수 있습니다. PE와 SNP의 작업 농도 미세한 압력 증가를 달성하도록 감소 될 수있다. 직경이 동물 실험 그룹 간의 동일한 압력 값을 유도 대동맥 압력으로 변하게 될 것은 중요하지 않다.
정맥 및 동맥 삽관 동일한 OU와 다른 위치에서 수행 될 수있다tcomes. 꼬리 정맥 삽관 때문에 꼬리 정맥의 작은 크기의 문제가 될 수있다. 또한, 꼬리 정맥은 어두운 색의 생쥐에서 쉽게 볼 수 없습니다. 대퇴 정맥 캐 뉼러로 대체 될 수있다. 대퇴 정맥이 더 접근하기 때문에이 경로는 쉽게 할 수있다. 압력 카테터를 삽입하는 대퇴 동맥 게다가, 경동맥 카테터를 통하여 삽입 될 수있다. 가슴 영역은 초음파 촬상 용 그대로 남아 있으므로 대퇴 동맥 그러나 경동맥 위에 바람직하다. 대퇴 동맥 삽관은 대퇴 동맥이 작기 때문에 더 어려울 수 있습니다. F 1.2 카테터를 사용하여 캐뉼 프로세스를 용이하게 복강 아래 근위 대퇴 동맥 카테터를 도입. 대퇴 동맥에 혈관 확장 리도카인 등 화제의 몇 방울 넣거나 또한 카테터의 삽입을 용이하게 용기를 확대 할 수 있습니다 카테터 도입기를 사용. 압력 카테터 취급 표기제조업체의 지시에 따라.
대동맥 내의 압력 강하가 미미로 대동맥 내의 카테터의 위치 동물 간의 일치 할 필요는 없다. 그러나 복부 대동맥에 카테터를 배치하면 흉부 대동맥의 초음파 영상과 간섭을 최소화하는 것이 더있을 수 있습니다. 일부 초음파 메인 프레임함으로써 M 모드에서 측정마다 직경 압력 측정을주는 M-모드 추적과 함께 압력을 실시간으로 녹화 할 수있다. 직경이 측정되는 위치는 압력이 기록되는 위치와 같은 위치가 아니기 때문에 불행히도, 래그는 카테터 기록 압력 및 대동맥에서 실제 압력 사이에 존재한다. 따라서, 단지 최대 및 최소 직경 측정은 데이터 분석을 위해 사용될 수있다.
이 방법의 주요 제한 및 오 밖으로 이동 대동맥에 의해 도입 된 측정의 불확실성이다심장주기 동안 초음파 평면 F. 모션 도입 오류가 MRI와 CT를 포함한 모든 영상 기반의 연구에 일반적입니다. 보상 전략은 움직임 (18)의 참조 프레임을 이동시키고, 데이터 처리시 구현되는 해부학 적 특징을 이용하여 포함한다. 움직임 보상 소프트웨어가 준비되지 않은 것처럼, 조사관, 혈압 상승 등의 대동맥에서의 위치 변화를 추적하고 감소하는 프로브의 위치를 조절을주의 깊게 모니터링되어야한다. 직경 측정은 대동맥의 중심을주의해야한다. 그러나, M 모드 촬영 위치는 중심을 통과되는지를 결정하는 것은 특히 대동맥 시프트 위치와, 초음파 이미지에 판단하기 어려울 수있다. 도 6에서 명백한 바와 같이, 데이터의 분산의 정도에 매니페스트 이러한 한계에 의해 도입 불확도. ascendi의 세로축 대신 단면의 화상을 얻기NG 대동맥이 해결책이 될 수 있습니다. 그러나, 이러한 뷰를 획득하는 때로는 더 어려울 수 있으며, 그 결과 M-모드 추적은 불명확 할 수있다. B 모드 영상의 단면 둘레 대신 M 모드 영상에서 직경을 측정 할 수있다. 최대 및 최소 원주 B-모드의 프레임 레이트에 의해 제한 될 것이다 달성되었으며 M 모드보다는 더 판단하기 어려울 수있다 그러나, 결정.
압력 경부 플롯의 다수 측정을 수행하고, 데이터의 정확성을 향상시킬 수 실험군 크기를 증가시킨다. 감압 직경 데이터는 가슴을 따라 여러 위치에서 수집 될 수있다. 이 프로토콜은 먼저 가슴에 한 위치에 배치 된 프로브로 수행 될 것이다. 대동맥이어서 다른 위치와 반복 프로토콜에 배치 프로브 가시화 될 것이다.
혈압을 조절하기 위해 사용되는 제제는 잠재적 혈관 작용 대동맥 매끄러운 영향을 미칠 수 musc다시 강성에 영향을 미칠 르 톤. 그러나, 정맥 반환에 의한 대동맥 압력의 조작 쥐에 약물 조작과 같은 침습적 측정 한 PWV 유사한 변화를 생산하는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과들은 혈관 작용 약제의 투여는 말초 동맥의 저항에 주로 작용하여 상당히 대동맥 평활근 (19)에 영향을주지 않는다는 것을 증명한다.
이 프로토콜은 별다른 변경 래트에서 수행 될 수있다. 가슴 제모 크림을 적용하기 전에 면도있다. 시판 27 G X ½ "카테터 약물 주입을 위해 사용된다. 동맥압을 변조하는데 사용되는 투여 량은 약 40, 80, 및 PE 및 40, 80, 120 ㎍ / kg / 분이며, 120 ㎍ / kg / min의 SNP.
대동맥 외에도 대동맥 강성 지역적 차이 프로토콜이 결정될 수있다. 측정 아칸소으로이 방법에 의해 측정 지역 강성 PWV에 의해보다 더 정확한 것PWV 두 위치에 반대로 전자는 한 위치에서 촬영. 그러나,이 기술로 측정 할 수있다 대동맥을 따라 영역을 초음파에 의해 가시화 될 수있는 것에 한정된다.
탄성률 또한 두께 측정이 획득 될 수 있으면,이 방법에 의해 수집 된 데이터로부터 계산 될 수있다. 마우스의 대동맥 생체 측정 정확한 전류 초음파 기술의 해상도 한계에 의해 제한된다. 초음파 기술의 향상은 더 미래 가능한 생체 두께 측정에서 만들 수 있었다. 대안으로, 막 두께 측정은 생체 외 수행 될 수있다. 두께는 각각의 압력 증가로 측정 될 수 있기 때문에 압력 myography은 가장 정확한 측정을 제공 할 것이다.
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 |