Introduction
L'invecchiamento è associato con aumenti progressivi nella calcificazione cardiovascolare 1. Emodinamicamente significativa stenosi della valvola aortica colpisce il 3% della popolazione di età superiore ai 65 2, e pazienti con anche moderata stenosi della valvola aortica (picco di velocità di 3-4 m / s) hanno una sopravvivenza libera da eventi a 5 anni del meno del 40% 3. Attualmente, non ci sono trattamenti efficaci per rallentare la progressione della calcificazione della valvola aortica, e chirurgica sostituzione della valvola aortica è l'unico trattamento disponibile per Advanced valvola aortica Stenosi 4.
Gli studi volti a ottenere una più profonda comprensione dei meccanismi che contribuiscono alla iniziazione e la progressione della calcificazione della valvola aortica sono un primo passo fondamentale nella transizione verso metodi farmacologici e non chirurgiche per la gestione della valvola aortica Stenosi 5, 6. geneticotopi ly-alterati hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo della nostra comprensione dei meccanismi che contribuiscono a una varietà di malattie e sono ormai prossimi alla ribalta degli studi meccanicistici volti a comprendere la biologia di una stenosi della valvola aortica 6, 7, 8. A differenza di altre malattie cardiovascolari come l'aterosclerosi e insufficienza cardiaca, dove i protocolli standard per la valutazione della funzione vascolare e ventricolare sono per la maggior parte ben consolidata, ci sono sfide uniche associate a fenotipizzazione in vivo della funzione valvola cardiaca nei topi. Mentre recensioni più recenti hanno fornito discussioni approfondite per quanto riguarda i vantaggi e gli svantaggi di numerose immagini e le modalità invasive utilizzate per valutare la funzione della valvola nei roditori 9, 10, 11, ad oggi, non siamo a conoscenza di una pubblicazione che fornisce una comprehensive, step-by-step di protocollo per la funzione della valvola cardiaca fenotipizzazione nei topi.
Lo scopo di questo manoscritto è descrivere i metodi ei protocolli di fenotipo funzione della valvola cardiaca nei topi. Tutti i metodi e le procedure sono state approvate dal Comitato Istituzionale cura degli animali e Usa Mayo Clinic. I componenti chiave di questo protocollo sono la profondità dell'anestesia, la valutazione della funzione cardiaca, e la valutazione della funzionalità delle valvole cardiache. Ci auguriamo che questo rapporto non solo servirà a guidare gli investigatori interessati a perseguire la ricerca nel campo delle malattie delle valvole cardiache, ma anche avviare un dialogo nazionale ed internazionale in materia di standardizzazione del protocollo per garantire la riproducibilità dei dati e la validità in questo settore in rapida crescita. È importante sottolineare che, imaging successo utilizzando sistemi a ultrasuoni ad alta risoluzione richiede una conoscenza dei principi di ecografia (e terminologia comunemente utilizzati in ecografia), una comprensione della Princip fondamentaleles di fisiologia cardiaca, e una significativa esperienza con ecografia per consentire una valutazione precisa e in tempi rapidi della funzione cardiaca nei roditori.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Preparare materiali e delle attrezzature (Tabella 1 e Figura 1)
- Accendere la macchina ad ultrasuoni. Inserire l'ID animale, la data e l'ora (per gli esperimenti di imaging di serie) e altre informazioni pertinenti.
- Utilizzare un trasduttore ad ultrasuoni ad alta frequenza, 40 MHz per i topi di imaging inferiori a ~ 20 g o 30 MHz per topi superiori a ~ 20 g.
- Collegare la piattaforma per l'elettrocardiogramma (ECG) Monitor per gating ECG delle immagini per alcune modalità.
NOTA: criticamente, questo permette anche per il calcolo istantaneo della frequenza cardiaca (HR), che può essere usato come uno dei diversi indici di una profondità appropriata di anestesia. - Pre-riscaldare la piattaforma a 37 ° C.
NOTA: Tutte le macchine a ultrasuoni disponibili in commercio hanno un pannello di controllo che fornisce i controlli di acquisizione delle immagini e dei controlli di gestione per lo studio B-mode, M-mode, ed ecocardiografia Doppler. Uno strumento di misurazione cardiaca è incorporato nella macchina per la misurazione automaticae il calcolo dei parametri ecocardiografici comuni di funzioni cardiache e valvolari.
2. Preparare il mouse per l'imaging e l'induzione dell'anestesia
- Delicatamente prendere il topo per la coda e tenere saldamente l'animale alla nuca del suo collo.
- Guida naso dell'animale nel cono naso. Inizia flusso di anestesia al 1% isoflurano. Assicurarsi che l'animale è sedato entro 3-5 s di esposizione al gas.
- Rapidamente e con precisione laici l'animale sulla piattaforma in posizione supina, facendo in modo che il anteriori e zampe posteriori si trovano sui sensori ECG della piattaforma.
- garantire delicatamente l'animale con nastro adesivo su tutti e quattro gli arti, leggermente applicare nastro adesivo per stabilizzare la testa nell'apparato cono terminale, e applicare un nastro adesivo per stabilizzare la coda. Entrambe le zampe posteriori e anteriori dovrebbero essere piatto per garantire l'acquisizione stabile e chiaro segnale ECG da parte del sistema di imaging fisiologico.
- Controllare l'HR. Fate questo utilizzando un imapiattaforma Ging con funzionalità ECG o con dispositivi ECG esterni. Assicurarsi che l'HR di base è compresa tra 600 a 700 bpm. Assicurarsi che la HR non scenda al di sotto di 450 bpm in qualsiasi circostanza.
NOTA: Durante la procedura, l'HR può diminuire leggermente a causa dell'anestesia, ma dovrebbe essere superiore a 500 bpm nella maggior parte dei casi. - Regolare il flusso anestesia da piccoli incrementi di conseguenza (~ 0,1% con incrementi ogni 15 s fino a quando si raggiunge uno stato stabile di anestesia).
NOTA: uno stato stabile di anestesia è una condizione in cui vengono mantenuti i parametri cardiaci suddetti (vedere fase 2.5) e l'animale non apertamente rispondono agli stimoli dal posizionamento della sonda su diverse finestre di imaging. È importante sottolineare che questo non è un piano chirurgica di anestesia, che si traduce in netto cardiodepression nei topi. Per le sessioni di imaging prolungate, si consiglia l'applicazione di veterinario unguento per gli occhi per prevenire la secchezza. - Controllare la temperatura corporea con un termometro rettale. Mantenere la temperatura tra i 36,5 ° C e 38 ° C.
NOTA: In una stanza adeguatamente l'ambiente controllato e su una piattaforma riscaldata, la temperatura corporea (misurata per via rettale) rimane costante durante l'intera procedura e, di conseguenza, non è un fattore di confusione che influenza l'emodinamica cardiovascolari nel tempo. - Radersi i capelli dal petto con un tagliatore elettrico progettato per l'uso con i capelli fini. Pulire il petto con un tovagliolo di carta umido. L'animale è pronto per l'imaging.
NOTA: Mentre la rimozione chimico di capelli può anche essere effettuata, evitare l'uso di tali composti, in quanto possono provocare irritazioni significative pelle nel tempo in esperimenti di lunga durata. Inoltre, l'applicazione e la rimozione di tali prodotti depilazione chimicamente basati appropriato possono prolungare la durata dell'esposizione anestesia 2-3 min (~ 10-20%). Il tempo totale di induzione dell'anestesia al completamento della preparazione della cute dovrebbe richiedere meno di 3 min.
NOTA: Ci sono tre modalità di ultrasuoni utilizzati per acquisire le immagini: B-mode / 2-D, M-mode e Doppler (spettrale Doppler pulsato ad onda e di imaging color Doppler). Ci sono due posizioni di trasduttore di base utilizzati per acquisire le immagini delle valvole cardiache e cuore: il parasternale e le finestre apicali (Figura 2).
- Da ogni posto di trasduttore, ottenere più immagini tomografiche del cuore rispetto ai suoi assi lunghe e corte e ruotando il trasduttore angolare i manualmente.
NOTA: Rotazione riferisce ad imperniamento o torcendo il trasduttore da una posizione fissa sulla parete toracica, mentre l'angolazione riferisce al movimento da lato a lato del trasduttore da un punto fisso sulla parete toracica. Tutti i trasduttori ad ultrasuoni hanno un indicatore di indice immagine sotto forma di una scanalatura (notch), nervature esterne, o. - Assicurarsi che il sig ultrasuoninale è perpendicolare alla struttura obiettivo regolando la posizione del trasduttore di conseguenza.
- Ottimizzare il flusso di colore e segnali di velocità di picco allineando il fascio di ultrasuoni trasmessi parallela al flusso. L'angolo tra il fascio ultrasuoni e flusso dovrebbe essere inferiore a 60 °.
- Ottimizzare la qualità dell'immagine utilizzando i comandi del pannello di controllo. Solo l'area di interrogatorio dovrebbe riempire la visualizzazione delle immagini.
NOTA: regolazioni di precisione in posizioni trasduttore e la piattaforma sono quasi sempre necessari per ottenere immagini nitide. Anche in condizioni ottimali, movimenti respiratori, della parete toracica anatomia (ad esempio, la spaziatura piccola costola), e variazioni di anatomia interna (sia intrinseca e la malattia indotta) può limitare la finestra acustica ed effettuare l'acquisizione di immagini molto impegnativo. - Quando si misurano le dimensioni del ventricolo sinistro in M-mode e 2-D / B-mode, posizionare la pinza misura in linea eco più continua.
- Regolare l'un settore color Dopplervolume del campione d alla zona d'interrogazione regolando il controllo del settore, che si trova sul pannello.
NOTA: La combinazione di colori di codifica in studi Doppler indica la velocità e la direzionalità del flusso sanguigno. segnali Doppler che sono rossi indicano il flusso sanguigno laminare verso il trasduttore. segnali Doppler che sono blu indicano flusso laminare distanza dal trasduttore. Un "mosaico" modello di colore indica le regioni del flusso sanguigno turbolento o non laminare (che si verifica comunemente in stenosi valvolare o rigurgito valvolare). - Registrare un minimo di due 5 s strisce (o 100 fotogrammi) di B-mode in tempo reale / 2D eco da ogni finestra di imaging per l'analisi offline.
NOTA: commercio-disponibili macchine di eco hanno impostazioni di acquisizione di immagini che catturano un numero prestabilito di telai o taglie cine-loop. Le impostazioni di acquisizione immagini possono essere modificati in modo che cine loop più lunghi possono essere acquisite. Acquisizione di immagini di alta qualità richiede grande esperienza e sperimentazione. investigratori devono trovare la giusta combinazione di posizionamento trasduttore e l'angolo piattaforma per ottenere immagini da molti punti di vista e finestre acustiche.
4. Valutazione della valvola aortica (AV) Funzione
NOTA: Le valutazioni della funzione della valvola aortica includono valutazioni qualitative della valvola (ad esempio, lo spessore cuspide percepito, aumentata ecogenicità causa di calcificazione valvolare, e la presenza o assenza di getti rigurgito usando il colore Doppler) e misure quantitative della funzione della valvola (ad esempio, transvalvolare picco la velocità e la distanza di separazione cuspide).
- Inizia a immagine valvola aortica selezionando acquisizione dell'immagine B-mode.
- Con l'animale fissato saldamente sulla piattaforma e la testa rivolta verso l'investigatore, inclinare il tavolo 15-20 ° a sinistra. Questo porterà cuore avanti e verso sinistra, più vicino alla parete toracica. Applicare una generosa quantità di gel ultrasuoni sul trasduttore o direttamente sul unpetto di Nimal.
- Posizionare il trasduttore parasternale, circa 90 ° perpendicolare all'asse lungo del cuore, con l'indicatore di indice immagine del trasduttore puntamento posteriormente (Figura 2). Mentre in / B-modalità 2D, far scorrere il cefalica trasduttore fino a quando il AV entra in vista. Questo è il "asse corto" vista della valvola aortica.
NOTA: Una valvola aortica normale ha tre cuspidi sottili apribili ampiamente durante la sistole e chiudono adeguatamente durante la diastole in modo che non vi sia rigurgito di ritorno del sangue nel ventricolo sinistro. Le cuspidi sono molto sottili, muoversi molto rapidamente, e spesso possono essere difficili da visualizzare. - Ruotare il trasduttore in senso orario fino a quando i punti marcatori indice di immagine caudale. Osservare la radice aortica, valvola aortica, a sinistra del tratto di efflusso ventricolare, valvola mitrale, atrio sinistro, e una parte del diritto tratto di efflusso del ventricolo sulla visualizzazione delle immagini.
NOTA: Questo è il "parasternale asse lungo" vista della AV. L'ecografista deveaccertare che ci sono due cuspidi valvolari aortiche visibili durante il ciclo cardiaco nelle immagini B-mode, che permetterà la successiva formazione immagine M-Mode e analisi (vedi sotto). - Valutare la radice aortica in questa vista. spazzare con cura avanti e indietro in modo che le immagini della radice aortica contengono le maggiori dimensioni della radice aortica. Misurare la dimensione maggiore antero-posteriore dell'aorta utilizzando il calibro elettronico associato con lo strumento di misurazione integrato nella macchina.
- Individuare la valvola aortica in asse lungo. Ridurre la larghezza dell'immagine in modo che solo la valvola aortica è visualizzata sul display dell'immagine regolando immagine tasto larghezza nel pannello di controllo. Posizionare la linea M-mode di interrogatori dove si interseca le punte della valvola aortica per valutare con precisione aortica separazione valvola cuspide.
- Nel display M-mode della valvola aortica, misurare la distanza di separazione cuspide (aspetto scatolare in sistole) utilizzando il calibro elettronico associato al measurstrumento ement incorporato nella macchina.
NOTA: Il grande vantaggio di immagini M-mode è la risoluzione temporale molto elevata, che è essenziale per la valutazione della funzionalità della valvola aortica. Mentre le immagini M-mode della AV possono essere acquisiti in entrambi i punti di vista a breve e lungo assi, l'asse lungo parasternale è generalmente preferito, perché il piano di imaging consente l'ecografista di identificare facilmente l'orientamento e la posizione delle punte del cuspidi durante la sistole. - Mentre era ancora in parasternale asse lungo della valvola aortica, premere il tasto di controllo del colore Doppler nel pannello di controllo. Applicare il colore Doppler alla regione della valvola aortica.
NOTA: Flusso normale dal ventricolo sinistro attraverso la valvola aortica durante la sistole è verso il trasduttore e quindi è codificato rossa. - Documentare la presenza o l'assenza di rigurgito della valvola aortica.
NOTA: aortica rigurgito della valvola è un flusso anomalo che si verifica durante la diastole ed è diretta dal transducER; pertanto, è codificato blu. - Premere il tasto di controllo Doppler pulsato ad onda. Utilizzando il track ball trova nel pannello di controllo, posizionare il volume del campione onda pulsata in aorta ascendente prossimale, appena sopra la valvola aortica, facendo in modo che l'angolo tra il fascio di ultrasuoni e il flusso di sangue è inferiore a 60 ° inclinando la piattaforma e / o il trasduttore. Se possibile, ottenere il picco di velocità attraverso la valvola aortica dalla finestra soprasternale.
- Misurare la velocità di picco dalla visualizzazione spettrale utilizzando le pinze elettronici associati con lo strumento di misurazione integrato nella macchina (Figura 3C e 3F).
NOTA: Un mosaico di colore denota velocità di flusso che è probabile che contengono schemi di flusso non laminare.
5. Valutazione della valvola mitrale (MV) Funzione
NOTA: valutazione della funzione della valvola mitrale comprende valutazioni qualitative della valvola (ad esempio, perSpessore cuspide vuto, aumentata ecogenicità a causa di calcificazione valvolare, presenza o assenza di getti d'insufficienza utilizzando color Doppler) e le misure quantitative della funzione della valvola.
- Posizionare il trasduttore in posizione apicale in B-mode. Posizionare il trasduttore in modo che sia inclinata verso la testa del mouse (Figura 2C). Osservare il ventricolo destro (RV), ventricolo sinistro (LV), atrio destro (RA), e dell'atrio sinistro (LA) sulla visualizzazione delle immagini. inclinare manualmente la piattaforma leggermente in modo che l'animale è in una posizione "head-down" per visualizzare la valvola mitrale in quanto apre nella LV.
NOTA: La apicale 4-camera è la vista ottimale per esaminare la velocità del sangue attraverso la mitrale e tricuspide, così come la velocità del tessuto della mitrale. Questo è anche un buon fine di valutare il movimento e le dimensioni del camper e setto interventricolare. - Dal apicale 4-camera, portare la valvola mitrale a fuoco, riducendo la larghezza dell'immagine.Si osservi che i lembi della valvola mitrale appaiono come due sottili filamenti mobili aprendo e chiudendo durante ogni ciclo cardiaco.
NOTA: volantini mitrale di un topo "normale" può essere difficile da visualizzare se l'imaging viene fatto a HR fisiologica (cioè,> 450 bpm). - Posizionare il cursore M-mode attraverso la valvola mitrale per valutare lo spessore dei lembi.
NOTA: Il lembo anteriore è raffigurato in sistole quando è perpendicolare al fascio di ultrasuoni (Figura 4). - Utilizzando il apicale 4-camera, applicare il colore Doppler all'immagine il flusso dal atrio sinistro attraverso la valvola mitrale durante la diastole. Osservare per rigurgito della valvola mitrale.
NOTA: flusso è diretto verso il trasduttore ed è quindi codificato rossa. Flusso di rigurgito verrà codificata blu e si verifica durante la sistole (Figura 5). - Utilizzando la vista apicale asse lungo, passare alla modalità pulsata-wave. Spostare il volume del campione Doppler per le punte delvolantino della valvola mitrale. Nota le due cime del display flusso spettrale mitrale. Se i volantini non sono ben visualizzati-, utilizzare il colore Doppler per identificare le regioni con brillanti modelli di colore rosso o mosaico e posizionare il volume del campione in quel punto.
NOTA: La visualizzazione spettrale del flusso mitralico ha due picchi in lento HR (<450 bpm). In ore normali (> 450 bpm), il precoce (E) e tardo-riempimento dei flussi (A) sono fusi. Il display Doppler spettrale del flusso attraverso la valvola mitrale è utilizzato nella valutazione della funzione diastolica del ventricolo sinistro (vedi punto 7.5).
6. valutazione della funzionalità del lato destro della valvola cardiaca
NOTA: Il tricuspide e valvole polmonare comprendono le valvole cardiache destre. La valvola tricuspide può essere facilmente visualizzato nella apicale asse lungo, mentre la valvola polmonare può essere visualizzato nelle viste sia nel lungo parasternale e asse corto.
- Dal apicale asse lungo, inclinare o puntare u la punta del trasduttorecantare un movimento oscillante in modo che il ventricolo destro è al centro della visualizzazione dell'immagine. Ridurre la larghezza dell'immagine in modo che solo il ventricolo destro è visibile nella visualizzazione dell'immagine.
- Nello stesso piano dell'immagine, visualizzare i veli valvolari tricuspide, che appaiono, filamenti sottili mobili tra l'atrio destro e ventricolo destro e che aprono e chiudono nel corso di ciascun ciclo cardiaco.
- Applicare color Doppler nella regione della valvola tricuspide. Nota per rigurgito della valvola tricuspide.
NOTA: Flusso normale si verifica durante la diastole, è diretto verso il trasduttore, e quindi è codificato rossa. flusso di rigurgito anomala durante la sistole, è diretto dal trasduttore, e quindi è codificato blu. La velocità di picco del getto di rigurgito viene utilizzato per stimare destra pressione sistolica ventricolare. - Spostare il trasduttore nella posizione asse corto parasternale a livello della valvola aortica. Sopra la valvola aortica sono il outf del ventricolo destrobasso tratto, la valvola polmonare, l'arteria polmonare principale prossimale, e il diritto e le arterie polmonari sinistra (Figura 6).
- Ruotare il trasduttore in senso orario per una posizione di asse lungo parasternale modificato. Poi, inclinare il trasduttore leggermente verso l'alto per ottenere una visione a breve asse della valvola polmonare.
- In questa vista, applicare immagini M-mode per valutare la distanza di separazione delle cuspidi valvola polmonare (Figura 7).
- Applicare color Doppler nella regione della valvola polmonare per valutare per rigurgito valvolare (un modello a mosaico, ad alta velocità del getto durante la diastole) e stenosi (un modello a mosaico, ad alta velocità del getto durante la sistole).
- Premere il tasto di controllo a impulsi-onda e posizionare il volume del campione subito dopo la valvola polmonare.
NOTA: Analisi del display Doppler spettrale del flusso viene utilizzato per stimare la pressione arteriosa polmonare (Figura 8).
7. Valutazione della funzione cardiaca
esempio, la stima visiva della frazione di eiezione, l'anomalia movimento della parete regionale, e lo spessore percepito delle pareti) e le misure quantitative del ventricolo sinistro la funzione (ad esempio, la frazione di eiezione, massa ventricolare sinistra, sinistra funzione diastolica del ventricolo, e indici di performance del miocardio).
- Ottenere un asse corto del ventricolo sinistro in / B-mode 2D, con il trasduttore in posizione asse corto parasternale a livello dei muscoli papillari. Spostare il trasduttore su e giù per la scansione del LV dalla base all'apice. Osservare per anomalie di movimento della parete.
- Da un parasternale asse corto del ventricolo sinistro, premere il pulsante M-mode, che si trova nel pannello di controllo. Utilizzando il track ball, posizionare il cursore M-mode al centro della cavità ventricolare sinistra al livello dei muscoli papillari e otten immagini M-mode.
- Misurare la dimensione cavità ventricolare sinistro a fine diastole, dove la distanza tra la parete e posteriore parete anteriore è il più grande, e in telesistole, dove il movimento verso l'interno di entrambe le pareti anteriore e posteriore è massima (Figura 9).
- Misurare lo spessore della parete anteriore e posteriore a fine diastole e la sistole-end.
NOTA: mentre i muscoli papillari sono un punto di riferimento essenziale per garantire il corretto piano di imaging, fare attenzione a non includerli in tutte le misurazioni. - Spostare il trasduttore alla finestra apicale. Vedere il punto 5.1. Valutare la funzione diastolica ventricolare sinistra mediante impulsi Doppler del flusso sanguigno attraverso la valvola mitrale nel apicale asse lungo.
- Posizionare il volume del campione alle punte dei lembi della valvola mitrale. Misurare la velocità di afflusso mitrale picco dalla visualizzazione spettrale di impulsi ad onda velocità Doppler attraverso la valvola mitrale.
- Posizionare il volume del campione tra LV inflOW e deflusso. Si noti la mitrale e segnali di chiusura della valvola e apertura dell'aorta. Misurare il tempo isovolumetrico relax, tempo di contrazione isovolumica, e il tempo di eiezione ventricolare sinistra (Figura 10).
- Eseguire Doppler tissutale (TDI) dell'anello mitrale nel apicale asse lungo. Premere il tasto di controllo TDI e posizionare il volume del campione al mediale della mitrale. Assicurarsi che il volume del campione non invadere i volantini mitralica. Mantenere la dimensione del volume del campione Doppler tra 0,21 millimetri e 0,27 millimetri. Misurare la velocità all'inizio diastolica (e ') dell'anello mitrale (Figura 11).
8. Passi finali
- Rivedere le immagini acquisite. Accertarsi che tutte le immagini necessarie sono state ottenute.
- Rimuovere eventuali gel per ultrasuoni in eccesso dal torace del mouse e rimuovere delicatamente il nastro che fissa l'animale al suo posto. Spegnere l'anestesia.
- Posto l'animale su un tovagliolo di carta assorbente(Non biancheria da letto, che può essere aspirata o può bloccare le vie aeree durante il recupero). Osservare l'animale fino decubito sternale è raggiunto. Se l'anestesia viene somministrato in modo appropriato, il recupero dovrebbe avvenire entro 30 a 60 s.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Esempi di immagini che vengono abitualmente ottenuti da ecografica cardiaca animale sono inclusi in questo manoscritto. Un'illustrazione di stage trasduttore sul petto dell'animale viene fornito per dare al lettore una chiara comprensione di dove il trasduttore è posizionato per ottenere le immagini come descritto. Una fotografia del laboratorio ultrasuoni set-up è incluso anche sottolineare l'importanza di attrezzatura, in particolare il trasduttore ad ultrasuoni da utilizzare e il metodo di anestesia. Il / B-modalità 2D, M-mode, e il colore e Doppler mostra dei normali e anormali valvole, ventricoli destro e sinistro, e la radice aortica sono adeguatamente etichettati. Sebbene l'imaging velocità di deformazione non viene eseguita di routine, è anche incluso un esempio.
rigurgito mitrale è caratterizzato da una velocità elevata, di solito non laminare flusso di sangue (colorazione mosaico) attraverso la valvola durante systole (Figura 5). La presenza di un tale modello di flusso Doppler mosaico colore dal ventricolo sinistro all'atrio sinistro attraverso la MV, che si verificano dopo il complesso QRS nel tracciato ECG, consente una diagnosi inequivocabile di MR. Quando ciò si verifica in assenza di rigurgito della valvola aortica e / o disfunzione ventricolare sinistra, questo può essere caratterizzato come isolato prolasso della valvola mitrale. Se c'è una significativa dilatazione del ventricolo sinistro (causa sperimentalmente indotta insufficienza cardiaca o eccessiva profondità dell'anestesia), questo può essere caratterizzato come mitralica ischemica (o rigurgito secondaria a disfunzione cardiaca). Un display Doppler spettrale pulsato onda può essere utilizzata per confermare la presenza e la tempistica di un getto di rigurgito del flusso sanguigno.
Una valvola aortica normale ha tre sottili cuspidi flessibili che aprono e chiudono adeguatamente durante ogni ciclo cardiaco. Aortica separazione valvola cuspide si misura in 2D-guidedM-mode della valvola aortica in asse lungo. Pinze elettronici sono utilizzati per misurare dal bordo anteriore della cuspide aortica fino al bordo anteriore della cuspide aortica sinistra (figura 3). valvola aortica distanza cuspide-separazione nei topi normali è 0,9 a 1,3 mm. Color Doppler mostra un flusso laminare attraverso la valvola e nella radice aortica durante la sistole. flusso turbolento può essere apprezzato in condizioni di maggiore flusso, come nel rigurgito della valvola aortica o aumento della pressione, come nella stenosi della valvola aortica. Questo è dimostrato come colorante mosaico nel tratto di efflusso. Anche piccole quantità di rigurgito della valvola aortica può portare a un aumento significativo della velocità di picco transvalvolare a causa di funzione cardiaca e aumento della iperdinamica sinistra precarico ventricolare. Peak velocità aortica nelle normali intervalli di topi da 0,90 m / s a 1,50 m / s. velocità di picco della valvola aortica di> 5 m / s è stato registrato nei topi con grave stenosi valvolare aortica.
12 (Figura 8). Polmonare tempo di accelerazione arteria è l'intervallo di tempo dall'inizio della sistolica flusso arteriosa polmonare alla velocità del flusso di picco. Proprio tempo di eiezione ventricolare è l'intervallo tra l'insorgenza di eiezione ventricolare destra al punto in cui vi è la cessazione del flusso sistolica sistolica dell'arteria polmonare. La combinazione di un tempo di accelerazione arteria polmonare abbreviato con una diminuzione del rapporto tra tempo di accelerazione polmonare a destra tempo eiezione ventricolare suggerisce la presenza di ipertensione arteriosa polmonare (che può essere confermato mediante misure invasive o direttamente su arteriosa polmonare o pressione ventricolare destra) .
Figura 1: Animal Cardiac Laboratorio ultrasuoni. Il laboratorio è attrezzato con la macchina a ultrasuoni piccolo-animale-dedicata con alta frequenza (30 MHz e 40 MHz) trasduttori (MS 400 e MS 550D), diffusore isoflurano, piattaforma di animali, la temperatura e il monitor della frequenza cardiaca, 1% al 1,5% isoflurano mescolato con 1 L / min 100% O 2, ogiva e tubo collegato al diffusore isoflurano e il 100% O 2, rasoio capelli, gel per ultrasuoni, gel per elettrodi, nastri adesivi, e tovaglioli di carta. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2: trasduttore di base posizioni. Finestra (A) parasternale. La testa del trasduttore è posizionata nel bordo parasternale sinistra, con il marcatore indice di immagine del trasduttore diretto caudalmente. from questa posizione, l'asse lungo del ventricolo sinistro, valvola aortica, e radice aortica e asse corto della valvola polmonare può essere ottenuta. (B) Dalla finestra parasternale, la testa trasduttore viene ruotato in senso antiorario, con la tacca rivolta posteriormente. Da questa posizione, l'asse corto del ventricolo sinistro e la valvola aortica e l'asse lungo della valvola polmonare può essere ottenuta. (C) apicale finestra. La testa trasduttore è posizionato all'apice del cuore. Da questa posizione, l'asse lungo del ventricolo sinistro e valvole mitrale e tricuspide destra e può essere ottenuto. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Valutazione della valvola aortica funzione in un Normal mouse contro Funzione valvola aortica in un mouse con calcifica aortica malattia di Valve. Immagine (A) 2D di una valvola aortica normale nel asse lungo. Si noti che la valvola aortica si apre bene durante la sistole. Immagine (B) M-mode raffigurante normale funzione della valvola aortica (aspetto a scatola). Si noti che la distanza cuspide-separazione viene misurata a 1.12 mm. Visualizzazione (C) Doppler spettrale di picco di velocità attraverso la valvola aortica normale è stato meaured a 1,3 m / s. Immagine (D) 2D di una valvola aortica calcificata nella vista lungo l'asse da un recettore delle lipoproteine a bassa densità carente (LDLR - / -) e apolipoproteina B100-only (100/100 apoB) del mouse alimentati con dieta occidentale. Le cuspidi sono ispessite e sono aumentati ecogenicità, che si traduce in un'apertura ristretta durante la sistole. (E) Un'immagine M-mode raffigurante la stessa valvola aortica stenotica mostra una misurazione della distanza cuspide separazione di 0,7 mm. (F </ Strong>) Il display Doppler spettrale di picco di velocità attraverso la valvola aortica stenotica stato meaured a 4.6 m / s. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4: M-mode di una valvola mitrale normale. Dalla finestra apicale, una visione a lungo l'asse della valvola mitrale è ottenuto. La linea M-mode di interrogatorio viene applicata in tutto il volantino della valvola mitrale. Mentre spessore lembo mitralico può teoricamente essere misurata utilizzando calibri elettronici, questo può essere estremamente impegnativo dato il sottile, ecogeno male, e rapidamente volantini della valvola mitrale normale movimento. Le frecce indicano la M-mode del lembo della valvola mitrale in sistole. Si prega di click qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 5: La prova di una valvola mitrale rigurgitante Jet utilizzando Color Doppler Imaging. Dalla finestra parasternale, una visione a lungo l'asse modificata della valvola mitrale è ottenuto. Color Doppler interrogatori mostra un getto mosaico colore alla valvola mitrale durante la sistole (indicata da una freccia). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 6: lungo l'asse Vista la principale arteria polmonare e dei suoi rami principali. La visione a lungo l'asse dell'arteria polmonare principale (MPA) e destra (RPA) e sinistra rami (LPA) può essere ottenuto dal paraste finestra rnal. Il diritto del tratto di efflusso del ventricolo (RVOT), valvola polmonare (PV), e l'aorta (AO) sono in parte visibili. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 7: M-mode immagine raffigurante una valvola polmonare normale. Dalla finestra parasternale, entrambe le viste a breve e lungo asse della valvola polmonare possono essere ottenuti. La linea M-mode di interrogatorio viene applicata attraverso la valvola polmonare. La distanza pulmonic valvola cuspide-separazione (frecce) può essere misurato da questo punto di vista. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
10fig8.jpg "/>
Figura 8: Pulsed Doppler interrogazione del flusso attraverso la valvola polmonare. Il tempo di accelerazione arteria polmonare (PAAT) è l'intervallo di tempo dall'inizio della sistolica flusso arterioso polmonare alla velocità di picco di flusso. tempo di eiezione ventricolare destro (RVET) è l'intervallo tra l'insorgenza di eiezione ventricolare destra al punto in cui c'è cessazione del flusso. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 9: M-mode immagine raffigurante un asse corto Veduta del ventricolo sinistro. Dalla finestra parasternale, l'asse corto del ventricolo sinistro è ottenuta ruotando la testa trasduttore antiorario in modo che i punti di marcatura indice immagine posteriormente o dorsalmente. L'M-mode linea di interrogazione è applicato attraverso il ventricolo sinistro a livello dei muscoli papillari. dimensione del ventricolo sinistro a fine diastole (LVEDD), del ventricolo sinistro telesistolico dimensione (LVESD), e la parete anteriore (AW) e spessori parete posteriore (PW) possono essere facilmente misurato. Fare attenzione a non includere il muscolo papillare (*) in qualsiasi misurazione. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 10: Color Doppler Valutazione e pulsato Doppler spettrale Visualizzazione della valvola mitrale afflusso. (A) Immagine che mostra una valutazione color Doppler di flusso valvola mitrale nel apicale asse lungo. Si noti che l'immagine a colori Doppler 2D può essere uno strumento fondamentale per gdebbono guidare la posizione volume di campione appropriato per l'acquisizione di impulsi ad onda tracciati Doppler (raffigurata in pannello B). (B) visualizzazione spettrale del flusso della valvola mitrale tramite impulsi Doppler. La valutazione Doppler pulsato onda del flusso sanguigno attraverso la valvola mitrale (nel apicale asse lungo) viene eseguita per valutare ventricolare sinistra funzione diastolica. Il volume del campione è posto punte dei lembi della valvola mitrale. Il tempo isovolumic di rilassamento (IVRT), tempo di contrazione isovolumica (IVCT), ventricolare sinistra tempo di eiezione (LVET), e la velocità mitrale afflusso di picco (E) possono tutti essere derivata dalla visualizzazione spettrale di impulsi ad onda velocità Doppler attraverso la valvola mitrale. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 11: Tissue Doppler Imaging del setto mitralica Annulus. Dalla finestra apicale, una visione a lungo l'asse della valvola mitrale è ottenuto. Il volume del campione di tessuto Doppler è posizionato in corrispondenza della zona settale dell'anello mitrale. Il rapporto tra la velocità di afflusso mitrale picco (variabile E in Figura 10B) e la velocità di picco mitrale tessuto annulus (e ', indicato con frecce bianche) viene utilizzato per valutare ventricolare sinistra funzione diastolica (comunemente indicata come E / e'). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 12: Valutazione della Strain e Strain Rate del ventricolo sinistro miocardio. Ci sono pacchetti software di analisi specializzati disponibili in commercio, e le variabili di deformazione e velocità di deformazione può essereottenuto come misure di cambiamenti precoci o sub-clinici in intrinseche proprietà contrattili del miocardio. Gli esempi sopra riportati rappresentano deformazione radiale e velocità di deformazione in piani di imaging comunemente acquistati nei topi. Si noti che questi piani d'immagine (e la successiva forma dei tracciati ceppo) possono differire dalle immagini negli esseri umani, che sono spesso acquisite nel lungo asse apicale o 4 per camera. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Induzione dell'anestesia
l'induzione e il mantenimento dell'anestesia corretta è fondamentale per la corretta valutazione dei cambiamenti di valvola cardiaca e funzione cardiaca nei topi. Data la rapida induzione di anestesia suscitato dalla isoflurano e il tempo relativamente lungo di wash-out di questo anestetico dopo anestesia profonda, non usiamo una camera di anestesia stand-alone per l'induzione. Invece, come indicato in dettaglio in precedenza, gli animali sono guidati direttamente al cono anestesia, che consente l'induzione rapida e controllata di anestesia relativamente basse concentrazioni di anestetico.
La maggior parte dei ceppi di topi rimangono ampiamente sedati a meno del 1,5% isoflurano. Gli effetti cumulativi di isoflurano sulla funzione cardiaca devono essere attentamente monitorati, tuttavia, e lievi diminuzioni della concentrazione di anestetico può essere richiesto nel corso del tempo. Reciprocamente, piccoli incrementi nella concentrazione di anestetico possono anche essere neEDED. Monitorare attentamente l'animale per qualsiasi movimento (indicativi di un'anestesia non sufficientemente profonda) e per gli aumenti o diminuzioni delle risorse umane; questo consente la gestione rapida e proattiva della profondità dell'anestesia.
In contrasto con gli esseri umani, isoflurano provoca una diminuzione della HR nei topi. Mentre la funzione ventricolare sinistra può inizialmente essere conservato durante i periodi di somministrazione di anestetici eccessiva, riduzione delle risorse umane sono quasi ubiquitariamente seguiti da una dilatazione del ventricolo sinistro secondario alla soppressione della contrattilità cardiaca. Di conseguenza, la frazione di eiezione diminuisce, transvalvolare (valvola aortica e mitralica) velocità di flusso di picco cadono, la chiusura della valvola aortica si verifica precocemente, e le velocità dei tessuti Doppler diminuire. È quindi indispensabile monitorare continuamente lo stato fisiologico dell'animale per garantire che la HR rimane ben superiore a 450 bpm. Per gli individui che non hanno esperienza nei topi di imaging, un approccio che comprende un ecografista dedicato eSi raccomanda un secondo investigatore dedicata al monitoraggio della profondità dell'anestesia.
Analisi della funzione AV
Clinicamente, l'American Society of Echocardiography direttive 13 raccomanda l'acquisizione del diametro tratto di efflusso del ventricolo sinistro e la velocità del tratto di efflusso del ventricolo sinistro utilizzando impulsi Doppler. La velocità della valvola aortica trans-picco shuld essere misurata con apposito Doppler ad onda continua per calcolare l'area della valvola aortica mediante l'equazione di continuità: AVA = (CSA LVOT VTI LVOT x) / VTI AV. In assenza di tali dati Doppler, si raccomanda anatomica (geometrico) sezione trasversale dell'orifizio della valvola aortica misurata dal 2D o 3D. Anche se il trasduttore è ad alta risoluzione spaziale e temporale, le cuspidi della valvola aortica non possono essere coerentemente delineata nel asse corto. Così, l'area dell'orifizio AV non è possibile risalire con precisione. Furthermore, e forse più importante, attualmente disponibile piccoli-animale-dedicato ultrasuoni ad alta frequenza non è dotato di capacità onda Doppler continuo dedicato. Così, l'identificazione di una velocità transvalvolare "vera" picco per l'utilizzo con l'equazione di continuità è particolarmente complesso (e non sarebbe accettato clinicamente). Analogamente, altre sonde ecografiche disponibili in commercio non possono avere la capacità di registrare velocità molto elevate e sono quindi limitati a velocità inferiori. Alla luce di queste importanti limitazioni, protocolli di imaging clinica, utilizzando sistemi ispirati alla immagini ad alta risoluzione nei piccoli animali non possono essere completamente catturati.
Analisi della funzione MV
Generalmente, i topi sono molto resistenti allo sviluppo di prolasso della valvola mitrale. Visualizzazione di un jet di rigurgito attraverso la valvola mitrale nella cornice di una rapida HR può essere molto impegnativo. Inoltre, in ecocardiografia umana, la anterio e posteriore lembi della valvola mitrale si vedono chiaramente e il prolasso o flail volantino è facilmente apprezzato. Tuttavia, nei topi, lembi della valvola mitrale non possono essere ben delineati in anteriore e posteriore, e di trovare un flagello o volantino prolasso è eccezionalmente difficile, dato il basso livello di ecogenicità dei tessuti non calcificata, sottili. Pertanto, l'uso del colore Doppler per mostrare un jet di rigurgito è il mezzo più utile per valutare la funzione della valvola mitrale nei topi. Una diagnosi di isolato rigurgito della valvola mitrale dovrebbe essere fatto solo dopo aver valutato con attenzione la funzione ventricolare sinistra, la funzione della valvola aortica, e la funzione della valvola mitrale.
Fino ad oggi, non ci sono modelli robusti murini di stenosi mitralica. Aumento della densità dell'eco della valvola mitrale può suggerire calcificazioni, ma la localizzazione a uno anteriore o lembo posteriore è difficile. Clinicamente, una diagnosi di stenosi mitralica è realizzato nella cornice di spessore, volantini calcificati con limitareed il movimento. Misurazione dello spessore foglio può essere fatto da M-mode (Figura 4). Utilizzando Doppler, la velocità di picco E è generalmente aumentata ed è associato con prolungamenti della pressione del primo tempo. Così, riprendendo queste caratteristiche sarà fondamentale nella valutazione dei nuovi modelli di stenosi mitralica. Mentre la Società Americana di Ecocardiografia raccomanda che la stima della zona valvola mitrale viene fatto usando la pressione a metà tempo (MV zona = 220 / pressione a metà tempo), questi calcoli non sono stati convalidati nei topi 13.
Analisi della tricuspide e della funzione valvolare polmonare
La valvola tricuspide è valutato per la mobilità foglio, stenosi valvolare, e rigurgito valvolare. Tipicamente, questi dati sono espressi qualitativamente e in modo binario (ad esempio, presenza o assenza di disfunzione). La velocità di picco della tricuspide jet di rigurgito della valvola viene utilizzata per Estimate destra pressione sistolica ventricolare. Inoltre, rigurgito della tricuspide non è raro nelle normali, topi atone.
Funzione di valvola polmonare può essere valutata / B-mode 2D, M-mode, e immagini a colori-flow (figure 6 e 7). Queste modalità sono usati per valutare lo spessore valvola polmonare (ad esempio, la visibilità o ecogenicità con 2D), misurare l'apertura della valvola polmonare orifizio (distanza cuspide-separazione), e valutare la mobilità pulmonic valvola e coaptation (2D e color Doppler). Polmonare rigurgito valvola può essere facilmente apprezzato con colore Doppler, come descritto sopra. La gravità del rigurgito della valvola polmonare può essere valutata utilizzando il picco di flusso di sangue retrogrado (misurato con pulsato Doppler) attraverso la valvola polmonare durante la diastole.
Analisi della funzione cardiaca
2D Imaging / B-mode del ventricolo sinistro in vista a breve e lungo Axis offre una vis la valutazione sessuale della funzione cardiaca. Anche se questa modalità di imaging consente per le valutazioni grossolane di funzione ventricolare sinistra, l'imaging M-mode offre significativamente più alta risoluzione spazio-temporale, il che rende una tecnica superiore rispetto alle immagini / B-modalità 2D. Questo è molto importante, considerando il fatto che i topi normali possono avere HR vanno da 450-700 bpm. Noi manteniamo la HR superiore a 450 bpm in modo che i dati è uno stretto rappresentante della fisiologia cardiaca non anestetizzato e l'emodinamica. Se la HR è permesso di cadere a causa di anestesia eccessivo e / o over-sedazione, dilatazione ventricolare sinistra, la riduzione delle stime di contrattilità cardiaca, e alterazioni drammatiche in velocità del sangue transvalvolare ed altre caratterizzazioni qualitative della funzione valvolare (ad esempio, i cambiamenti di insufficienza mitralica secondaria alla dilatazione del ventricolo sinistro, riduzioni di velocità di picco di flusso della valvola aortica, e riduzioni della velocità del flusso sanguigno mitralica) sono spesso osservate.
tenda "> In assenza di anomalie segmentale muro-motion, frazione di eiezione (EF) e frazione di accorciamento (FS) sono misure altamente riproducibili della funzione sistolica ventricolare sinistra. Utilizzo delle immagini M-mode, la diastolica massima e le dimensioni sistolica sono ottenuti e utilizzati calcolare il EF, FS, e LV massa 14, 15.Tutte queste misurazioni può essere calcolato automaticamente nel pacchetto software associato alla macchina ultrasuoni. Mentre la valutazione della funzione cardiaca e valvolare può essere eseguita utilizzando sistemi ad ultrasuoni clinici "standard", i livelli relativamente bassi di risoluzione (ad esempio, 12-15 MHz sonde) possono fare le valutazioni accurate della funzione cardiaca e valvolare nei topi di sfida.
funzione diastolica è parte integrante della valutazione della funzione del ventricolo sinistro. In studi clinici, insufficienza cardiaca diastolica è stato trovato per essere altamente correlated con morbilità e mortalità. La funzione diastolica è valutata pulsato onda ecocardiografia Doppler e Doppler tissutale. Il rapporto E / A (il rapporto tra primi riempimento rapido onda, E, e l'onda di fine riempimento a causa della contrazione atriale, A) ed E decelerazione sono parametri non utile della funzione diastolica in topi a causa della fusione del e e a onde secondarie alle altissime HR presentano nei topi opportunamente-anestetizzati.
Per valutare la funzione ventricolare sinistra diastolica, la velocità di afflusso mitrale di picco, il tempo di rilassamento isovolumetrico (IVRT), tempo di contrazione isovolumic (IVCT), il tempo di eiezione ventricolare sinistra, e il tessuto mitrale, la velocità (e ') sono utilizzati. Questi parametri Doppler sono facilmente ottenibili, misurabili e riproducibili. La velocità diastolica precoce (e ') dell'anello mitrale misurata con Doppler tissutale è un indicatore affidabile di rilassamento ventricolare sinistra infarto Il rapporto tra i mi piccola velocità di afflusso trale e la velocità del tessuto mitrale presto è stato dimostrato in studi clinici di correlare bene con la pressione capillare polmonare cuneo 16.
funzione Global ventricolare sinistra può essere valutata mediante l'indice di performance miocardica, noto anche come l'indice Tei. Esso incorpora entrambi gli intervalli di tempo sistolica e diastolica per consentire una misura integrata sia della funzione sistolica e diastolica del ventricolo sinistro. disfunzione sistolica prolunga il tempo di pre-espulsione (IVCT) e riduce il tempo di eiezione ventricolare sinistra (ET). Anomalie della funzione diastolica o il rilassamento del miocardio possono provocare significativo prolungamento del IVRT. L'indice di performance del miocardio ventricolare sinistra (MPI) può essere calcolata come MPI = IVCT + IVRT / LVET 17. In questo contesto, riduzioni del MPI sono associati a miglioramenti nella funzione cardiaca, mentre un valore più alto MPI è indicativa di disfunzione cardiaca.
Tissue Doppler
Tissue Doppler può essere utilizzato per valutare la funzione diastolica mediante E, e ', e E / E' variabili, ma questo metodo non è attualmente ampiamente utilizzata. Come tale, la variabilità e la riproducibilità delle misurazioni in una varietà di ceppi di roditori non è stato rigorosamente testato da più gruppi di ricerca. Tuttavia, l'uso di E / e 'e la sua correlazione con la pressione atriale sinistra in ambienti clinici, potenziale per la diagnosi precoce di disfunzione cardiaca nei topi, e l'applicazione di meccanismi di malattia è idonea a rendere questo una parte integrante di valutare le conseguenze cardiache malattie delle valvole cardiache in ricerca traslazionale.
Strain Rate Imaging
modelli piccoli animali hanno dimostrato di essere un prezioso tOOL di comprendere i meccanismi fisiopatologici alla base cambiamenti nella funzione cardiaca. Mentre 2D e ecocardiografia Doppler fornire valutazioni globali e non invasivi della morfologia cardiaca, la funzione e l'emodinamica in vivo, non hanno la sensibilità per rilevare i primi cambiamenti nella funzione miocardica in risposta alla pressione cronica o sovraccarico di volume (due dei fattori di stress più comuni indotte da malattie delle valvole cardiache).
Come risultato di queste limitazioni, vi è una crescente interesse all'applicazione di indici clinicamente utilizzati della funzione-quali cardiaca come deformazione miocardica e strain rate-che hanno il potenziale per rilevare più accuratamente precoci o sub-clinici variazioni intrinseche proprietà contrattili del miocardio . Strain e Strain Rate Imaging sono stati utilizzati con successo in studi su roditori sulla progressione dell'insufficienza cardiaca 18 e cardiopatia ipertensiva 19, l'inversione di desincronizzazione cardiacoe disfunzione cardiaca 20, e la funzione longitudinale del cuore nei topi giovanile 21. Si raccomanda che l'imaging velocità di deformazione essere considerata una tecnica di imaging supplementare per 2D e del tessuto misure approfondite Doppler di derivazione della funzione cardiaca. Per garantire che gli investigatori hanno una conoscenza di base dei principi alla base della misurazione della deformazione miocardica e velocità di deformazione, le sezioni successive mirano a fornire principi e dei limiti alla base di calcolo tensione e di imaging velocità di deformazione fondamentali.
Filtrare e velocità di deformazione sono derivati dalla variazione di lunghezza della fibra miocardica rispetto alla lunghezza originale (in cardiologia, la differenza tra la lunghezza telediastolica e lunghezza dell'estremità sistolica è utilizzato per questo calcolo). La misurazione precisa delle variazioni di lunghezza della fibra miocardica è complicata dalla architettura a spirale dei fasci di fibre miocardiche, con conseguente MultidirectionAl deformazione ceppo durante la sistole (ad esempio, la deformazione in direzione radiale, longitudinale, e assi circolari). Recenti studi in topi suggeriscono che il tessuto Doppler derived- e di deformazione e velocità di deformazione parametri di deformazione speckle monitoraggio di derivazione si riferiscono strettamente al intrinseca funzione miocardica 22. Entrambe le tecniche richiedono l'aggiunta di software di analisi specializzato per sistemi di imaging di ricerca, che consente la generazione relativamente automatizzata delle variabili di interesse (vedi esempi della Figura 12) 23.
Sebbene l'imaging ceppo promette, acquisizione di immagini 2D di alta qualità per l'analisi speckle-tracking può essere impegnativo. Inoltre, tracciando manualmente i bordi endocardici ed epicardici per misurazione della deformazione è difficile e ingombrante. Una quantità significativa di pratica e valutazione robusta della riproducibilità e la coerenza delle misure intra-investigatore (immagine compresala qualità, i piani d'immagine coerente, e l'analisi off-line) sono fondamentali in sede di attuazione l'uso di misure di deformazione per valutare la funzione cardiaca. Così, le analisi di deformazione e velocità di deformazione devono essere condotte da completamente cieco, gli investigatori addestrati per garantire l'alta qualità e di dati riproducibili.
ECG-gated imaging ad ultrasuoni ad alta risoluzione
Tissue Doppler e l'imaging velocità di deformazione permettono la misura delle deformazioni del miocardio nel corso di un ciclo cardiaco completo, ma a causa della loro risoluzione temporale (5 ms nella migliore delle ipotesi), rimangono limitate al movimento globale di cuore 24. Per raggiungere elevato frame rate di imaging ad ultrasuoni, un altro approccio basato sull'uso di acquisizione dati ECG-gated è stato recentemente proposto per applicazioni cardiache e vascolari. l'imaging onda meccanica ed elettromeccanica ECG-gated del tessuto cardiovascolare si basa sull'imaging del tessuto utilizzando gli ultrasuoni ad alta cornicetariffe, fino a 8.000 fotogrammi al s (fps), sincronizzando l'acquisizione delle immagini 2D sui segnali ECG 24. Questo supera chiaramente i frame rate / B-modalità 2D di ~ 1.000 fps (fornendo una maggiore risoluzione in condizioni fisiologiche in cui la frequenza cardiaca è ~ 500-650 bpm in un mouse), ed in vivo fattibilità di questo metodo di imaging per la valutazione della funzione ventricolare ha stata dimostrata in animali anestetizzati (che fornisce il rilevamento superiore di anomalie di movimento della parete cardiaca in piccoli modelli animali 25).
Funzione cardiaca indotta da stress
Mentre il test da sforzo viene spesso utilizzato per valutare le risposte cardiache a un aumento dello stress organismal in ambito clinico, la necessità di sedazione e / o anestesia cosciente nei roditori rende la valutazione post-esercizio immediato della funzione cardiaca estremamente impegnativo. Così, le prove di stress farmacologico è probabile che sia clinicamente-relevant parallelo a valutare le conseguenze cardiache della malattia valvolare cardiaca (grave stenosi aortica, stenosi mitralica da moderata a grave, e grave rigurgito mitralico primario). Ciò sarà particolarmente importante settore emergente della ricerca, date le recenti linee guida cliniche che enfatizzano il ruolo di prove di stress per chiarire lo stato dei sintomi, valutare i componenti dinamici di anomalie valvolari, e smascherare disfunzione miocardica subclinica che rischia di perdere a riposo 26.
Come osservato nelle sezioni precedenti, i topi sono estremamente resistenti alla disfunzione cardiaca post-carico-indotta. Così, dobutamina sotto stress può essere uno strumento molto utile per rilevare i primi cali nel ventricolo sinistro che potrebbero non essere evidenti nei topi con diversi livelli di cardiopatia valvolare. Anche i topi con grave stenosi valvolare aortica calcifica possono avere funzione sistolica relativamente ben conservato e sono suscettibili di fornire una piattaforma utile per il applicazione di stress dobutamina l'ecocardiografia per prevedere i tempi (e spesso molto rapida) insorgenza di insufficienza cardiaca in questi animali. Fino ad oggi, non siamo a conoscenza di studi che hanno valutato l'uso di dobutamina sotto sforzo nei topi con qualsiasi grado di cardiopatia valvolare.
ecocardiografia 3D
Clinicamente, imaging cardiaco 3D è un particolarmente potente strumento che permette misurazioni precise della diastolica e sistolica volumi, gittata sistolica e della gittata cardiaca. 3D ecocardiografia è diventato un nuovo standard clinico nella valutazione della gravità della stenosi valvolare mediante misurazione accurata area valvolare, e permette per l'identificazione accurata e la quantificazione del prolasso di singoli segmenti di malattia della valvola mitrale.
sistemi a ultrasuoni Research con trasduttori ad alta frequenza consentono l'acquisizione di immagini cardiache-dipendenti e per la successiva ricostruzione offlinezione di immagini 3D utilizzando pacchetti software personalizzati. Mentre è possibile acquisire immagini 3D del ventricolo sinistro utilizzando questa combinazione di hardware e software, questo è spesso condotta sotto relativamente profondi livelli di anestesia (che abbassano la HR e minimizzano l'artefatto respiratorio), rendendo l'estrapolazione del significato fisiologico di modifiche in funzione cardiaca difficile.
Per quanto riguarda l'uso di imaging 3D per valutare la funzione della valvola cardiaca nei topi, questa è una proposta particolarmente complesso data la dimensione piccola, relativamente bassa ecogenicità e alta velocità delle valvole cardiache in condizioni fisiologiche normali. Fino progressi tecnologici nella acquisizione ed elaborazione delle immagini consentono il chiaro discernimento delle valvole cardiache in tali condizioni, la nostra esperienza è stata che 3D è di limitata utilità nella caratterizzazione accurata e approfondita della funzionalità della valvola cardiaca nei topi.
Collettivamente, tecnologiaprogressi nologici in piccolo di imaging animali fanno di questo un tempo eccezionalmente emozionante per acquisire informazioni sui meccanismi fisiopatologici alla base delle malattie delle valvole cardiache e le loro conseguenze cardiache. Siamo fermamente affermare che la valutazione approfondita sia della funzione della valvola cardiaca e funzione cardiaca è essenziale per comprendere gli effetti delle manipolazioni genetiche, farmacologiche, o meccanici della funzione valvola cardiaca nei topi. Ci auguriamo che questo manoscritto non solo servire come una risorsa utile per gli investigatori che perseguono la ricerca sulla patogenesi della malattia della valvola cardiaca, ma anche stimolare la discussione per quanto riguarda i metodi migliori per valutare valvolare e la funzione cardiaca in tali studi all'interno della nostra comunità di ricerca.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High resolution ultrasound machine | VisualSonics, Fujifilm | Vevo 2100 | |
| Isoflurane diffuser (capable of delivering 1 % to 1.5 % isoflurane mixed with 1 L/min 100% O2 | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Transducers for small mice (550D) or larger mice (400) | MicroScan, VisualSonics, Fujifilm | MS 550D, MS 400 | |
| Animal platform | VisualSonics, Fujifilm | 11503 | |
| Advanced physiological monitoring unit | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Isoflurane | Terrell | NDC 66794-019-10 | |
| Nose cone and tubing connected to isoflurane diffuser and 100% O2 | Custom Engineered in-house | -- | |
| Hair razor | Andis Super AGR+ vet pack clipper | AD65340 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | REF 01-08 | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | REF 15-25 | |
| Adhesive tapes | Fisher Laboratories | 1590120B | |
| Paper towels |
References
- Ngo, D. T., et al. Determinants of occurrence of aortic sclerosis in an aging population. JACC Cardiovasc Imaging. 2, 919-927 (2009).
- Nkomo, V. T. Epidemiology and prevention of valvular heart diseases and infective endocarditis in Africa. Heart. 93, 1510-1519 (2007).
- Amato, M. C., Moffa, P. J., Werner, K. E., Ramires, J. A. Treatment decision in asymptomatic aortic valve stenosis: role of exercise testing. Heart. 86, 381-386 (2001).
- Bonow, R. O., et al. Focused update incorporated into the ACC/AHA 2006 guidelines for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Writing Committee to Revise the 1998 Guidelines for the Management of Patients With Valvular Heart Disease): endorsed by the Society of Cardiovascular Anesthesiologists, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, and Society of Thoracic Surgeons. Circulation. 118, e523-e661 (2008).
- Yutzey, K. E., et al. Calcific aortic valve disease: a consensus summary from the Alliance of Investigators on Calcific Aortic Valve Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 2387-2393 (2014).
- Rajamannan, N. M. Calcific aortic valve disease: cellular origins of valve calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 31, 2777-2778 (2011).
- Weiss, R. M., Miller, J. D., Heistad, D. D. Fibrocalcific aortic valve disease: opportunity to understand disease mechanisms using mouse models. Circ Res. 113, 209-222 (2013).
- Sider, K. L., Blaser, M. C., Simmons, C. A. Animal models of calcific aortic valve disease. Int J Inflam. 2011, 364310 (2011).
- Miller, J. D., Weiss, R. M., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis: methods, models, and mechanisms. Circ Res. 108, 1392-1412 (2011).
- Ram, R., Mickelsen, D. M., Theodoropoulos, C., Blaxall, B. C. New approaches in small animal echocardiography: imaging the sounds of silence. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301, H1765-H1780 (2011).
- Moran, A. M., Keane, J. F., Colan, S. D. Influence of pressure and volume load on growth of aortic annulus and left ventricle in patients with critical aortic stenosis. J Am Coll Cardiol. 37, 471a (2001).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
- Baumgartner, H., et al. Echocardiographic assessment of valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. J Am Soc Echocardiogr. 22, quiz 101-102 1-23 (2009).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 16, 233-270 (2015).
- Devereux, R. B., Reichek, N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man. Anatomic validation of the method. Circulation. 55, 613-618 (1977).
- Ommen, S. R., et al. Clinical utility of Doppler echocardiography and tissue Doppler imaging in the estimation of left ventricular filling pressures: A comparative simultaneous Doppler-catheterization study. Circulation. 102, 1788-1794 (2000).
- Tei, C., et al. New index of combined systolic and diastolic myocardial performance: a simple and reproducible measure of cardiac function--a study in normals and dilated cardiomyopathy. J Cardiol. 26, 357-366 (1995).
- Koshizuka, R., et al. Longitudinal strain impairment as a marker of the progression of heart failure with preserved ejection fraction in a rat model. J Am Soc Echocardiogr. 26, 316-323 (2013).
- Ishizu, T., et al. Left ventricular strain and transmural distribution of structural remodeling in hypertensive heart disease. Hypertension. 63, 500-506 (2014).
- Yamada, S., et al. Induced pluripotent stem cell intervention rescues ventricular wall motion disparity, achieving biological cardiac resynchronization post-infarction. J Physiol. 591, 4335-4349 (2013).
- Andrews, T. G., Lindsey, M. L., Lange, R. A., Aune, G. J. Cardiac Assessment in Pediatric Mice: Strain Analysis as a Diagnostic Measurement. Echocardiography. 31, 375-384 (2014).
- Ferferieva, V., et al. Assessment of strain and strain rate by two-dimensional speckle tracking in mice: comparison with tissue Doppler echocardiography and conductance catheter measurements. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 14, 765-773 (2013).
- Fine, N. M., et al. Left and right ventricular strain and strain rate measurement in normal adults using velocity vector imaging: an assessment of reference values and intersystem agreement. Int J Cardiovasc Imaging. 29, 571-580 (2013).
- Pernot, M., Fujikura, K., Fung-Kee-Fung, S. D., Konofagou, E. E. ECG-gated, mechanical and electromechanical wave imaging of cardiovascular tissues in vivo. Ultrasound Med Biol. 33, 1075-1085 (2007).
- Liu, J. H., Jeng, G. S., Wu, T. K., Li, P. C. ECG triggering and gating for ultrasonic small animal imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 53, 1590-1596 (2006).
- Monin, J. L., et al. Low-gradient aortic stenosis: operative risk stratification and predictors for long-term outcome: a multicenter study using dobutamine stress hemodynamics. Circulation. , 319-324 (2003).
