Introduction
El envejecimiento se asocia con aumentos progresivos en la formación de calcificaciones cardiovasculares 1. La estenosis de la válvula aórtica hemodinámicamente significativa afecta al 3% de la población mayor de 65 años 2, y los pacientes con estenosis de la válvula aórtica, incluso moderada (velocidad pico de 3-4 m / s) tienen una supervivencia libre de eventos a los 5 años del 40% menos de 3. En la actualidad, no existen tratamientos eficaces para frenar la progresión de la calcificación de la válvula aórtica, y el reemplazo de la válvula aórtica quirúrgica es el único tratamiento disponible para la estenosis de la válvula aórtica avanzada 4.
Estudios dirigidos a obtener una comprensión más profunda de los mecanismos que contribuyen a la iniciación y progresión de la calcificación de la válvula aórtica son un primer paso clave en el camino hacia métodos farmacológicos y no quirúrgicos para tratar la estenosis de la válvula aórtica 5, 6. Genéticoratones alterados-ly han jugado un papel importante en el desarrollo de nuestra comprensión de los mecanismos que contribuyen a una variedad de enfermedades y ahora están llegando a la vanguardia de los estudios sobre los mecanismos destinados a comprender la biología de la estenosis de la válvula aórtica 6, 7, 8. A diferencia de otras enfermedades cardiovasculares tales como la aterosclerosis y la insuficiencia cardíaca, donde protocolos estándar para evaluar la función vascular y ventricular son en su mayor parte bien establecidos-hay retos únicos asociados con el fenotipo in vivo de la función de válvula de corazón en ratones. Aunque recientes han proporcionado discusiones exhaustivas sobre las ventajas y desventajas de numerosas imágenes y modalidades invasivas utilizadas para evaluar la función de la válvula de roedores 9, 10, 11, hasta la fecha, no tenemos conocimiento de una publicación que proporciona una comprehensive, paso a paso protocolo para la función de la válvula del corazón fenotipificación en ratones.
El propósito de este manuscrito es describir los métodos y protocolos al fenotipo función de válvula de corazón en ratones. Todos los métodos y procedimientos han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Clínica Mayo. Los componentes clave de este protocolo incluyen la profundidad de la anestesia, la evaluación de la función cardíaca, así como la evaluación de la función de las válvulas cardíacas. Esperamos que este informe no sólo servirá para guiar a los investigadores interesados en seguir la investigación en el campo de la enfermedad de las válvulas del corazón, sino que también se iniciará un diálogo nacional e internacional relacionada con el protocolo de estandarización para asegurar la reproducibilidad y validez de datos en este campo de rápido crecimiento. Es importante destacar que el uso de imágenes exitosa a los sistemas de ultrasonido de alta resolución requiere un conocimiento práctico de los principios de la ecografía (y la terminología de uso común en la ecografía), una comprensión fundamental de la principles de la fisiología cardiaca, y la experiencia significativa con la ecografía para permitir una evaluación precisa y eficiente en el tiempo de la función cardiaca en los roedores.
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Protocol
1. Preparar los materiales y equipos (Tabla 1 y Figura 1)
- Encienda la máquina de ultrasonido. Entre el ID de animales, la fecha y la hora (para los experimentos de imagen de serie) y otra información relevante.
- Utilice un transductor de ultrasonido de alta frecuencia, 40 MHz para los ratones de imagen de menos de ~ 20 g o 30 MHz para los ratones de más de ~ 20 g.
- Conectar la plataforma con el electrocardiograma (ECG) vigilar para ECG gating de imágenes para ciertas modalidades.
NOTA: Fundamentalmente, esto también permite el cálculo instantáneo de la frecuencia cardíaca (HR), que se puede utilizar como uno de varios índices de una profundidad apropiada de la anestesia. - Precalentar la plataforma a 37 ° C.
NOTA: Todas las máquinas de ultrasonido comercialmente disponibles tienen un panel de control que proporciona controles de adquisición de imagen y controles de gestión del estudio para B-mode, modo M, y la ecocardiografía Doppler. Una herramienta de medición cardíaca está incrustado en la máquina para la medición automáticay el cálculo de los parámetros ecocardiográficos comunes de las funciones cardíacas valvulares.
2. Preparar el ratón de la Imagen y la inducción de la anestesia
- recoger suavemente hacia arriba el ratón por la cola y sostener firmemente el animal en la nuca de su cuello.
- Guiar la nariz del animal en el cono de la nariz. Comienza el flujo de la anestesia isoflurano al 1%. Asegúrese de que el animal está sedado dentro de 3-5 s de la exposición al gas.
- Con rapidez y precisión estaba el animal sobre la plataforma en posición supina, asegurándose de que las patas delanteras y las patas traseras se encuentran en los sensores de ECG de la plataforma.
- asegurar suavemente el animal con cinta adhesiva en las cuatro extremidades, ligeramente aplicar cinta adhesiva para estabilizar la cabeza en el aparato de cono de la nariz, y aplicar la cinta adhesiva para estabilizar la cola. Ambas patas traseras y patas delanteras deben estar planos para garantizar la adquisición de señales de ECG estable y clara por el sistema de imagen fisiológica.
- Compruebe la AR. Hacer esto utilizando una imaplataforma ging con capacidades de ECG o con los dispositivos de ECG externo. Asegúrese de que el FC basal es de entre 600 a 700 latidos por minuto. Asegúrese de que la HR no cae por debajo de 450 latidos por minuto bajo ninguna circunstancia.
NOTA: Durante el procedimiento, el HR puede disminuir ligeramente debido a la anestesia, pero debe estar por encima de 500 latidos por minuto en la mayoría de los casos. - Ajuste el flujo de la anestesia mediante pequeños incrementos en consecuencia (~ 0,1% con incrementos cada 15 s hasta que se alcanza un estado estable de la anestesia).
NOTA: Un estado estable de la anestesia es una condición en la que se mantienen los parámetros cardíacos antes mencionados (véase el paso 2.5) y el animal no abiertamente responden a los estímulos de la colocación de la sonda en varias ventanas de imagen. Es importante destacar que esto no es un plano quirúrgico de anestesia, lo que resulta en marcado cardiodepresión en ratones. Para las sesiones de formación de imágenes prolongados, se recomienda la aplicación de veterinario ungüento para los ojos para evitar la sequedad. - Compruebe la temperatura del cuerpo usando un termómetro rectal. Mantener la temperatura entre 36,5 ° C y 38 ° C.
NOTA: En una sala apropiadamente controlado con el medio ambiente y en una plataforma calentada, la temperatura del cuerpo (medida por vía rectal) permanece constante durante todo el procedimiento y, en consecuencia, no es un factor de confusión que influyen en la hemodinámica cardiovascular con el tiempo. - Afeitarse el vello del pecho usando una maquinilla eléctrica diseñada para su uso con el cabello fino. Limpiar el pecho con una toalla de papel húmeda. El animal está listo para la imagen.
NOTA: Mientras la eliminación química del cabello también se puede realizar, evitar el uso de tales compuestos, ya que pueden causar irritación significativa de la piel con el tiempo en experimentos a largo plazo. Por otra parte, la aplicación y la eliminación de tales productos de depilación basados químicamente adecuada puede prolongar la duración de la exposición anestesia por 2-3 minutos (~ 10-20%). El tiempo total de la inducción de la anestesia hasta la finalización de la preparación de la piel debe tener menos de 3 min.
NOTA: Existen tres modalidades de ultrasonido utilizados en la adquisición de las imágenes: modo B / 2-D, en modo M y Doppler (Doppler espectral de la onda de impulsos y de imagen Doppler color). Hay dos posiciones del transductor básicos utilizados para adquirir imágenes de las válvulas del corazón y del corazón: el paraesternal y ventanas apical (Figura 2).
- De cada posición del transductor, obtener múltiples imágenes tomográficas del corazón con respecto a sus ejes largos y cortos mediante la rotación y angulación del transductor manualmente.
NOTA: La rotación se refiere a pivotamiento o torcer el transductor a partir de una posición fija en la pared del pecho, mientras que la angulación se refiere al movimiento de lado a lado del transductor de un punto fijo en la pared torácica. Todos los transductores de ultrasonidos tienen un marcador de índice de imágenes en forma de una ranura (notch), nervadura externa, o un botón. - Asegúrese de que la firma de ultrasonidonal es perpendicular a la estructura objetivo mediante el ajuste de la posición del transductor en consecuencia.
- Optimizar el flujo de señales de velocidad de pico color y alineando el haz ultrasónico transmitido paralela al flujo. El ángulo entre el haz de ultrasonido y el flujo debe ser menor de 60 °.
- Optimizar la calidad de imagen utilizando los controles del panel de control. Sólo el área de interrogación debe llenar la pantalla de imagen.
NOTA: Los ajustes de precisión en las posiciones del transductor y de la plataforma son casi siempre necesario obtener imágenes claras. Incluso en condiciones óptimas, los movimientos respiratorios, la anatomía de la pared torácica (por ejemplo, un pequeño espacio entre las costillas), y las variaciones en la anatomía interna (tanto inherente y la enfermedad inducida) puede limitar la ventana acústica y hacer la adquisición de imágenes muy difícil. - Al medir las dimensiones del ventrículo izquierdo en modo M y 2-D / B-mode, colocar la pinza de medición en la línea de eco más continua.
- Ajustar el color de un sector Dopplerd volumen de muestra a la zona de interrogación ajustando el control de sector, que se encuentra en el panel.
NOTA: El esquema de codificación por colores en los estudios Doppler indica la velocidad y la direccionalidad del flujo sanguíneo. señales Doppler que son rojas indican el flujo laminar de la sangre hacia el transductor. señales Doppler que son azules indican el flujo laminar de distancia desde el transductor. Un patrón de color "mosaico" indica regiones de flujo sanguíneo turbulento o no laminar (que comúnmente ocurre en la estenosis valvular o insuficiencia valvular). - Registrar un mínimo de dos tiras de 5 s (o 100 fotogramas) de modo B en tiempo real / 2D eco de cada ventana de imagen para el análisis fuera de línea.
NOTA: Las máquinas de eco disponibles comercialmente tienen valores de adquisición de imágenes que capturan un número preestablecido de marcos o tamaños de cine-loop. Los ajustes de adquisición de imágenes pueden ser modificados de manera que los bucles de cine más largos pueden ser adquiridos. Adquisición de imágenes de alta calidad requiere una amplia experiencia y la experimentación. Investigdores deben encontrar la combinación correcta de colocación del transductor y el ángulo de la plataforma para obtener imágenes desde muchos puntos de vista y ventanas acústicas.
4. Evaluación de la válvula aórtica (AV) Función
NOTA: Las evaluaciones de la función de la válvula aórtica incluyen evaluaciones cualitativas de la válvula (por ejemplo, la percepción de espesor cúspide, aumento de la ecogenicidad debido a la calcificación valvular, y la presencia o ausencia de chorros de regurgitación utilizando Doppler color) y las medidas cuantitativas de la función de válvula (por ejemplo, transvalvular pico la velocidad y la distancia de separación cúspide).
- Comience a la imagen de la válvula aórtica mediante la selección de modo B de adquisición de imágenes.
- Con el animal bien sujeta en la plataforma y la cabeza de espaldas a la investigadora, la inclinación de la mesa de 15-20 ° a la izquierda. Esto hará que el corazón hacia delante y hacia la izquierda, más cerca de la pared torácica. Aplicar una cantidad generosa de gel de ultrasonido en el transductor o directamente sobre la unapecho de nimal.
- Coloque el transductor paraesternalmente, sobre 90 ° perpendicular con el eje longitudinal del corazón, con el marcador de índice de imagen del transductor señalando posterior (Figura 2). Mientras que en modo B / 2D, deslice el transductor cefálica hasta que el AV está a la vista. Esta es la vista "eje corto" de la válvula aórtica.
NOTA: una válvula aórtica normal tiene tres cúspides delgadas que se pueden abrir ampliamente durante la sístole y la diástole se cierran adecuadamente durante por lo que no hay regurgitación de la sangre hacia el ventrículo izquierdo. Las cúspides son muy finas, se mueven muy rápidamente, y, a menudo puede ser difícil de visualizar. - Rotar el transductor de las agujas del reloj hasta que los puntos de índice de imágenes marca en posición caudal. Observar la raíz aórtica, la válvula aórtica, el tracto de salida del ventrículo izquierdo, la válvula mitral, aurícula izquierda, y parte del ventrículo derecho del tracto de salida en la pantalla de imagen.
NOTA: Esta es la vista "eje paraesternal largo" de la AV. El ecografista debecerciorarse de que hay dos cúspides de la válvula aórtica visibles durante todo el ciclo cardiaco en las imágenes en modo B, lo que permitirá la posterior formación de imágenes y análisis (véase más adelante) M-Mode. - Evaluar la raíz aórtica en esta vista. Cuidadosamente mover adelante y atrás para que las imágenes de la raíz aórtica contienen las mayores dimensiones de la raíz aórtica. Medir la mayor dimensión antero-posterior de la aorta usando el calibrador electrónico asociado con la herramienta de medición integrado en la máquina.
- Localiza la válvula aórtica en el eje largo. Reducir el ancho de la imagen de modo que sólo la válvula aórtica está en la visualización de la imagen mediante el ajuste de botón ancho de la imagen en el panel de control. Coloque la línea M-modo de interrogación donde se cruza con la punta de la válvula aórtica para evaluar con precisión la separación aórtica cúspide de válvula.
- En la pantalla en modo M de la válvula aórtica, medir la distancia de separación cúspide (apariencia similar a una caja en la sístole) usando el calibrador electrónico asociada con el measurherramienta ele- incrustado en la máquina.
NOTA: La mayor ventaja de la formación de imágenes en modo M es la muy alta resolución temporal, que es esencial para la evaluación de la función valvular aórtica. Mientras que las imágenes en modo M del AV se pueden adquirir tanto en los puntos de vista de corto y largo de ejes, el eje largo paraesternal En general se prefiere debido a que el plano de la imagen permite que el auxiliar de ecografía para identificar fácilmente la orientación y la ubicación de la punta de la cúspides durante la sístole. - Aunque todavía en la vista de eje largo paraesternal de la válvula aórtica, pulse la tecla de control Doppler color en el panel de control. Aplicar Doppler color a la región de la válvula aórtica.
NOTA: flujo normal desde el ventrículo izquierdo a través de la válvula aórtica durante la sístole es hacia el transductor y por lo tanto se codifica rojo. - Documentar la presencia o ausencia de regurgitación de la válvula aórtica.
NOTA: regurgitación de la válvula aórtica es un flujo anormal que se produce durante la diástole y se dirige lejos de la transducer; de este modo, se codifica azul. - Pulse la tecla de control Doppler de onda pulsada. El uso de la bola de seguimiento situado en el panel de control, coloque el volumen de la muestra de ondas pulsadas en la aorta ascendente proximal, justo por encima de la válvula aórtica, asegurándose de que el ángulo entre el haz de ultrasonidos y el flujo de sangre es inferior a 60 ° de inclinación de la plataforma y / o el transductor. Si es posible, obtener el pico de velocidad a través de la válvula aórtica desde la ventana horquilla esternal.
- Medir la velocidad pico de la visualización espectral utilizando los calibradores electrónicos asociados con la herramienta de medición incorporado en la máquina (Figura 3C y 3F).
NOTA: Un mosaico de color denota la velocidad de flujo máxima que es probable que contenga patrones de flujo no laminar.
5. Evaluación de la válvula mitral (VM) Función
NOTA: Evaluación de la función de la válvula mitral incluye evaluaciones cualitativas de la válvula (por ejemplo, porespesor cúspide recibida, aumento de la ecogenicidad debido a la calcificación valvular, presencia o ausencia de chorros de regurgitación utilizando Doppler color) y las medidas cuantitativas de la función de la válvula.
- Coloque el transductor en la posición apical en B-mode. Posicionar el transductor de forma que está en ángulo hacia la cabeza del ratón (Figura 2C). Observar el ventrículo derecho (VD), el ventrículo izquierdo (VI), la aurícula derecha (AD), y la aurícula izquierda (AI) en la pantalla de imagen. inclinar manualmente la plataforma ligeramente de modo que el animal está en una posición de "cabeza abajo" para visualizar la válvula mitral, ya que se abre en el LV.
NOTA: La vista apical de 4 cámaras es la visión más adecuada para el examen de velocidad de la sangre a través de las válvulas mitral y tricúspide, así como la velocidad tisular del anillo mitral. Esta es también una buena vista para evaluar el movimiento y las dimensiones de la RV y el tabique interventricular. - A partir de la vista apical de 4 cámaras, llevar la válvula mitral en el foco mediante la reducción de la anchura de la imagen.Observe que las valvas de la válvula mitral aparecen como la apertura y cierre durante cada ciclo cardíaco, dos filamentos delgados móviles.
NOTA: valvas mitrales de un ratón "normal" puede ser difícil de visualizar si la imagen se realiza en HR fisiológica (es decir,> 450 bpm). - Coloque el cursor en modo M través de la válvula mitral para evaluar el grosor de las valvas.
NOTA: La valva anterior se visualiza mejor en sístole cuando es perpendicular al haz de ultrasonido (Figura 4). - Uso de la vista apical de 4 cámaras, aplicar Doppler color a la imagen de flujo desde la aurícula izquierda a través de la válvula mitral durante la diástole. Observar si se produce la regurgitación de la válvula mitral.
NOTA: El flujo se dirige hacia el transductor y por lo tanto se codifica rojo. Flujo regurgitante se codificará azul y se produce durante la sístole (Figura 5). - Utilizando la vista de eje largo apical, cambie al modo de onda pulsada. Mueva el volumen de la muestra Doppler a las puntas de lavelo mitral. Tenga en cuenta los dos picos de la pantalla de entrada espectral mitral. Si no están bien visualizaron-las valvas, utilice Doppler color para identificar regiones con patrones de color rojo o mosaico brillante y colocar el volumen de la muestra en ese punto.
NOTA: La visualización espectral del flujo mitral tiene dos picos en los CRI lenta (<450 lpm). En los CRI normales (> 450 lpm), el temprano (E) y tardía de llenado de los flujos (A) se fusionan. La pantalla Doppler espectral de flujo a través de la válvula mitral se utiliza en la evaluación de la función diastólica ventricular izquierda (véase el paso 7.5).
6. Evaluación de la función de las válvulas cardíacas derecho unilateral
NOTA: El válvulas tricúspide y pulmonic comprenden las válvulas del corazón derecho. La válvula tricúspide se puede visualizar fácilmente en el eje largo apical, mientras que la válvula pulmonar puede ser visualizado en las vistas tanto del largo paraesternal y de eje corto.
- Desde el punto de vista de eje largo apical, la inclinación o el punto U la punta del transductorcantar un movimiento oscilante de modo que el ventrículo derecho está en el centro de la visualización de la imagen. Reducir el ancho de la imagen de modo que sólo el ventrículo derecho es visible en la pantalla de imagen.
- En el mismo plano de la imagen, visualizar las valvas de la válvula tricúspide, que aparecen como filamentos delgados, teléfonos entre la aurícula derecha y el ventrículo derecho y que se abren y cierran en el transcurso de cada ciclo cardíaco.
- Aplicar Doppler color en la región de la válvula tricúspide. Nota para la regurgitación de la válvula tricúspide.
NOTA: flujo normal ocurre durante la diástole, se dirige hacia el transductor, y por lo tanto se codifica rojo. flujo regurgitante anormal se produce durante la sístole, se aleja del transductor, y por lo tanto se codifica azul. La velocidad máxima del chorro regurgitante se utiliza para estimar la presión sistólica del ventrículo derecho. - Mover el transductor a la posición de eje corto parasternal al nivel de la válvula aórtica. Por encima de la válvula aórtica son el ventrículo derecho outfbajo las vías, la válvula pulmonar, la arteria pulmonar principal proximal, y el derecho y las arterias pulmonares izquierda (Figura 6).
- Rotar el transductor de las agujas del reloj a una posición de eje largo paraesternal modificado. A continuación, inclinar el transductor ligeramente hacia arriba para obtener una vista de eje corto de la válvula pulmonar.
- En este punto de vista, se aplican las imágenes en modo M para evaluar la distancia de separación de las valvas válvula pulmonar (Figura 7).
- Aplicar Doppler color en la región de la válvula pulmonar para evaluar la regurgitación valvular (a, chorro de alta velocidad-mosaico con dibujos durante la diástole) y estenosis (un chorro de alta velocidad-mosaico con dibujos durante la sístole).
- Pulse la tecla de control de onda pulsada y colocar el volumen de la muestra justo después de la válvula pulmonar.
NOTA: Análisis de la pantalla Doppler espectral de flujo se utiliza para estimar la presión arterial pulmonar (Figura 8).
7. Evaluación de la función cardiaca
(por ejemplo, la estimación visual de la fracción de eyección, la anormalidad de movimiento de la pared regional, y el espesor percibido de las paredes) y las medidas cuantitativas del ventrículo izquierdo función (por ejemplo, la fracción de eyección, la masa del ventrículo izquierdo, la función diastólica del ventrículo izquierdo, y los índices de rendimiento miocárdico).
- Obtener una vista de eje corto del VI en modo B / 2D, con el transductor en la posición paraesternal de eje corto a nivel de los músculos papilares. Mueva el transductor de arriba y abajo para escanear la LV desde la base hasta el ápice. Observe si hay alteraciones de la motilidad.
- Desde un punto de vista paraesternal de eje corto del ventrículo izquierdo, pulse el botón de modo M, situada en el panel de control. Uso de la bola de seguimiento, posicionar el cursor en modo M en el centro de la cavidad ventricular izquierda en el nivel de los músculos papilares y obten imágenes en modo M.
- Medir la dimensión de la cavidad ventricular izquierda al final de la diástole, donde la distancia entre la pared posterior y la pared anterior es la más grande, y en el final de la sístole, donde el movimiento hacia el interior de ambas paredes anterior y posterior es máxima (Figura 9).
- Medir el espesor de las paredes anterior y posterior al final de la diástole y la sístole final.
NOTA: Si bien los músculos papilares son un punto de referencia esencial para asegurar el plano de la imagen correcta, tenga cuidado de no incluirlos en cualquier medición. - Mover el transductor a la ventana apical. Ver el paso 5.1. Evaluar la función diastólica del ventrículo izquierdo con Doppler de onda pulsada del flujo de sangre a través de la válvula mitral en el eje largo apical.
- Coloque el volumen de la muestra en las puntas de las valvas de la válvula mitral. Medir la velocidad pico de flujo mitral desde la visualización espectral de las velocidades Doppler de onda pulsada a través de la válvula mitral.
- Coloque el volumen de la muestra entre LV inflflujo y la salida. Tenga en cuenta las válvulas mitral y las señales de cierre de la válvula aórtica y de apertura. Se mide el tiempo de relajación isovolumétrica, tiempo de contracción isovolumétrica, y el tiempo de eyección ventricular izquierda (Figura 10).
- Realizar Doppler tisular (TDI) del anillo mitral en el eje largo apical. Pulse la tecla de control TDI y colocar el volumen de la muestra en la cara medial del anillo mitral. Asegúrese de que el volumen de la muestra no invada las valvas mitrales. Mantener el tamaño del volumen de muestra del Doppler entre 0,21 mm y 0,27 mm. Medir la velocidad diastólica precoz (e ') del anillo mitral (Figura 11).
8. Pasos finales
- Revisar las imágenes adquiridas. Cerciorarse de que se han obtenido todas las imágenes necesarias.
- Eliminar cualquier exceso de gel de ultrasonido del pecho del ratón y retire con cuidado la cinta que sujeta al animal en su lugar. Apagar la anestesia.
- Colocar el animal sobre una toalla de papel absorbente(No ropa de cama, que puede ser aspirado o puede bloquear las vías respiratorias durante la recuperación). Observe que el animal hasta que se alcance decúbito esternal. Si la anestesia se administra adecuadamente, la recuperación debe ocurrir dentro de 30 a 60 s.
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Representative Results
Los ejemplos de las imágenes que se obtienen de forma rutinaria a partir de imágenes de ultrasonido cardiaco animales se incluyen en este manuscrito. Se proporciona una ilustración de la colocación del transductor en el pecho del animal para dar al lector una comprensión clara de que el transductor se coloca para obtener las imágenes como se describe. Una fotografía del laboratorio de ultrasonido puesta a punto también se incluye para destacar la importancia de los equipos adecuados, en particular el transductor de ultrasonidos para ser utilizado y el método de anestesia. El / B-modo 2D, modo M y Doppler color y muestras de las válvulas normales y anormales, ventrículos derecho e izquierdo, y la raíz aórtica están debidamente etiquetados. Aunque formación de imágenes de la velocidad de deformación no se realiza de forma rutinaria, también se incluye un ejemplo.
La regurgitación mitral se caracteriza por una velocidad alta, por lo general no laminar el flujo de sangre (coloración mosaico) a través de la válvula durante la systole (Figura 5). La presencia de un patrón de flujo Doppler tales mosaico de colores desde el ventrículo izquierdo a la aurícula izquierda a través de la MV, que se producen después de que el complejo QRS en el trazado de un ECG, permite un diagnóstico inequívoco de la RM. Cuando esto ocurre en la ausencia de regurgitación de la válvula aórtica y / o disfunción del ventrículo izquierdo, esto puede ser caracterizado como aislado prolapso de la válvula mitral. Si hay dilatación significativa del ventrículo izquierdo (debido a la inducida experimentalmente insuficiencia cardíaca o excesiva profundidad de la anestesia), esto puede ser caracterizado como la regurgitación mitral isquémica (o regurgitación secundaria a la disfunción cardíaca). Una pantalla de Doppler espectral de la onda de impulsos se puede utilizar para confirmar la presencia y el momento de un chorro regurgitante del flujo sanguíneo.
Una válvula aórtica normal tiene tres cúspides delgada, flexible que abren y cierran de manera adecuada durante cada ciclo cardiaco. Aórtica separación cúspide de válvula se mide en 2D guiadaModo M de la válvula aórtica en el eje largo. Calibradores electrónicos se utilizan para medir desde el borde delantero de la cúspide aórtica derecho a la vanguardia de la cúspide aórtica izquierda (Figura 3). la distancia de separación de cúspide de la válvula aórtica en ratones normales es de 0,9 a 1,3 mm. Doppler color muestra un flujo laminar a través de la válvula y en la raíz aórtica durante la sístole. El flujo turbulento se puede apreciar en condiciones de aumento del flujo, tales como en la insuficiencia de la válvula aórtica, o aumento de la presión, como en estenosis de la válvula aórtica. Esto se demuestra como la coloración del mosaico en el tracto de salida. Incluso pequeñas cantidades de regurgitación de la válvula aórtica puede resultar en un aumento significativo en la velocidad transvalvular pico debido a la función cardíaca hiperdinámica y el aumento de la precarga del ventrículo izquierdo. la velocidad pico aórtica en rangos normales de ratones de 0,90 m / s a 1,50 m / s. la velocidad de la válvula aórtica pico de> 5 m / s se ha registrado en ratones con estenosis de la válvula aórtica severa.
12 (Figura 8). Pulmonar tiempo de aceleración de la arteria es el intervalo de tiempo desde el inicio del flujo arterial sistólica pulmonar a la velocidad de flujo máximo. Justo el tiempo de eyección ventricular es el intervalo entre el inicio de eyección del ventrículo derecho hasta el punto en el que haya una interrupción de flujo sistólica de la arteria pulmonar sistólica. La combinación de un tiempo de aceleración de la arteria pulmonar acortada con una disminución en la proporción de tiempo de aceleración de la arteria pulmonar a tiempo de eyección del ventrículo derecho sugiere la presencia de hipertensión arterial pulmonar (que puede ser confirmado mediante medidas invasivas o directos de la arteria pulmonar o la presión del ventrículo derecho) .
Figura 1: Animal CLaboratorio de Ultrasonido ardiac. El laboratorio está equipado con el aparato de ultrasonido de pequeños animales-dedicado con alta frecuencia (30 MHz y 40 MHz) transductores (MS 400 y MS 550D), difusor isoflurano, la plataforma de animal, la temperatura y el monitor de frecuencia cardiaca, 1% a 1,5% de isoflurano mezclado con 1 L / min 100% de O 2, cono de la nariz y el tubo conectado al difusor isoflurano y 100% O 2, la maquinilla de afeitar el pelo, gel de ultrasonido, gel del electrodo, cintas adhesivas, y toallas de papel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Posiciones básicas del transductor. Ventana (A) paraesternal. El cabezal del transductor se coloca en el borde paraesternal izquierda, con el marcador de índice de imagen del transductor dirigida en sentido caudal. from esta posición, se puede obtener la vista de eje largo del ventrículo izquierdo, la válvula aórtica, y la raíz aórtica y el eje corto de la válvula pulmonar. (B) En la ventana paraesternal, el cabezal del transductor se hace girar en sentido antihorario, con la muesca dirigida posteriormente. Desde esta posición, se puede obtener la vista de eje corto del ventrículo izquierdo y la válvula aórtica y la vista de eje largo de la válvula pulmonar. (C) Apical ventana. El cabezal del transductor está colocado en el ápice del corazón. Desde esta posición, se puede obtener la vista de eje largo del ventrículo derecho e izquierdo y válvulas mitral y tricúspide. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Evaluación de la función de la válvula aórtica en una normaal ratón contra la función de la válvula aórtica en un ratón con la enfermedad de la válvula aórtica calcificada. Imagen (A) 2D de una válvula aórtica normal en el eje largo. Tenga en cuenta que la válvula aórtica se abre así durante la sístole. (B) Imagen en modo M que representa la función valvular aórtica normal (apariencia similar a una caja). Tenga en cuenta que la distancia de cúspide de separación se mide a 1,12 mm. Pantalla (C) Doppler espectral de la velocidad de pico a través de la válvula aórtica normal se meaured a 1,3 m / s. Imagen (D) 2D de una válvula aórtica calcificada en el eje largo de un receptor de lipoproteína de baja densidad deficiente (LDLR - / -) y sólo B100 (apoB 100/100) de ratón apolipoproteína alimentados con la dieta occidental. Las cúspides se espesan y se han incrementado ecogenicidad, lo que resulta en la apertura restringida durante la sístole. (E) Una imagen en modo M que representa la misma válvula aórtica estenótica muestra una medición de distancia de cúspide de separación de 0,7 mm. (F </ Strong>) La pantalla Doppler espectral de pico de velocidad a través de la válvula aórtica estenótica meaured a 4,6 m / s. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: M-modo de una válvula mitral normal. Desde la ventana apical, se obtiene una vista de eje largo de la válvula mitral. La línea de modo M de interrogación se aplica a través del velo mitral. Mientras que el espesor de los velos mitrales teóricamente se puede medir con calibradores electrónicos, esto puede ser extremadamente difícil dada la delgada, mal ecogénico, y rápidamente valvas de la válvula mitral normal de movimiento. Las flechas señalan el modo M de la valva de la válvula mitral durante la sístole. Por favor click aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: La evidencia de una regurgitación de la válvula mitral Jet utilizando Doppler color de imágenes. Desde la ventana paraesternal, se obtiene una vista de eje largo modificada de la válvula mitral. Doppler color muestra un chorro de interrogación mosaico de color en la válvula mitral durante la sístole (resaltado por una flecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Vista del eje largo de la arteria pulmonar principal y sus ramas principales. El eje largo de la arteria pulmonar principal (MPA) y derecha (RPA) y las ramas izquierda (API) puede ser obtenida de la paraste rno ventana. El tracto de salida del ventrículo derecho (TSVD), la válvula pulmonar (PV), y la aorta (AO) se ven en parte. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: El modo M imagen que representa una válvula pulmonar normal. Desde la ventana paraesternal, ambos puntos de vista de corto y largo del eje de la válvula pulmonar se pueden obtener. La línea de modo M de interrogación se aplica a través de la válvula pulmonar. La distancia pulmonar válvula de cúspide de separación (flechas) se puede medir a partir de este punto de vista. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Figura 8: de onda Doppler pulsado interrogatorio de flujo a través de la válvula pulmonar. El tiempo de aceleración de la arteria pulmonar (PCTA) es el intervalo de tiempo desde el inicio del flujo arterial sistólica pulmonar a la velocidad de flujo máximo. tiempo de eyección ventricular derecha (RVet) es el intervalo entre el inicio de la eyección ventricular derecha al punto en el que haya una interrupción de flujo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: El modo M Imagen que representa un eje menor del ventrículo izquierdo. Desde la ventana paraesternal, el eje corto del ventrículo izquierdo se obtiene mediante la rotación del cabezal del transductor hacia la izquierda de manera que los puntos de las marcas de índice de la imagen posterior o dorsalmente. El M-modlínea e de la interrogación se aplica a través del ventrículo izquierdo a nivel de los músculos papilares. dimensión del ventrículo izquierdo de fin de diástole (DDFVI), diámetro telesistólico del ventrículo izquierdo (DSVI), y la pared anterior (AW) y espesores de pared posterior (PW) se pueden medir fácilmente. Tenga cuidado de no incluir el músculo papilar (*) en las mediciones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10: Evaluación del color y Doppler de onda pulsada Doppler espectral Visualización de flujo de entrada de la válvula mitral. (A) Imagen que muestra una evaluación Doppler color de flujo de entrada de la válvula mitral en el eje largo apical. Tenga en cuenta que la imagen en color Doppler 2D puede ser una herramienta crítica para guiding la posición del volumen de muestra adecuado para la adquisición de los trazados Doppler de onda pulsada (representado en el panel B). (B) Representación espectral de flujo de entrada de la válvula mitral mediante Doppler de onda pulsada. La evaluación Doppler de onda pulsada del flujo de sangre a través de la válvula mitral (en la vista apical del eje largo) se realiza para evaluar la función diastólica del ventrículo izquierdo. El volumen de muestra se coloca en la punta de las valvas de la válvula mitral. El tiempo de isovolumétrica de relajación (TRIV), tiempo de contracción isovolumétrica (IVCT), tiempo de eyección ventricular izquierda (LVET), y la velocidad de flujo de entrada mitral pico (E) pueden todos obtenerse a partir de la visualización espectral de velocidades Doppler de onda pulsada a través de la válvula mitral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Fifigura 11: Doppler tisular del anillo mitral septal. Desde la ventana apical, se obtiene una vista de eje largo de la válvula mitral. El volumen de muestra Doppler de tejido se coloca en la región septal del anillo mitral. La relación entre la velocidad de flujo de entrada mitral pico (E variable en la Figura 10B) y la velocidad pico mitral tejido del anillo (e ', denotado por flechas blancas) se utiliza para evaluar la función ventricular izquierda diastólica (comúnmente referido como E / E'). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 12: Evaluación de la tensión y la velocidad de deformación del miocardio ventricular izquierda. Hay paquetes de software de análisis especializados disponibles en el mercado, y las variables de deformación y velocidad de deformación pueden serobtenido como medidas de los primeros cambios o subclínicas en intrínsecas propiedades contráctiles del miocardio. Los ejemplos mostrados anteriormente representan cepa radial y velocidad de deformación en planos de imágenes adquiridas comúnmente en ratones. Tenga en cuenta que estos planos de imagen (y la subsiguiente forma de los trazados de deformación) pueden diferir de las imágenes en los seres humanos, que se adquieren con frecuencia en el eje largo apical o de 4 cámaras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
La inducción de la anestesia
adecuado de inducción y mantenimiento de la anestesia es fundamental para la evaluación precisa de los cambios en las válvulas del corazón y la función cardiaca en ratones. Dada la rápida inducción de la anestesia con isoflurano y provocada por el tiempo relativamente largo de lavado de este anestésico después de la anestesia profunda, no utilizamos una cámara de anestesia autónomo para la inducción. En su lugar, como se ha indicado en detalle anteriormente, los animales son guiados directamente al cono de la anestesia, lo que permite la inducción rápida y controlada de la anestesia a concentraciones relativamente bajas de la anestesia.
La mayoría de las cepas de ratones permanecen ampliamente sedados a menos de 1,5% de isoflurano. Los efectos acumulativos de isoflurano en la función cardíaca deben ser estrechamente monitorizados, sin embargo, y una pequeña disminución en la concentración de anestésico pueden ser necesarios en el tiempo. Recíprocamente, pequeños incrementos en la concentración de anestésico también pueden ser needed. Es importante vigilar cuidadosamente el animal para cualquier movimiento (sugestivo de inadecuada profundidad de la anestesia) y para los aumentos o disminuciones de recursos humanos; esto permite la gestión rápida y proactiva de la profundidad de la anestesia.
En contraste con los seres humanos, isoflurano provoca una disminución de la HR en ratones. Mientras que la función ventricular izquierda inicialmente se puede conservar durante períodos de administración de la anestesia excesiva, la reducción de HR son casi ubicua seguido de la dilatación ventricular izquierda secundaria a la supresión de la contractilidad cardíaca. En consecuencia, la fracción de eyección disminuye, transvalvular (válvula aórtica y la válvula mitral) velocidades de flujo pico caen, cierre de la válvula aórtica se produce pronto, y las velocidades Doppler tejido disminuye. Por tanto, es esencial vigilar continuamente el estado fisiológico del animal para asegurar que la HR se mantiene muy por encima de 450 latidos por minuto. Para las personas que no tienen experiencia en ratones de imagen, un enfoque que incluye un ecógrafo dedicado yse recomienda un segundo investigador dedicado a la supervisión de la profundidad de la anestesia.
Análisis de la función AV
Clínicamente, la Sociedad Americana de Ecocardiografía directrices recomiendan 13 adquisición del diámetro del tracto de salida del ventrículo izquierdo y la salida del ventrículo izquierdo utilizando la velocidad del tracto-Doppler de onda pulsada. La velocidad de la válvula aórtica pico de trans-shuld medirse utilizando dedicada Doppler de onda continua para calcular el área de la válvula aórtica mediante la ecuación de continuidad: AVA = (CSA TSVI x IVT TSVI) / VTI AV. En ausencia de estos datos Doppler, se recomienda el (geométrica) área de sección transversal anatómico del orificio de la válvula aórtica medida por 2D o 3D. Aunque el transductor tiene una alta resolución espacial y temporal, las cúspides de la válvula aórtica no puede ser delineado consistente en el eje corto. Por lo tanto, el área del orificio de AV no se puede rastrear con precisión. Furthermore, y quizás más importante, actualmente disponibles de alta frecuencia de pequeños animales-dedicado ecografía no es equipado con capacidad de Doppler de onda continua dedicado. Por lo tanto, la identificación de una velocidad transvalvular "verdadero" pico para su uso con la ecuación de continuidad es excepcionalmente difícil (y no sería aceptado clínicamente). Asimismo, otras sondas de ultrasonidos comercialmente disponibles pueden no tener la capacidad de grabar velocidades muy altas y por lo tanto están limitados a velocidades más bajas. Teniendo en cuenta estas limitaciones importantes, los protocolos de imágenes clínicas que utilizan sistemas orientados a la formación de imágenes de alta resolución en los animales pequeños no pueden ser totalmente capturados.
Análisis de la función MV
En general, los ratones son muy resistentes al desarrollo de prolapso de la válvula mitral. La visualización de un flujo de regurgitación a través de la válvula mitral en el marco de una FC rápida puede ser muy difícil. Por otra parte, en la ecocardiografía humano, el anterio y valvas de la válvula mitral posterior se hacen claramente visibles y el prolapso o mayal folleto se aprecia fácilmente. Sin embargo, en ratones, valvas de la válvula mitral no pueden ser bien delineados en anterior y posterior, y la búsqueda de un látigo o el prospecto prolapso es excepcionalmente difícil, dado el bajo nivel de ecogenicidad de los tejidos no calcificadas y delgadas. Por lo tanto, el uso de Doppler de color para mostrar un chorro regurgitante es el medio más útil para evaluar la función de la válvula mitral en ratones. Un diagnóstico de aislados insuficiencia mitral debe hacerse sólo después de una cuidadosa evaluación de la función ventricular izquierda, la función de la válvula aórtica, y la función de la válvula mitral.
Hasta la fecha, no existen modelos robustos de ratón de la estenosis de la válvula mitral. Aumento de la densidad de eco de la válvula mitral puede sugerir la calcificación, pero la localización ya sea a la anterior o velo posterior es difícil. Clínicamente, el diagnóstico de la estenosis de la válvula mitral se hace en el contexto de espesor, folletos calcificadas con restringirmovimiento ed. Medición del espesor prospecto se puede hacer por el modo M (Figura 4). El uso de Doppler, la velocidad pico E es por lo general aumenta y se asocia con prolongaciones en la presión media en tiempo. Por lo tanto, volver a capturar estas características será fundamental en la evaluación de nuevos modelos de estenosis de la válvula mitral. Si bien la Sociedad Americana de Ecocardiografía recomienda que la estimación del área valvular mitral se realiza mediante la presión de medio tiempo (MV área = 220 / presión media hora), estos cálculos no se han validado en ratones 13.
Análisis de tricúspide y la función valvular pulmonar
La válvula tricúspide se evalúa la movilidad prospecto, estenosis valvular y la insuficiencia valvular. Típicamente, estos datos se expresan cualitativamente y de forma binaria (es decir, la presencia o ausencia de disfunción). La velocidad pico del flujo de regurgitación de la válvula tricúspide se utiliza para Estimate presión sistólica ventricular derecha. Además, la regurgitación tricúspide no es raro que en ratones normales, no acentuadas.
La función de la válvula pulmonar se puede evaluar mediante 2D / B-mode, modo M, y por imágenes del flujo de color (Figuras 6 y 7). Estas modalidades se utilizan para evaluar el grosor válvula pulmonar (por ejemplo, la visibilidad o ecogenicidad con 2D), medir abertura del orificio de la válvula pulmonar (distancia de cúspide de separación), y evaluar la movilidad pulmonar válvula y coaptación (2D y Doppler color). regurgitación de la válvula pulmonar puede apreciar fácilmente con Doppler color, como se describió anteriormente. La severidad de la regurgitación de la válvula pulmonar se puede evaluar utilizando el pico de flujo retrógrado de sangre (medida con Doppler de onda pulsada) a través de la válvula pulmonar durante la diástole.
Análisis de la función cardiaca
2D / B-modo de imagen del ventrículo izquierdo en vistas a corto y largo de ejes proporciona a vis UAL evaluación de la función cardíaca. Si bien esta técnica de imagen permite evaluaciones gruesas de la función ventricular izquierda, las imágenes en modo M ofrece significativamente mayor resolución espacial y temporal, por lo que es una técnica superior en comparación con las imágenes / B-modo 2D. Esto es muy importante, teniendo en cuenta el hecho de que los ratones normales pueden tener HRs que van desde 450 hasta 700 bpm. Mantenemos la HR por encima de 450 latidos por minuto para que los datos es un primer representante de la fisiología cardiaca no anestesiado y la hemodinámica. Si se permite que la HR a caer debido a la anestesia excesiva y / o sedación excesiva, la dilatación ventricular izquierda, las reducciones en las estimaciones de la contractilidad cardíaca y alteraciones dramáticas en velocidades de la sangre transvalvular y otras caracterizaciones cualitativas de la función valvular (por ejemplo, los cambios en la regurgitación mitral secundario a la dilatación ventricular, la reducción de la velocidad del flujo de la válvula aórtica pico, y la reducción de la velocidad de flujo de entrada mitral sangre) a menudo se observan.
tienda "> En ausencia de alteraciones segmentarias de la motilidad, fracción de eyección (FE) y la fracción de acortamiento (FS) son medidas altamente reproducibles de la función sistólica del ventrículo izquierdo. Usando imágenes en modo M, la diastólica máxima y dimensiones sistólica se obtienen y utilizan para calcular la EF, FS, y la masa LV 14, 15.Todas estas mediciones se puede calcular de forma automática en el paquete de software asociado con el aparato de ultrasonido. Mientras que la evaluación de la función cardíaca valvular y se puede realizar utilizando sistemas de ultrasonidos clínicos "estándar", los niveles relativamente bajos de resolución (por ejemplo, sondas 12-15 MHz) pueden hacer las evaluaciones precisas de la función cardíaca valvular y en ratones desafiantes.
La función diastólica es una parte integral de la evaluación de la función del ventrículo izquierdo. En estudios clínicos, la insuficiencia cardíaca diastólica se ha encontrado para ser altamente correlated con la morbilidad y la mortalidad. La función diastólica se evaluó mediante ecocardiografía-Doppler de onda pulsada y Doppler tisular. La relación E / A (la relación entre el temprano-llenado rápido de onda, E, y la onda tarde-llenado debido a la contracción de la aurícula, A) y tiempo de deceleración E son parámetros no útiles de la función diastólica en ratones debido a la fusión de la e y a ondas secundarias a las muy altas CRI presentan en ratones anestesiados apropiadamente.
Para evaluar la función diastólica del ventrículo izquierdo, la velocidad pico de flujo mitral, tiempo de relajación isovolumétrica (TRIV), tiempo de contracción isovolumétrica (IVCT), tiempo de eyección del ventrículo izquierdo, y el tejido del anillo mitral, se utilizan las velocidades (E '). Estos parámetros Doppler son fácilmente obtenibles, medible y reproducible. La velocidad diastólica precoz (e ') del anillo mitral medida con Doppler tisular es un indicador fiable de la relajación del miocardio ventricular izquierda La relación entre los picos de mitral velocidad de entrada y la velocidad del tejido del anillo mitral temprana se ha demostrado en estudios clínicos que se correlaciona bien con la presión de enclavamiento capilar pulmonar 16.
La función ventricular izquierda se puede evaluar utilizando el índice de rendimiento de miocardio, también conocido como el índice de Tei. Incorpora ambos intervalos de tiempo sistólicos y diastólicos para permitir una medida integrada tanto de la función ventricular izquierda sistólica y diastólica. La disfunción sistólica prolonga el tiempo de pre-eyección (IVCT) y acorta el tiempo de eyección ventricular izquierda (ET). Las anormalidades en la función diastólica o relajación miocárdica pueden dar lugar a una prolongación significativa de la TRIV. El índice de rendimiento miocárdico del ventrículo izquierdo (MPI) se puede calcular como MPI = IVCT + TRIV / LVET 17. En este contexto, las reducciones en el MPI están asociados con mejoras en la función cardíaca, mientras que un valor más alto MPI es sugestiva de disfunción cardíaca.
Doppler tisular
Doppler de tejidos se puede utilizar para evaluar la función diastólica utilizando el E, E 'y E / E' las variables, pero este método no es ampliamente utilizado actualmente. Como tal, la variabilidad y la reproducibilidad de las mediciones en una variedad de cepas de roedores no se ha probado rigurosamente múltiples grupos de investigación. Sin embargo, es probable que este un componente integral de la evaluación de las consecuencias cardíacas de la utilización de E / e 'y su correlación con la presión de la aurícula izquierda en entornos clínicos, el potencial para la detección temprana de la disfunción cardíaca en ratones, y la aplicación de mecanismos de la enfermedad enfermedad cardíaca valvular en la investigación traslacional.
Strain rate
los pequeños modelos animales han demostrado ser un valor incalculable tooL para comprender los mecanismos fisiopatológicos subyacentes cambios en la función cardíaca. Mientras 2D y la ecocardiografía Doppler proporcionar evaluaciones completas y no invasivos de la morfología cardiaca, la función y la hemodinámica en vivo, carecen de la sensibilidad para detectar cambios tempranos en la función miocárdica en respuesta a la presión crónica o sobrecarga de volumen (dos de los factores de estrés más comunes inducida por una enfermedad cardíaca valvular).
Como resultado de estas limitaciones, existe un creciente interés en la aplicación de los índices utilizados clínicamente de la función de tales cardiaca como la cepa de miocardio y la tensión de la velocidad que tienen el potencial de detectar con mayor precisión los cambios tempranos o subclínicas en intrínsecas propiedades contráctiles del miocardio . Strain y la velocidad de deformación de imágenes se han utilizado con éxito en estudios con roedores en la progresión de la insuficiencia cardiaca 18 y la enfermedad cardíaca hipertensiva 19, la inversión de disincronía cardiacay disfunción cardíaca 20, y la función longitudinal del corazón en ratones jóvenes 21. Se recomienda que formación de imágenes de la velocidad de deformación se considera una técnica de imagen suplementaria a 2D y de tejido medidas exhaustivas Doppler derivados de la función cardíaca. Para asegurarse de que los investigadores tienen un conocimiento básico de los principios que subyacen a la medición de la deformación miocárdica y la velocidad de deformación, las secciones que siguen tienen por objeto proporcionar principios y limitaciones subyacentes cálculo de la tensión y la velocidad de deformación de imágenes fundamentales.
Strain y la velocidad de deformación se derivan de la modificación de la longitud de la fibra miocárdica con respecto a la longitud original (en la cardiología, la diferencia entre la longitud de fin de diástole y la longitud sistólico final se utiliza para este cálculo). La medición precisa de los cambios en la longitud de la fibra de miocardio se complica por la arquitectura espiral de los haces de fibras de miocardio, que resulta en MultidirecciónAl cepa de la deformación a lo largo de la sístole (por ejemplo, la tensión en la dirección radial, longitudinal y circunferencial ejes). Estudios recientes en ratones sugieren que derived- Doppler tisular y parámetros de deformación de deformación y velocidad de deformación de seguimiento derivadas de moteado se relacionan estrechamente con la función miocárdica intrínseca 22. Ambas técnicas requieren la adición de software de análisis especializado para sistemas de imágenes de investigación, que permite la generación relativamente automatizado de las variables de interés (ver ejemplos en la Figura 12) 23.
Aunque las imágenes cepa es muy prometedora, adquisición de imágenes en 2D de alta calidad para el análisis de speckle-tracking puede ser un reto. Además, trazando manualmente los bordes endocárdicos y epicárdicos para la medición de deformación es difícil y engorroso. Una cantidad significativa de la práctica y evaluación sólida de la reproducibilidad y consistencia de las mediciones intra-investigador (incluyendo imagencalidad, planos de imágenes consistentes y análisis fuera de línea) son críticos en la aplicación del uso de medidas de deformación para evaluar la función cardíaca. Por lo tanto, los análisis de deformación y velocidad de deformación deben llevarse a cabo por completo cegados, investigadores capacitados para garantizar una alta calidad y datos reproducibles.
ECG-gated de alta resolución de imágenes por ultrasonido
Doppler de tejidos y la formación de imágenes de la velocidad de deformación permiten la medición de las deformaciones del miocardio durante un ciclo cardiaco completo, pero debido a su resolución temporal (5 ms en el mejor), cuando se limiten al movimiento global del corazón 24. Para lograr imágenes de ultrasonido alta velocidad de cuadro, otro enfoque basado en el uso de la adquisición de datos sincronizada con ECG se ha propuesto recientemente para aplicaciones cardíacas y vasculares. imágenes onda mecánica y electromecánica ECG-cerrada de tejido cardiovascular se basa en la obtención de imágenes del tejido usando ultrasonido a alta marcotarifas, hasta 8.000 fotogramas por s (fps), mediante la sincronización de la adquisición de imágenes 2D en las señales de ECG 24. Esto supera claramente las velocidades de cuadro / B-modo 2D de ~ 1.000 fps (que proporciona una mayor resolución en condiciones fisiológicas, donde la frecuencia cardíaca es de ~ 500-650 bpm en un ratón), y en la viabilidad in vivo de este método de formación de imágenes para la evaluación de la función ventricular tiene ha demostrado en animales anestesiados (que proporciona una detección superior de las alteraciones de la cardiaco en modelos animales pequeños 25).
La función cardíaca inducida por el estrés
Mientras que la prueba de esfuerzo se utiliza con frecuencia para evaluar las respuestas cardíacas a un mayor estrés del organismo en el ámbito clínico, la necesidad de sedación y / o anestesia consciente en roedores hace que la evaluación post-ejercicio inmediato de la función cardiaca en extremo difícil. Por lo tanto, las pruebas de estrés farmacológico es probable que sea un clínicamenteParalelamente pertinentes a la PI para evaluar las consecuencias cardíacas de la enfermedad valvular del corazón (estenosis aórtica severa, estenosis mitral moderada a severa y severa regurgitación mitral primaria). Esta será una nueva área particularmente importante de la investigación, teniendo en cuenta las directrices clínicas recientes que enfatizan el papel de las pruebas de estrés para aclarar el estado de los síntomas, evaluar los componentes dinámicos de anormalidades valvulares, y desenmascarar la disfunción miocárdica subclínica que es probable que se pierda en reposo 26.
Como se ha indicado en las secciones anteriores, los ratones son extremadamente resistentes a la disfunción cardíaca inducida por la poscarga. Por lo tanto, la ecocardiografía con dobutamina puede ser una herramienta muy útil para detectar los primeros descensos en el ventrículo izquierdo, que pueden no ser evidentes en ratones con diferentes niveles de enfermedad cardíaca valvular. Incluso los ratones con estenosis de la válvula aórtica calcificada severa pueden tener la función sistólica relativamente bien conservada y es probable que proporcionar una plataforma útil para la aplicación de la ecocardiografía de estrés con dobutamina para predecir el tiempo (y con frecuencia muy rápida) aparición de insuficiencia cardíaca en estos animales. Hasta la fecha, no tenemos conocimiento de ningún estudio que investiga el uso de la ecocardiografía con dobutamina en ratones con algún grado de enfermedad cardíaca valvular.
La ecocardiografía 3D
Clínicamente, la imagen cardiaca 3D es una particularmente poderosa herramienta que permite realizar mediciones precisas de volúmenes diastólico y sistólico, el volumen sistólico y el gasto cardíaco. ecocardiografía 3D se ha convertido en un nuevo estándar clínica en la evaluación de la severidad de la estenosis valvular por medio de una medición precisa del área de la válvula, y permite la identificación precisa y cuantificación de prolapso de los segmentos individuales en la enfermedad de la válvula mitral.
Los sistemas de ultrasonidos de Investigación con transductores de alta frecuencia permiten la adquisición de imágenes cardiacas-cerrada y fuera de línea para la recons subsecuenteción de imágenes en 3D usando paquetes de software personalizados. Si bien es posible adquirir imágenes 3D del ventrículo izquierdo usando esta combinación de hardware y software, esto a menudo se lleva a cabo bajo relativamente profundos niveles de anestesia (que disminuyen el HR y minimizar el artefacto respiratoria), haciendo que la extrapolación de la importancia fisiológica de los cambios en la función cardíaca difícil.
Con respecto a la utilización de imágenes en 3D para evaluar la función de la válvula del corazón en los ratones, esta es una propuesta excepcionalmente difícil debido al pequeño tamaño, relativamente baja ecogenicidad, y de alta velocidad de las válvulas cardiacas en condiciones fisiológicas normales. Hasta que los avances tecnológicos en la adquisición y procesamiento de imágenes permiten discernir con claridad las válvulas cardiacas en tales condiciones, nuestra experiencia ha sido que las imágenes en 3D es de utilidad limitada en la caracterización precisa y completa de la función valvular cardíaca en ratones.
Colectivamente, tecnologíalos avances tecnológicos en las imágenes de pequeños animales hacen de este un tiempo excepcionalmente emocionante para obtener información sobre los mecanismos fisiopatológicos subyacentes enfermedades valvulares del corazón y sus consecuencias cardíacas. Estamos firmemente afirmamos que la evaluación tanto de la función de las válvulas del corazón y la función cardiaca es esencial para entender los efectos de las manipulaciones genéticas, farmacológicas o mecánicas de funcionamiento de las válvulas del corazón en ratones. Esperamos que este manuscrito no sólo servirá como un recurso útil para los investigadores que siguen la investigación de la patogénesis de la enfermedad de la válvula cardíaca, sino que también estimulará la discusión sobre los mejores métodos para evaluar la función cardíaca valvular y en este tipo de estudios dentro de nuestra comunidad de investigación.
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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).
