Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Ekkokardiografiske Strategier og Protokoller for omfattende fænotypisk karakterisering af Valvular hjertesygdom i mus

doi: 10.3791/54110 Published: February 14, 2017

Introduction

Aldring er forbundet med progressive stigninger i hjerte-kar-forkalkning 1. Hæmodynamisk signifikant aortaklappen stenose påvirker 3% af befolkningen over 65 år 2, og patienter med selv moderat aortaklappen stenose (peak hastighed på 3-4 m / s) har en 5 års hændelse overlevelse på mindre end 40% 3. I øjeblikket er der ingen effektive behandlinger til at bremse udviklingen af aortaklappen forkalkning, og kirurgisk aortaklappen udskiftning er den eneste behandling for avanceret aortaklappen stenose 4.

Undersøgelser med henblik på at opnå en dybere forståelse af de mekanismer, der bidrager til initiering og progression af aortaklappen forkalkning er et centralt første skridt i hen imod farmakologiske og ikke-kirurgiske metoder til at styre aortaklappen stenose 5, 6. genetiskely-ændrede mus har spillet en stor rolle i udviklingen af vores forståelse af de mekanismer, der bidrager til en lang række sygdomme og er nu kommer frem i forgrunden af mekanistiske undersøgelser med henblik på at forstå biologi aortaklappen stenose 6, 7, 8. I modsætning til andre cardiovaskulære sygdomme, såsom atherosklerose og hjerteinsufficiens-hvor standardprotokoller til evaluering vaskulære og ventrikelfunktion er for det meste veletablerede-der er unikke udfordringer forbundet med in vivo-fænotypebestemmelse af hjerteklap funktion i mus. Mens seneste anmeldelser har givet grundige drøftelser vedrørende de fordele og ulemper talrige billedbehandling og invasive modaliteter anvendes til at vurdere ventil funktion i gnavere 9, 10, 11, til dato, er vi ikke bekendt med en offentliggørelse, der giver en omfattende, trin-for-trin-protokollen for fænotypning hjerteklap funktion i mus.

Formålet med dette håndskrift er at beskrive de metoder og protokoller til fænotype hjerteklap funktion i mus. Alle metoder og procedurer er blevet godkendt af Mayo Clinic Institutional Animal Care og brug Udvalg. Vigtige komponenter i denne protokol omfatter anæstesidybden, evalueringen af ​​hjertefunktionen, og evalueringen af ​​hjerteklap funktion. Vi håber, at denne rapport vil ikke kun tjene til at vejlede efterforskerne interesseret i at forfølge forskning inden for hjerteklapsygdom, men vil også starte en national og international dialog relateret til protokol standardisering for at sikre data reproducerbarhed og validitet i dette hastigt voksende område. Vigtigere, vellykket billeddannelse ved hjælp af høj opløsning ultralyd systemer kræver et praktisk kendskab til de principper om sonografi (og terminologi almindeligvis anvendes i sonografi), en forståelse af den grundlæggende Principles af hjerte fysiologi, og betydelig erfaring med sonografi at give mulighed for præcis og tidsbesparende vurdering af hjertefunktionen hos gnavere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Klargør Materialer og udstyr (tabel 1 og figur 1)

  1. Tænd for ultralyd maskine. Indtast dyret id, dato, og tid (for serielle billeddannelse eksperimenter) og andre relevante oplysninger.
  2. Brug en højfrekvent ultralyd transducer, 40 MHz for billedbehandling mus mindre end ~ 20 g eller 30 MHz for mus større end ~ 20 g.
  3. Slut platform til elektrokardiogram (EKG) overvåge EKG gating af billeddannelse til visse modaliteter.
    BEMÆRK: Kritisk, giver dette også mulighed for den øjeblikkelige beregning af hjertefrekvensen (HR), der kan anvendes som et af flere indekser for en passende dybde af anæstesi.
  4. Forvarm platformen til 37 ° C.
    BEMÆRK: Alle kommercielt tilgængelige ultralyd maskiner har et kontrolpanel, der giver billedoptagelse kontroller og kontroller undersøgelse management for B-mode, M-mode, og Doppler ekkokardiografi. En hjertemåling værktøj er indlejret i maskinen til automatisk målingog beregning af fælles ekkokardiografiske parametre for hjerte- og valvulær funktioner.

2. Forbered Mouse for Imaging og induktion af anæstesi

  1. afhente forsigtigt op musen ved dens hale og fast holde dyret på nakken af ​​halsen.
  2. Guide næsen af ​​dyret ind i næsen kegle. Begynd anæstesi strømning ved 1% isofluran. Sørg for, at dyret bedøvet inden for 3-5 s udsættelse for gassen.
  3. Hurtigt og præcist lå dyret på platformen i en liggende stilling, og sørg for, at forpoterne og bagbenene ligge på EKG-sensorer af platformen.
  4. sikre forsigtigt dyret med tape på alle fire lemmer, let anvende tape til at stabilisere hovedet i næsekegle apparat, og anvende tape til at stabilisere halen. Både baghove og forpoterne skal ligge fladt for at sikre en stabil og klar EKG signal erhvervelse af fysiologiske imaging system.
  5. Kontroller HR. Gør dette ved hjælp af en imaging platform med EKG evner eller med eksterne EKG-enheder. Sørg for, at baseline HR er mellem 600-700 bpm. Sørg for, at højtstående ikke falder under 450 bpm under nogen omstændigheder.
    BEMÆRK: Under proceduren kan HR falde en smule på grund af anæstesi, men det bør være over 500 bpm i de fleste tilfælde.
  6. Juster anæstesi flow i små trin overensstemmelse hermed (~ 0,1% trinvise stigninger hver 15 s, indtil en stabil tilstand af anæstesi er nået).
    BEMÆRK: En stabil tilstand af anæstesi er en tilstand, hvor de ovennævnte hjerteparametre opretholdes (se trin 2.5) og dyret ikke åbenlyst reagerer på stimuli fra placeringen af ​​sonden på forskellige billeddannende vinduer. Vigtigere er det, er dette ikke en kirurgisk plan anæstesi, hvilket resulterer i markant kardiodepression i mus. For langvarig imaging sessioner, anbefales anvendelse af dyrlægen salve til øjnene for at forhindre tørhed.
  7. Check kropstemperaturen anvendelse af en rektal termometer. Holde temperaturen mellem 36,5 ° C og 38 ° C.
    BEMÆRK: I en hensigtsmæssigt miljømæssigt styret rum og på en opvarmet platform, kropstemperaturen (målt rektalt) forbliver konstant under hele proceduren, og følgelig ikke er forstyrrende element påvirker cardiovaskulære hæmodynamik over tid.
  8. Barbere håret fra brystet med en elektrisk clipper designet til brug med fint hår. Tør brystet med en fugtig køkkenrulle. Dyret er klar til billeddannelse.
    BEMÆRK: Mens kan også udføres kemisk fjernelse af hår, undgå brug af sådanne forbindelser, da de kan forårsage betydelig hudirritation over tid i de lange eksperimenter. Endvidere kan det relevante program og fjernelse af sådanne kemisk baserede hårfjerning produkter forlænge varigheden af ​​anæstesi eksponering ved 2-3 min (~ 10-20%). Den samlede tid fra induktion af anæstesi til færdiggørelse af fremstillingen hud bør tage mindre end 3 min.
_title "> 3. Følg grundlæggende principper og retningslinjer i Erhvervelse Cardiac ultralydsbilleder

BEMÆRK: Der er tre ultralyd modaliteter anvendes i at erhverve billederne: B-mode / 2-D, M-mode, og Doppler (spektral pulserende bølge Doppler og farve flow Doppler imaging). Der er to grundlæggende transducer positioner anvendes til at erhverve billeder af hjertet og hjerteklapperne: den parasternal og apikale vinduer (figur 2).

  1. Fra hver transducer position, få flere tomografiske billeder af hjertet i forhold til sine lange og korte akser ved manuelt at dreje og angulating transduceren.
    BEMÆRK: Rotation refererer til drejning eller vridning transduceren fra en fast position på brystvæggen, mens vinkling refererer til side-til-side bevægelse af transduceren fra et fast punkt på brystvæggen. Alle ultralydstransducere har et billede indeks markør i form af en rille (hak), ekstern rib, eller knap.
  2. Sørg for, at ultralyd SIGudg er vinkelret på målstrukturen ved at justere transduceren holdning i overensstemmelse hermed.
  3. Optimer farven flow og peak velocity signaler ved at justere den transmitterede ultralyd stråle parallelt med strømmen. Vinklen mellem ultralydsstrålen og flow bør være mindre end 60 °.
  4. Optimer billedkvaliteten ved hjælp kontrollerne på kontrolpanelet. Kun området for forhør bør fylde display billedet.
    BEMÆRK: Fin justeringer i transducer og platform positioner er næsten altid nødvendig for at opnå klare billeder. Selv under optimale forhold, respiratoriske bevægelser, brystvæg anatomi (fx lille rib afstand), og variationer i den interne anatomi (både iboende og sygdom-induceret) kan begrænse den akustiske vindue og gøre billedet erhvervelse meget udfordrende.
  5. Ved måling de venstre ventrikulære dimensioner i M-mode og 2-D / B-mode, placere målingen caliper i den mest kontinuerlige ekko linje.
  6. Juster sektoren farve Doppler end prøvevolumen til det område af forespørgselssignalet ved at justere sektor kontrol, som findes på panelet.
    BEMÆRK: farvekodning ordning i Doppler undersøgelser indikerer hastigheden og retningsbestemmelse af blodgennemstrømningen. Doppler-signaler, der er røde angiver laminar blodgennemstrømning mod transduceren. Doppler-signaler, der er blå indikerer laminar strømning væk fra transduceren. En "mosaik" farvemønster indikerer områder af turbulent eller ikke-laminar blodgennemstrømning (som almindeligvis opstår i valvulær stenose eller valvulær opstød).
  7. Optag et minimum af to 5 s strimler (eller 100 frames) af real-time B-mode / 2D ekko fra hver imaging vindue til offline analyse.
    BEMÆRK: Kommercielt tilgængelige ekko maskiner har Image Acquisition indstillinger, der fanger et forudindstillet antal frames eller cine-loop størrelser. Indstillingerne for billedoptagelse kan ændres, således at længere cine sløjfer kan erhverves. Køb af billeder i høj kvalitet kræver stor erfaring og eksperimentering. Investigators skal finde den rette kombination af transducer placering og platform vinkel at få billeder fra mange synspunkter og akustiske vinduer.

4. Evaluering af Aorta Valve (AV) Funktion

BEMÆRK: Vurderinger af aortaklap funktion omfatter kvalitative vurderinger af ventilen (f.eks opfattet cusp tykkelse, øget ekkogenicitet grund valvular forkalkning, og tilstedeværelsen eller fraværet af regurgitant jets vha farve Doppler) og kvantitative målinger af ventilens funktion (f.eks, peak transvalvular hastighed og nippet afstand).

  1. Begynd at billedet aortaklappen ved at vælge B-mode erhvervelse billede.
  2. Med dyret sikkert fastgjort på platformen og hovedet vender væk fra investigator, vippe tabel 15-20 ° til venstre. Dette vil bringe hjertet frem og mod venstre, tættere på brystvæggen. Påfør en generøs mængde af ultralyd gel på transduceren eller direkte på enNimal bryst.
  3. Placer transduceren parasternally, ca. 90 ° vinkelret med den lange akse af hjertet, med billedet indeksmærke af transduceren pegende posteriort (figur 2). Mens der i 2D / B-tilstand, skal du skubbe transduceren kranialt indtil AV kommer til syne. Dette er den "korte akse" visning af aortaklappen.
    BEMÆRK: En normal aortaklappen har tre tynde Spidser, der åbner bredt under systole og lukke tilstrækkeligt under diastole således at der ikke er nogen regurgitation af blod tilbage i den venstre ventrikel. De Spidserne er meget tynde, bevæger sig meget hurtigt, og kan ofte være udfordrende at visualisere.
  4. Drej transduceren uret, indtil billedet indeks markør punkter caudad. Overhold aorta roden, aortaklap, venstre ventrikel udstrømning tarmkanalen, mitralklap, venstre atrium, og en del af den højre ventrikel udstrømning tarmkanalen udstillet billedet.
    BEMÆRK: Dette er "parasternal lange akse" syn på AV. Den sonographer børsikre sig, at der er to aortaklappen Spidser synlige hele hjertecyklus i billeder af B-mode, hvilket vil tillade efterfølgende M-type-billedbehandling og analyse (se nedenfor).
  5. Vurdere aorta roden i denne visning. feje forsigtigt frem og tilbage, så aortaroden billeder indeholder de største dimensioner af aortaroden. Mål den største anteriore-posteriore dimension af aorta hjælp af det elektroniske skydelære forbundet med målingen er indstøbt i maskinen.
  6. Find aortaklappen i den lange akse. Reducer billedet bredde, så kun aortaklappen er udstillet billedet ved at justere billedet Knappen bredde i kontrolpanelet. Placer M-mode linje af forhør, hvor den skærer spidsen af ​​aortaklappen præcist at vurdere aortaklappen nippet adskillelse.
  7. I displayet M-mode af aortaklappen, måle nippet adskillelse afstand (box-lignende udseende i systole) ved hjælp af elektronisk skydelære associeret med measurement værktøj indlejret i maskinen.
    BEMÆRK: Den største fordel ved M-mode scanning er den meget høje tidsopløsning, der er afgørende for vurderingen af ​​aortaklappen funktion. Mens M-mode billeder af AV kan erhverves i både synspunkter kort og lang akse, er den parasternal lange akse visning generelt foretrækkes, fordi den billeddannende flyet tillader sonographer til let identificere orientering og placering af de tips af Spidser under systole.
  8. Mens han stadig i den parasternal lang akse billede af aortaklappen, skal du trykke på styretasten farve Doppler i kontrolpanelet. Anvende farve Doppler til området af aortaklappen.
    BEMÆRK: Normal strømning fra den venstre ventrikel gennem aortaklappen under systole er mod transduceren, og dermed er kodet rød.
  9. Dokument nærvær eller fravær af aortaklappen regurgitation.
    BEMÆRK: Aorta ventil regurgitation er en unormal strøm, der opstår under diastole og er rettet væk fra TRANSDER; Det er således kodet blå.
  10. Tryk på pulserende bølge Doppler styretasten. Brug af track ball placeret i kontrolpanelet placere pulseret-bølge prøvevolumen i den proximale opadgående aorta lige over aortaklappen, at sikre, at vinklen mellem ultralydsstrålen og blodgennemstrømningen er mindre end 60 ° ved at vippe platform og / eller transduceren. Hvis det er muligt, få den maksimale hastighed på tværs af aortaklappen fra suprasternal hak vinduet.
  11. Mål peak hastighed fra den spektrale display ved hjælp af de elektroniske calipre forbundet med målingen værktøj indlejret i maskinen (figur 3C og 3F).
    BEMÆRK: En mosaik farve angiver høj strømningshastighed, der er tilbøjelige til at indeholde ikke-laminare strømningsmønstre.

5. Evaluering af Mitralklappens (MV) Funktion

BEMÆRK: Vurdering af mitralklappen funktion omfatter kvalitative vurderinger af ventilen (f.eks permodtagne nippet tykkelse, øget ekkogenicitet grund valvulær forkalkning, tilstedeværelse eller fravær af regurgitant jetfly bruger farve Doppler) og kvantitative mål for ventil funktion.

  1. Placer transduceren i den apikale position i B-mode. Placer transduceren, så den er vinklet fremad mod musen (figur 2C). Overhold den højre ventrikel (RV), venstre ventrikel (LV), højre atrium (RA), og venstre forkammer (LA) på display billedet. Manuelt vippe platformen lidt således at dyret er i en "head-down" position til at visualisere mitralklappen, da det åbner ind i LV.
    BEMÆRK: apikale 4-kammer visning er den optimale visning for behandlingen blodets hastighed på tværs af mitral og trikuspidalklapperne samt vævet hastighed mitralannulus. Dette er også en god udsigt til at vurdere bevægelse og størrelsen af ​​RV og interventricular septum.
  2. Fra det apikale 4-kammer visning, bringe mitralklappen i fokus ved at reducere billedet bredde.Bemærk at mitralklappen foldere vises som to tynde, mobile filamenter åbning og lukning under hver hjertecyklus.
    BEMÆRK: mitral foldere af en "normal" mus kan være svært at visualisere, hvis billeddannelse sker ved fysiologisk HR (dvs.> 450 bpm).
  3. Placer markøren M-modus tværs mitralklappen at vurdere tykkelsen af ​​foldere.
    BEMÆRK: forreste indlægsseddel er bedst visualiseres i systole når den er vinkelret på ultralydsstrålen (figur 4).
  4. Brug af apikale 4-kammer visning, anvende farve Doppler til billedet strømmen fra venstre atrium gennem mitralklappen under diastole. Overhold for mitralklap regurgitation.
    BEMÆRK: Flow er rettet mod transduceren og derfor kodet rød. Regurgitant flow vil være kodet blå og forekommer under systole (figur 5).
  5. Brug af den apikale lang akse opfattelse skifte til pulseret-bølge-mode. Flyt Doppler prøvevolumen til spidsen af ​​denmitralklap folder. Bemærk de to toppe af mitralindstrømningen spektrale display. Hvis foldere er ikke godt visualiseret, bruge farver Doppler til at identificere områder med lyse rød eller mosaik farvemønstre og placer prøvevolumen på det tidspunkt.
    BEMÆRK: Den spektrale visning af mitral flow har to toppe i langsom HRs (<450 bpm). I normale HRs (> 450 bpm), den tidligt-(E) og sene-fyldning (A) strømme er smeltet. Den spektrale Doppler visning af strømning tværs mitralklappen anvendes ved vurderingen af ​​venstre ventrikel diastolisk funktion (se trin 7.5).

6. Evaluering af højresidig hjerteklap Funktion

BEMÆRK: tricuspid og pulmonalklapperne ventiler omfatter højresidig hjerteklapper. Trikuspidalklappen kan let visualiseres i den apikale lange akse visning, mens lungeklappen kan visualiseres i udsigt både parasternal kort- og aksen.

  1. Fra den apikale lange akse visning, vippe eller pege transducerspidsen usynge en vuggende bevægelse, så højre hjertekammer er i centrum af skærmen billedet. Reducer billedet bredde, så kun højre hjertekammer er synlig i displayet billedet.
  2. I det samme billedplan, visualisere trikuspidalklappen foldere, der vises som tynde, mobile filamenter mellem højre atrium og højre ventrikel, og at åbne og lukke i løbet af hver hjertecyklus.
  3. Anvende farve Doppler i region trikuspidalklappen. Note til tricuspid ventil regurgitation.
    BEMÆRK: Normal strømning forekommer under diastole, er rettet mod transduceren, og derfor er kodet rød. Unormal regurgitant strømning forekommer under systole, er rettet væk fra transduceren, og derfor er kodet blå. Toppen hastighed regurgitant jet bruges til at estimere højre ventrikels systoliske tryk.
  4. Flyt transduceren til parasternal korte akse position på niveauet for aortaklappen. Ovenfor aortaklappen er de højre ventrikulære Outflav tarmkanalen, lungeklappen, den proximale vigtigste pulmonal, og højre og venstre pulmonale arterier (figur 6).
  5. Rotere transduceren uret til en modificeret parasternal lang akse position. Derefter vippe transduceren lidt opad for at opnå en kort-akse visning af lungeklappen.
  6. I denne visning anvende M-mode scanning for at evaluere afstand på lungeklappen cusps (figur 7).
  7. Påfør farve Doppler i regionen lungeklappen at vurdere for valvulær regurgitation (en mosaik-mønster, høj hastighed jet under diastole) og stenose (en mosaik-mønster, høj hastighed jet under systole).
  8. Tryk på styretasten pulserende bølge og placer prøvevolumen lige efter lungeklappen.
    BEMÆRK: Analyse af den spektrale Doppler visning af flow bruges til at estimere pulmonale arterietryk (figur 8).

7. Vurdering af hjertefunktionen

(fx visuel vurdering af uddrivningsfraktion, det regionale væg bevægelse abnormitet, og det opfattede tykkelse af væggene) og kvantitative mål for venstre ventrikel funktion (f.eks uddrivningsfraktionen, venstre ventrikel masse, venstre ventrikel diastolisk funktion, og indekser for myokardie ydeevne).

  1. Opnå en kort-akse visning af LV i 2D / B-mode, med transduceren i parasternal korte akse position på niveauet for den papillære muskler. Flyt transduceren op og ned for at scanne LV fra basen til toppunktet. Observeres for væg motion abnormiteter.
  2. Fra et parasternal korte akse visning af den venstre ventrikel, trykke på knappen M-mode, som ligger i kontrolpanelet. Brug af track ball, placere markøren M-tilstand i midten af ​​den venstre ventrikulære hulhed på niveau med de papillære muskler og obtain M-mode billeder.
  3. Mål den venstre ventrikulære hulhed dimension ved udgangen af diastolen, hvor afstanden mellem den forreste væg og bageste væg er det største, og i slutningen af systole, hvor den indadgående bevægelse af både forreste og bageste vægge er maksimal (figur 9).
  4. Mål forreste og bageste vægtykkelse ultimo diastole og end-systole.
    BEMÆRK: Mens papillærmusklerne er en væsentlig milepæl for at sikre den korrekte billedbehandling flyet, passe på ikke at inkludere dem i eventuelle målinger.
  5. Flyt transduceren til den apikale vindue. Se trin 5.1. Vurdere venstre ventrikel diastolisk funktion ved hjælp pulserende bølge Doppler af blodgennemstrømningen tværs mitralklappen i den apikale lange akse visning.
  6. Anbring prøven volumen ved spidserne af mitralklappen foldere. Af toppene mitralindstrømningen hastighed fra den spektrale visning af pulseret bølge Doppler hastigheder over mitralklap.
  7. Placer volumen prøve mellem LV inflvordan og udstrømning. Bemærk mitral og aorta ventil lukning og åbning signaler. Mål den Iso, iso-volumetrisk sammentrækning tid, og venstre ventrikels uddrivningsfraktion tid (figur 10).
  8. Udfør væv Doppler imaging (TDI) af det mitralannulus i den apikale lange akse visning. Tryk TDI styretasten og placer prøvevolumen på den mediale aspekt af mitralannulus. Sørg for, at prøvevolumen ikke griber ind mitral foldere. Hold Doppler prøvevolumen størrelse mellem 0,21 mm og 0,27 mm. Mål tidlige diastoliske hastighed (e ') af mitralannulus (figur 11).

8. Afsluttende Steps

  1. Gennemgå de erhvervede billeder. Konstatere, at blev opnået alle nødvendige billeder.
  2. Fjern overskydende ultralyd gel fra brystet af musen, og fjern forsigtigt tapen sikrer dyret på plads. Sluk for anæstesi.
  3. Placer dyret på et absorberende køkkenrulle(Ikke sengetøj, som kan opsuges eller kan blokere luftvejene under genopretning). Overhold dyret indtil brystleje opnås. Hvis anæstesi administreres hensigtsmæssigt, bør nyttiggørelse forekomme inden for 30 til 60 s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Eksempler på billeder, der rutinemæssigt opnået fra dyr cardiac ultrasound imaging er inkluderet i dette håndskrift. En illustration af transducer placering på dyrets bryst er tilvejebragt for at give læseren en klar forståelse af, hvor transduceren er positioneret til at opnå de billeder som beskrevet. Et fotografi af ultralyd laboratorie set-up er også medtaget for at understrege vigtigheden af ​​det rette udstyr, især ultralyd transducer skal anvendes, og metoden til anæstesi. 2D / B-mode, M-mode, og farve og Doppler skærme af de normale og unormale ventiler, højre og venstre ventrikler, og aorta roden mærkes korrekt. Selvom stammen-rate imaging ikke rutinemæssigt udføres, er et eksempel også inkluderet.

Mitralregurgitation er kendetegnet ved et højt, sædvanligvis ikke-laminar blodgennemstrømning hastighed (mosaik farvning) over ventilen under systole (figur 5). Tilstedeværelsen af ​​et sådant mosaik-farve Doppler strømningsmønster fra den venstre ventrikel til venstre atrium tværs af MV, forekommer efter QRS kompleks i EKG, giver mulighed for en entydig diagnose af MR. Når dette sker i fravær af aortaklappen regurgitation og / eller venstre ventrikulær dysfunktion, kan denne karakteriseres som isolerede mitralklapprolaps. Hvis der er en betydelig udvidelse af den venstre ventrikel (på grund af eksperimentelt induceret hjertesvigt eller overdreven dybde af anæstesi), kan dette karakteriseres som iskæmisk mitral regurgitation (eller regurgitation sekundært til hjertedysfunktion). En pulseret-bølge spektrale Doppler visning kan anvendes til at bekræfte tilstedeværelsen og timing af en regurgitant stråle af blodgennemstrømningen.

En normal aortaklappen har tre tynde, bøjelige Spidser, der kan åbnes og lukke tilstrækkeligt under hver hjertecyklus. Aortaklappen nippet adskillelse måles i 2D-styretM-tilstand af aortaklappen på lang akse visning. Elektroniske calipre bruges til at måle fra forkanten af retten aorta nippet til forkanten af venstre aorta nippet (figur 3). Aortaklappen Spids-separationsafstand i normale mus er 0,9 til 1,3 mm. Color Doppler viser en laminar strømning over ventilen og ind aortaroden under systole. Turbulent strømning kan forstås under forhold med øget strøm, såsom i aorta ventil regurgitation eller forøget tryk, som i aortaklappen stenose. Dette demonstreres som mosaik farve i udstrømningen tarmkanalen. Selv små mængder af aorta ventil regurgitation kan resultere i betydelige stigninger i peak transvalvular hastighed på grund af hyperdynamisk hjertefunktion og øget venstre ventrikel forspænding. Peak aorta hastighed i normale mus i området fra 0,90 m / s til 1,50 m / s. Peak aortaklappen hastighed på> 5 m / s er blevet registreret i mus med svær aortaklappen stenose.

12 (figur 8). Pulmonal acceleration tid er tidsintervallet fra starten af ​​systolisk pulmonal arteriel gennemstrømning til peak flow hastighed. Højre ventrikels uddrivningsfraktion tid er intervallet mellem indtræden af ​​højre ventrikels uddrivningsfraktion til det punkt, hvor der er ophør af systolisk pulmonal systolisk flow. Kombinationen af ​​en forkortet pulmonal accelerationstid med et fald i forholdet mellem lungepulsåren accelerationstid til højre ventrikels uddrivningsfraktion tid tyder på tilstedeværelsen af ​​pulmonal arteriel hypertension (som kan bekræftes ved anvendelse invasive eller direkte mål for pulmonal arteriel eller højre ventrikel tryk) .

figur 1
Figur 1: Animal Cardiac Ultralyd Laboratory. Laboratoriet er udstyret med de små-dyr-dedikerede ultralyd maskine med høj frekvens (30 MHz og 40 MHz) transducere (MS 400 og MS 550D), isofluran diffuser, dyr platform, temperatur og pulsmåler, 1% til 1,5% isofluran blandet med 1 l / min 100% O 2, næse kegle og slange tilsluttet isofluran diffuser og 100% O 2, hår barbermaskine, ultralyd gel, elektrode gel, tape, og papirhåndklæder. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2: Grundlæggende Transducer positioner. (A) parasternal vindue. Transduceren hoved er placeret i den venstre parasternal grænse med billedet indeksmærke af transduceren rettet kaudalt. frabout denne stilling, kan der opnås en lang-akse afbildning af den venstre ventrikel, aortaklap, og aortaroden og den korte akse afbildning af lungeklappen. (B) Fra parasternal vindue, er transduceren hovedet drejet mod uret, med hakket rettet posteriort. Fra denne position, kan der opnås den korte akse afbildning af den venstre ventrikel og aorta ventil og lang akse afbildning af lungeklappen. (C) Apikal vindue. Transduceren hoved er placeret ved toppunktet af hjertet. Fra denne position, kan der opnås på lang akse billede af højre og venstre ventrikler og mitral og trikuspidalklapperne. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3: Vurdering af Aorta Valve Funktion i et Normal Mouse versus Aorta Valve Funktion i en mus med Calcific Aorta Valve Disease. (A) 2D-billede af en normal aortaklappen i det lange akse visning. Bemærk, at aortaklappen åbner godt under systole. (B) M-modus, som viser normal aortaklappen funktion (kasselignende udseende). Bemærk, at nippet-afstand måles til 1,12 mm. (C) Spectral Doppler visning af den maksimale hastighed på tværs af normale aortaklappen blev meaured ved 1,3 m / s. (D) 2D billede af en forkalket aorta ventil i lang akse visning fra en lav-densitet lipoprotein receptor mangelfulde (LDLR - / -) og apolipoprotein B100-only (apoB 100/100) mus fodret med vestlige kost. De cusps er fortykket og har øget ekkogenicitet, hvilket resulterer i begrænset åbning under systole. (E) en M-modus, som viser den samme stenotiske aortaklappen viser en spids fordybning-separation afstandsmåling på 0,7 mm. (F </ Strong>) Den spektrale Doppler visning af top hastighed på tværs af stenotic aortaklappen blev meaured på 4,6 m / s. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: M-mode af en normal Mitralklappens. Fra den apikale vindue, er en lang akse billede af mitralklappen opnået. M-mode linje afhøring anvendes på tværs mitralklappen indlægssedlen. Mens mitral folder tykkelse teoretisk kan måles ved hjælp af elektroniske calipre, kan dette være ekstremt udfordrende givet den tynde, dårligt ekkogent, og hurtigt bevæger foldere af den normale mitralklap. Pilene peger på M-mode af mitralklappen folder i systole. venligst CLIck her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5: Dokumentation for en Mitralklappens regurgitant Jet hjælp Color Doppler Imaging. Fra parasternal vindue, er en modificeret lang akse afbildning af mitralklappen opnået. Color Doppler forhør viser en mosaik farve jet på mitralklappen under systole (fremhævet med en pil). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6
Figur 6: Lang akse Udsigt over Main lungepulsåren og dens store grene. Den længe akse visning af de vigtigste lungepulsåren (MPA) og højre (RPA) og venstre (LPA) grene kan fås fra paraste rnal vindue. Den højre ventrikulære udstrømning tarmkanalen (RVOT), lungeklappen (PV), og aorta (AO) er delvist ses. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7
Figur 7: M-mode, som viser en normal lungeklappen. Fra parasternal vinduet, kan fås både kort og lang akse udsigt over lungeklappen. M-mode linje afhøring anvendes på tværs lungeklappen. Lungeklappen nippet-separation (pile) afstand kan måles fra dette synspunkt. Klik her for at se en større version af dette tal.

10fig8.jpg "/>
Figur 8: Pulserende-bølge Doppler Forespørgsel Flow Across lungeklappen. Lungepulsåren accelerationstid (Paat) er tidsintervallet fra starten af ​​systolisk pulmonal arteriel gennemstrømning til peak flow hastighed. Højre ventrikels uddrivningsfraktion tid (RVET) er intervallet mellem indtræden af ​​højre ventrikels uddrivningsfraktion til det punkt, hvor der er ophør af strømningen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 9
Figur 9: M-mode, som viser en Short-akse Udsigt over den venstre ventrikel. Fra parasternal vinduet, er den korte akse afbildning af den venstre ventrikel opnået ved at rotere transduceren hovedet mod uret, således at billedindeksskærmen markeringspunkter posteriort eller dorsalt. M-mode linje interrogering påtrykkes over den venstre ventrikel på niveauet for den papillære muskler. Venstre ventrikel ende-diastolisk dimension (LVEDD), venstre ventrikel ende-systolisk dimension (LVESD), og forreste væg (AW) og bageste væg (PW) tykkelser let kan måles. Pas på ikke at medtage papillærmusklen (*) i målinger. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 10

Figur 10: Color Doppler Evaluering og Pulserende-bølge Doppler Spectral Visning af Mitralklappens Inflow. (A) billede, der viser en farve Doppler evaluering af mitralklappen indstrømning i den apikale lange akse visning. Bemærk, at 2D-farve Doppler billede kan være en kritisk værktøj til guiding det passende prøvemængde position for erhvervelse af pulserende bølge Doppler tracings (afbildet i panel B). (B) Spectral visning af mitralklappen indstrømning hjælp pulserende bølge Doppler. Den pulserede-bølge Doppler vurdering af blodgennemstrømning tværs mitralklappen (i den apikale lange akse visning) udføres for at vurdere venstre ventrikels diastoliske funktion. Volumen prøve anbringes ved spidserne af mitralklappen foldere. Den Iso (IVRT), iso-volumetrisk kontraktionstid (IVCT), venstre ventrikels uddrivningsfraktion tid (LVET), og peak mitralindstrømningen hastighed (E) kan alle være afledt af den spektrale visning af pulseret bølge Doppler hastigheder over mitralklap. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 11
Figur 11: Tissue Doppler Imaging af septal mitralannulus. Fra den apikale vindue, er en lang akse billede af mitralklappen opnået. Vævet Doppler prøvevolumen er anbragt ved den septale område af mitralannulus. Forholdet mellem den maksimale mitralindstrømningen hastighed (variabel E i figur 10B) og toppen mitralannulus væv hastighed (e ', angivet med hvide pile) anvendes til at vurdere venstre ventrikels diastoliske funktion (almindeligvis benævnt E / e'). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 12
Figur 12: Vurdering af stamme og Strain Rate af venstre ventrikel myokardiet. Der er specialiserede analyse softwarepakker tilgængelige kommercielt, og stammen og stamme sats variable kan væreopnået som mål for tidligt eller subkliniske ændringer i iboende myokardiale kontraktile egenskaber. De ovenfor viste eksempler skildre radial belastning og tøjningshastighed i almindeligt erhvervet imaging fly i mus. Bemærk, at disse billeddannende planer (og den efterfølgende form af stammen tracings) kan være forskellige fra billeder i mennesker, som ofte er erhvervet i den apikale lange akse eller 4-kammer visning. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Induktion af anæstesi

Korrekt induktion og vedligeholdelse af anæstesi er kritisk for nøjagtig vurdering af ændringer hjerteklap og hjertefunktion hos mus. I betragtning af den hurtige induktion af anæstesi fremkaldes af isofluran og den forholdsvis lange wash-out tid af denne bedøvelse efter dyb anæstesi, bruger vi ikke en stand-alone anæstesi kammer til induktion. Stedet, som nævnt detaljeret ovenfor, er dyrene ledes direkte til anæstesi kegle, som tillader hurtig og kontrolleret induktion af anæstesi ved relativt lave koncentrationer af bedøvelsesmidlet.

De fleste stammer af mus forbliver rigeligt sederet ved mindre end 1,5% isofluran. De kumulative effekter af isofluran på hjertefunktion bør overvåges nøje, dog, og små fald i koncentrationen af ​​bedøvelsesmiddel kan være nødvendig over tid. Omvendt kan små stigninger i koncentrationen af ​​bedøvelsesmiddel også være needed. overvåge forsigtigt dyret for enhver bevægelse (antyder utilstrækkelig dybde af anæstesi) og for stigninger eller fald i HR; dette giver mulighed for hurtig og proaktiv styring af dybden af ​​bedøvelse.

I modsætning til mennesker, isofluran fremkalder et fald i HR i mus. Mens venstre ventrikelfunktion første omgang kan bevares i perioder med administration overdreven bedøvelsesmiddel, er reduktioner i HR næsten allestedsnærværende efterfulgt af venstre ventrikel dilatation sekundært til undertrykkelse af hjertets kontraktilitet. Derfor uddrivningsfraktionen falder, transvalvular (aortaklap og mitralklap) peak flow hastigheder falder, aortaklappen lukning sker tidligt, og væv Doppler hastigheder falde. Det er derfor bydende nødvendigt løbende at overvåge den fysiologiske tilstand af dyret for at sikre, at HR stadig langt over 450 bpm. For personer, der ikke har erfaring i billedbehandling mus, en tilgang, der omfatter en dedikeret sonographer ogen anden investigator dedikeret til overvågning af dybden af ​​bedøvelse anbefales.

Analyse af AV-funktion

Klinisk, American Society of Ekkokardiografi retningslinjer 13 anbefale køb af venstre diameter den ventrikulære udstrømning tarmkanalen og venstre ventrikel udstrømningen tarmkanalen hastighed ved hjælp af pulserende-bølge Doppler. Toppen trans-aortaklappen hastighed shuld måles ved hjælp af dedikeret kontinuerlig bølge Doppler til at beregne aortaklappen område ved hjælp af kontinuitet ligningen: AVA = (CSA LVOT x VTI LVOT) / VTI AV. I mangel af disse Doppler data, er det anatomiske (geometrisk) tværsnitsareal af aortaklappen åbning som målt ved 2D eller 3D anbefales. Selvom transduceren har høj rumlig og tidsmæssig opløsning, aortaklappen cusps kan ikke konsekvent afgrænset på kort aksen visning. Således AV åbningsareal ikke præcist spores. Furthermore, og måske endnu vigtigere, i øjeblikket tilgængelig højfrekvente små dyr-dedikerede ultralyd er ikke udstyret med dedikeret kontinuerlig bølge Doppler formåen. Således identifikation af en "sand" peak transvalvular hastighed til brug sammen med kontinuitet ligning er usædvanligt udfordrende (og ville ikke blive accepteret klinisk). Ligeledes kan andre kommercielt tilgængelige ultralydprober ikke har kapacitet til at optage meget høje hastigheder og er således begrænset til lavere hastigheder. På baggrund af disse store begrænsninger, kliniske billeddiagnostiske protokoller anvender systemer gearet til høj opløsning billeddannelse i små dyr kan ikke helt fanget.

Analyse af MV-funktion

Generelt mus er meget modstandsdygtige over for udvikling af mitralklapprolaps. Visualisering af en regurgitant jet tværs mitralklappen i fastsættelsen af ​​en hurtig HR kan være meget udfordrende. Endvidere i human ekkokardiografi, den anterieller og posteriore mitralklap foldere ses tydeligt og diskusprolaps eller plejl folder let værdsat. Men i mus, mitralklap foldere kan ikke godt afgrænset i forreste og bageste, og finde en plejl eller diskusprolaps folder er usædvanlig udfordrende på grund af den lave ekkogenicitet af ikke-forkalkede, tynde væv. Anvendelsen af ​​farve Doppler at vise en regurgitant jet er de mest nyttige midler til at vurdere mitral ventil funktion i mus. En diagnose af isolerede mitralklap regurgitation bør kun foretages efter nøje vurdering af venstre ventrikelfunktion, aortaklap funktion, og mitralklapstenose funktion.

Til dato er der ingen robuste musemodeller for mitralklapstenose. Øget ekko tæthed af mitralklappen kan foreslå forkalkning, men lokalisering til enten forreste eller bageste indlægsseddel er vanskelig. Klinisk, er en diagnose af mitralklapstenose lavet i fastsættelsen af ​​tykke, forkalkede foldere med begrænseed bevægelse. Måling af indlægsseddel tykkelse kan gøres ved M-modus (figur 4). Brug af Doppler, er peak E-hastighed sædvanligvis forøget og er forbundet med forlængelser i trykket halvtid. Således vil generobre disse funktioner være kritisk i vurderingen af ​​nye modeller for mitralklapstenose. Mens den amerikanske Society of Ekkokardiografi anbefaler, at estimeringen af mitralklappen område sker ved hjælp af tryk på halv tid (MV område = 220 / pres halv tid), er sådanne beregninger ikke valideret i mus 13.

Analyse af tricuspid og lungeklappen valvulær funktion

Den trikuspidalklappen vurderes for brochure mobilitet, valvulær stenose, og valvulær opstød. Typisk er disse data udtrykkes kvalitativt og i en binær måde (dvs. tilstedeværelse eller fravær af dysfunktion). Toppen hastighed trikuspidalklappen regurgitant jet anvendes til estimate højre ventrikels systoliske tryk. Derudover tricuspid regurgitation er ikke ualmindelige i normale ubelastet mus.

Lungeklappen funktion kan vurderes ved 2D / B-mode, M-mode, og farve-flow imaging (figur 6 og 7). Disse retningslinjer anvendes til at vurdere lungeklappen tykkelse (f.eks, synlighed eller ekkogenicitet med 2D), måle lungeklap åbning ventil åbning (nippet-afstand), og vurdere lungeklappen mobilitet og coaptation (2D og farve Doppler). Lungeklappen regurgitation kan let forstås med farve Doppler, som beskrevet ovenfor. Sværhedsgraden af ​​lungeklappen regurgitation kan vurderes ved hjælp af den maksimale retrograd blodstrøm (målt med pulseret-bølge Doppler) gennem lungeklappen under diastole.

Analyse af hjertefunktionen

2D / B-mode scanning af den venstre ventrikel i kort og lang akse synspunkter giver en vis ual vurdering af hjertefunktionen. Mens dette imaging modalitet giver mulighed for grove evalueringer af venstre ventrikelfunktion, M-mode billedbehandling giver betydeligt højere Spatiotemporal opløsning, hvilket gør det en overlegen teknik i forhold til 2D / B-mode scanning. Dette er meget vigtigt i betragtning af, at normale mus kan have HRs spænder fra 450-700 bpm. Vi fastholder HR over 450 bpm, så data er et tæt repræsentant for ikke-bedøvet cardiac fysiologi og hæmodynamik. Hvis HR lov til at falde på grund af overdreven anæstesi og / eller over-sedation, venstre ventrikel dilatation, reduktioner i skøn over hjertets kontraktilitet, og dramatiske ændringer i transvalvular blod hastigheder og andre kvalitative karakterisering af valvulær funktion (fx ændringer i mitral regurgitation sekundært til venstre ventrikel dilatation, reduktioner i peak aortaklappen strømningshastighed, og reduktioner i mitral blod tilstrømning hastighed) ses ofte.

telt "> I mangel af segmenter væg-motion abnormiteter, udslyngning fraktion (EF) og fraktioneret forkortelse (FS) er yderst reproducerbare målinger af venstre ventrikel systolisk funktion. Brug M-mode billedbehandling, er den maksimale diastoliske og systoliske dimensioner opnået og anvendt at beregne EF, FS, og LV masse 14, 15.

Alle disse målinger kan beregnes automatisk i softwarepakken forbundet med ultralyd maskine. Mens kan udføres evaluering af hjerte- og valvulær funktion ved hjælp "standard" klinisk ultralyd systemer, de relativt lave niveauer af opløsning (f.eks 12-15 MHz sonder) kan gøre præcise vurderinger af hjerte- og valvulær funktion i mus udfordrende.

Diastolisk funktion er en integreret del af vurderingen af ​​funktionen af ​​venstre ventrikel. I kliniske undersøgelser har diastolisk hjertesvigt vist sig at være yderst correlated med sygelighed og dødelighed. Diastolisk funktion vurderes ved pulserende bølge Doppler ekkokardiografi og væv Doppler billeddannelse. E / A-forholdet (forholdet mellem den tidlige hurtigtvirkende påfyldning bølge, E, og den sene-påfyldning bølge grundet atrial sammentrækning, A) og E deceleration tid er ikke anvendelige parametre for diastolisk funktion i mus som følge af fusion af E og A bølger sekundær de meget høje HRs stede i passende-bedøvede mus.

At evaluere venstre ventrikel diastolisk funktion, peak mitralindstrømningen hastighed, Iso-tid (IVRT), iso-volumetrisk sammentrækning tid (IVCT), venstre ventrikel udslyngning tid, og mitralannulus væv, hastighederne (e ') er udnyttet. Disse Doppler parametre er let opnåelige, målbare og reproducerbare. Den tidlige diastoliske hastighed (e ') af mitralannulus målt med væv Doppler imaging er en pålidelig indikator for venstre ventrikel myokardie afslapning Forholdet mellem peak mitrale tilstrømning hastighed og den tidlige mitralannulus væv hastighed er blevet påvist i kliniske undersøgelser for at korrelere godt med lungekapillærtryk 16.

Global venstre ventrikelfunktion kan vurderes ved hjælp af myocardial præstationsindeks, også kendt som Tei indeks. Den indeholder både systolisk og diastolisk tidsintervaller for at muliggøre en integreret mål for både systolisk og diastolisk venstre ventrikelfunktion. Systolisk dysfunktion forlænger pre-udslyngning tid (IVCT) og forkorter venstre ventrikels uddrivningsfraktion tid (ET). Abnormiteter i diastolisk funktion eller myocardial afslapning kan resultere i signifikant forlængelse af IVRT. Den venstre ventrikel myokardie ydeevne indeks (MPI) kan beregnes som MPI = IVCT + IVRT / LVET 17. I denne sammenhæng er reduktioner i MPI forbundet med forbedringer i hjertefunktion, mens en højere MPI værdi tyder på hjertedysfunktion.

Nye teknikker til at vurdere hjertefunktionen og valvulær funktion i mus: fremtidige retninger

tissue Doppler

Tissue Doppler kan anvendes til at vurdere diastolisk funktion ved hjælp af E, E 'og E / e' variabler, men denne metode er ikke i øjeblikket meget udbredt. Som sådan variabilitet og reproducerbarheden af ​​målingerne i forskellige gnaver-stammer ikke er blevet grundigt testet ved multiple forskningsgrupper. Ikke desto mindre er brugen af ​​E / e 'og dets overensstemmelse med tryk i venstre forkammer i kliniske miljøer, potentiale for tidlig påvisning af kardial dysfunktion hos mus, og ansøgningen til sygdomsmekanismer sandsynligvis gøre dette til en integreret del af vurderingen af ​​de hjerte-konsekvenser af valvulær hjertesygdom i translationel forskning.

Tøjningshastighed billeddannelse

Små dyremodeller har vist sig at være en uvurderlig tOOL at forstå mekanismerne bag patofysiologiske ændringer i hjertefunktionen. Mens 2D og Doppler ekkokardiografi indføre omfattende og ikke-invasive vurderinger af hjertefunktion morfologi, funktion og hæmodynamik in vivo, de mangler følsomheden at opdage tidlige ændringer i myokardiets funktion som reaktion på kronisk tryk eller volumen overload (to af de mest almindelige stressfaktorer induceret af valvulær hjertesygdom).

Som følge af disse begrænsninger er der stigende interesse for anvendelsen af ​​klinisk anvendte indeks for hjertefunktion-såsom myokardie belastning og stamme sats-, der har potentiale til mere præcist at opdage tidlige eller subkliniske ændringer i iboende myokardiale kontraktile egenskaber . Strain og stamme rate billedbehandling er blevet anvendt med succes i gnavere på progression af hjertesvigt 18 og hypertensiv hjertesygdom 19, tilbageførsel af hjerte-dysynchronyog hjertedysfunktion 20, og den langsgående hjertets funktion med unge mus 21. Det anbefales, at stamme-rate imaging betragtes som en supplerende billedteknik til grundig 2D og vævs Doppler-afledte mål for hjertefunktion. For at sikre, at efterforskerne har en grundlæggende forståelse af principperne for måling af myokardie stamme og stamme sats, de efterfølgende afsnit til formål at give grundlæggende principper og begrænsninger der ligger til grund stamme beregning og stamme sats billeddannelse.

Stamme og stamme sats er afledt af ændringen i længden af ​​myocardial fiber i forhold til den oprindelige længde (I kardiologi, er forskellen mellem udgangen diastolisk længde og ende systolisk længde anvendes til denne beregning). Den præcise måling af ændringer i myocardial fiberlængde kompliceres af spiral arkitektur myocardiale fiberbundter, hvilket resulterer i multidirectional strækdeformering hele systole (fx stamme i radial, langsgående og rundtgående akser). Nylige undersøgelser af mus tyder på, at væv Doppler derived- og speckle sporing-afledt stamme og stamme sats deformation parametre relaterer nøje til iboende myocardial funktion 22. Begge teknikker kræver tilsætning af specialiseret analyse software til forsknings- billedsystemer, som giver mulighed for relativt automatiseret generation af variablerne af interesse (se eksempler i figur 12) 23.

Selvom stammen imaging lover, kan erhvervelse af høj kvalitet 2D-billeder til pletter sporing analyse være udfordrende. Endvidere manuelt sporing af endokardiale og epikardielle grænser for stammen måling er vanskelig og besværlig. En væsentlig del af praksis og robust vurdering af reproducerbarhed og konsistens af intra-investigator målinger (herunder billedekvalitet, konsistente imaging fly, og off-line analyse) er kritiske, når de gennemfører brugen af ​​stammen målinger til at vurdere hjertefunktionen. Derfor bør stamme og stamme-rate analyser gennemføres af helt blindede, uddannede efterforskere for at sikre høj kvalitet og reproducerbare data.

EKG-gated høj opløsning ultralydsbilleddannelse

Tissue Doppler imaging og stamme-rate imaging tillader måling af de myocardiale deformationer over en komplet hjertecyklus, men på grund af deres tidsmæssige opløsning (5 ms ved bedst), forbliver de begrænset til den globale bevægelse af hjertet 24. For at opnå høj rammehastighed ultralydsbilleddannelse har en anden tilgang baseret på anvendelsen af ​​EKG-gated datafangst for nylig blevet foreslået til kardiovaskulære anvendelser. EKG-gated mekaniske og elektromekaniske bølge billeddannelse af kardiovaskulær væv er baseret på billeddannelse af væv ved hjælp af ultralyd ved høj rammesatser, op til 8.000 billeder pr s (fps), ved at synkronisere 2D-billedet erhvervelse på EKG-signaler 24. Det overgår klart 2D / B-mode frame rates af ~ 1000 fps (giver større opløsning under fysiologiske forhold, hvor pulsen er ~ 500-650 bpm i en mus), og in vivo gennemførlighed af denne imaging metode til evaluering af ventrikulær funktion har blevet påvist i bedøvede dyr (give bedre detektion af hjerte- væg bevægelse abnormaliteter i små dyremodeller 25).

Stressinduceret hjertefunktion

Mens motion test ofte anvendes til at evaluere kardiale reaktioner på øget organismal stress i kliniske omgivelser, behovet for bevidst sedation og / eller anæstesi hos gnavere gør den umiddelbare post-øvelse evaluering af hjertefunktion overordentlig udfordrende. Således farmakologisk stresstest er sandsynligvis en klinisk-relevant parallelt for at vurdere de kardiale konsekvenser af valvulær hjertesygdom (alvorlig aortastenose, moderat til svær mitralklapstenose og svær primær mitral regurgitation). Dette vil være et særligt vigtigt spirende forskningsområde, givet de seneste kliniske retningslinjer, der understreger betydningen af stresstest for at afklare symptom status, vurdere dynamiske komponenter af valvulær abnormiteter, og afsløre subklinisk myokardiedysfunktion, der sandsynligvis vil blive savnet i hvile 26.

Som bemærket i tidligere afsnit, mus er overordentlig modstandsdygtig over for afterload-induceret hjertedysfunktion. Således kan dobutamin stress ekkokardiografi være et meget nyttigt værktøj til at opdage tidlige fald i venstre ventrikel, som måske ikke er synlige i mus med varierende niveauer af valvulær hjertesygdom. Selv mus med svær calcific aortaklappen stenose kan have relativt velbevaret systolisk funktion og vil sandsynligvis give en nyttig platform for applgement af dobutamin stress ekkokardiografi at forudsige timingen (og ofte meget hurtig) indtræden af ​​hjertesvigt hos disse dyr. Til dato, er vi ikke bekendt med nogen studier, der undersøger brugen af ​​dobutamin stress ekkokardiografi i mus med nogen grad af valvulær hjertesygdom.

3D ekkokardiografi

Klinisk 3D billeddannelse af hjertet er et særligt effektivt værktøj, der muliggør præcise målinger af diastolisk og systolisk volumen, slagvolumen og minutvolumen. 3D ekkokardiografi er blevet en ny klinisk standard i vurderingen af ​​sværhedsgraden af ​​valvulær stenose ved hjælp af nøjagtig ventil arealmåling, og det giver mulighed for præcis identifikation og kvantificering af prolaps af de enkelte segmenter i mitralklap sygdom.

Forskning ultralyd systemer med højfrekvente transducere giver mulighed for erhvervelse af hjerte-gatede billeder og for den efterfølgende offline genopbygningention af 3D billeder ved hjælp af brugerdefinerede softwarepakker. Mens det er muligt at erhverve 3D-billeder af den venstre ventrikel ved hjælp af denne hardware og software kombination, er dette ofte udføres under relativt dybe niveauer af anæstesi (som sænker HR og minimerer respiratorisk artefakt), hvilket gør ekstrapolering af den fysiologiske betydning af ændringer i hjertefunktionen vanskelig.

Med hensyn til anvendelsen af ​​3D-billeder for at vurdere hjerteklap funktion i mus, dette er en usædvanlig udfordrende proposition betragtning af den lille størrelse, relativt lav ekkogenicitet, og høj hastighed af hjerteklapper under normale fysiologiske betingelser. Indtil teknologiske fremskridt i anskaffelse og billedbehandling giver mulighed for den klare skelnen af ​​hjerteklapper under sådanne forhold, har vores erfaring været, at 3D-billeder er af begrænset nytte i præcis og grundig karakterisering af hjerteklap funktion i mus.

Kollektivt, techgiske fremskridt i små dyr imaging gøre dette til en usædvanligt spændende tid at få indblik i de patofysiologiske mekanismer bag valvulær hjertesygdomme og deres kardiale konsekvenser. Vi er fast hævde, at den grundige evaluering af både hjerteklap funktion og hjertefunktionen er afgørende for at forstå virkningerne af genetiske, farmakologiske, eller mekaniske manipulationer af hjerteklap funktion i mus. Vi håber, at dette manuskript ikke kun vil tjene som en nyttig ressource for efterforskerne forfølger forskning i patogenesen af ​​hjerteklap sygdom, men vil også anspore diskussion om de bedste metoder til at vurdere valvulær og hjertefunktionen i sådanne undersøgelser inden for vores forskning samfund.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ngo, D. T., et al. Determinants of occurrence of aortic sclerosis in an aging population. JACC Cardiovasc Imaging. 2, 919-927 (2009).
  2. Nkomo, V. T. Epidemiology and prevention of valvular heart diseases and infective endocarditis in Africa. Heart. 93, 1510-1519 (2007).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Rajamannan, N. M. Calcific aortic valve disease: cellular origins of valve calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 31, 2777-2778 (2011).
  7. 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).
  8. Sider, K. L., Blaser, M. C., Simmons, C. A. Animal models of calcific aortic valve disease. Int J Inflam. 2011, 364310 (2011).
  9. Miller, J. D., Weiss, R. M., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis: methods, models, and mechanisms. Circ Res. 108, 1392-1412 (2011).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Devereux, R. B., Reichek, N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man. Anatomic validation of the method. Circulation. 55, 613-618 (1977).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Ishizu, T., et al. Left ventricular strain and transmural distribution of structural remodeling in hypertensive heart disease. Hypertension. 63, 500-506 (2014).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
Ekkokardiografiske Strategier og Protokoller for omfattende fænotypisk karakterisering af Valvular hjertesygdom i mus
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Casaclang-Verzosa, G., Enriquez-Sarano, M., Villaraga, H. R., Miller, J. D. Echocardiographic Approaches and Protocols for Comprehensive Phenotypic Characterization of Valvular Heart Disease in Mice. J. Vis. Exp. (120), e54110, doi:10.3791/54110 (2017).More

Casaclang-Verzosa, G., Enriquez-Sarano, M., Villaraga, H. R., Miller, J. D. Echocardiographic Approaches and Protocols for Comprehensive Phenotypic Characterization of Valvular Heart Disease in Mice. J. Vis. Exp. (120), e54110, doi:10.3791/54110 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter