Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Ekokardiografiska Tillvägagångssätt och protokoll för omfattande Fenotypisk karakterisering av Klaffsjukdom hos möss

doi: 10.3791/54110 Published: February 14, 2017

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Åldrande är associerat med progressiva ökningar av hjärt-förkalkning en. Hemodynamiskt signifikant aortaklaffen stenos drabbar 3% av befolkningen över 65 år 2, och patienter med ännu måttlig aortaklaffen stenos (topphastighet på 3-4 m / s) har 5 års händelsefri överlevnad på mindre än 40% 3. För närvarande finns det inga effektiva behandlingar för att bromsa utvecklingen av aortaklaff förkalkning, och kirurgiska aortaklaffen ersättning är den enda tillgängliga behandlingen för avancerad aortaklaffen stenos 4.

Studier som syftar till att få en djupare förståelse för de mekanismer som bidrar till initiering och progression av aortaklaffen förkalkning är ett viktigt första steg i riktning mot farmakologiska och icke-kirurgiska metoder för att hantera aortaklaffen stenos 5, 6. Genetiskly-förändrade möss har spelat en viktig roll i utvecklingen av vår förståelse av de mekanismer som bidrar till en mängd olika sjukdomar och nu kommer i förgrunden för mekanistiska studier som syftar till att förstå biologi aortaklaffen stenos 6, 7, 8. Till skillnad från andra kardiovaskulära sjukdomar såsom ateroskleros och hjärtsvikt-där standardprotokoll för utvärdering av vaskulära och kammarfunktion är för det mesta väletablerade-det finns unika utmaningar i samband med in vivo fenotypning av hjärtklaff funktion i möss. Medan senaste omdömena har gett ingående diskussioner om fördelar och nackdelar med många avbildning och invasiva metoder används för att bedöma ventilfunktionen hos gnagare 9, 10, 11, till dags dato, vi är inte medvetna om en publikation som ger en omfattande, steg-för-steg-protokoll för ventilfunktion fenotypning hjärta hos möss.

Syftet med detta manuskript är att beskriva de metoder och protokoll fenotyp funktion hjärtklaff hos möss. Alla metoder och förfaranden har godkänts av Mayo Clinic Institutional Animal Care och användning kommittén. Viktiga komponenter i detta protokoll omfattar anestesidjupet, utvärdering av hjärtfunktionen, och utvärderingen av hjärtklaffsfunktion. Vi hoppas att denna rapport kommer inte bara tjänar till att vägleda utredarna intresserade bedriver forskning inom hjärtklaffsjukdom, men kommer också att starta en nationell och internationell dialog i samband med protokoll standardisering för att garantera data reproducerbarhet och giltighet i detta snabbt växande område. Viktigt är framgångsrik avbildning med hög upplösning ultraljudssystem kräver en fungerande kunskap om principerna för ultraljud (och terminologi som vanligen används i ultraljud), en förståelse för grundläggande Principles hjärt fysiologi, och betydande erfarenhet med ultraljud för att möjliggöra noggrann och tidseffektiv bedömning av hjärtfunktionen hos gnagare.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Förbered material och utrustning (Tabell 1 och Figur 1)

  1. Slå på ultraljudsmaskinen. Ange djuret ID, datum och tid (för serieavbildningsexperiment) och annan relevant information.
  2. Använd en högfrekvent ultraljudsomvandlare, 40 MHz för avbildning möss mindre än ~ 20 g eller 30 MHz för möss större än ~ 20 g.
  3. Anslut plattformen till elektrokardiogram (EKG) övervaka EKG grind av avbildning för vissa villkor.
    OBS: Kritiskt, ger detta även för den momentana beräkning av hjärtfrekvens (HR), som kan användas som ett av flera index för en lämplig anestesidjupet.
  4. Förvärm plattformen till 37 ° C.
    OBS: Alla kommersiellt tillgängliga ultraljudsmaskiner har en kontrollpanel som ger bildupptagning kontroller och kontroller studiehantering för B-mode, M-mode och Doppler ekokardiografi. En hjärt mätverktyget är inbäddad i maskinen för automatisk mätningoch beräkning av gemensamma ekokardiografiska parametrar för hjärt- och klaff funktioner.

2. Förbered musen för Imaging och induktion av anestesi

  1. plocka försiktigt upp musen genom svansen och stadigt hålla djuret i nacken på halsen.
  2. Guide näsan av djuret i noskonen. Börja anestesi flöde vid 1% isofluran. Se till att djuret är nedsövd inom 3-5 s exponering för gasen.
  3. Snabbt och exakt låg djuret på plattformen i ryggläge, och se till att framtassarna och baktassarna ligga på EKG-sensorer av plattformen.
  4. Försiktigt fast djuret med tejp på alla fyra benen, lätt tillämpa tejp för att stabilisera huvudet i noskonen apparaten, och applicera tejp för att stabilisera svansen. Både bakfötter och framtassarna ska ligga plant för att säkerställa en stabil och tydlig EKG-signalen förvärv av den fysiologiska avbildningssystemet.
  5. Kontrollera HR. Gör detta med hjälp av ett IMAging plattform med EKG-kapacitet eller med externa EKG-enheter. Säkerställa att noll HR är mellan 600-700 bpm. Se till att HR inte understiger 450 bpm under några omständigheter.
    OBS: Under proceduren kan HR minska något på grund av anestesi, men det bör vara över 500 bpm i de flesta fall.
  6. Justera anestesi flödet genom små ökningar därefter (~ 0,1% steg var 15 s tills ett stabilt tillstånd av anestesi nås).
    OBS: Ett stabilt tillstånd av anestesi är ett tillstånd i vilket de ovan nämnda hjärtparametrar bibehålls (se steg 2.5) och att djuret inte öppet svarar på stimuli från placeringen av sonden på olika avbildningsfönster. Viktigare, är detta inte en kirurgisk plan av anestesi, vilket resulterar i markant cardiodepression hos möss. För långvarig avbildning sessioner, är tillämpningen av veterinär salva till ögonen för att förhindra torrhet rekommenderas.
  7. Kontrollera kroppstemperaturen med hjälp av en rektal termometer. Håll temperaturen mellan 36,5 ° C och 38 ° C.
    OBS: I en lämplig miljökontrollerat rum och på en uppvärmd plattform, kroppstemperaturen (uppmätt rektalt) förblir konstant under hela förfarandet och följaktligen är inte en confounding faktor som påverkar hjärt hemodynamiken över tiden.
  8. Raka av håret från bröstet med användning av en elektrisk klippare konstruerad för användning med fint hår. Torka bröstet med en fuktig pappershandduk. Djuret är klar för avbildning.
    OBS: Även om kemisk borttagning av hår kan också utföras, undvika användning av sådana föreningar, eftersom de kan orsaka betydande hudirritation över tiden i långtidsförsök. Dessutom kan en korrekt tillämpning och avlägsnande av sådana kemiskt baserade produkter hårborttagning förlänga varaktigheten av anestesi exponering med 2-3 min (~ 10-20%). Den totala tiden från induktion av anestesi till slutförandet av hudpreparering bör ta mindre än tre minuter.
_title "> 3. Följ grundläggande principer och riktlinjer för att förvärva Cardiac ultraljudsbilder

OBS: Det finns tre ultraljuds modaliteter som används för att förvärva bilder B-mode / 2-D, M-mode och Doppler (spektral pulsad våg Doppler och färg flödes Doppler imaging). Det finns två grundläggande givarpositioner används för att förvärva bilder av hjärtat och hjärtklaffar: den parasternal och apikala fönster (Figur 2).

  1. Från varje givarens position, få flera tomografiska bilder av hjärtat i förhållande till de långa och korta axlar genom att manuellt rotera och angulating givaren.
    OBS: Rotations avser svängning eller vridning av givaren från en fast position på bröstet väggen, medan vinkling hänvisar till sida-till-sida rörelse av givaren från en fast punkt på bröstväggen. Alla ultraljudsgivare har en bildindexmarkör i form av ett spår (hack), yttre ribbstickning eller knapp.
  2. Se till att ultraljuds sigNal är vinkelrät mot målstrukturen genom att justera givarens position i enlighet därmed.
  3. Optimera färgflöde och topphastighetssignaler genom att rikta den utsända ultraljudstrålen parallell med flödet. Vinkeln mellan ultraljudstrålen och flödet bör vara mindre än 60 °.
  4. Optimera bildkvaliteten med hjälp av kontroller på kontrollpanelen. Endast området förhör ska fylla upp bildvisningen.
    OBS: Finjusteringar transduktor och plattformspositioner är nästan alltid nödvändigt för att erhålla klara bilder. Även under optimala förhållanden, respiratoriska rörelser, bröstkorgen anatomi (t.ex. små revben avstånd), och variationer i inre anatomi (både inneboende och sjukdoms inducerad) kan begränsa den akustiska fönster och göra bilden förvärvet mycket utmanande.
  5. Vid mätning av vänster kammare mått i M-mode och 2-D / B-mode, placera mätningsskjutmått i den mest kontinuerliga ekot linje.
  6. Justera färgdoppler sektorn end prowolym till området för förhör genom att justera styrsektorn, som finns på panelen.
    OBS! Färgkodningsschema i Doppler studier visar hastigheten och riktningen på blodflödet. Doppler signaler som är röd indikerar laminärt blodflöde mot givaren. Doppler signaler som är blå indikerar laminärt flöde bort från givaren. En "mosaik" färgmönster indikerar regioner turbulent eller icke-laminärt blodflöde (som ofta förekommer i klaffstenos eller klaff uppstötningar).
  7. Spela minst två 5 s remsor (eller 100 bilder) av realtids B-mode / 2D eko från varje bildfönstret för offline analys.
    OBS: Kommersiellt tillgängliga echo maskiner har förvärvsinställningar bild som fångar ett förinställt antal ramar eller cine-slinga storlekar. Bilden förvärvet inställningar kan ändras så att längre cine loopar kan förvärvas. Förvärv av högkvalitativa bilder kräver omfattande erfarenhet och experimenterande. Investigtörer måste hitta rätt kombination av givare placering och plattform vinkel för att få bilder från många åsikter och akustiska fönster.

4. Utvärdering av aortaklaffen (AV) Funktion

OBS: Bedömningar av aortaklaffen funktion innefatta kvalitativa bedömningar av ventilen (t.ex. upplevd udd tjocklek, ökad ekogenicitet på grund av klaff förkalkning, och närvaron eller frånvaron av regurgitant strålar med hjälp av färgdoppler) och kvantitativa mått på ventilfunktion (t.ex. topp transvalvular hastighet och spets avståndet).

  1. Börja bild aortaklaffen genom att välja B-mode bilden förvärvet.
  2. Med djuret ordentligt fastsatta på plattformen och huvudet vänd bort från utredaren, luta bordet 15-20 ° åt vänster. Detta kommer att medföra hjärtat framåt och åt vänster, närmare det bröstväggen. Applicera en generös mängd av ultraljud gel på givaren eller direkt på enNimal bröstkorg.
  3. Placera omvandlaren parasternally, ca 90 ° vinkelrätt med den långa axeln av hjärtat, med bildindexmarkör av omvandlaren pekande posteriort (Figur 2). Även i 2D / B-läge, skjut givaren kraniellt tills AV kommer i sikte. Detta är den "korta axeln" vy av aortaklaffen.
    ANMÄRKNING: En normal aortaklaffen har tre tunna kuspar som kan öppnas brett under systole och stänger ett adekvat sätt under diastole, så att det inte finns någon regurgitation av blod tillbaka in i vänster kammare. Spetsarna är mycket tunna, rör sig mycket snabbt, och kan ofta vara svårt att visualisera.
  4. Vrid givaren medurs tills bildindexmarkeringspunkter caudad. Observera aortaroten, aortaklaffen, vänster kammares utflöde, mitralisklaffen, vänster förmak, och en del av den högra kammares utflöde på bildskärmen.
    OBS: Detta är "parasternal längdaxel" syn på AV. Sonografen börförvissa sig om att det finns två aortaklaff spetsar synliga hela hjärtcykeln i B-mode bilder, som gör det möjligt för efterföljande M-läge bildbehandling och analys (se nedan).
  5. Utvärdera aortaroten i den här vyn. Noggrant svepa fram och tillbaka så att aortaroten bilder innehåller de största dimensionerna av aortaroten. Mäta den största antero-posterior dimension av aortan med den elektroniska skjutmått associerat med mätningen verktyg monterat i maskinen.
  6. Lokalisera aortaklaffen i den långa axeln. Minska bildens bredd så att endast aortaklaffen är på bilddisplayen genom att justera bildbredden knappen i kontrollpanelen. Placera M-mode linje förhör där det skär tips av aortaklaffen att korrekt bedöma aortaklaffen spets separation.
  7. I M-mode visning av aortaklaffen, mät cusp separationsavståndet (lådliknande utseende i systole) med användning av den elektroniska skjutmått associerat med measurement verktyg monterat i maskinen.
    OBS: Den största fördelen med M-mode scanning är den mycket höga tidsupplösning, vilket är viktigt för utvärderingen av aortaventilfunktion. Medan M-mode bilder av AV kan förvärvas på både kort och lång axel vyer är parasternal lång axel vy i allmänhet att föredra eftersom bildplanet tillåter sonografen att lätt identifiera orienteringen och placeringen av spetsarna på spetsar under systole.
  8. Medan han fortfarande i parasternal lång axel syn på aortaklaffen genom att trycka på färgdoppler nyckeln i kontrollpanelen. Applicera färgdoppler till regionen av aortaklaffen.
    OBS: Normalt flöde från den vänstra ventrikeln genom aortaventilen under systole är vänd mot omvandlaren och sålunda kodas rött.
  9. Dokumentera närvaron eller frånvaron av aortaklaffen uppstötningar.
    OBS: aortaklaffen uppstötningar är en onormal flöde som uppstår under diastole och är riktad bort från transducer; sålunda, kodas den blå.
  10. Tryck på pulsad våg Doppler navigationsknappen. Med hjälp av spår bollen belägen i kontrollpanelen genom att placera den pulsade-wave provvolym i den proximala aorta ascendens, strax ovanför aortaklaffen, att se till att vinkeln mellan ultraljudstrålen och blodflödet är mindre än 60 ° genom att luta plattform och / eller givaren. Om det är möjligt, få topphastigheten över aortaklaffen från halsgropen fönstret.
  11. Mät topphastigheten från den spektrala skärmen med hjälp av elektroniska bromsok samband med mätverktyget inbyggt i maskinen (Figur 3C och 3F).
    OBS: En mosaik färg betecknar hög flödeshastighet som är att innehålla icke-laminära flödesmönstren sannolikt.

5. Utvärdering av mitralisklaffens (MV) Funktion

OBS: Bedömning av mitralisklaffen funktionen ingår kvalitativa utvärderingar av ventilen (t.ex. perupplevd udd tjocklek, ökad ekogenicitet på grund av klaff förkalkning, närvaro eller frånvaro av regurgitant strålar med hjälp av färgdoppler) och kvantitativa mått på ventilfunktion.

  1. Placera omvandlaren i den apikala position i B-läget. Placera givaren så att den är vinklad mot huvudet av musen (Figur 2C). Observera den högra ventrikeln (RV), vänster kammare (LV), höger förmak (RA), och vänster förmak (LA) på bildskärmen. luta manuellt plattformen något så att djuret är i en "head-down" för att visualisera mitralisklaffen som öppnas i LV.
    OBS: Den apikala 4-kammar vy är den optimala vyn för att pröva blodhastighet tvärs mitralis och trikuspidalventilerna, såväl som vävnadshastigheten för annulus mitralis. Detta är också ett bra syfte att bedöma rörelse och storleken på hus- och skiljeväggen.
  2. Från apikala fyra kammare uppfattning föra mitralisklaffen i fokus genom att minska bildens bredd.Observera att de mitral klaffblad visas som två tunna, mobila filament att öppna och stänga under varje hjärtcykel.
    OBS: Mitral broschyrer av en "normal" mus kan vara svåra att visualisera om avbildning sker vid fysiologiskt HR (dvs> 450 bpm).
  3. Placera M-mode markören över mitralisklaffen att bedöma tjockleken på bladen.
    OBS: Den främre broschyr bäst visualiseras i systole när det är vinkelrätt mot ultraljudsstrålen (Figur 4).
  4. Använda apikala fyra kammare uppfattning gäller färgdoppler att avbilda flödet från vänster förmak genom mitralisklaffen under diastole. Observera för mitralisklaffen uppstötningar.
    OBS: Flöde riktas mot omvandlaren och därför kodas rött. Regurgitant flöde kommer att kodas blå och sker under systole (Figur 5).
  5. Använda den apikala lång axel uppfattning byta till pulsad våg läge. Flytta Doppler provvolym till spetsarna avmitralisklaffen blad. Notera de två topparna i mitralisinflödet spektrala display. Om bladen är inte väl visualiseras använda färgdoppler för att identifiera områden med ljusa röda eller mosaik färgmönster och placera provvolymen på den punkten.
    OBS: Den spektrala visningen av mitral flödet har två toppar i långsam timmar (<450 bpm). I normala timmar (> 450 bpm), den tidig (E) och sena fyllning (A) flöden smält. Den spektrala Doppler visning av flödet över mitralisklaffen används vid bedömningen av vänsterkammar diastolisk funktion (se steg 7,5).

6. Utvärdering av högersidig hjärtklaff Funktion

OBS: tricuspid och pulmonic ventiler innefattar hjärtklaffarna högersidig. Trikuspidalisklaffen kan lätt visualiseras i den apikala lång axel uppfattning medan lungklaffen kan visualiseras i både parasternal lång- och kortaxel vyer.

  1. Från den apikala lång axel uppfattning luta eller peka givarspetsen usjunga en gungande rörelse så att den högra kammaren står i centrum på bildskärmen. Minska bildens bredd så att endast den högra ventrikeln syns på bildskärmen.
  2. I samma bildplanet, visualisera trikuspidalventilen flygblad, som visas som tunna, rörliga trådar mellan höger förmak och höger kammare och som öppnar och stänger under loppet av varje hjärtcykel.
  3. Applicera färgdoppler i området för trikuspidalventilen. Anmärkning för trikuspidalisklaff uppstötningar.
    OBS: Normal flöde sker under diastole, är riktad mot givaren, och därför kodas rött. Onormal regurgitant flöde sker under systole, riktas bort från omvandlaren, och därför kodas blå. Topphastigheten för regurgitant strålen används för att uppskatta högra ventrikulära systoliska trycket.
  4. Flytta givaren till parasternal kort axelpositionen i nivå med aortaklaffen. Ovanför aortaklaffen är den högra ventrikulära outflåg-tarmkanalen, lungklaffen, den proximala huvudlungartären, och de högra och vänstra lungartärer (Figur 6).
  5. Vrid givaren medurs till en modifierad parasternal lång axelpositionen. Då, luta givaren något uppåt för att erhålla en kort-axeln vy av lungklaffen.
  6. I den här vyn, tillämpa M-mode scanning för att utvärdera säkerhetsavstånd på lungklaffen spetsar (Figur 7).
  7. Applicera färgdoppler i området för lungklaffen att bedöma för valvulär regurgitation (en mosaik-mönstrat, hög hastighet stråle under diastole) och stenos (en mosaik-mönstrat, hög hastighet stråle under systole).
  8. Tryck på pulsad våg kontrollknappen och placera provvolymen strax efter lungklaffen.
    OBS: Analys av den spektrala Doppler visning av flödet används för att uppskatta lungartärtrycket (Figur 8).

7. Utvärdering av hjärtfunktionen

(t.ex. visuell bedömning av ejektionsfraktion, regional väggrörelse abnormitet, och den upplevda tjockleken på väggarna) och kvantitativa mått på vänsterkammar funktion (t.ex. ejektionsfraktion, vänsterkammarmassa, vänsterkammar diastolisk funktion, och index för hjärtinfarkt prestanda).

  1. Skaffa en kort axel bild av LV i 2D / B-läge, med givaren i parasternal kort axelpositionen på samma nivå som de papillära muskler. Flytta givaren uppåt och nedåt för att skanna LV från basen till spetsen. Observera för väggrörelse avvikelser.
  2. Från en parasternala kort axel bild av vänster kammare, trycker på M-mode knappen som du hittar i kontrollpanelen. Med hjälp av styrkula, placera M-mode markören vid centrum av det vänstra ventrikulära hålrummet i höjd med den papillära muskler och obtain M-mode bilder.
  3. Mät vänsterkammar hålighet dimension i slutet av diastole, där avståndet mellan den främre väggen och den bakre väggen är störst, och i slutet av systole, där aktiv rörelse både främre och bakre väggar är maximal (Figur 9).
  4. Mät den främre och bakre väggtjocklek i slutet av diastole och slut systole.
    OBS: Även om papillarmusklema är en viktig milstolpe för att säkerställa en korrekt avbildning planet, vara noga med att inte inkludera dem i några mätningar.
  5. Flytta givaren till apikala fönstret. Se steg 5.1. Bedöma vänsterkammar diastolisk funktion med användning av pulsad-våg Doppler av blodflöde tvärs mitralisklaffen i den apikala långaxel vy.
  6. Placera provvolym på spetsarna av mitralisklaffen broschyrer. Mät topp mitralisinflödet hastighet från den spektrala visningen av pulsad våg Doppler hastigheter över mitralisklaffen.
  7. Placera provvolymen mellan LV inflöde och utflöde. Notera mitral och aortaklaffen utgående och ingående signaler. Mät Isovolumetrisk relaxationstiden, Isovolumetrisk kontraktion tid, och vänsterkammarejektionsfraktion tid (Figur 10).
  8. Utför vävnadsdoppler (TDI) av annulus mitralis i den apikala lång axel vy. Tryck på TDI kontrollknappen och placera provvolymen på den mediala aspekten av annulus mitralis. Kontrollera att provvolymen inte inkräktar på mitralis broschyrer. Håll dopplerprovvolym storlek mellan 0,21 mm och 0,27 mm. Mäta den tidiga diastoliska hastigheten (e ') av annulus mitralis (Figur 11).

8. sista stegen

  1. Gå igenom de förvärvade bilderna. Förvissa sig om att alla nödvändiga bilder erhölls.
  2. Ta bort överflödigt ultraljudsgel från bröstet av musen och försiktigt bort tejpen som håller djuret på plats. Stäng av anestesi.
  3. Placera djuret på en absorberande pappershandduk(Inte sängkläder, som kan sugas eller kan blockera luftvägarna under återhämtning). Observera djuret tills sternala VILA uppnås. Om anestesi administreras på lämpligt sätt, bör återhämtning ske inom 30 till 60 s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Exempel på bilder som rutinmässigt erhållits från animaliska cardiac ultraljudavbildning är inkluderade i detta manuskript. En illustration av transduktorn placering på djurets bröstkorg är anordnad för att ge läsaren en tydlig förståelse av var omvandlaren är placerad för att erhålla bilderna som beskrivits. Ett fotografi av ultraljudslaboratorium set-up ingår också att betona vikten av rätt utrustning, i synnerhet ultraljudsgivare som ska användas och metoden för anestesi. 2D / B-mode, M-mode, och färg- och doppler skärmar av de normala och onormala ventiler, höger och vänster kammare, och aortaroten är korrekt märkta. Även draghastighet avbildning inte rutinmässigt, är ett exempel också.

Mitral regurgitation kännetecknas av en hög, vanligen icke-laminära blodflödeshastigheten (mosaik färgning) över ventilen under systole (Figur 5). Närvaron av en sådan mosaikfärgdoppler flödesmönster från vänster hjärtkammare till vänster atrium över MV, som inträffar efter det att QRS-komplexet i EKG, möjliggör en otvetydig diagnos av MR. När detta sker i frånvaro av aortaklaffen uppstötningar och / eller nedsatt vänsterkammarfunktion, kan detta beskrivas som isolerade mitralklaffprolaps. Om det finns en betydande utvidgning av den vänstra ventrikeln (på grund av experimentellt inducerad hjärtsvikt eller överdriven anestesidjup), kan detta kännetecknas som ischemisk mitral regurgitation (eller regurgitation sekundär till hjärtdysfunktion). En pulsad-våg spektrala Doppler display kan användas för att bekräfta närvaron och tidpunkten för en regurgitant stråle av blodflödet.

En normal aortaklaffen har tre tunna, böjliga spetsar som öppnar och stänger ett tillfredsställande sätt under varje hjärtcykel. Aortaklaffen spets separation mäts i 2D-styrdM-mode av aortaklaffen i det långa-axeln vy. Elektroniska skjutmått används för att mäta från framkanten av den högra aorta HORN till den främre kanten av den vänstra aorta HORN (Figur 3). Aortaklaffen cusp-separationsavståndet i normala möss är 0,9 till 1,3 mm. Color Doppler visar ett laminärt flöde över ventilen och in i aortaroten under systole. Turbulent flöde kan inses under förhållanden av ökat flöde, såsom i aortaklaffen uppstötningar, eller ökat tryck, såsom i aortaklaffen stenos. Detta visas som mosaik färg i utflöde. Även små mängder av aortaklaffen uppstötningar kan resultera i betydande ökningar i topp transvalvular hastighet på grund av hyperdynamic hjärtfunktion och ökad vänsterkammar förspänning. Peak aorta hastigheten i normala möss varierar från 0,90 m / s till 1,50 m / s. Peak aortaklaffen hastighet> 5 m / s har registrerats i möss med svår aortaklaffen stenos.

12 (figur 8). Lungartären accelerationstiden är tidsintervallet från starten av systoliskt pulmonell arteriell flöde till toppen flödeshastigheten. Höger kammare utstötning tid är intervallet mellan uppkomsten av högerkammar utstötning till den punkt där det är upphörande av systoliskt lungartären systoliska flödet. Kombinationen av en förkortad lungartären accelerationstid med en minskning i förhållandet mellan lungartären accelerationstiden till höger kammare utstötning tid antyder närvaron av pulmonell arteriell hypertension (som kan bekräftas med hjälp av invasiva eller direkta åtgärder av pulmonell arteriell eller höger ventrikulära trycket) .

Figur 1
Figur 1: Animal Cardiac Ultraljud Laboratory. Laboratoriet är utrustat med den lilla djur dedikerad ultraljud maskin med hög frekvens (30 MHz och 40 MHz) omvandlare (MS 400 och MS 550D), isofluran diffusor, djur plattform, temperatur och pulsmätare, 1% till 1,5% isofluran blandas med ett L / min 100% O 2, noskonen och slangar ansluten till isofluran diffusor och 100% O 2, hår rakhyvel, ultraljud gel, elektrodgel, tejper, och pappershanddukar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2: Grundläggande Givar positioner. (A) parasternal fönster. Givarhuvudet är placerad i den vänstra parasternal gränsen, med bildindex markör för omvandlaren riktad kaudalt. Frabout denna position, kan erhållas på lång axel vy av den vänstra ventrikeln, aortaklaff, och aortaroten och den korta-axeln vy av lungklaffen. (B) Från parasternal fönstret, är givarhuvudet roteras moturs med skåran riktad bakåt. Från denna position, kan erhållas på kort axel vy av den vänstra ventrikeln och aortaklaffen och den långa-axeln vy av lungklaffen. (C) Apical fönstret. Givarhuvudet är placerad vid spetsen av hjärtat. Från denna position, kan erhållas på lång axel vy av de högra och vänstra ventriklarna och mitral och trikuspidalisklaffar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: Bedömning av aortaklaff Funktion i en Normal mus mot aortaklaffen funktion i en mus med calcific aortaklaffen sjukdom. (A) 2D-bild av en normal aortaklaffen på lång-axeln vy. Observera att aortaklaffen öppnar väl under systole. (B) M-mode avbildar normal aortaklaffen funktion (lådliknande utseende). Observera att spets avståndet mäts vid 1,12 mm. (C) Spectral Doppler visning av topphastigheten tvärs den normala aortaklaffen ades meaured vid 1,3 m / s. (D) 2D-bild av en förkalkad aortaklaffen på lång axel vy från en low-density lipoprotein receptor bristfällig (LDLR - / -) och apolipoprotein B100 endast (apoB 100/100) mus matas med västerländsk diet. Spetsarna är förtjockad och har ökat ekogenicitet, vilket resulterar i begränsad öppning under systole. (E) En M-mode avbildar samma stenotiska aortaklaffen visar en spets-separation avståndsmätning av 0,7 mm. (F </ Strong>) Den spektrala Doppler visning av topphastigheten tvärs den stenotiska aortaklaffen ades meaured vid 4,6 m / s. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: M-läge för en normal mitralisklaffens. Från den apikala fönstret, är en långaxel vy av mitralisklaffen erhålls. M-mode linje förhör appliceras över mitralisklaffen blad. Medan mitral bipacksedel tjocklek teoretiskt kan mätas med hjälp av elektroniska skjutmått, kan detta vara extremt utmanande med tanke på den tunna, dåligt ekogena, och snabbt rörliga broschyrer av den normala mitralisklaffen. Pilarna pekar på M-mode av mitralisklaffen bipacksedel i systole. vänligen click här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5: Bevis på en mitralisklaffens regurgitant Jet använder färgdoppler. Från parasternal fönstret, är en modifierad lång axel syn på mitralisklaffen erhålls. Color Doppler förhör visar en mosaik-färg jet på mitralisklaffen under systole (markerad med en pil). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 6
Figur 6: Lång-axeln av huvudlungartären och dess större grenar. Lång-axeln av huvudlungartären (MPA) och höger (RPA) och vänstra (LPA) grenar kan erhållas från den paraste rnal fönstret. Rätt kammares utflöde (RVOT), lungventil (PV), och aorta (AO) är delvis ses. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 7
Figur 7: M-mode avbildar en normal lungklaffen. Från parasternal fönstret, kan både kort- och långaxel utsikt över lungklaffen erhållas. M-mode linje förhör appliceras över lungklaffen. Lungklaffen cusp-separation (pilar) avstånd kan mätas från denna vy. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

10fig8.jpg "/>
Figur 8: pulsad våg Doppler Förhör av flödet över lungklaffen. Lungartären accelerationstid (Paat) är tidsintervallet från starten av systoliskt pulmonell arteriell flöde till toppen flödeshastigheten. Höger kammare utstötning tid (RVET) är intervallet mellan uppkomsten av högerkammar utstötning till den punkt där det är upphörande av flödet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 9
Figur 9: M-mode avbildar en kort axel Vy över den vänstra kammaren. Från parasternal fönstret, är den korta axeln vy från vänster kammare erhålls genom att vrida givarhuvudet moturs så att bildindexmarkeringspunkter posteriort eller dorsalt. M-mode raden av förhör anbringas över den vänstra ventrikeln vid nivån för den papillära muskler. Vänsterkammar slutdiastolisk dimension (LVEDD), vänsterkammarslut systoliska dimension (LVESD), och främre vägg (AW) och bakre vägg (PW) tjocklekar kan lätt mätas. Var noga med att inte inkludera papillarmuskeln (*) i alla mätningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 10

Figur 10: Färg Doppler Utvärdering och pulserande våg doppler Visning av mitralisklaffens Inflöde. (A) Bilden visar en färgdoppler utvärdering av mitralisklaffen inflöde i den apikala lång axel vy. Observera att 2D färgdoppler bild kan vara ett viktigt verktyg för guiding lämplig provvolymen ställning inom förvärv av pulserande våg Doppler kurvor (som visas i panel B). (B) Spectral visning av mitralisklaffen inflöde använder pulsad våg Doppler. Den pulsade-våg Doppler bedömning av blodflödet tvärs mitralisklaffen (i den apikala långaxel view) utförs för att utvärdera vänstra kammarens diastolisk funktion. Prowolymen är placerad vid spetsarna på mitral klaffblad. Den Isovolumetrisk relaxationstiden (IVRT), Isovolumetrisk kontraktion tid (IVCT), vänsterkammarejektionsfraktion tid (LVET), och topp mitralisinflödet hastighet (E) kan alla härledas från den spektrala visningen av pulsad våg Doppler hastigheter över mitralisklaffen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 11
figur 11: vävnadsdoppler av Septal annulus mitralis. Från den apikala fönstret, är en långaxel vy av mitralisklaffen erhålls. Vävnads Doppler provvolymen är placerad vid septal region av annulus mitralis. Förhållandet mellan topp mitralisinflödet hastighet (variabel E i figur 10B) och topp annulus mitralis vävnadshastighet (e ', som betecknas med vita pilar) används för att bedöma vänsterkammar diastolisk funktion (vanligen kallat E / e'). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 12
Figur 12: Utvärdering av Sila och töjningshastighet av vänsterkammarhjärtmuskeln. Det finns specialiserade analys programpaket som finns kommersiellt, och stammen och töjningshastigheten variabler kan varaerhölls som mått på tidiga eller subkliniska förändringar i inneboende hjärt kontraktila egenskaper. Exemplen ovan visar radiella stam och töjningshastigheten i gemensamt förvärvade avbildnings plan i möss. Observera att dessa avbildningsplan (och den efterföljande formen av stammen kurvor) kan skilja sig från bilder på människor, som ofta förvärvas i den apikala lång axel eller fyra kammare vy. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Induktion av anestesi

Korrekt induktion och underhåll av anestesi är avgörande för korrekt bedömning av förändringar i hjärtklaff och hjärtfunktion hos möss. Med tanke på den snabba induktion av anestesi framkallas av isofluran och den relativt långa wash-out tidpunkten för denna bedövningsmedel efter djup anestesi, använder vi inte en fristående anestesi kammare för induktion. Istället, som anges i detalj ovan, djuren styrs direkt till anestesi kon, som möjliggör snabb och kontrollerad induktion av anestesi vid relativt låga koncentrationer av narkosmedel.

De flesta stammar av möss förblir mer än väl sedated vid mindre än 1,5% isofluran. De kumulativa effekterna av isofluran på hjärtfunktionen bör övervakas noggrant, dock, och små minskningar i koncentrationen av narkosmedel kan krävas med tiden. På motsvarande sätt får små ökningar i koncentrationen av narkosmedel också vara neEDED. Noga övervaka djuret för varje rörelse (tyder på bristande djup narkos) och ökningar eller minskningar i HR; Detta möjliggör snabb och proaktiv hantering av anestesidjupet.

I motsats till människor, framkallar isofluran en minskning i HR i möss. Medan vänsterkammarfunktion initialt kan bevaras under perioder med överdriven bedövningsmedel administrering minskningar i HR nästan ubiquitously följt av vänsterkammarutvidgning sekundärt till undertryckandet av hjärtkontraktilitet. Följaktligen ejektionsfraktion minskar, transvalvular (aortaklaff och mitralisklaffstenos) topp flödeshastigheter faller sker aortaklaffen stängning tidigt och vävnadsdopplerhastigheterna minskar. Det är därför viktigt att kontinuerligt övervaka fysiologiska tillstånd hos djuret för att säkerställa att den höga representanten fortfarande en bra bit över 450 bpm. För personer som inte är vana i avbildnings möss, en strategi som innefattar en dedikerad sonographer ochen andra utredare tillägnad övervaka anestesidjupet rekommenderas.

Analys av AV-funktion

Kliniskt, American Society of Echocardiography riktlinjer 13 rekommenderar förvärv av vänster kammares utflöde diameter och vänster kammares utflöde hastighet med hjälp av pulsad våg Doppler. Toppen transaortaklaffen hastighet shuld mätas med hjälp av dedicerade kontinuerlig våg Doppler att beräkna aortaklaffen område med hjälp av kontinuitetsekvationen: AVA = (CSA LVOT x VTI LVOT) / VTI AV. I frånvaro av dessa dopplerdata, är den anatomiska (geometrisk) tvärsnittsarea av aortaventilöppningen mätt med 2D eller 3D rekommenderas. Även om givaren har hög spatial och temporal upplösning, aortaklaffen spetsarna kan inte konsekvent avgränsad på kort axel vy. Således, AV-öppningsarea inte exakt kan spåras. furthermore, och kanske ännu viktigare, för tillfället finns högfrekvent små djur dedikerad ultraljud är inte utrustad med dedikerad kontinuerlig våg Doppler kapacitet. Således är identifieringen av en "sann" peak transvalvular hastighet för användning med kontinuitetsekvationen exceptionellt utmanande (och skulle inte accepteras kliniskt). På samma sätt kan andra kommersiellt tillgängliga ultraljudssonder inte har förmågan att spela in mycket höga hastigheter och är således begränsade till lägre hastigheter. Med tanke på dessa stora begränsningar, kliniska avbildningsprotokoll med system inriktade hög upplösning avbildning i små djur kan inte vara helt fångas.

Analys av MV funktion

Allmänhet, möss är mycket motståndskraftiga mot utvecklingen av mitralklaffprolaps. Visualisering av en regurgitant stråle över mitralisklaffen i fastställandet av en snabb HR kan vara mycket utmanande. Dessutom i humant ekokardiografi, den anterieller och bakre Mitralisklafförändringar broschyrer är tydligt och framfall eller slaga broschyren är lätt uppskattat. Men i möss, mitral klaffblad kan inte vara väl avgränsad i främre och bakre, och att hitta en slaga eller prolapsed broschyr är exceptionellt utmanande med tanke på den låga nivån på ekogenicitet av icke-förkalkade, tunna vävnader. Således är användningen av färgdoppler för att visa en regurgitant jet de mest användbara metoder för att bedöma mitralisklaffen funktion hos möss. En diagnos av isolerade mitralisklaffen uppstötningar bör göras först efter en noggrann bedömning av vänsterkammarfunktion, aortaklaffen funktion, och mitralisklaffen funktion.

Hittills finns det inga robusta musmodeller av mitralisklaffstenos. Ökad eko densitet av mitralisklaffen kan föreslå förkalkning, men lokalisering till antingen den främre eller bakre broschyren är svårt. Kliniskt är en diagnos av mitralisklaffstenos gjorts i fastställandet av tjocka, förkalkade broschyrer med begränsaed rörelse. Mätning av broschyren tjocklek kan göras genom M-mode (Figur 4). Med hjälp av Doppler är topp E hastighet vanligtvis ökat och förknippas med förlängningar i tryck halvtid. Således kommer återta dessa funktioner vara kritisk vid utvärdering av nya modeller av mitralisklaffstenos. Även American Society of ekokardiografi rekommenderar att uppskattningen av mitralisklaffen området sker med tryck halvtid (MV-området = 220 / tryck halvtid), har sådana beräkningar inte validerats hos möss 13.

Analys av tricuspid och pulmonic klaff funktion

Trikuspidalisklaffen bedöms för broschyr rörlighet, klaffstenos och klaff uppstötningar. Normalt är dessa uppgifter uttrycks kvalitativt och i ett binärt sätt (dvs närvaro eller frånvaro av dysfunktion). Den topphastigheten av trikuspidalisklaffen regurgitant jet används för att estimate högra ventrikulära systoliska trycket. Dessutom är tricuspid uppstötningar inte ovanligt i normala, obetonade möss.

Pulmonic ventilfunktion kan bedömas av 2D / B-mode, M-mode, och färgflöde imaging (figurerna 6 och 7). Dessa metoder används för att bedöma pulmonic ventil tjocklek (t.ex. synlighet eller ekogenicitet med 2D), mäta pulmonic ventilöppningen öppning (spets-avståndet), och bedöma lungventil rörlighet och coaptation (2D och färgdoppler). Pulmonic ventil uppstötningar kan lätt inses med färgdoppler, som beskrivits ovan. Svårighetsgraden av lung ventil uppstötningar kan bedömas med hjälp av toppbakåtsträvande blodflödet (mätt med pulsad våg Doppler) genom lungklaffen under diastole.

Analys av hjärtfunktionen

2D / B-mode avbildning av den vänstra kammaren i kort- och långaxel vyer ger en vis UAL bedömning av hjärtfunktionen. Även om detta imaging modalitet möjliggör grova utvärderingar av vänsterkammarfunktion, erbjuder M-mode scanning betydligt högre Spatiotemporal upplösning, vilket gör det en överlägsen teknik jämfört med 2D / B-mode scanning. Detta är mycket viktigt, med tanke på att normala möss kan ha HRs sträcker sig från 450 till 700 slag per minut. Vi upprätthåller HR över 450 bpm, så att data är en nära representant för icke-bedövade hjärt fysiologi och hemodynamiken. Om HR tillåts falla på grund av alltför anestesi och / eller över sedering, vänster kammare dilatation, minskningar i uppskattningar av hjärtkontraktilitet, och dramatiska förändringar i transvalvular blodhastigheter och andra kvalitativa beskrivningar av klaff funktion (t.ex. ändringar i mitral regurgitation sekundärt till vänsterkammar dilatation, minskningar i topp aortaklaffen flödeshastighet, och minskningar av mitral blod inflöde hastighet) observeras ofta.

tält "> I avsaknad av segmentväggrörelse avvikelser, ejektionsfraktion (EF) och fraktionerad förkortning (FS) är mycket reproducerbara mått på systolisk vänsterkammarfunktion. Använda M-mode scanning, är det maximala diastoliska och systoliska dimensioner erhållas och användas att beräkna EF, FS, och LV massa 14, 15.

Alla dessa mätningar kan beräknas automatiskt i programpaketet i samband med ultraljudsmaskinen. Även utvärdering av hjärt- och klaff funktion kan utföras med hjälp av "standard" kliniska ultraljudssystem, de relativt låga nivåer av upplösning (t.ex. 12-15 MHz sonder) kan göra korrekta bedömningar av hjärt- och klaff funktion hos möss utmanande.

Diastolisk funktion är en integrerad del av bedömningen av funktion av den vänstra ventrikeln. I kliniska studier har diastoliskt hjärtsvikt befunnits vara mycket correlated med sjuklighet och dödlighet. Diastolisk funktion bedöms av pulsad våg Doppler ekokardiografi och vävnadsdoppler. E / A-förhållandet (förhållandet mellan den tidigt snabba fyllningsvågen, E, och den sena-fyllningsvågen på grund av förmakssammandragning, A) och E retardationstid är inte användbara parametrar för diastolisk funktion i möss på grund av fusion av E och A vågor sekundärt till de mycket höga HRs presenterar i lämpligt-sövda möss.

För att utvärdera vänsterkammar diastolisk funktion, topp mitralisinflödet hastighet, Isovolumetrisk relaxationstiden (IVRT), Isovolumetrisk kontraktion tid (IVCT), vänsterkammarejektionsfraktion tid, och annulus mitralis vävnad, hastigheterna (e ') utnyttjas. Dessa doppler parametrar lätt kan anskaffas, mätbara och reproducerbara. Den tidiga diastoliska hastighet (e ') av annulus mitralis mätt med vävnadsdoppler är en tillförlitlig indikator på vänsterkammar myocardial avkoppling Förhållandet mellan topp mitral inflödeshastighet och den tidiga annulus mitralis vävnadshastighet har visats i kliniska studier för att korrelera väl med lungkapillärt kil tryck 16.

Global vänsterkammarfunktion kan bedömas med hjälp av hjärtmuskelprestandaindexet, även känd som Tei index. Den innehåller både systoliskt och diastoliskt tidsintervall för att möjliggöra en integrerad mätning av både systoliskt och diastoliskt vänsterkammarfunktion. Systolisk dysfunktion förlänger före utstötning tiden (IVCT) och förkortar vänsterkammarejektionsfraktion tid (ET). Avvikelser i diastolisk funktion eller hjärtinfarkt avkoppling kan resultera i signifikant förlängning av IVRT. Den vänstra ventrikulära hjärtmuskelprestandaindex (MPI) kan beräknas enligt MPI = IVCT + IVRT / LVET 17. I detta sammanhang är minskningar i MPI samband med förbättringar i hjärtfunktion, medan ett högre MPI värde antyder hjärtsvikt.

ny teknik för att bedöma hjärt- och klaff funktion hos möss: framtida riktningar

vävnadsdoppler

Vävnadsdoppler kan användas för att bedöma diastoliska funktion med hjälp av E, E 'och E / E' variabler, men denna metod är inte närvarande i stor utsträckning. Som sådan, variationen och reproducerbarhet av mätningarna i en mängd olika gnagare stammar har inte testats noggrant av flera forskargrupper. Ändå är det troligt att göra detta till en integrerad del av bedömningen av hjärt konsekvenserna av användningen av E / e "och dess korrelation med vänster förmak i kliniska miljöer, möjligheter till tidig upptäckt av hjärtdysfunktion hos möss, och ansökan till sjukdomsmekanismer hjärtklaffsjukdom i translationell forskning.

Töjningshastighet imaging

Små djurmodeller har visat sig vara en ovärderlig tool att förstå mekanismerna bakomliggande patofysiologiska förändringar i hjärtfunktion. Medan 2D och Doppler ekokardiografi erbjuda heltäckande och icke-invasiva bedömningar av hjärt morfologi, funktion, och hemodynamiken in vivo, de saknar känslighet för att upptäcka tidiga förändringar i hjärtmuskelfunktion som svar på kronisk tryck eller volym överbelastning (två av de vanligaste stress inducerade av hjärtklaffsjukdom).

Som ett resultat av dessa begränsningar, är det växande intresset för tillämpningen av kliniskt används index för hjärtfunktions såsom hjärtinfarkt stam och stam hastighets som har potential att mer exakt upptäcka tidiga eller subkliniska förändringar i inneboende myokardiala sammandragningsegenskaper . Sila och strain rate avbildning har använts med framgång i studier på gnagare på utvecklingen av hjärtsvikt 18 och hypertensiv hjärtsjukdom 19, återföring av hjärt dysynchronyoch hjärtdysfunktion 20, och den längsgående funktion av hjärtat i unga möss 21. Det rekommenderas att draghastigheten avbildning betraktas som en kompletterande bildteknik noggranna 2D och vävnadsdoppler härrörande mått på hjärtfunktionen. För att säkerställa att utredarna har en grundläggande förståelse för principerna för mätning av hjärtinfarkt stam och töjningshastigheten, de efterföljande avsnitten syftar till att ge grundläggande principer och begränsningar som ligger till grund stam beräkning och töjningshastigheten avbildning.

Sila och strain rate härrör från förändringen i längden av hjärtmuskelfiber i förhållande till den ursprungliga längden (i kardiologi, skillnaden mellan slutdiastoliska längd och slutsystoliska längd användes för denna beräkning). Den exakt mätning av förändringar i hjärtmuskelfiberlängd kompliceras av den spiral arkitekturen av myokardiala fiberknippen, vilket resulterar i multidirectional stam deformation under systole (t.ex. stam i radiell, längsgående och periferiska axlar). Nyligen genomförda studier på möss tyder på att vävnadsdoppler derived- och speckle tracking-härledda stammen och strain rate deformation parametrar är nära förknippade med inneboende hjärtmuskelfunktion 22. Båda teknikerna kräver tillsats av specialiserad programvara för analys till bildsystem forskning, vilket gör det möjligt att relativt automatiserad generering av variabler av intresse (se exempel i figur 12) 23.

Även stammen avbildning håller löftet kan förvärv av 2D-bilder av hög kvalitet för fläck spårning analys vara en utmaning. Vidare, manuellt spåra endokardiella och epikardiella gränser för töjningsmätning är svårt och besvärligt. En betydande del av praxis och robust utvärdering av reproducerbarhet och konsekvens av intra-utredare mätningar (inklusive bildkvalitet, konsekvent avbildningsplan, och off-line analys) är kritisk vid genomförandet av användningen av mätningar stam för att utvärdera hjärtfunktionen. Därför bör stammen och stammen ränta analyser genomföras genom att helt förblindade, utbildade utredare för att säkerställa hög kvalitet och reproducerbara data.

EKG-gated högupplösande ultraljud

Vävnadsdoppler och stam-rate imaging tillåter mätning av hjärt deformationer över en fullständig hjärtcykel, men på grund av deras temporal upplösning (5 ms i bästa fall), förblir de begränsade till den globala rörelsen hos hjärtat 24. För att uppnå hög bildhastighet ultraljudsavbildning, en annan metod som bygger på användningen av EKG-gated datainsamling har nyligen föreslagits för hjärt- och kärltillämpningar. EKG-gated mekaniska och elektromekaniska våg avbildning av kardiovaskulär vävnad är baserad på avbildning av vävnad med hjälp av ultraljud vid hög bildpriser, upp till 8000 bilder per s (fps), genom att synkronisera 2D-bilden förvärvet på EKG-signalerna 24. Detta överträffar klart 2D / B-mode bildfrekvenser för ~ 1000 fps (som ger högre upplösning under fysiologiska förhållanden där pulsen är ~ 500-650 bpm i en mus), och in vivo genomförbarheten av denna avbildningsmetod för utvärdering av kammarfunktionen har visats i sövda djur (ger överlägsen detektering av hjärtväggen rörelse avvikelser i små djurmodeller 25).

Stress-inducerad hjärtfunktion

Även motion testning används ofta för att utvärdera hjärt svar på ökad organism stress i kliniska miljöer, behovet av sedering och / eller anestesi hos gnagare gör omedelbart efter träning utvärdering av hjärtfunktionen ytterst utmanande. Således, kommer sannolikt att vara en kliniskt farmakologiska stresstester-relevant parallellt bedöma hjärt konsekvenserna av hjärtklaffsjukdom (svår aortastenos, måttlig till svår mitralisstenos, och svår primär mitralis-insufficiens). Detta kommer att vara en särskilt viktig framväxande forskningsområde, med tanke på de senaste kliniska riktlinjer som betonar betydelsen av stresstester för att klargöra symtomstatus, bedöma dynamiska komponenter i klaff avvikelser, och avslöja subklinisk hjärtsvikt som är sannolikt att missa i vila 26.

Som nämnts i tidigare avsnitt, möss är ytterst resistent mot afterload-inducerad hjärtsvikt. Således kan Dobutaminstressekokardiografi vara ett mycket användbart verktyg för att upptäcka tidiga nedgångar i den vänstra kammaren som kanske inte är uppenbara i möss med olika nivåer av hjärtklaffsjukdom. Även möss med svår calcific aortaklaffen stenos kan ha relativt välbevarad systolisk funktion och kommer sannolikt att ge en användbar plattform för applblue av Dobutaminstressekokardiografi att förutsäga tidpunkten (och ofta mycket snabbt) debut av hjärtsvikt hos dessa djur. Hittills har vi inte känner till några studier som undersöker användningen av Dobutaminstressekokardiografi i möss med någon grad av hjärtklaffsjukdom.

3D ekokardiografi

Kliniskt är 3D hjärtavbildning ett särskilt kraftfullt verktyg som möjliggör exakta mätningar av diastoliska och systoliska volymer, slagvolym och hjärtminutvolym. 3D ekokardiografi har blivit en ny klinisk standard vid bedömningen av hur allvarlig klaffstenos genom noggrann mätning ventilområdet, och det gör det möjligt att exakt identifiering och kvantifiering av framfall av enskilda segment i mitralisklaffen sjukdom.

Forskning ultraljudssystem med hög frekvens givare möjliggöra förvärv av hjärt-gated bilder och för den efterföljande offline återuppning av 3D-bilder med hjälp av anpassade programvarupaket. Även om det är möjligt att få 3D-bilder av vänster kammare med hjälp av denna hårdvara och mjukvara kombination, är detta ofta genomförs under relativt djupa nivåer av anestesi (som sänker HR och minimera andnings artefakt), vilket gör extrapolering av den fysiologiska betydelsen av förändringar i hjärtfunktion svårt.

När det gäller användningen av 3D-röntgen för att bedöma funktions hjärtklaff i möss, är detta ett exceptionellt utmanande förslag med tanke på den lilla storleken, relativt låg ekogenicitet, och hög hastighet av hjärtklaffar under normala fysiologiska förhållanden. Fram till tekniska framsteg inom bildtagning och behandling gör det möjligt att klara urskiljande av hjärtklaffar under sådana förhållanden, har vår erfarenhet varit att 3D-röntgen är av begränsad användbarhet i korrekt och noggrann karakterisering av hjärtklaff funktion i möss.

Kollektivt, techologiska framsteg i små djur avbildning gör detta till en oerhört spännande tid för att få insikt i patofysiologiska mekanismer som ligger bakom klaffhjärtsjukdomar och deras hjärt konsekvenser. Vi hävdar bestämt att grundlig utvärdering av både hjärtklaffsfunktion och hjärtfunktion är nödvändig för att förstå effekterna av genetiska, farmakologiska eller mekaniska manipulationer av funktions hjärtklaff hos möss. Vi hoppas att detta manuskript inte bara kommer att fungera som en användbar resurs för forskare som bedriver forskning i patogenesen av hjärtklaffsjukdom, men kommer också att sporra diskussion om de bästa metoderna för att bedöma valvulär och hjärtfunktion i sådana studier inom vår forskarsamhället.

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).
Ekokardiografiska Tillvägagångssätt och protokoll för omfattande Fenotypisk karakterisering av Klaffsjukdom hos möss
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